柴油机活塞课程设计

目录

1 柴油机大体参数选定 (1)

1.一、柴油机设计指示 (1)

1.二、柴油机大体结构参数选用 (1)

2 近似热计算 (3)

2.一、燃料燃烧热化学计算 (3)

2.二、换气进程计算 (4)

2.3、紧缩进程计算 (4)

2.4、燃烧进程计算 (5)

2.五、膨胀进程计算 (7)

2.六、示功图绘制 (8)

2.7、柴油机性能指标计算 (9)

、三维建模 (10)

3 动力计算 (12)

3.一、活塞位移、速度、加速度 (12)

3.二、活塞连杆作使劲分析 (13)

3.3、曲柄销载荷和连杆轴承载荷 (15)

参考文献 (17)

附表 (18)

1 柴油机大体参数选定

1.1、柴油机设计指示

设计一台新的四冲程非增压柴油机，必需提出设计指标。 1.1.1、功率Pe

有效功率是柴油机大体性能指标。Pe 由柴油机的用途选定，任务书已经指定所需柴油机有效功率Pe 。 P e

1.1.2、转速n

转速的选用既要考虑被柴油机驱动的工作机械的需要，也要考虑转速对柴油机自身工作的阻碍。

n=2000r/min

1.1.3、冲程数τ

本设计中的车用柴油机都采纳四冲程，即τ=4. 1.1.4、平均有效压力Pem

平均有效压力Pem 表示每一工作循环中单位气缸工作容积所做的有效功，是柴油机的强化指标之一。

1.1.5、有效燃油消耗率be

这是柴油机最重要的经济性指标。阻碍柴油机经济性的因素很多，在设计中要认真分析。四冲程非增压柴油机215[g/(kw·h )]～285[g/(kw·h )]。

1.1.6、靠得住性和寿命

靠得住性和寿命是车用柴油机的大体要求之一，设计时必需提出具体指标，但本课程设计从略。

另外，设计指标还可能包括造价、排污、噪声等方面的因素。

1.2、柴油机大体结构参数选用

由有效功率计算公式：τ

30e n

V i P P s em ⨯⨯⨯=

（1.1）

可知由于Pe 、Pem 、n 、τ已选定，那么柴油机的总排量s V i ⨯也已选定，下一步设计应选定柴油机的大体结构参数：气缸直径d 、活塞行程S 、缸数i 及其它一些参数。

1.2.1、气缸直径d

气缸直径d 的选取阻碍柴油机的尺寸和重量，还阻碍柴油机的机械负荷和热负荷。任务书规定了车用柴油机的气缸直径d 。qd=90mm

1.2.2、活塞行程S

增大活塞行程S 使活塞平均速度Vm=S ×n/30提高，机械负荷加大，一样车用柴油机的Vm ≤14米/秒；同时S 也是柴油机大体结构指标S/d 的决定因素，。

估取 s=d 1.2108⨯=mm ,Vm =s /307.2/14/n m s m s ⨯=≤,2

0.6874

s d V S L π==

1.2.3、气缸数i 及气缸排列方式

由于设计任务书已指明d 和S 的值，因此知足功率要求可通过改变气缸数i 实现。

30 2.8e em P i Vs L P n τ⨯⨯=

=⨯, 2.8 4.07s

L

i V =≈，取i=4。

则 2.8V 0.74s L L =

=，2110mm,110/90 1.22/4s V S

S d d

π===≈， /301102000/307.3/14/m V S n m s m s =⨯=⨯=≤ 符合要求 排列方式为直列四缸。

1.2.4、连杆长度L 与曲柄连杆比λ=R/L

连杆长度加大，会使柴油机总高度增加；尽管连杆摆角减小，侧压力减小，但成效不明显；而且连杆重量加大，往复运动质量惯性力加大。因此尽可能采纳短连杆，一样λ值在1/3～1/5之间。

取L=200mm ，则R 55.0,0.27502S R mm L λ=

===，11

35

λ＞＞，符合要求。 1.2.5、气缸中心距l 0及其与气缸直径之比l 0/d

l 0/d 阻碍柴油机的长度尺寸和重量指标，设计时力求缩小l 0/d 的值。l 0/d 值的阻碍因素可从曲轴中心线方向的尺寸分派和气缸上部的尺寸分派两方面分析，一样其。

取I 0=136mm ，I 0/d=136/90=1.511, 在1.2~1.6之间。 1.2.6、紧缩比εc

选用紧缩比εc 也确实是选用燃烧室容积。选用紧缩比时要考虑柴油机的经济性能、工作靠得住性、冷启动性能等。任务书给定车用柴油机的εc 在18～23。

选取εc =18。

2 近似热计算

柴油机工作进程热计算是对柴油机各工作进程中工质的状态参数、要紧性能指标进行计算，并绘出示功图。通过热计算能够分析各工作进程的阻碍因素，找出提高动力性和经济性的途径，又为动力计算、结构设计提供数据。柴油机实际循环热力计算有近似热计算（简单计算法）和模拟热计算（电算法）二种。本设计要求进行近似热计算。

2.1、燃料燃烧热化学计算

2.1.1、理论空气量L 0

⎪⎭

⎫

⎝⎛-+=

3241221.010O H c g g g L (千摩尔/千克柴油)（2.1）

燃料采纳轻柴油87.0=c g ，126.0=H g ，004.0o =g ，那么L 0=0.4946(kmol/kg)

轻柴油低热值 H u =41860千焦/千克

2.1.2、新鲜空气量M1

0a 1L M ϕ= (千摩尔/千克)（2.2）

其中 a ϕ ——过量空气系数，自选，8.12.1a ～=ϕ 取 1.5a ϕ=，那么M 1=0.7419（kmol/kg ）。 2.1.3、燃烧产物M2

32

4g 12o

H g M M ++

= (千摩尔/千克)（2.3） 那么M2=0.7735(kmol/kg)

2.1.4、理论分子变更系数μ0

1

2

0M M =

μ（2.4） 则0 1.043μ=

2.1.5、实际分子变更系数μ1

r

r

γγμμ++=

101（2.5）

其中，γr ——残余废气系数，自选γr ， 取0.04r γ=，则1 1.041μ=。