工程軟件技能訓(xùn)練說明書

本文格式為Word版，下載可任意編輯——工程軟件技能訓(xùn)練說明書

工程軟件技能訓(xùn)練

課程設(shè)計(jì)說明書

系部名稱：汽車與交通工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)：車輛工程班學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：職稱：

黑龍江工程學(xué)院二○一四年十一月

工程軟件技能訓(xùn)練

課程設(shè)計(jì)任務(wù)書

學(xué)生姓名指導(dǎo)教師姓名題目名稱設(shè)計(jì)內(nèi)容：付納院系汽車與交通工程學(xué)院副教授從事講師專業(yè)專業(yè)、班級(jí)車輛工程車輛工程11-6班是否外聘□是■否王永梅楊兆職稱群眾495柴油機(jī)以群眾495柴油機(jī)為例，基于相關(guān)參數(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)主要零部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算，同時(shí)進(jìn)行強(qiáng)度、剛度等方面的校核，并進(jìn)行相關(guān)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真分析，以達(dá)到良好的生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。目前國內(nèi)外對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)分析的方法好多，而且已經(jīng)完善和成熟，但仍缺乏一種基于良好生產(chǎn)效益、經(jīng)濟(jì)效益上的綜合性分析，本次設(shè)計(jì)在明了、全面剖析的基礎(chǔ)上，有機(jī)地將各研究模塊聯(lián)系起來，達(dá)到既簡(jiǎn)便又明了的設(shè)計(jì)目的，力求為發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供一種綜合全面的思路。設(shè)計(jì)完成后應(yīng)提交的成果：目錄

第一章緒論3

第一節(jié)內(nèi)燃機(jī)活塞連桿組的意義5其次節(jié)國內(nèi)外的發(fā)展趨勢(shì)5第三節(jié)研究的內(nèi)容6其次章內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)介6第一節(jié)內(nèi)燃機(jī)的機(jī)構(gòu)6

其次節(jié)內(nèi)燃機(jī)的工作原理7

一、進(jìn)氣過程9二、壓縮過程10三、燃燒過程11四、膨脹過程12五、排氣過程13

第三章活塞組的設(shè)計(jì)13

第一節(jié)活塞設(shè)計(jì)的外界因素及影響13

一、活塞的功用及工作條件13二、活塞組的影響14三、活塞的工作條件14四、設(shè)計(jì)要求14五、活塞的材料14其次節(jié)活塞的結(jié)構(gòu)15

一、活塞頭部的設(shè)計(jì)15二、活塞頂和環(huán)帶斷面16三、活塞裙部的設(shè)計(jì)18四、裙部與缸套的協(xié)同間隙19

第四章活塞銷的設(shè)計(jì)及活塞環(huán)和環(huán)槽的參數(shù)選擇20

第一節(jié)結(jié)構(gòu)和尺寸20其次節(jié)活塞銷的固定方式20第三節(jié)活塞環(huán)和環(huán)槽的參數(shù)選擇21第五章活塞的受力22

第一節(jié)活塞的校核22其次節(jié)活塞銷的受力與校核24第三節(jié)活塞環(huán)的校核25第六章連桿組零件及襯套的設(shè)計(jì)27

第一節(jié)連桿的材料27其次節(jié)連桿長(zhǎng)度的確定27第三節(jié)連桿小頭的設(shè)計(jì)27

一、小頭結(jié)構(gòu)形式27二、小頭尺寸27三、連桿襯套28第四節(jié)連桿桿身的設(shè)計(jì)28第五節(jié)連桿大頭的設(shè)計(jì)29

一、連桿大頭的剖分形式29二、連桿大頭的定位方式29三、連桿大頭的主要尺寸29第六節(jié)連桿組的重量及慣性力29第七章連桿的受力分析和校核30

第一節(jié)連桿小頭30其次節(jié)連桿大頭33第三節(jié)連桿桿身33第八章曲軸的設(shè)計(jì)34

第一節(jié)曲軸的受力分析35其次節(jié)曲軸頸直徑d和主軸頸D37第三節(jié)校核曲柄臂的強(qiáng)度38結(jié)論42致謝42

?c是壓縮比；

T1de是進(jìn)氣終了的溫度；

n是平均壓縮多變指數(shù)過

表2.3P和V的關(guān)系

氣缸容積(L)

氣缸壓力(Mpa)

0.6560.640.750.450.30.150.0490.0320.1760.160.1850.250.441.124.778.63三、燃燒過程

當(dāng)活塞壓縮到上止點(diǎn)，噴油器向燃燒室噴入霧狀柴油，油霧與壓縮空氣充分混合，形成高溫高壓的燃?xì)?，并開始自行著火燃燒，混合汽膨脹做功，推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，從而推動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)外輸出功。燃燒過程的作用是將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，使工作的壓力、溫度升高。燃燒放出的熱量越多，放熱時(shí)越靠近上止點(diǎn)，熱效率越高。柴油機(jī)應(yīng)在上止點(diǎn)前就開始噴油，噴進(jìn)氣缸中的柴油迅速蒸發(fā)，而與空氣混合，并進(jìn)駐在氣缸中被壓縮的具有很高內(nèi)能的空氣的熱量而自然。開始燃燒速度很快，而氣缸容積變化很小，所以工作的壓力、溫度劇增，接近于等容過程，接著一面噴油，一面燃燒，燃燒速度緩慢下來，且隨著活塞向下止點(diǎn)移動(dòng)，氣缸容量增加，氣缸壓力基本不變，而溫度繼續(xù)上升，該過程接近于等壓過程。燃燒的最高爆發(fā)壓力Pmax取值范圍4.5～14.0(Mpa)及最高溫度Tmax取值范圍1800～2200（K)。

燃燒爆發(fā)壓力：P2=?1Pco=1.5×8.63=12.95Mpa理論空氣量：

Lo?1CHO10.870.1260.04(??)??(??)?0.49(kmol/kg)0.21124320.2112432

實(shí)際空氣量：L=?LO=1.7×0.49=0.84(kmol/kg)

理論分子變化系數(shù)：

?o?1?8H?O8?0.145?0.004??1.04332L32?0.84

P?????1??分子變化系數(shù)：

o?P1.043?0.04?1.0411?0.04

空氣的定容比熱：

（）ucvma=19.259+0.0025Tco=19.259+0.0025×961=21.662kmol/kg

燃燒終點(diǎn)爆發(fā)溫度：T2=2000K燃燒產(chǎn)物定容比熱：ucvmp=[20.47+19.259(a-1)]/a+[36+25(a-1)]

T2/a10

44=[20.47+19.259×(1.7-1)]/1.7+[36+25×(1.7-1)]×2000/1.7×10=26.264kmol/kg

?Tp1.0412000???1.5961初期膨脹比：P=Tco=1.44

四、膨脹過程

膨脹過程時(shí)，進(jìn)、排氣門均關(guān)閉，高溫高壓的氣體推動(dòng)活塞，由上止點(diǎn)移動(dòng)而膨脹做功，氣體的壓力、溫度也隨即迅速降低。膨脹過程中有熱交換損失、漏氣損失和補(bǔ)燃現(xiàn)象，因此，膨脹過程也是一個(gè)多變過程，多變指數(shù)n是不斷變化的膨脹過程初期，由于補(bǔ)燃

2nk。不過，宛如壓縮過程，為了簡(jiǎn)便起見，在計(jì)算中用一個(gè)不變的平均膨脹多變指數(shù)n代替n，只要以這個(gè)指數(shù)n計(jì)算的多變過程，其起點(diǎn)和終點(diǎn)的狀態(tài)與實(shí)際膨脹過程始、終狀

'22'22態(tài)相像。柴油機(jī)n的范圍為1.15～1.28。取n=1.2

22''后膨脹比：?=

?cP=27.5÷1.44=12.15

膨脹終點(diǎn)的壓力和溫度可用下式計(jì)算：

p

T式中：

pmx2=?n2=12.95÷12.15=0.647Mpa

1.2mx?T?n22?1?200012.151.2?1?1212k

pmx是膨脹終點(diǎn)的壓力（Mpa);

P2是最高爆發(fā)壓力（Mpa)；

Tmx是膨脹終點(diǎn)的溫度（K);

T2是最高爆發(fā)壓力是對(duì)應(yīng)點(diǎn)的溫度（K);

n'2是平均膨脹多變指數(shù)。

五、排氣過程

當(dāng)膨脹過程接近終了時(shí)，排氣門開啟，廢氣開始靠自身壓力自由排氣，膨脹過程終止時(shí)，活塞由下止點(diǎn)返回上止點(diǎn)移動(dòng)，將氣缸內(nèi)的廢氣排出。由于排氣系統(tǒng)有阻力，排氣終了的壓力Pr大于環(huán)境壓力Pa，壓力差Pr-Pa用來戰(zhàn)勝排氣系統(tǒng)的阻力。排氣系統(tǒng)阻力越大，排氣終了的壓力Pr越大，殘留在氣缸里的廢氣就越多。排氣終了的壓力Pr(Mpa)范圍為0.103～0.108，溫度

Tr（K）范圍為700～900

排氣終了壓力：Pr=0.105Mpa排氣終了溫度：Tr=800K

四沖程柴油機(jī)的循環(huán)過程因壓力、溫度的不斷變化直接影響到活塞的功能與壽命，因此要對(duì)活塞組連桿進(jìn)行分析確定。當(dāng)柴油機(jī)完成排氣行程后，在曲軸飛輪總成的慣性力作用下，又重復(fù)上述工作循環(huán)過程，使柴油機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)外輸出功率

第三章活塞組的設(shè)計(jì)

發(fā)動(dòng)機(jī)鋁活塞的結(jié)構(gòu)及工藝設(shè)計(jì)，選擇利用適合的機(jī)床加工發(fā)動(dòng)機(jī)活塞，通過這次設(shè)計(jì)，要求熟練把握并能在實(shí)際問題中進(jìn)行創(chuàng)新和優(yōu)化其加工工藝過程。

第一節(jié)活塞設(shè)計(jì)的外界因素及影響

一、活塞的功用及工作條件

活塞是曲柄連桿機(jī)構(gòu)的重要零件，功用是承受燃燒氣體壓力和慣性力，并將燃燒氣體壓力通過活塞銷傳給連桿，推動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)對(duì)外作功。活塞又是燃燒室的組成部分，是內(nèi)燃機(jī)中工作條件最嚴(yán)酷的零件，作用于活塞上的氣體壓力和慣性力都是周期變化的，燃燒瞬時(shí)作用于活塞上的氣體壓力很高，如增壓內(nèi)燃機(jī)的最高燃燒壓力可達(dá)14—16MPa。而且活塞還要承

受在連桿傾斜位置時(shí)側(cè)壓力的周期性沖擊作用，在氣體壓力、往復(fù)慣性力和側(cè)壓力的共同作用下，可能引起活塞變形，活塞銷座開裂，活塞側(cè)部磨損等。由此可見，活塞應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，而且質(zhì)量要輕。

活塞頂部直接與高溫燃?xì)饨佑|，活塞頂部的溫度很高，活塞各部的溫差很大，柴油機(jī)活塞頂部常布置有凹坑狀燃燒室，使頂部實(shí)際受熱面積加大，熱負(fù)荷更加嚴(yán)重。高溫必然會(huì)引起活塞材料的強(qiáng)度下降，活塞的熱膨脹量增加，破壞活塞與氣缸壁的正常間隙。另外，由于冷熱不均勻所產(chǎn)生的熱應(yīng)力簡(jiǎn)單使活塞頂部出現(xiàn)疲乏熱裂現(xiàn)象。所以要求活塞應(yīng)有足夠的耐熱性和良好的導(dǎo)熱性，小的線膨脹系數(shù)。同時(shí)在結(jié)構(gòu)上采取適當(dāng)?shù)拇胧?，防止過大的熱變形?；钊\(yùn)動(dòng)速度和工作溫度高，潤滑條件差，因此摩擦損失大，磨損嚴(yán)重。要求應(yīng)具良好的減摩性或采取特別的表面處理。

二、活塞組的影響

隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性及可靠性的要求越來越嚴(yán)格，活塞已發(fā)展成為集輕質(zhì)高強(qiáng)度新材料、異型外圓復(fù)合型面、異型銷孔等多項(xiàng)新技術(shù)于一體的高技術(shù)含量的產(chǎn)品，以保證活塞的耐熱性、耐磨性、平穩(wěn)的導(dǎo)向性和良好的密封功能，減少發(fā)動(dòng)機(jī)的摩擦功損失，降低油耗、噪聲和排放。尋常將活塞的外圓設(shè)計(jì)成異型外圓(中凸變橢圓)，即垂直于活塞軸線的橫剖面為橢圓或修正橢圓，且橢圓度沿軸線方向按一定的規(guī)律變化，橢圓度精度達(dá)0.005mm；活塞縱剖面的外輪廓為高次函數(shù)的擬合曲線，輪廓精度為0.005～0.01mm；為提高活塞的承載能力，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的升功率，尋常將高負(fù)荷活塞的銷孔設(shè)計(jì)成微內(nèi)錐型或正應(yīng)力曲面型(異型銷孔),銷孔尺寸精度達(dá)IT4級(jí)，輪廓精度為0.003mm。

活塞作為典型的內(nèi)燃機(jī)關(guān)鍵零部件，在切削加工方面具有很強(qiáng)的工藝特點(diǎn)。國內(nèi)活塞制造行業(yè)尋常是由通用機(jī)床和結(jié)合活塞工藝特點(diǎn)的專用設(shè)備組成機(jī)加工生產(chǎn)線，因此，用設(shè)備就成為活塞切削加工的關(guān)鍵設(shè)備，其功能和精度將直接影響最終產(chǎn)品的關(guān)鍵特性的質(zhì)量指標(biāo)。

三、活塞的工作條件

（1）高溫—導(dǎo)致熱負(fù)荷大：活塞在氣缸內(nèi)工作時(shí)，活塞頂面承受瞬變高溫燃?xì)獾淖饔?，燃?xì)獾淖罡邷囟瓤蛇_(dá)2000～2500℃，因而活塞頂?shù)臏囟纫埠芨?，溫度分布不均勻有很大的熱?yīng)力。

（2）高壓—沖擊性的高機(jī)械負(fù)荷：高壓包括兩面性?活塞組在工作中受周期性變化的氣壓力直接作用，氣壓力P（Mpa)一般在膨脹沖程開始的上止點(diǎn)后10～20達(dá)到最大；?

00z活塞組在氣缸力作高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生很大的往復(fù)慣性力Fjmax。

（3)高速滑動(dòng)：內(nèi)燃機(jī)在工作中所產(chǎn)生的側(cè)向力是比較大的，特別是在短連桿內(nèi)燃機(jī)中。(4)交變的側(cè)壓力：活塞上下行程時(shí)活塞要改變壓力面，側(cè)向力方向不斷改變，造成了活塞在工作時(shí)承受交變的側(cè)向載荷。

四、設(shè)計(jì)要求

（1）選用強(qiáng)度好、散熱性好，膨脹系數(shù)小、耐磨；（2）形狀和壁厚合理，吸熱好、散熱好，剛度符合要求，盡量避免應(yīng)力集中，與缸套有最正確的協(xié)同間隙；（3）密封性好、摩擦損失??；（4）重量輕、質(zhì)量小，盡量減小往復(fù)慣性力。

五、活塞的材料

對(duì)活塞設(shè)計(jì)根據(jù)上述的要求，活塞材料應(yīng)滿足以下要求：強(qiáng)度高，即在高溫下仍有足夠的機(jī)械性能，使零件不致?lián)p壞；導(dǎo)熱性好、吸熱性差。以降低頂部與環(huán)區(qū)的溫度，并減少熱應(yīng)力；使活塞與氣缸間保持較小間隙；以降低活塞組的往復(fù)慣性力，從而減低了曲軸連桿組的機(jī)械負(fù)荷和平衡配重；有良好的耐磨性，耐磨、耐蝕；公益性好低廉。

在發(fā)動(dòng)機(jī)中，灰鑄鐵由于耐磨性、耐蝕性好、膨脹系數(shù)小、熱強(qiáng)度高、成本高、工藝性好等原因，曾廣泛的被作為活塞的材料。但近幾年來，由于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速日益提高，工作過程不斷加強(qiáng)，灰鑄鐵活塞因比重大和導(dǎo)熱差兩個(gè)根本缺點(diǎn)而逐漸被鋁基輕合金活塞所淘汰。鋁合金的優(yōu)缺點(diǎn)與灰鑄鐵正相反，約占有灰鑄鐵的1/3，結(jié)構(gòu)重量約占灰鑄鐵活塞的50～70％，其慣性小這對(duì)高速發(fā)動(dòng)機(jī)具有重大意義。鋁合金另一優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)熱性好，其熱傳導(dǎo)系數(shù)約占灰鑄鐵的3～4倍，使活塞溫度顯著下降。采用鋁活塞還為提高壓縮比、改善發(fā)動(dòng)機(jī)性能創(chuàng)造了重要的條件。

其次節(jié)活塞的結(jié)構(gòu)

整個(gè)活塞主要可以分為活塞頂、活塞頭和活塞裙3個(gè)部分?；钊闹饕饔檬浅惺芷字械娜紵龎毫?，并將此力通過活塞銷和連桿傳給曲軸。此外，活塞還與汽缸蓋、汽缸壁共同組成燃燒室?；钊斒侨紵业慕M成部分，因而常制成不同的形狀.汽油機(jī)活塞頂多采用平頂或凹頂，以便使燃燒室結(jié)構(gòu)緊湊，散熱面積小，制造工藝簡(jiǎn)單。凸頂活塞常用于二行程汽油機(jī)。柴油機(jī)的活塞