发动机动力学计算

课程名称：发动机动力学 课程代码：8200240 发动机动力学计算基本内容

以495型柴油机为例：

一已知条件

二 动力学计算的主要内容

（一）活塞运动规律的运算

活塞位移x, 速度v ，加速度J 的计算，并绘制曲线图

(),(

),(

x f v f J f ααα==

=

（二）曲柄连杆机构的动力计算 1，作用在活塞上的气体压力的计算

A ，进气行程 0180CA α=︒

'0()g g p p p bar =-，'g p ——气缸内绝对压力计算时候取'00.9g a p p p ==

0p ——大气压力取01p bar =

B ，压缩行程 180360CA α=︒

11

00(

)()n n a c g a a cx c

V s h p p p p p V x h +=-=-+（bar ），a V ——气缸总容积，a h c V V V =+ h V ——气缸工作容积，2

4

h D V S π=

c V ——燃烧室容积，1

h

c V V ε=

- cx V ——压缩过程中活塞处于任意位置时候的气缸容积 cx h c V F x V =+， h F ——活塞顶面积，2

4

h D F π=

x ——活塞位移，()()1cos 1cos 24x R λαα⎡⎤

=-+-⎢⎥⎣⎦

c h ——当量余隙高度

1

c s

h ε=

-，1n ——平均压缩多变指数

1100

1.41n n

=-

n ——标定转速

当360CA α=︒时，取(0.450.5)()g c z c p p p p =+-其中

z p ——最高爆发压力（一般自己选择）75z p bar =，1n c a p p ε=

C ，膨胀行程 380540CA α=︒

2

2200(

)0()()n n n c c z g z z z bx bx c

pV p h V p p p p p p p V V x h =-=-=-+ ()bar

z p ——最高爆发压力 取75z p bar =并选定z p 出现在370CA α=︒处

z V ——膨胀始点的气缸容积，z c V V ρ= ρ——初期膨胀比

取 1.635ρ=，bx V ——膨胀过程中活塞处于任意位置的气缸容积

bx h c V F x V =+，2n ——膨胀平均多变指数，取2 1.18n =

D ，排气行程 540720CA α=︒

01 1.151g r p p p =-=-

()bar r p ——排气终点压力，取01.15r p p =

2，往复惯性力 J p

22

3

cos()cos cos cos j j

j h h m m p j R F F αβαωλββ-⎡⎤

+=

=-+⎢⎥⎣⎦

bar j m ——往复惯性力，1'j m m m =+

'm ——活塞组（含销、环、销挡圈，活塞）的质量，'m =1.336Kg

1m ——连杆组换算到小头孔中心的代替质量，1m =0.502Kg

β——连杆摆角 (sin(sin ))arc βλα=

λ——曲柄连杆比，R L

λ=

3，作用在活塞销上总作用力p

g j p p p =+

bar

4，总作用力p 在曲柄连杆机构的分解与传递 活塞侧压力

n g p p β

=，连杆力

cos l p

p β

=

曲柄切向力

s i n ()

c o s

t p

αβ

χ+= 曲柄径向力

c o s (

)

c o s

K p

αββ+=

5，曲轴主轴颈，曲柄销所受的切向力及扭矩

各缸切向力之间的关系 各缸扭矩

1213141()(180)(540)(360)

t t t t t t t t αααα==︒+=︒+=︒+

11223344h

h h h

M t R F M t R F M t R F M t R F ====

曲轴主轴颈（承） 承受的切向力及扭矩

34h

Z R F R F R F R F

各曲柄所受的切向力和扭矩

)M

合成扭矩：积累到最后一个主轴颈的扭矩即是发动机的合成扭矩。

4

1i M M

=∑=∑ ()N M

平均扭矩：1

k

i m M

M k

==

∑ k ——计算点数

指示功率的计算 9549.3

m i M n

N =

()kW 有效功率的计算

e i

m N N η= ()kW m η——机械效率 取0.85m η=

绘制单缸扭矩及合成扭矩的曲线图。

6，曲柄销及轴承负荷的计算

2q p == ()bar

rl Z k k =-

rl k ——连杆换算到

大头孔中心的质量2m 产生的离心力

22rl h

m R k F ω=

2 1.359m Kg =

g p 的方向角

12

t a r c t g θ=

方向角通式：(1)90Z Z T

Z Z T

θθ=-

︒

+ 绘制曲柄销极坐标符合图、磨损图，绘制连杆轴承极坐标负荷图、磨损图 7，主轴颈及主轴承负荷的计算

495柴油机平衡块的布置简图