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1、课程设计任务书学院汽车与交通学院专业热能与动力工程学生姓名班级学号课程设计题目汽油机住b柄连杆机构设计一连杆实践教条要求与仕芬：1.设计参数求：Pe=33.5kW/5000rp ; D=65mm ; % = 8.8 (参考)2.设计内容及要求：1)选取基本参数、热计算、绘制示功图(1)利用EXCEL或其他程序语言进行近似热计算，得到理论地巴二示功图地数据.(2)以该数据为依据，在坐标纸 01上绘制理论地F 一 1示功图,并对其进行修正，得到实 际地匕1示功图(3)将巴司图转换成 巴可图，绘制在坐标纸 02上.2)零部件设计(1)独立设计该汽油机地连杆，用CATIA软件绘出三维实体模型，求出其质
2、心位置和当量质里.(2)将三维图形转换成二维地工程图，并正确标注尺寸、粗糙度、公差等，并以A1地图纸打印.3)动力#算(1)计算活塞地位移、速度和加速度，并绘制曲线图附在设计说明书中(2)活塞连杆作用力分析，将往复运动惯性力Pj、侧压力PN、 切向力T、法向力K随曲轴转角地变化曲线附在设计说明书中.(3)计算曲柄销载荷和连杆轴承载荷，并将图形附在设计说明书中4)设计说明书.其中包括：(1)成绩评定表、课程设计任务书；(2)汽油机设计指标及其参数地选定；(2)热计算过程；(3)零部件设计过程；(4)动力计算过程；(5)附录(程序或用 EXCEL地计算表格) 工作计划与进度安排：1 .选取基本参数
3、、热计算、绘制示功图5天2 .零部件设计6天3 . 3D建模2天4 .动力“算2天5 .编写设计说明书 2天6 .答辩1天指导教师：2012年12月21日专业负责人：2012年12月21日学院教案副院长：2012年 月 日1 汽油机设计参数22 汽油机基本结构参数选用 33 近似热计算43.1 燃料燃烧热学计算 43.2 换气过程计算 43.3 压缩过程计算 53.4 燃烧过程计算 63.5 膨胀过程计算 83.6 示功图绘制 93.7 汽油机性能指标计算 104 连杆三维建模114.1 连杆基本尺寸 114.2 连杆地建模过程114.3 连杆大头盖地建模过程 145 动力计算 175.1 活
4、塞位移、速度、加速度175.2 活塞连杆作用力分析185.3 曲柄销载荷和连杆轴承载荷206 参考文献22附录1 汽油机设计参数1、功率 Pe有效功率是汽油机基本性能指标.Pe 由汽油机地用途选定，任务书已经指定所需汽油机有效功率Pe=33.5 kw.2、转速n转速地选用既要考虑被汽油机驱动地工作机械地需要，也要考虑转速对汽油机自身工作地影响.任务书已经指定所需汽油机转速n=5000 r/min.3、冲程数T本设计中地车用汽油机都采用四冲程，即t=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地有效功，是汽油机地强化指标之一，一般车用汽油机地平均有效压力为
5、0.9MPa1.2 MPa,这里取 pme =0.93MPa.5、有效燃油消耗率be这是汽油机最重要地经济性指标.四冲程车用汽油机 250g/(kw h)380g/(kw h).2 汽油机基本结构参数选用有效功率计算公式：pe = pme父i 父nJ/ )30.1、气缸直径D气缸直径D地选取影响汽油机地尺寸和重量，还影响汽油机地机械负荷和热负荷.本设计任务书规定了车用汽油机地气缸直径D=65 mm.2、活塞行程S增大活塞行程 S使活塞平均速度Vm =Sxn/30提高，机械负荷加大，一般车用汽油 机Vm =1015m/s,同时S也是汽油机基本结构指标 S/D地决定因素，车用汽油机地 S/D=0.
6、71.2 ,校核所设计地汽油机地 vm和S/D地值.即 vm =SMn/30 =0.065 M 5000/30=10.83 m/s 符合要求S/D=65/65=1 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地值，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 入=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 入值在1/41/3.2之间,取 入=1/3.5.则 2r=65, r/L=1/3.5 即 L=113.75 mm
7、, r=32.5 mm5、气缸中心距l0及其与气缸直径之比l0/Dl0/D影响汽油机地长度尺寸和重量指标，设计时力求缩小l0/D地彳t .l0/D值地影响因素可从曲轴中心线方向地尺寸分配和气缸上部地尺寸分配两方面分析，一般其值为1.251.35,取 l0/D=1.3 ,则 l0 =1.3 65=84.5 mm 6、压缩比 C选用压缩比 C也就是选用燃烧室容积.选用压缩比时要考虑汽油机地经济性能、工作可靠性、爆燃等.任务书给定车用汽油机地 c=8.8根据有效功率计算可得Vs=0.216 L则 1+Vs/Vc=8.8 得 Vc=0.028 L3近似热计算3.1燃料燃烧热化学计算1理论空气量L0Lo
8、1 迎+021J2 V 32 (3.1)100.8550.1450.000、丁生力士一一+- 1=0.512 (千摩尔/千克汽油)0.21 1 12432 )燃料采用轻汽油 gc =0.855, gH =0.145, go =0.000汽油低热值Hu=44100千焦/千克燃料2新鲜空气量M11_ 1一一 一，M1 =%L0 += 0.9父 0.512+ =0.47 （千摩尔 /千克）mr114其中甲a 过量空气系数，中a = 0.85 0.96,取中a =0.9；mr =114燃烧产物M2M2 =M1go-f-320.145 0.000= 0.4732=0.506 （千摩尔/千克）理论分子变更
9、系数M2M10.506=1.0770.47实际分子变更系数11.077 0.06=1.0731 0.06其中，丫 r -残余废气系数,丫 r = 0.0务 0.10,取 丫 r =0.063.2换气过程计算1排气压力（气缸内废气压力）PrPr =（1.05 1.15） P0 取 Pr =1.1 p 0 =0.MPa2气缸内排气温度（残余废气温度）TrTr = 900 1200 （K） 取 Tr =1000 K3进气终点压力PaPa = (0.75 0.9) P0取 Pa =0.85 p 0 =0.085 Mpa4进气终点温度TaTa = 370 400 (K) 取 Ta =380 K5充量系数
10、（充气效率）；cPa T0111瓦工厂78.88.8 -1c c10.8 1 0.06=0.85其中PIT. =0.750.9之间，取 年五=0.8,可求得To =357.65KP0 TaP。Ta中c =0.70.9,经验证符合要求.3.3压缩过程计算1平均多变压缩指数n1n1=1.32 1.38 取 n1 =1.352压缩过程中任意曲轴转角中cx时地压力Pcx(画示功图时用)Vca、n1Pcx=Pa(1)(MPa)(3.2)Vcx其中：Vca 进气终点气缸容积. 22V D S0.0652 0.065Vca = = - c = 4 8.8=0.2433 Lc -1 c -18.8-1VCX
11、对应于中cx时地气缸容积.Vcx = D2r (1 cos中cx + sin2 中cx)+Vc(3.3)cxcxcx c42式中：r曲柄半径，r=S/2;-曲柄连杆比，入=r/L.计算结果见附录表 A13压缩终点充量地状态参数压力：Pcb =Pa ；cn1 = 0.085 8.81.35=1.6 MPa温度：Tcb =Ta ；cn14 =380 8.81.354=813.49 K3.4 燃烧过程计算1热量利用系数t Z.由于不完全燃烧、传热损失、热量利用系数t Z表示燃烧热量被工质吸收多少地程度高温分解、节流损失等因素，燃料燃烧所发出地热量中只有一部分被工质吸收燃烧终点地热量利用系数I祢此范围
12、内选取：IZ=0.8&0.95,取IZ=0.92燃烧最高温度TZ1）工质地平均等容摩尔热容（吃v）m和平均等压摩尔热容（NCp）m间有如下关系:（吃p）m =（吃v）m +8.314kJ/（kmol K） （3.4）工质地平均等压摩尔热容 （RCp）m按下列方法计算:查图法：由下图按过量空气系数查出.图3.1燃烧产物和平均等压摩尔比热与温度地关系不同邛a时，石油燃料完全燃烧产物和空气（ 邛a =0 ）地平均等压摩尔比热（NCp）m与温度地关系（NCv）：在Tcb=813.49K Q =虫时利用插值法进行计算，计算步骤如下：选用673K和873K进行计算873-673=20030.43-29.7
13、97=0.6330.633/200=3.165 1CX-3813.49-673=140.49(NCp)： =3.165 10A-3 140.49+29.797=20.242(Cv)m =(Cp)m -8.313=20.242-8.313=21.929 (NCvM在Tcb=813.49K邛a = 0.9时利用插值法进行计算，计算步骤如下:同理按上步插值法可以求出(Cp )m =33.045(-Cv)m =(-Cp)m -8.313=24.732(b)m(Cv)mr(Cv)m 21.929 0.6 34.732-3mvm =22.087 (KJ/Kmol*K1 r1 0.062)燃烧方程z(HH)
14、”b 1 Tcb i1Cvz)mTZ(3.5)(1 r ) M 1AH y=61100 (1$ )0.9(44100 -61100 (1 -0.9)22.087 813.49 = 1.073(Cvz)mTZ(1 0.6) 0.4780705.143= (Cvz)mTZ误差不超过5%,则76669.88684740.4= (-Cvz)mTZ3)燃烧最高温度Tz地计算利用燃烧方程式，Tz采用试凑法求解，即先假设一个Tz ,由过量空气系数求出一一 . 一 . 、(MCvz)m ,然后代入燃烧方程，反复试算，直到方程两边地值相差在5%以内.计算步骤如下：先假设 2000K利用插值法算出每一温度地(NCvz)m值，再由上式算出Tz与Cvz)m乘积表3.1插值法数据Tz (K)(SmTzx(Cvz)m200029.39758.794207329.45761064.361210029.
