汽油与机活塞说明书

沈阳理工大学课程设计说明书

目录

1汽油机基本参数选择 (2)

1.1内燃机基本设计要求 (2)

1.2汽油机基本结构参数选用 (2)

2汽油机的近似热计算 (4)

2.1燃料燃烧热化学计算 (4)

2.2换气过程计算 (5)

2.3压缩过程计算 (5)

2.4燃烧过程计算 (6)

2.5膨胀过程计算 (9)

2.6示功图绘制 (9)

2.7汽油机性能指标计算 (10)

3活塞的设计 (12)

3.1活塞的工作条件 (12)

3.2活塞的设计要求 (12)

3.3活塞的材料 (12)

3.4活塞的主要尺寸设计 (12)

3.5活塞二维图的绘制 (13)

3.6活塞三维实体建模 (13)

4汽油机的动力计算 (25)

4.1活塞位移、速度、加速度的计算 (25)

4.2曲柄连杆机构动力分析 (26)

4.2.1 4.2.2 作用力分析 (26)

曲柄销载荷和连杆轴承载荷 (28)

参考文献 (29)

2

沈阳理工大学课程设计说明书

1汽油机基本参数选择

1.1内燃机基本设计要求

设计一台新的四冲程非增压汽油机，必须提出设计指标。

1、功率 Pe

有效功率是汽油机基本性能指标。 Pe由汽油机的用途选定，任务书已经指定所需汽

油机有效功率 Pe=86 kw。

2、转速 n

转速的选用既要考虑被汽油机驱动的工作机械的需要，也要考虑转速对汽油机自身

工作的影响。任务书已经指定所需汽油机转速 n=6000 r/min。

3、冲程数τ

本设计中的车用汽油机都采用四冲程，即τ=4。

4、平均有效压力 Pme

平均有效压力 Pme表示每一工作循环中单位气缸工作容积所做的有效功，是汽油机

的强化指标之一，一般车用汽油机的平均有效压力为 0.9 MPa～1.2 MPa，这里取 Pme=0.9 MPa。

5、有效燃油消耗率 be

这是汽油机最重要的经济性指标。四冲程车用汽油机 250g/(kw· h)～380g/(kw· h)。

6、可靠性和寿命

可靠性和寿命是车用汽油机的基本要求之一，设计时必须提出具体指标，但本课程

设计从略。此外，设计指标还可能包括造价、排污、噪声等方面的因素。

1.2汽油机基本结构参数选用

p me i V n

s

由有效功率计算公式：P e

30

可知由于 Pe、Pme、n、τ已选定，则汽油机的总排量 i×Vs也已选定，下一步设

计应选定汽油机的基本结构参数：气缸直径 D、活塞形成 S、缸数 i及其他一些参数。1、气缸直径 D

气缸直径 D的选取影响汽油机的尺寸和重量，还影响汽油机的机械负荷和热负荷。

本设计任务书规定了车用汽油机的气缸直径 D=78mm。

2、活塞行程 S

增大活塞行程 S使活塞平均速度 v s n/3（0 m / s）提高，机械负荷加大，一般车

m

用汽油机 v 17m / s，同时 S也是汽油机基本结构指标 S/D的决定因素，车用汽油机的m

S/D=0.7～1.2，校核所设计的汽油机的 v和 S/D的值。

m

即 v m s n/30 0.085 6000/ 30 =17 m/s 符合要求

S/D=85/78=1.09 符合要求

3、气缸数 i及气缸排列方式

由于设计任务书已指明 D的值，S确定后，满足功率要求可通过改变气缸数 i实现，所以采用 4缸直列排布。

4、连杆长度 L与曲柄连杆比λ=r/L

连杆长度加大，会使汽油机总高度增加；虽然连杆摆角减小，侧压力减小，但效果

不明显；而且连杆重量加大，往复运动质量惯性力加大。因而尽量采用短连杆，目前一

般λ值在 1/4～1/3.2之间，取λ=1/3.6。

则 2r=85，r/L=1/3.6 即 L=152 mm，r=42.5 mm

5、气缸中心距 l及其与气缸直径之比 l /D

0 0

l /D影响汽油机的长度尺寸和重量指标，设计时力求缩小 l /D的值。l /D值的影响

0 0 0

因素可从曲轴中心线方向的尺寸分配和气缸上部的尺寸分配两方面分析，一般其值为

1.25～1.35，取 l /D=1.22，则 l =1.22×78=95 mm。选用湿缸套。

0 0

6、压缩比εc

选用压缩比ε也就是选用燃烧室容积。选用压缩比时要考虑汽油机的经济性能、

c

工作可靠性、爆燃等。任务书给定车用汽油机的ε =10

c

2汽油机的 近似热计算

汽油机 工作过程热计算是对汽油机各 工作过程中 工质的 状态参数、 主要性能质变进 行计算，并绘出示功图。通过热计算可以分析各 工作过程的 影响因素，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。汽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（点算法）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

1理论空气量 L 0

1 g c g H g O L 0

（

0.21 12 4 32

1 0.855 0.145 0.000 =0.51

2 (千摩尔 /千克汽油 )

0.21 12

4

32

燃料采用轻汽油 g 0.855， g H 0.145， g 0.000 c o 汽油低热值 H =44100千焦/千克燃料

u

2新鲜空气量 M

1

1 M 1

a L

m r

1 0.9 0.512

=0.461（千摩尔 /千克) 114

其中

——过量空气系数，

0.85~ 0.96，取 =0.9；

a

m r 114

a

a

3燃烧产物 M 2

g H g o 0.145 0.000 =0.497(千摩尔 /千克)

M 2 M 1

0.461

4

32

4

32

4理论分子变更系数μ

M 2

M 1

0.497

0.461

=1.079 0

5实际分子变更系数μ 1

1.079 0.06

1 0.06

r =1.074

1

1

r