柴油機課程設(shè)計

1、內(nèi)燃機課程設(shè)計指導書成都理工大學工程技術(shù)學院熱能與動力工程教研室2016年內(nèi)燃機課程設(shè)計指導書一）目的、要求一、內(nèi)燃機課程設(shè)計的目的：（1）復習、鞏固已學過的內(nèi)燃機課程，是對內(nèi)燃機工作原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計、動力學和制造工藝等內(nèi)容學習成果的一次全面考察。（2）通過對一臺機車柴油機的初步設(shè)計，掌握內(nèi)燃機的熱力過程、動力學性能的理論分析和計算方法，熟悉柴油機的結(jié)構(gòu)和設(shè)計過程。（3）提高學生的分析、計算和繪圖能力。總之，通過本課程設(shè)計要進一步提高分析問題、解決問題的能力和獨立工作的能力。二、主要內(nèi)容和時間安排本設(shè)計要求學生對一機車柴油機進行初步設(shè)計，完成一定的計算工作量和繪圖工作量。具體任務，見各人的任務書

2、。其主要內(nèi)容和時間安排如下：內(nèi)容時間安排（1）選取基本參數(shù)、熱計算23天（2）動力計算45天（3）繪制柴油機橫剖面圖（和零件圖）2周（4）編制設(shè)計說明書（及答辯）23天共計3.5周具體內(nèi)容見以下各部分指示書。帶符號“*”的內(nèi)容僅供熱能與動力工程專業(yè)的學生閱讀。三、基本要求1.紀律要求：（1）遵守作息制度，每天上、下午必須到設(shè)計教室進行設(shè)計，離開教室應向班長請假。指導教師及班長經(jīng)常考勤，按規(guī)定若缺席超過三分之一，設(shè)計不能通過。（2）禁止相互抄襲，禁止單純抄圖，禁止用分規(guī)扎圖進行復制，禁止代算代做等。上述行為一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，設(shè)計不能通過。（3）保持設(shè)計場所整潔，輪流值日經(jīng)常打掃，不許帶錄音機等音響設(shè)備到

3、設(shè)計教室，禁止在設(shè)計教室大聲喧嘩、妨礙他人工作。2.業(yè)務基本要求：（1）必須仔細閱讀設(shè)計說明書，按指示書規(guī)定的步驟進行設(shè)計。按質(zhì)按量完成任務書規(guī)定的內(nèi)容。（2）要求計算準確，達到一定的精度（取四位有效數(shù)字）。按規(guī)定的要求進行計算：曲軸轉(zhuǎn)角每隔5一個計算點；計算結(jié)束的條件定為誤差在5%以下。計算用的參數(shù)必須在常用的范圍之內(nèi)。允許用計算機計算，但禁止程序相互轉(zhuǎn)用，在說明書必須附上自編的源程序。計算結(jié)果畫成曲線圖；圖線要正確、美觀、標注完全。（3）所畫的圖紙必須視圖、剖面正確，符合標準。應該對稱的必須對稱。圖線、圖面整潔美觀、配置合理。標注的尺寸和尺寸精度、粗糙度、形位公差完全正確?？傮w尺寸、技術(shù)條

4、件、件號標注等齊全。標題欄、明細表按國家規(guī)定繪制。漢字采用仿宋體書寫，漢字數(shù)字大小相同。尤其應該注意：先看懂參考圖再畫，參考圖有很多錯誤，必須參閱零件圖和教材上圖例按正確結(jié)構(gòu)繪圖，任何出錯不得推諉于參考圖紙。（4）設(shè)計說明書要求內(nèi)容完整、圖表清晰、文字端正。熱能與動力工程專業(yè)的學生設(shè)計說明書不少于六千字，內(nèi)燃機車專業(yè)方向?qū)W生說明書不少于四千字。（5）除了教材外，應主動搜尋相關(guān)參考資料。（二）柴油機基本參數(shù)選定一、柴油機設(shè)計指標分析設(shè)計一臺新柴油機，必須提出設(shè)計指標。在開始設(shè)計時應對其進行分析。1.功率Pe有效功率Pe是柴油機基本性能指標。Pe由柴油機的用途選定，對機車柴油機來說即是根據(jù)鐵路客、

5、貨運輸，包括高速、重載或多機聯(lián)掛的需要而定。機車柴油機通常采用大功率柴油機。任務書已經(jīng)指定所需柴油機有效功率Pe。2轉(zhuǎn)速n柴油機轉(zhuǎn)速n也是一個基本指標。n的選用既要考慮被柴油機驅(qū)動的工作機械的需要，也要考慮n對柴油機自身工作的影響。機車柴油機的轉(zhuǎn)速一般不太高，n=1000轉(zhuǎn)/分左右稱為中速柴油機，n=1500轉(zhuǎn)/分左右稱為高速柴油機。目前，為了提高可靠性、改善經(jīng)濟性和延長壽命，采用中速柴油機較多。任務書指定了柴油機轉(zhuǎn)速n。沖程數(shù)T：二沖程柴油機（t=2）,還是四沖程柴油機（t=4）二沖程柴油機雖然單位時間內(nèi)做功次數(shù)多，輸出扭矩隨轉(zhuǎn)角變化比較均勻，但其熱負荷大，換氣質(zhì)量差，因而目前設(shè)計的機車柴油

6、機都采用四沖程柴油機，即t=4。平均有效壓力Pem平均有效壓力Pem表示每一工作循環(huán)中單位氣缸工作容積做的有效功，是柴油機強化指標之一。機車柴油機采用廢氣渦輪增壓，Pem較高，而且隨著技術(shù)的進步不斷提高。下列數(shù)據(jù)供設(shè)計時按強化程度估用。型號功率（千瓦/馬力）平均有效壓力（千帕）16V240ZJB2650/3600159716V240ZJC2942/4000177316V280ZJ3675/500015725有效燃油消耗率be這是柴油機最重要的經(jīng)濟性指標。要求中速柴油機的be不大于155+5克/馬力小時，即211+7克/千瓦小時。影響柴油機經(jīng)濟性的因素很多，在設(shè)計中要仔細分析。6可靠性和壽命可靠

7、性和壽命是機車柴油機基本要求之一，設(shè)計時必須提出具體指標，但本課程設(shè)計從略。7.外型尺寸和重量顯而易見，機車柴油機的外型尺寸和重量有嚴格要求，一般長X寬X高不大于6米X2.4米X3米，重量不大于20噸。此外,設(shè)計指標還可能包括造價，排污，噪聲等方面的因素。二、柴油機基本結(jié)構(gòu)參數(shù)選用由有效功率計算公式：PxixVxnPemse30u可知由于Pe、Pem、n、T已選定，則柴油機的總排量iXVs也已選定，下一步設(shè)計應選定一些柴油機的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)：氣缸直徑d,活塞行程S,缸數(shù)i及其它一些參數(shù)。1氣缸直徑d氣缸直徑d的選取影響柴油機的尺寸和重量，還影響柴油機的機械負荷和熱負荷。為了系列化，常選用固定的缸

8、徑系列。任務書規(guī)定了所選用的氣缸直徑d。2活塞行程S加大活塞行程S使活塞平均速度Vm=SXn/30提高，機械負荷加大，一般機車柴油機的Vm在10米/秒左右；同時S也是柴油機基本結(jié)構(gòu)指標S/d的決定因素。S/d對柴油機性能的影響請參閱“內(nèi)燃機學”第302頁內(nèi)容。機車柴油機由于空間限制，采用較小的S/d值，一般中速機lWS/dW1.2。請驗證你所設(shè)計的柴油機的Vm值及S/d值。3氣缸數(shù)i及氣缸排列方式由于設(shè)計任務書已指明d，S值，因而滿足功率要求可通過改變氣缸數(shù)i實現(xiàn)。機車柴油機中8缸以上多采用V型排列方式。V型夾角y影響因素很多，它與柴油機的外型尺寸、發(fā)火均勻性、平衡性、扭轉(zhuǎn)振動及V型夾角空間的

9、利用有關(guān)，任務書已經(jīng)指定了V型夾角Y，請分析你所采用的Y角對上述因素的影響。4.連桿長度L與曲柄連桿比=R/L連桿長度L加大，使柴油機總高度加大；雖連桿擺角減小，側(cè)壓力減小，但效果不明顯；而且連桿重量加大，往復運動質(zhì)量慣性力加大。因而盡量采用短連桿，一般九值在1/3.81/4.2之間。參考樣機的連桿長度如下，請校核你所設(shè)計的柴油機九值是否在該范圍之內(nèi)。柴油機型號16V240ZJ16V280ZJ連桿長度（毫米）580580采用短連桿后設(shè)計中要進行下列檢查：連桿運動時外形是否與缸套相碰。活塞在下止點時平衡塊是否與活塞相碰，活塞在上止點時曲柄臂是否與氣缸套相碰。5氣缸中心距l(xiāng)及其與氣缸直徑之比l/d

10、00l/d影響柴油機的長度尺寸和重量指標，設(shè)計時力求縮小l/d值。/d的值影響因000素可從曲軸中心線方向的尺寸分配和氣缸上部的尺寸分配兩方面分析。一般l/d值為01.21.6。參考樣機的l值如下表所示，請校核你所設(shè)計的機型的l/d值，并分析你是00如何處理上述兩個尺寸分配間的關(guān)系。柴油機型號16V240ZJ16V280ZJ氣缸中心距（毫米）4004556.壓縮比（或c選用壓縮比也就是選用燃燒室容積。選用壓縮比時要考慮柴油機的經(jīng)濟性能、C工作可靠性、冷起動性能等。增壓柴油機在1116之間，直噴式大功率柴油機在C1213之間。請自行選用，并說明對柴油機工作的影響。C（三）近似熱計算柴油機工作過程

11、熱計算是對柴油機各工作過程中工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)，主要性能指標進行計算，并繪出示功圖。通過熱計算可以分析各工作過程的影響因素，找出提高做功能力和經(jīng)濟性的途徑，又為動力計算、結(jié)構(gòu)設(shè)計提供數(shù)據(jù)。柴油機實際循環(huán)熱力計算有近似熱計算（簡單計算法）和模擬熱計算（電算法）二種。本設(shè)計要求進行近似熱計算。請思考：實際循環(huán)與理想循環(huán)有什么差別？近似熱計算做了那些簡化？一、燃料燃燒熱化學計算1理論空氣量L0L二丄（c+gH-go）（千克摩爾/千克柴油）00.2112432燃料采用輕柴油：g=0.87,g=0.126,g=0.004cHo輕柴油低熱值：H=41860千焦/千克u2新鮮空氣量M1M二申L（千克摩爾/千克）

12、1a0其中甲過量空氣系數(shù)（曾用a表示），自選。a增壓柴油機甲=1.72.2a請思考：過量空氣系數(shù)甲的選用對做功能力和經(jīng)濟性能有什么影響?a燃燒產(chǎn)物M2M=M+gH+（千克摩爾/千克）21432理論分子變更系數(shù)卩（或卩）00M2M15實際分子變更系數(shù)巴或（卩）卩+Y0r1+丫r其中Y殘余廢氣系數(shù)，自選r增壓柴油機Y=0.000.03r請思考：為什么增壓柴油機Y較小?r二、換氣過程計算1排氣壓力（氣缸內(nèi)廢氣壓力）Pr廢氣渦輪增壓柴油機P=（0.850.95）Prd其中P為進氣管內(nèi)氣體壓力，對有中冷的增壓柴油機dP=（0.970.99）PP為增壓壓力dkk2氣缸內(nèi)排氣溫度（殘余廢氣溫度）T對四沖程增

13、壓柴油機T=8001000Kr3進氣終點壓力Pa對四沖程增壓柴油機P=(0.900.98)Pak若P200千帕k取P=(0.981.0)Pak注意：P應大于P，為什么？ar4.進氣終點溫度TaT+AT+丫TT=4i-r-a1+yr其中T進氣管溫度d/T進氣溫升，增壓柴油機/T=010C有關(guān)參數(shù)按下表選取：240系列增壓壓力P290千帕進氣溫度T=340Kkd280系列增壓壓力P250千帕進氣溫度T=325Kkd5充量系數(shù)（充氣效率）甲（或耳）cv8PT1(Pcad-c8-1PT1+ycdar四沖程增壓柴油機P=0.901.05c請思考：增壓柴油機的P為什么可能大于1?cP表達式中的因素怎樣影響

14、充氣系數(shù)？c*6.柴油機總空氣流量Gd一PxVxixn/十士，工、G=甲甲s(千克/秒)dsc30rxRxTdd式中：Q掃氣系數(shù)，四沖程增壓柴油機甲=1.051.25ssR進氣充量的氣體常量，R=0.287千焦/(千克.度)dd三、壓縮過程計算平均多變壓縮指數(shù)n1平均多變壓縮指數(shù)n在下列范圍內(nèi)選取：1高速柴油機n=1.371.411中速柴油機n=1.341.391請思考：你是根據(jù)什么理由選取n？n的變動意味著什么？為什么n總大于絕熱指111數(shù)？2壓縮過程中任意曲軸轉(zhuǎn)角Q時的壓力p(畫示功圖時用)cxcxVp=p(a)n(KPa)cxaV1cx其中：V進氣終點氣缸容積ca-cxe(m2)caV對

15、應于Q時的氣缸容積cxcx兀九V=d2R(1-cosQ+sin2q)+Vcx4cx2cxc(m2)式中R曲柄半徑R=S/2(m)九曲柄連桿比九=R/L3壓縮終點充量的狀態(tài)參數(shù)KPa)K)壓力p=pn1cbac溫度T=TnlTcbac四、燃燒過程計算1.熱量利用系數(shù)gZ熱量利用系數(shù)g表示燃燒熱量被工質(zhì)吸收多少的程度。由于不完全燃燒、傳熱損Z失、高溫分解、節(jié)流損失等因素，燃料燃燒所發(fā)出的熱量中只有一部分被工質(zhì)吸收。燃燒終點的熱量利用系數(shù)g在下列范圍內(nèi)選取:Z直噴式中速柴油機g=0.800.88Z高速柴油機g=0.700.85Z增壓柴油機g取大值。Z燃燒最高壓力PZP按結(jié)構(gòu)強度及壽命要求選取。直噴式

16、柴油機P較大。本設(shè)計P不超過135ZZZ公斤力/厘米2，即13.239兆帕。壓力升高比九Pcb直噴式增壓柴油機九=1.401.80請校核請思考：壓力升高比九和壓縮比對柴油機作功能力，經(jīng)濟性能有什么影響？c燃燒最高溫度TZ工質(zhì)的平均等容摩爾熱容(卩C)和平均等壓摩爾熱容(RC)間有如下關(guān)系:vmpm(RC)二(RC)+8.313千焦/(千克摩爾K)pmvm工質(zhì)的平均等壓摩爾熱容(RC)按下列辦法計算：pm查圖法：由下圖按過量空氣系數(shù)查出。甲C4千魚于克卓爾開）2/SOU查表插值計算法：（摘自“柴油機設(shè)計手冊（上）”）1.01.21.41.61.82.240032.10031.73631.4723

17、1.28431.11230.88660032.96332.56532.27232.05031.86231.57780033.83833.41933.06332.84532.64932.364100034.62534.13533.85433.59533.36533.034120035.34134.84334.46634.19433.95933.645140035.97735.44135.07734.81334.54134.198160036.54735.98135.56735.26135.02334.667180037.04536.46336.08235.76835.46235.09420003

18、7.48036.87036.46736.10335.85235.454；C、2.63.04.06.0OO40030.72330.60130.43430.19929.79760031.40131.27531.06630.82330.41380032.17632.02131.77831.52231.037100032.82532.67832.40632.14231.606120033.41933.23933.01732.67434.121140033.96333.78733.47333.18032.586160034.39934.23133.92633.59532.988180034.81334.

19、64634.33234.01833.344200035.17834.98134.65834.03733.658注意：本表中采用的是。C,需要換算成開爾文(K)。燃燒方程式gH于+C)+8.31301)T二卩(RC)T(pL(1+丫)pcbmcb1PZmZa0r其中：(RC)壓縮終點新鮮空氣和殘余廢氣混合氣的平均等壓摩爾熱容,pcbm按下列方法進行計算：(RC)二(RC)+8.313pcbmvcbm(RC)vcbm(RC)+Y(RC)式中：(rC)在T溫度下，空氣的平均等容摩爾熱容?？砂磒=*求出TOC o 1-5 h zvmcba(RC)再由pm(RC)=(RC)-8.313求出。vmpm(R

20、C)在T溫度下，殘余廢氣的平均等容摩爾熱容，可由p值求出vmcba(RC)，再由pm(RC)=(RC)-8.313求出。vmpm(yC)在T溫度下燃燒產(chǎn)物的平均等壓摩爾熱容。PZmZ燃燒最高溫度T的計算由于(yC)與T有關(guān)，而T又是待定值。因而采用試湊法求解，即先假設(shè)一個PZmZZT，由過量空氣系數(shù)求出(yC)，代入燃燒方程式，反復試算直到燃燒方程式平衡ZPZm時止。方程式兩邊相差應在5%之內(nèi)。燃燒終點體積V和初期膨脹比p初期膨脹比p=牛九Tcb燃燒終點容積V=pVZcb一般p=1.11.7請注意校核五、膨脹過程計算1.平均多變膨脹指數(shù)n2n在下列范圍內(nèi)選取：2高速柴油機n=1.181.272

21、中速柴油機n=1.251.302請思考：n是根據(jù)什么條件決定的？選取n時應考慮那些因素？你是如何選取的?222膨脹過程中任意曲軸轉(zhuǎn)角申時的氣體壓力P(供畫示功圖用)bxbxVP=P(曠)n2bxZVbxV的計算方法與壓縮過程中的V類似。bxcx3.后期膨脹比68b=cpZ14膨脹過程終點狀態(tài)參數(shù)壓力p=-Z-b6n2溫度T=Sz-b6n2-1*5排氣支管溫度校核機車柴油機都是要求排氣支管溫度不高于某一值，一般為520540C，這個指標是考核柴油機的燃燒情況、熱負荷的重要指標，也是保證廢氣渦輪葉片正常工作的必要條件。本次設(shè)計中不對其進行校核。六、示功圖繪制1理論示功圖的繪制根據(jù)各過程計算結(jié)果可以

22、繪出柴油機實際循環(huán)的理論示功圖。其中燃燒過程按等容等壓過程繪制。請思考：示功圖與壓容圖有什么區(qū)別？理論示功圖的理論循環(huán)指示功L按下式計算:P&mL丄ac18一1c九(P-1)+1-6n-1(6n2-1丿2n-1(11-丄18n1-1丿C按示功圖上縱橫坐標比例：壓力值/格，容積值/格可以算出L對應的方格數(shù)S。102實際示功圖繪制理論示功圖沒有考慮下列因素的影響，因而必須進行修正得到實際示功圖：沒有考慮進排氣過程。雖然泵氣損失（或泵氣功）并入機械損失，不計入指示功，但為了示功圖完整，根據(jù)進氣終點壓力P和排氣壓力P近似畫出進排氣過程線。ar提前點火、噴油提前的影響：壓力劇烈升高應該從上止點前就開始。

23、燃燒規(guī)律的影響：燃燒過程壓力線應該連續(xù)、圓滑，燃燒最高壓力應該出現(xiàn)在上止點后10左右。排氣提前角開啟的影響：在下止點前壓力就開始下降，即壓力線圓滑過渡到排氣線。整個過程的換氣線也應修圓。修圓后實際示功圖的循環(huán)指示功比理論示功圖小。計算因修圓而減小的方格數(shù)S，就可求出示功圖的豐滿系數(shù)。S-SQ二1fS0一般范圍Q=0.920.99，增壓柴油機取高值。請檢查示功圖的豐滿系數(shù)是否在上f述范圍內(nèi)，否則重新修圓。3.P呷示功圖繪制由P-V示功圖轉(zhuǎn)換成P-9示功圖。計算法轉(zhuǎn)換：對任意曲軸轉(zhuǎn)角申，有氣缸容積V兀d2九V=xR(1一cosQ)+(1一cos2q)+V44c作圖法轉(zhuǎn)換：按下圖所示方法進行轉(zhuǎn)換。畫

24、出的P呷圖應該圓滑，壓力升高率dp/d申不應過大，否則重新修圓示功圖，再P-v圖轉(zhuǎn)換成P-Q圖方法請思考：增壓柴油機的示功圖與非增壓柴油機有什么不同？4.氣體壓力列表按曲軸轉(zhuǎn)角5間隔，列出氣體壓力P隨曲軸轉(zhuǎn)角q的變化表格（可合并在動力g計算中列出）。七、柴油機性能指標計算1.平均指示壓力pim2.LP8n1P=匚=acimfVf81sc九（p1）+九pn121115n21丿8n11c指示功率P（或N）、指示熱效率耳和指示耗油率biiiP-V-i-nPimsi60t千瓦）ffiLTp耳8.313a0dimiHPQuda73600 x103bi耳xHi卩（克/千瓦小時）3機械效率耳mn的選取是熱計

25、算的關(guān)鍵。m四沖程增壓柴油機n的一般范圍為0.800.92。機車m柴油機的n在0.85以上。計算中不要偏離太遠。m4.有效功率P（或N）、有效熱效率n、平均有效壓力p及有效油耗率b（或g）eeeemeePPxneimppxnemimmnnxneimbb/neim機車中速增壓柴油機b211+7克/千瓦小時，n=0.400.45必須校驗：計算后得ee到的P、b是否在任務書規(guī)定的范圍之內(nèi)，誤差不允許超過5%，否則需要另選參數(shù)，ee重新計算。請思考：為了提高n應在那些方面米取措施？你在設(shè)計中如何考慮的？e四）動力計算課程設(shè)計中進行動力計算的目的：掌握柴油機動力計算的方法；確定有關(guān)零件的運動、受力情況和

26、軸承載荷情況。要求按曲軸5間隔計算，由計算結(jié)果畫曲線圖。注意：一律以力的實際值計算，不要用單位活塞面積作用力。一、活塞位移、速度、加速度計算對于活塞位移、速度和加速度的計算，由于周期性，只計算0360度即可。若采用手算，用近似公式計算：x=RG一cosQ）+fsin2qv二Rsinq+-sin2q2a=R2(cosq+九cos2q)其中X巴，“R,R=S30l2計算可以列表進行qsinqcosqsin2qcos2qxva若采用電算，則應該用精確公式計算(1-cosq)+丄(1一cos九卩）廠sin(p+B)v=RcosB廠cosCp+B)acos2qa=R2+九二cosBcos3B其中B=ar

27、csin（九sinq）。注意：九1/4加速度曲線應有四個極值點請思考：活塞運動的精確公式和近似公式的差別在哪里？請介紹活塞運動規(guī)律。0.002427.0-24Z7.090180270活塞位移、速度、加速度變化曲線二活塞連桿作用力分析1.計算公式基本作用力氣體力P=(P-P)叩2ggg4其中：P取自熱計算結(jié)果gP曲軸箱內(nèi)氣體壓力，近似取100千帕g注意：動力計算中不要忘記減Pg運動零件慣性力活塞組換算質(zhì)量：實際質(zhì)量mp連桿組換算質(zhì)量：按兩質(zhì)量系統(tǒng)考慮小頭換算質(zhì)量：m=Lmcalc大頭換算質(zhì)量：m=Lmcblc若設(shè)計新連桿，應用圖紙尺寸計算重心質(zhì)量，從而求出換算質(zhì)量；對已有連桿可用稱重法求出。參考

28、機型的換算質(zhì)量如下：活塞連桿小頭連桿大頭機型m(kg)m(kg)m(kg)pcacb16V240ZJ32.5（鋁合金）16.526.516V240ZJ35（鋼頂鋁裙）16.526.516V280ZJ52.5（鋼頂鋁裙）19.0242.28往復運動慣性力P=一ma=一（m+m）ajjpca連桿大頭離心慣性力P=mRo2rccb連桿作用力設(shè)P=P+P=P-(m+m)a則有:gjgpca連桿小頭氣缸中心線方向作用力垂直氣缸中心線方向（側(cè)壓力）連桿大頭曲柄旋轉(zhuǎn)方向（切向力）曲柄法向（法向力）習慣上令：P一magpP=P-tgpNT=Psing+卩)COSPZ=Pcos(申+卩)p=k-mRo2COsP

29、rccbK=pcos+卩)cOsP計算可以列表進行pPPgPjPPrcPNsin(p+P)Tcos(p+P)KZ根據(jù)計算結(jié)果畫出Pg、卩、T、K隨cp的變化曲線（可分開畫成二個曲線圖）。800000000_M0007決ijs4l:t2e.1E-LP-7&CrankangleP,P,T,K隨曲軸轉(zhuǎn)角變化曲線nj*進一步可以畫出活塞銷載荷圖，連桿小頭軸承載荷圖（參見“內(nèi)燃機動力學”第31頁）三、曲柄銷載荷和連桿軸承載荷1.曲柄銷載荷曲柄銷上作用有切向力T和法向力乙Z=KP，由作圖法畫rc出曲柄銷載荷圖，參見“內(nèi)燃機動力學”第24頁或“柴油機”第59頁。注意：作圖時可以用T、Z直接畫出曲線圖，也可以

30、用T、K以移軸辦法畫圖，不管用哪一種方法作圖，坐標一律以T、K表示，并標出P，但是，必須在曲線上畫出曲柄形狀及轉(zhuǎn)向，標出曲軸轉(zhuǎn)rc角，最大作用力及示意的表示出力的作用點等。此外，T、K、Prc的作圖比例必須相同，否則無法正確表示作用力方向。2.連桿軸承載荷曲柄銷載荷連桿軸承載荷變換用坐標變換法計算:Z二Tsin（Q+p）+Zcos（Q+p）T二Tcos+p）Zsin+p）列表計算如下:psin（申+p）cos（申+p）TZTZ根據(jù)計算結(jié)果畫出連桿軸承載荷圖，參見下圖的載荷形狀示意圖。同樣要求在圖上畫出連桿外形，標出曲軸轉(zhuǎn)角，曲柄轉(zhuǎn)向及力作用點的位置。請思考：能否從曲柄銷載荷圖上找出曲柄銷磨損較

31、大的部分？能否從連桿軸承載荷圖上分析連桿及連桿螺栓的受力情況？四、多缸柴油機的氣缸排列、發(fā)火次序和切向力曲線1有關(guān)規(guī)定：柴油機的旋轉(zhuǎn)方向，指功率輸出端曲軸旋轉(zhuǎn)方向，由面朝功率輸出端確定；若順時針方向旋轉(zhuǎn)稱為右轉(zhuǎn)，反之稱為左轉(zhuǎn)。任務書上已指定曲軸轉(zhuǎn)向。柴油機氣缸編號法：面對功率輸出端，V型柴油機右列為I列，左列為II列。編號由自由端開始向功率輸出端依次編號，即I列（右列）由自由端為1，2,3，n,II列（左列）編號為n+1，n+2，n+3，2n。采用并列連桿的V型柴油機還有二列中哪一列靠近自由端的問題，若左列靠前，則左列各缸連桿大頭在曲柄銷上比右列靠近自由端。任務書中已指定了某列靠前。每位同學必

32、須正確畫出氣缸排列和曲軸轉(zhuǎn)向圖。如16V280ZJ柴油機：右列12345678自由端功率輸出端左列910111213141516由于動力計算中,曲軸轉(zhuǎn)向一律按順時針方向考慮，因而必須把計算中的作用力方向與實際情況明確對應起來。2發(fā)火次序選用發(fā)火次序要考慮多方面因素，參見“內(nèi)燃機動力學”第15頁。請自行選擇發(fā)火次序，并說明理由。在選用中采用每列中各缸均勻發(fā)火，二列間錯開發(fā)火，并使曲柄位置鏡面對稱。3各缸相位角確定以第一缸為基準，其余缸比第一缸發(fā)火提前的曲軸轉(zhuǎn)角值稱為該缸的相位角。確定相位角時要考慮發(fā)火次序、曲軸轉(zhuǎn)向和V型夾角等因素。下面舉例說明。12V240ZJ柴油機（見“內(nèi)燃機動力學”第十九頁

33、）的相位角確定方法：由曲軸轉(zhuǎn)向可知，右列的第一缸轉(zhuǎn)過360-45=315時，左列的第七缸（注意：第七缸和第一缸都是各列最靠前的氣缸）發(fā)火，因而第七缸應排在第三缸之后發(fā)火，而第七缸發(fā)火后轉(zhuǎn)過Y角又到第一缸上止點，這時因錯開發(fā)火，不該第一缸發(fā)火而是第六缸發(fā)火（第六缸發(fā)火比第一缸延后360）。定好發(fā)火次序后，從第一缸開始按發(fā)火次序逆向計算就可以確定各缸的相位角。上例中第七缸的相位角是405。4總切向力曲線計算若V型柴油機的氣缸數(shù)為Z,由于重復，總切向力曲線計算中只要計算720X2/Z范圍即可。每缸的切向力按相位角取自切向力數(shù)據(jù)。如第i缸相位角為g，則當?shù)谝籭缸的轉(zhuǎn)角為申時，第i缸的切向力為：T二T+

34、g）。各缸累加就得到總切向力曲線。11i計算列表進行。第缸第二缸總切向力T1X2T2工Ti由總切向力曲線取平均值，求出平均指示扭矩，進而校核指示功率P及有效功率Pie等。五、主軸頸載荷和主軸承載荷計算1曲柄旋轉(zhuǎn)離心力曲柄旋轉(zhuǎn)離心力的換算質(zhì)量參考機型的曲柄質(zhì)量機型16V240ZJ16V280ZJm（千克）d64.7775.36如果活塞行程與原機型不一致，則必須重新計算m。其變化量m可近似計算d為：如d=FxArxp式中：F為曲柄橫截面積240系列為73x330280系列為75x360P為材料密度f廣平衡塊的引入TOC o 1-5 h z為了改變內(nèi)部平衡性，改善軸承載荷，.K曲柄臂上一般裝有平衡塊

35、。平衡產(chǎn)生的離心rV/-力，可以部分平衡曲柄旋轉(zhuǎn)質(zhì)量離心力。若L有平衡重，則必須求出其質(zhì)心位置ph和質(zhì)l-曲柄載荷示意圖量m，其離心力為mpo2。本次設(shè)計中平bb衡塊離心力按平衡回轉(zhuǎn)離心力的80%考慮。旋轉(zhuǎn)離心力的計算在動力計算中，作用在曲柄銷上的連桿大頭離心力，曲柄自身的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量離心力和平衡塊離心力合成旋轉(zhuǎn)離心力P，其作用點假定在曲柄銷中心。rP=2mr2+mr2mp2rcbdb2主軸頸載荷畫出任務書所規(guī)定的主軸頸及其兩側(cè)曲柄圖，標出其上的作用力。畫圖時應注意以下幾點：兩個曲柄間的夾角是曲柄夾角0,而不是曲柄圖上的曲柄錯角9由于轉(zhuǎn)向一律規(guī)定為順時針，需要正確畫出曲柄圖形，定出0角正負。主軸頸

36、載荷計算示意圖需要根據(jù)V型柴油機某列靠前、轉(zhuǎn)向等實際情況，定出按順時針轉(zhuǎn)向考慮時各曲柄號及各曲柄上作用力對應的氣缸號，以便進行正確的計算。有關(guān)作用力也作用在不同位置上。P作用在曲柄銷中心，離心向外。T、K作用在r連桿大頭中面，同一曲柄上兩個作用力之間相距一個錯缸距l(xiāng)l由連桿圖紙而定。cc參考下列數(shù)據(jù)：機型16V240ZJ16V280ZJl（毫米）c7486主軸頸載荷計算求出每個曲柄上的作用力在該主軸頸上引起的支座反力，將主軸頸上所有支座反力合成，就得主軸頸載荷。合成時按順時針轉(zhuǎn)向觀察，以位置在前的曲柄為準定坐標。如上圖所示。畫主軸頸載荷圖時可有兩種方法：方法之一：先將K、T的支座反力合成R=T

37、+TcosO-Ksin0T,i+1ii+1i+1R=K”+KcosO+TsinOK,i+1ii+1i+1再通過移軸考慮PrAR=PsinOT,i+1r,i+1AR=-P一PcosOK,i+1r,ir,i+1請參閱“內(nèi)燃機動力學”第2728頁。方法之二：直接求出主軸頸載荷R=T”+TcosO-KsinO+psinOT,i+1ii+1i+1r,i+1R=K+KcosO+TsinO-p-pcosOK,i+1ii+1i+1r,ir,i+13主軸承載荷可根據(jù)右圖按坐標旋轉(zhuǎn)計算出各曲軸轉(zhuǎn)角下主軸承載荷:R=Rsina+RcosaK,i+1T,i+1K,i+1R=Rcosa-RsinaT,i+1T,i+1K

38、,i+1式中a為曲柄與柴油機垂直中線的夾角。當主軸頸載荷計算中的基準曲柄位置用右列缸的曲柄轉(zhuǎn)角表示且柴油機為右轉(zhuǎn)時（如圖所示申）則a=申+丫/2,ii若柴油機仍為右轉(zhuǎn)，而曲柄位置用左列缸曲軸轉(zhuǎn)角表示時（如圖中申）貝yja=*-y/2。柴油機左轉(zhuǎn)時可以類推。j動力計算提倡采用電算。不同缸數(shù)柴油機各位主軸頸載荷主軸承載和曲線形狀如下圖所示。主軸頸載荷與主軸承載荷換算關(guān)系 缸V型柴油機主軸頸載荷與主軸承載荷示意圖第位主軸頸載荷第四位主軸頸載荷第第五五位位主主軸軸頸承載載荷荷第第六六位位主主軸軸頸承載荷荷第第七七位位主主軸軸頸承載荷荷第第八位位主主軸軸頸承載載荷荷第第九位位主主軸軸頸承載載荷荷載載八九 缸V型柴油機主軸頸載荷與主軸承載荷示意圖第位主軸頸載荷第位主軸頸載荷第位主軸承載荷第位主軸承載荷第位主軸承載荷第四位主軸承載荷8缸V型柴油機平面曲柄主軸頸載荷與主軸承載荷示意圖-150100100150lllj3UU-S5UC語言繪制軸承（軸頸）載荷圖基本程序#include#include#include#include#include#includefloatt721,k721voidmain(void)Intn;Charfilename20;File*f_n;Intgdriver=DETECH,gmode;IntI,j,x,y,x0,y0,x1,y1,xmax,xmin,ym