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1、汽车发动机设计课程设计说明书。 交通与汽车工程学院 课程设计说明书 课程名称:汽车发动机设计课程设计 课程代码: 8205531 题目: 195柴油机连杆设计及连杆螺栓强度 校核计算 年级/专业/班: 2022级/热能与动力工程(汽车发动机)/ 2 班 学生姓名: 陈磊 学号: 312022* 开题时间: 2022 年 6 月 27 日 完成时间: 2022 年 7 月 15 日 课程设计成绩： 学习态度及平时成绩（30）技术水平与实际 能力（20） 创新（5） 说明书（计算书、图纸、分析 报告）撰写质量（45） 总分 （100） 指导教师签名：年月日 目录 摘要 (2) 1引言 (3) 1.
2、1国内外内燃机研究现状 (3) 1.2任务与分析 (3) 2柴油机工作过程计算 (5) 2.1 已知条件 (5) 2.2 参数选择 (6) 2.3 195柴油机额定工况工作过程计算 (6) 3 连杆设计 (9) 3.1 连杆结构设计 (9) 3.2 连杆材料选择 (11) 4 连杆螺钉强度校核 (12) 4.1 连杆螺钉的结构设计 (12) 4.2 连杆螺钉的强度校核 (13) 5 结论 (15) 致谢 (17) 参考文献 (18) 附录：195柴油机额定工况工作过程计算程序 (19) 摘要 汽车已经在普通民众中得到普及，随着汽车行业的不断发展，越来越多的新技术出现在汽车的心脏发动机上面。越来
3、越多的汽车像滚雪球般地形成一股能量强大的冲击波，冲击出一片现代化的肥沃土壤，造就了人类历史上最宏大的物质财富。据统计，世界上50家最大的公司中，汽车公司就占了近20%，而内燃机作为汽车的核心部件，由于其技术含量高，在国民经济中仍占有较高位置，因此，对内燃机研究人员的培养就显得十分重要。 此次课程设计就是集合这样的时代背景和划时代的教育意义开设的，通过对195柴油机的分析研究，绘制了195柴油机总成纵剖面图，充分认识了195柴油机内部各零部件的结构及装配关系。此次还设计了连杆，并绘制了所设计的连杆零件图。并就195柴油机个各设计参数运用Visual Basic 6.0进行工作过程计算，绘制其工作
4、过程的P-V图。连杆螺钉在连杆盖以及连杆大头之间的联接发挥着至关重要的作用，并且由于往复惯性力和气体压力的双重作用下，使螺钉的受力十分严酷，所以对其进行强度校核就显得十分必要。此次，我们就选择了对连杆螺钉进行校核，分析其载荷的分布及变化情况，最终选择合理的螺钉规格。 关键词：柴油机，连杆，设计，校核 1引言 1.1国内外内燃机研究现状 近年来，内燃机的发展已经不再是单方面只是满足功率需求，而是在满足动力性要求的前提下，力求节能环保。由于环境法规的不断严格，迫使内燃机将降低排放、控制噪声置于优先考虑的因素。自1968年世界上第一个汽车排放法规在美国加州出台后，一些工业发达国家相继制定了有关标准和
5、法规，并每隔45年就要修订强化一次，其控制内容也不断增加。诚然，这也推动了内燃机工业的发展和技术的革新。 高压喷射燃烧系统，高平均有效压力的燃烧技术是当今柴油机性能研究的基本方向。高平均有效压力是提高热效率、降低油耗最直接的有效措施之一。 增压及增压中冷技术的进一步普及，增压器及增压系统的研制达到新的水平，高增压仍是内燃机发展强化的重要手段，增压中冷是降低NOx排放的重要措施。当前径流式增压器最高转速达5 6.2 r/min，压气机最小直径达34mm，总效率已达65%。当前的中 10 大功率柴油机，可谓是“无机不增压”。 电控系统的实用化。电控燃油喷射正逐步取代化油器。目前，除了在少数小功率发
6、动机上还沿用化油器外，排量超过1.0的已几乎全部采用电控燃油喷射。近年来，柴油机电控技术也得到进一步的发展，已包括喷油定时、喷油规律、怠速进排气系统、近期涡流及自诊断系统和巡航控制系统。 清洁燃料以及代用燃料发动机的研制。迫于环境的要求，汽车巨头们曾预言，未来数年后汽车将使用液化氢、天然气或电力作为动力，如果压缩天然气CNG技术日趋成熟，另外，内燃机的研究领域也深入到了甲醇、酒精、二甲醚等代用燃料的领域。 1.2任务与分析 1.2.1热计算 1）目的 促进自己复习和总结已学知识，提高发动机工作过程中热力参数与结构之间的关系；熟悉各参数对发动机工作指标的影响，结合对各参考发动机及其工况的分析，培
7、养学生的分析能力，从而达到能正确选择参数的目的。 （1）掌握了不同参数的选取、确定，掌握了过量空气系数：，最高燃烧压力：Pz， 热量利用系数：z，残余废气系数：，排气中点温度：Tr，示功图丰满系数：i，机械效率：m，等参数对计算结果的影响和变化规律。 （2）使对发动机的工作过程的各个过程相互的影响有一个清晰的认识，了解汽油机与柴油机工作过程计算的差异。通过P-V图的绘制，使自己掌握如何利用示功图进行发动机的工作过程分析。掌握汽油机、柴油机在同一工作过程的不同的曲线的变化趋势。 （3）由于要求计算过程必须采用VB编程进行，因此，使自己更进一步了解如何使用计算机，进行具体的设计计算工作，更进一步熟
8、悉计算机编程。 1.2.2纵、横剖面图 1）训练的目的 绘制发动机纵横剖面图，在课程设计中占很重要的地位。设计的发动机是否合理？能否达到热计算中所确定的参数指标？都将在图上得到不同程度的反映，同时它还能表达所设计发动机的结构特点，零部件的主要形状，相互关系，附件的布置和各系统、机构的安排。通过绘制发动机纵、横剖面图，能培养自己的识图和绘图能力，以及对已学知识的综合运用能力，为毕业设计奠定一定的基础。要求自己对发动机结构形式，设计指标进行深入全面的了解，作出分析评价，将其优点应用到设计的发动机上，并认真负责地对待自己画的每一条线，和贯彻有关国家标准。 2）训练效果分析 195柴油机从结构上来讲，
9、是最简单的发动机，通过195柴油机纵横剖面图绘制的训练，使自己全都掌握了： （1）发动机的基本结构，零部件的主要形状，相互关系，附件的布置和各系统、机构的安排。 （2）通过绘制发动机纵、横剖面图，培养了识图和绘图能力，以及对已学知识的综合运用能力，为毕业设计奠定一定的基础。 （3）自己对发动机结构形式，设计指标进行了深入全面的了解，作出分析评价，将其优点应用到设计的发动机上，并认真负责地对待自己画的每一条线。 （4）熟悉了有关国家标准。 1.2.3连杆设计、强度计算和绘制连杆零部件图 1）目的 （1）校核零件的结构强度，绘制零件图，促使自己复习和掌握所学知识，进行工程师必备的基本功训练。 （2
10、）分析发动机连杆的运动规律与受力情况，作为强度，设计连杆。培养和锻炼自己设计、绘图、分析和计算能力。 2）训练效果分析 通过对连杆设计，使自己掌握了： （1）如何分析零件的运动规律和受力，如何进行计算和校核。 （2）如何确定设计要求，建立完整的零件的设计步骤、思维。 1.2.4发动机课程设计说明书编制 按西华大学本科课程设计说明书规范化要求的格式要求进行撰写，通过训练，使学生们掌握了： 1)设计说明书的编制格式，为毕业设计打下基础。 2)对整个发动机设计课程设计的工作内容进行总结，训练自己收集资料，分析资料， 利用资料，组织资料的能力。 3)训练文字编辑能力。 2柴油机工作过程计算 2.1 已
11、知条件： 表2-1 195柴油机已知条件 缸径： D = 95 mm 气缸数：I = 1 标定功率：Ne = 8.8 kW 标定转速：N = 2000 r/m 压缩比：= 19 每缸工作容积：V = 0.815（L） 曲柄半径和连杆长度比：R/L = 1/4 大气状态：P 0 = 1 bar 、T = 288 K 燃烧室形式：分隔式燃烧室冷却方式：开式蒸发冷却 2.2参数选择 过量空气系数：=1.6；最高燃烧压力：Pz=75bar ；残余废弃系数：=0.04；排气终点温度：Tr=850K ；示功图丰满系数：i=0.90；机械效率：m=0.85；进气加热温升：T=20；平均多变压缩指数：n 1=
12、1.36；平均多变膨胀指数：n 2=1.25。 P0 = 1bar ；T0 =288k 2.3 195柴油机额定工况工作过程计算 2.3.1 排气冲程 终点压力：008.1p p r ?= =1.08 bar 终点温度：)1(01.0)3(005.0lg 2 .1350 -+-+= n T r =778 k 2.3.2 进气冲程 选择残余废弃收缩系数 =0.5 终点压力：1 222 62 011105201-? ? ? ?-? ?-= ?f V n p p h a = 1 bar 终点温度：+?+= 10r a T T T T =328.454 K 充气效率： +? -=11100a a v
13、T T p p = 0.89 2.3.3 压缩冲程 终点压力： 1n a c p p ?= = 54.841 bar 终点温度：11-?=n a c T T = 948.038 K 2.3.4 燃烧过程 （1）理论所需空气量：? ? ?-+ = 323241221.0100g g g g L s h c = 0.49 Kmol/Kg 燃料 （2）新鲜充量01L M ?= = 0.783 Kmol （3）燃烧产物总量：32 402o h g g L M + = = 0.816 Kmol （4）理论分子变更系数：1 2 0M M u = = 1.132 （5）实际分子变更系数： += 10 = 1
14、.128 (6) 最高燃烧压力 Pz = 75 bar (选定) (7) 压力升高比 c z p p = = 1.999 (8) 燃烧重点温度Tz 的计算 燃料的低热值:Hu = 42500 (KJ/Kg) 热量利用系数 9.0=z 又因为 ()K Kmol KJ T C c v ?=?+= -/208.510415.0815.43 将v C 的值带入下面所示的方程组,即可解出Tz 的值: 4 107.33.322.08.4-? ? ?+?+? ?+=T C v ()z v c v u z T C T C M H ? ?+=? ? ?+985.1985.111 从而解得 Tz = 2165 K
15、 (9) 初期膨胀比：c z T T ?= 1 2.3.5膨胀过程 后期膨胀比： = = 19 膨胀终点压力： 2 n z b P =P = 2 bar 膨胀终点温度： 12-T = T n z b = 873 K 2.3.5 最后结果 （1）平均指示压力： ()211121*c i n n p p n n -?=-+-? ? ?-? i i i p p ?=? （2）指示热效率： 008.314 i v L T p i H p =? ? （3）指示燃油消耗率： 6 3.610gi H i ?= ? （4）有效热效率： e m i =? （5）有效燃油消耗率： 63.610e e g H ?=
16、 ? （6） 平均有效压力： e i m P P =? （7）有效功率： 1200e h i P n V Ne ?= =7.163 bar =6.447 bar =0.32 =234.38 g/KW.h =0.31 =242.52 g/KW.h =6.327 =8.591 2.3.6 P-V示功图 3 连杆设计 3.1 连杆结构设计 3.1.1 连杆小头的结构设计 运输式发动机广泛采用浮式活塞销结构，它不仅传递由活塞传来的力，还相对于活塞销往复摆动，因此，设计连杆小头时应同时考虑强度、刚度和滑动面的摩擦、磨损问题。现代高速发动机上连杆小头一般采用薄壁圆环形结构。这种结构简单轻巧。制造方便、工作
17、时应力分布均匀。材料利用率高。为了耐磨，在小头孔内还压有耐磨衬套。设计连杆小头的任务是确定其结构尺寸（小头轴承孔直径d1和宽度B1、外形尺寸D1、衬套外径d）和润滑方式。其中d1、B1已在活塞组设计中确定，一般柴油机B1d1。据统计，小头的外径一般比孔径大20%-35%，即D1=（1.21.35）d，小头的最小径向厚度大于4毫米。该尺寸可按强度、刚度条件确定。有的连杆小头，外径中心向上下各偏差e，以加强结构，并相对减轻了重量，一般e=（0.020.04）D。综上所述，得出本 次设计的连杆小头的尺寸为：D1=48 mm, d=39（00.025）mm 。 其小头结构设计，见图3-1. 图 3-1
18、 连杆小头剖面图 3.1.2 连杆杆身的结构设计 杆身也承受交变载荷，可能产生疲劳破坏和变形，连杆高速摆动时的横向惯性力也会使连杆弯曲变形，因此杆身必须有足够的断面积，并消除产生应力集中的因素。对工作可靠的发动机的统计表明，现代汽油机连杆杆身平均断面积fm 与活塞面积Fp 之比fm/Fp=0.020.035，柴油机为0.030.05。为了在较小重量下得到较大的刚度，高速内燃机的连杆杆身断面都是“工”字型的，而且其长轴应在连杆摆动平面内。“工”字型断面的平均相对高度H/D=0.30.4(柴油机)，高度比H/B=1.41.8。 本次设计，R=57.5mm ，取L=230mm ；取Hmin=30mm 。 3.1.3 连杆大头的结构尺寸设计 连杆大头的结构与尺寸的基本上决定于曲柄销直径D 2、长度B 2，连杆轴瓦厚度2 和连杆螺钉的直径d m 。其中D 2、B 2是根据曲轴强度、刚度和轴承的承压能力，在曲轴 设计中确定。为了结构紧凑，轴瓦厚度2趋于减薄，汽车拖拉机用轴瓦2=1.53毫