内燃机设计教（学）案

《内燃机设计教（学）案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《内燃机设计教（学）案（26页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、工学院教 案20 15 20 16 学年第 2 学期所 在 学 院： 机电工程学院 教研室(实验室)： 能源与动力工程 课 程 名 称： 燃机设计 授 课 教 师： 董吉凯 授 课 班 级： 2013级能源与动力工程（1）班 使 用 教 材： 袁兆成编著燃机设计第2版 审 查 人(签字)： 工学院教务处制 燃机设计 课程教案授课时间2016年3 月8日 第 1 周 周 二 第 7、8 节2016年3 月11日 第 1 周 周 五 第 5、6 节授课章节第一章 燃机设计总论教学目的、要求1、掌握燃机设计的一般思路2、熟悉研制燃机的一般流程教学重点与难点发动机的主要参数选择。 教学方法与手段 多媒

2、体教学教学容与过程一、燃机设计的一般流程1、计划阶段此阶段由下述环节组成：1）确定任务主要是根据市场需要和法规需要 (进行必要性、可行性论证)，这个环节应该是企业产品规划中确定的，有长期规划，也有短期规划。2）组织设计组根据任务挑选合适人选。3）调查研究a 访问市场和用户，征求对产品的要求；b 了解制造厂的工艺条件、设备能力以与配件供应情况；c 收集同类先进产品的资料，考察同类产品；d 确定参考样机。教学容与过程4）确定基本性能参数和结构形式（概念设计阶段）。主要是通过: 同类型机型对比、热力学计算、动力学计算和整机一维模型仿真分析。5)拟订设计任务书2、设计实施阶段 1)燃机总布置设计，确定

3、主要零部件的允许运动尺寸、结构方案、2)按照企业标准编制零部件图纸目录。3)部件三维图细致设计、零部件工作图、纵横剖面图。3、检验阶段1) 试制多缸机样机2)多缸机试验（磨合、调整、性能试验、耐久试验、可靠性试验、配套试验和扩大用户试验）3)改进与处理阶段4)燃机设计的“三化”4、改进与处理阶段1)样机鉴定与改进. 2)小批量生产和扩大用户试验二、燃机的主要设计指标1、动力性指标 1）功率Pe2）转速 n n 增加对提高 Pe有利，但是转速增加后：惯性力，导致负荷增加，平衡、振动问题突出，噪音增加；工作频率增加热负荷增加；摩擦损失增加，导致m 下降、ge 升高、磨损加剧，寿命缩短；进排气系统阻

4、力增加，使v 变小；3）最大扭矩教学容与过程2、经济性指标1）燃油消耗率 ge (克/千瓦小时)2）机油消耗率 gm (克/千瓦小时)3）耐久性、可靠性指标可靠性在规定的运转条件下，规定的时间，具有持续工作，不会因为故障而影响正常运转的能力。 耐久性从开始使用起到大修期的时间。4、重量、尺寸、外形指标是评价设计的紧凑性和金属利用程度的指标。比重量 gw=G/Pe(kg/kw)；体积功率 Pv=Pe/V(kw/m3)5、低公害指标6、制造、使用、维护指标三、燃机的选型1、柴油机、汽油机或气体燃料发动机现在广泛使用的燃机主要是柴油机、汽油机和气体燃料发动机。在选择燃机时首先碰到的问题就是选择什么燃

5、机。从两方面考虑 燃机本身的技术经济特点和市场需求。 地区或国家对环境和能源应用分布的要求。2、冲程四冲程：使用可靠，工作柔和，耐磨，经济性好，指标稳定，生产、使用经验丰富；二冲程：单位时间工作循环多一倍，实际功率输出大5070%，体积小，重量轻，结构简单，但经济性差。教学容与过程3、冷却形式水冷： 1)冷却均匀效果好；2)v 大，pe大； 3)受外界影响小; 4)噪音低.风冷： 1)散热不好，热负荷高，油嘴易堵，机油易变稀，磨损大；2)可在沙漠等缺水地带使用，无冻裂； 3)噪音大，因为无水套吸音； 4)铸造困难； 5)冷却系结构简单，无漏水； 6)单体结构，维修成本低。4、气缸的布置主要由发

6、动机的使用环境决定。单列：结构简单，使用维修方便。双列：在增加功率，提高车厢面积有效利用要求下，趋向采用双列，双列有V型、错缸型（缸心线平行和缸心线不平行两种）卧式：可布置在底盘中部或后部，大幅度降低高度，改善面积利用率，开阔视野，提高了操纵性、机动性。四、燃机主要参数的选择1、平均有效压力 pme 2、活塞平均速度3、气缸直径和缸数4、行程S五、节发动机设计的发展1、目前广泛采用2、现代设计方法作业布置教材P25 1-1、1-4课后小结参考资料 燃机设计 课程教案授课时间2016年3 月15日 第 2 周 周 二 第 7、8 节2016年3 月18日 第 2 周 周 五 第 5、6 节授课章

7、节第二章 曲柄连杆机构受力分析教学目的、要求1. 掌握掌握燃机承受机械力分析方法和思路。2. 熟悉燃机活塞的运动规律，曲柄连杆机构受力分析。3. 了解轴承和轴颈载荷图。教学重点与难点重点：燃机曲柄连杆机构受力分析。 难点：燃机承受机械力分析方法和思路。教学方法与手段 多媒体教学教学容与过程一、 曲柄连杆机构的运动学(活塞的运动学) 1、简述 机构的作用：活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动活塞上的力转化为曲轴上的扭矩。 2、中心曲柄连杆机构的运动规律 活塞的位移表示为教学容与过程 活塞的运动可以用三角函数组成的复谐函数表示，既活塞的运动是复谐运动。2、 曲柄连杆机构中的作用力 1、曲柄连杆机构中

8、力的传递和相互关系 作用力分为： 气压力Fg惯性力往(复惯性力Fj、旋转惯性力Fr） 合成力 F=Fj+Fg上式说明，永远存在一个与输出扭矩方向相反、大小相等的翻倒力矩。 2、气压力的作用效果 气压力Fg在机体部平衡掉，对外没有自由力，只有扭矩输出和翻倒力矩 3、往复惯性力 1）机构运动件的质量换算换算原则：保持当量系统与原机构动力学等效。2）曲柄连杆机构中的惯性力 惯性力与运动质量有关，该机构中的运动质量有往复运动质量教学容与过程 旋转运动质量 往复惯性力 4、往复惯性力和气压力作用的差别1）气压力Fg 是做功的动力，产生输出扭矩。2）气压力Fg 在机体部平衡，没有自由力。Fj 没有平衡，有

9、自由力产生，是发动机纵向振动的根源。 3）Fj 所占区域长，总是存在，正负面积相等；Fg 呈脉冲性。5、曲柄连杆机构中力的计算（动力计算） 合成力 F=Fj+Fg 侧向力 FNFtg连杆力切向力径向力单缸扭矩 翻倒力矩 6、多缸机扭矩（动力计算） 1.）连杆轴颈扭矩 第一主轴颈所受扭矩 M0,1=0，第二主轴颈所受扭矩 M1,2=M1()第三主轴颈所受扭矩 M2,3= M1,2+M1（240）第四主轴颈所受扭矩 M3,4= M2,3+ M1（480） 第五主轴颈所受扭矩 M4,5= M3,4+ M1（120） 第六主轴颈所受扭矩 M5,6= M4,5+ M1（600） 第七主轴颈所受扭矩 M6

10、,7= M5,6+ M1（360）教学容与过程2）连杆轴颈扭矩根据扭矩向后传递的原则，Mgi应该是前一个主轴颈上的积累扭矩Mzi与作用在本曲柄销上的切向力所引起单缸扭矩的一半之和。3）平均扭矩4）输出扭矩的均匀性 一般以标定工况评价扭矩不均匀系数增加气缸数、点火均匀、组件分组、增加飞轮惯量等均可减小扭矩不均匀性。7、发动机对支承的作用力 8、曲轴轴颈和轴承的负荷作业布置教材P42 2-1、2-9课后小结参考资料 燃机设计 课程教案授课时间2016年3 月22日 第 3 周 周 二 第 7、8 节2016年3 月25日 第 3 周 周 五 第 5、6 节授课章节第三章 燃机的平衡 教学目的、要求

11、1.掌握掌握平衡分析方法和平衡方法。 2.熟悉曲轴轴系平衡块的布置。3.了解辅助平衡机构的设计。 教学重点与难点重点：平衡分析方法难点：平衡分析方法和平衡方法。 教学方法与手段 多媒体教学教学容与过程一、平衡的基本概念 1、平衡的定义当燃机在稳定工况运转时如果传给支承的作用力的大小和方向均不随时间而变化，则我们就称此燃机是平衡的。实际上这种情况不存在。 2、燃机振动的原因工作过程的周期性：发动机扭矩是周期性变化的。机件运动的周期性：旋转惯性力、往复惯性力是周期性变化的。3、不平衡的危害引起车辆的振动，影响乘员的舒适性、驾驶的平顺性。固定式燃机的振动，会缩短基础或建筑物的寿命。产生振动噪音、消耗

12、能量、降低机器的总效率。引起紧固连接件的松动或过载、引起相关仪器和设备的异常损坏。 4、研究平衡的目的和采用的方法通过燃机平衡性的分析，为分析和选型提供依据。寻求改善平衡性的措施，这些措施一般包括： 采用适当的气缸数、气缸排列和曲拐布置；加适当的平衡重；用适当的平衡机构。 方法主要包括：1解析法2图解法教学容与过程2、 旋转惯性力的分析 旋转质量 旋转惯性力 1、静平衡和动平衡 静平衡 质心在旋转轴上 动平衡 2、旋转惯性力平衡分析1）单拐曲轴 为使动平衡：2）三拐曲轴（132，四冲程或二冲程) 作曲柄侧视图与轴侧图 图解法 整体平衡方法3. 四拐曲轴 四拐空间（二冲程发动机）曲轴离心力分析教学容与过程 空间曲轴的离心力自然平衡，有不平衡的离心力矩4. 六拐曲轴 六拐曲轴的平衡性很好，但是也存在弯矩和轴承负荷问题。因此六拐曲轴也要合理布置平衡重。方案有如图所示几种。 往复惯性力三、单列式燃机往复惯性力的平衡分析 1、几个基本概念1）往复惯性力可以用旋转矢量表示为2）往复惯性力始终沿气缸轴线作用，大小和方向按简谐规律变化，力矩总是作用在气缸中心线与曲轴中心线组成的平面。 2、单缸机往复惯性力的平衡分析