内燃机课程设计6200柴油机曲轴设计动力计算(DOC)

《内燃机学》课程设计设计计算说明书

题目6200柴油机曲轴设计

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目录

1 动力计算 (2)

1.1初始条件 (2)

1.2曲柄连杆机构运动质量的确定 (2)

1.3 P-φ示功图的求取 (3)

1.4往复惯性力P j（α）计算 (3)

1.5总作用力P（α）计算 (4)

1.6活塞侧推力P H（α）计算 (4)

1.7连杆力P C（α）计算 (5)

1.8法向力P N（α）计算 (5)

1.9切向力P T（α）计算 (6)

∑T p计算 (7)

1.10总切向力)

(α

1.11曲柄销负荷R B（α）计算 (8)

1.12准确性校核 (9)

2 曲轴设计计算 (10)

2.1曲轴各部尺寸比例 (10)

2.2曲轴船规验算 (11)

1 动力计算

1.1初始条件

母型机参数：

四冲程六缸、废气涡轮增压、不可逆式、直接喷射、压缩空气启动。

D=200mm S=270mm

n=600r/min Ne=440kW

增压压力P k =0.241Ma ,压缩比ε=12.5，机械效率ηm =0.85,压缩复热指数n 1=1.37,膨胀复热指数n 2=1.26，Z 点利用系数ξz =0.88，燃烧过量空气系数α=2.0，中冷器出水温度t=250 ,原机配气定时：

进气门开——上死点前60度

进气门关——下死点后40度

排气门开——下死点前40度

排气门关——上死点后60度

行程失效系数可取约0.083。

连杆长L=540mm ，质量为34.76kg ，活塞组质量m=35.76kg ，连杆组质量分配比0.347/0.653，单位曲柄不平衡质量m=48.67kg 。

1.2曲柄连杆机构运动质量的确定

将摆动的连杆用双质量系代替，一部分质量等价到做往复运动的活塞组中，另一部质量等价到做回转运动的曲柄组中，从而可以求出往复质量j m 和连杆组算到大端的质量B m 。由于连杆尺寸并未确定，先按照母型机的连杆质量分配比。

0.347*35.760.347*34.7647.8217()j L m M m kg =+=+=

0.653*0.653*34.7622.6983()B L m m kg ===

上式中，M 表示活塞组质量，0.347/0.653为连杆组质量分配比，L m 为连杆质量，质量单位都用kg 。

1.3 P-φ示功图的求取

将所给的P-V 示功图，用发动机运动学公式将其展开，即得P-φ示功图。将活塞的位移转换成对应的曲柄转角，以α代表曲柄转角，取145个点，对应0度到720度每隔5度取一次，由此可得各曲柄转角α下的气体力值Pg （α），单位为MPa 。用matlab 画成曲线见图1，其matlab 程序参见附录。图中实线表示的是气缸压力Pg 与曲柄转角a 的关系。

图1 P,Pg,Pj 与曲柄转角a 的关系

1.4往复惯性力P j （α）计算

232

()(cos cos 2)104j

j m p a R a a D ωλπ

-=-+ (MPa) （1） 往复惯性力按照公式1计算，图1中虚线即为往复惯性力与曲柄转角a 的关系。 式中：mj —往复运动质量，kg ；

R —曲柄半径，mm ；

D —气缸直径，mm ；

ω—曲轴旋转角速度，rad/s ；

β—连杆摆角，rad 。

1.5总作用力P （α）计算

)()()(a p p a p a p j B g +-= (MPa) （2）

总作用力P （a ）按照公式2计算，式中P B 表示活塞底部气体压力，取大气压力，即P B =0.1Mpa 。图1中点划线表示总作用力与曲柄转角之间的关系。通过三者的比较可以看出气缸压力对总作用力影响较大。

1.6活塞侧推力P H （α）计算

βtg a p a p H )()(= (MPa) （3）

活塞侧推力()H p a 按照公式3进行计算，式中β表示连杆摆角。连杆摆角与曲柄转角纯在下列关系：arcsin(*sin())a βλ=，活塞侧推力与曲柄转角的关系见图2。

图2 活塞侧推力与曲柄转角的关系

1.7连杆力P C （α）计算

βcos /)()(a p a p C = (MPa) （4）

连杆力()c p a 按照公式4进行计算，连杆力()c p a 与曲柄转角的关系见图3。

图3 连杆力与曲柄转角的关系

1.8法向力P N （α）计算

)cos()()(βα+=a p a p C N (MPa) （5）

法向力()N p a 按照公式5计算，法向力()N p a 与曲柄转角的关系见图4。

图4 法向力与曲柄转角的关系

1.9切向力P T （α）计算

)sin()()(βα+=a p a p C T (MPa) （6）

切向力()T p a 按照公式6计算，切向力()T p a 与曲柄转角的关系见图5。

图5 曲柄转角与切向力的关系

1.10总切向力)(α∑T p 计算

1

()(720/)z T T i p a p a i z ==+⋅∑∑ (MPa) （7）

对于四冲程曲柄均匀排列情况的总切力按照公式6计算。气缸之间的间隔角为120deg ，总切力与曲柄转角的关系见图6。