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1、武汉理工大学汽车发动机设计课程设计说明书学 号： 课程设计题 目15kW四冲程汽油机活塞组设计学 院专 业班 级姓 名指导教师2013年11月14日1课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 题 目:10kW四冲程汽油机活塞组设计初始条件：1、平均有效压力：0.81.2MPa2、活塞平均速度：18m/s要求完成的主要任务: 1、 装配图设计。2、 零件图设计。3、 说明书1份。时间安排：序号项目应完成时间备注1课题准备1、 设计发动机的结构参数。2、 进行运动学计算。3、 形成文档。2013.10.282装配图设计与绘图1、 热力学计算。2、 动力学计算。3、 形成文档。2
2、013.10.293装配图设计与绘图1、 结构参数设计并形成文档。2、 装配图设计绘图（草图）。2013.10.304装配图设计与绘图（底图）2013.10.315装配图设计与绘图（加粗与标注）2013.11.16零件图设计1、 零件计算。2、 形成文档。2013.11.27零件图设计绘图2013.11.38撰写设计说明书2013.11.119答辩2013.11.13注意事项：1、 课程设计期间必须严格遵守学校的作息时间。2、 指导教师每天点名。3、 学生每天的任务必须完成，指导教师作好相应的进度记录。指导教师签名： 2013年11月14日系主任（或责任教师）签名： 2013年11月14日目录
3、前言11 汽油机结构形式的设计11.1汽缸数和气缸布置的选择11.2冷却方式12 汽油机结构参数的选取22.1汽缸直径的确定22.2缸径行程比S/D22.3转速n的确定32.4汽缸工作容积与升功率32.5曲柄半径与连杆长度之比的选取32.6缸心距的确定32.7压缩比与燃烧室容积Vc,总容积Va33 热力学计算33.1燃烧过程数学模型33.1.1绝热压缩起点43.1.2绝热压缩过程43.1.3定容增压过程43.1.4 绝热膨胀过程43.2 绘制P-V图43.2.1绘制理论P-V图43.2.2 绘制调整P-V图53.3热力学平均有效压力校核64 运动学计算64.1活塞位移64.2活塞瞬时速度74.
4、3活塞的加速度、最大加速度85 动力学计算95.1气体压力：由PV图转化为P图95.2往复惯性力95.3旋转往复惯性力105.4合力的计算106活塞设计136.1活塞的材料136.2活塞主要尺寸设计 . .136.2.1活塞高度H136.2.2压缩高度H1136.2.3火力岸高度h136.2.4环带高度136.2.5活塞顶部厚度136.2.6活塞侧壁厚度及内部过渡圆角136.2.7活塞销座间距146.3活塞裙部及其侧表面形状的设计146.3.1裙部椭圆146.3.2配缸间隙1516.4活塞头的质量计算.15 7活塞销的设计.16 7.1活塞销的材料 .16 7.2活塞销与销座的结构设计.16
5、7.3活塞销与销座的配合.16 7.4活塞销质量m3.17 7.5活塞销刚度和强度的校核.17 8活塞环设计.18 8.1活塞环的密封机理18 8.2气环的设计19 8.2.1气环的断面形状19 8.2.2气环的尺寸参数19 8.2.3活塞环的材料20 8.3油环的设计20 8.4活塞环强度校核21 小结22 参考文献22 附录23 15KW四行程汽油机活塞组设计前言这学期我们专业学习了汽车发动机设计这门最重要的专业课之一。为了巩固和提高，我们又开展了为期3周的汽车发动机设计的课程设计。我们要充分利用这次课程设计的机会，了解国内外发动机的发展现状，并尽可能发挥我们的能力，保质保量地完成此次课程
6、设计。本设计主要工作任务是15KW四行程汽油机活塞组的设计。1汽油机结构形式的设计 1.1汽缸数和气缸布置的选择 发动机的汽缸数主要取决于排量，根据任务是，我们所设计的发动机功率在15KW左右，而且目前发动机的升功率在3570左右，鉴于设计手段不成熟，取较小值，故排量初步估算在0.3L左右，为小排量。小排量的发动机的汽缸数用14缸。鉴于功率小，排量小，为了保证最后计算的升功率符合实际，汽缸数取下限。即采用单缸。采用直列式。1.2冷却方式水冷常用的冷却方式有水冷和风冷两种，水冷式发动机由于冷却较好而且均匀，强化的潜力要比风冷式发动机大，因此在汽车发动机上至今大多数还是水冷式发动机。参考文献5在条
7、件相同时，主要由于充量系数的差别，水冷机比风泠机高5%10%。此外风冷发动机功率和燃料消耗受气温变化影响较大，不如水冷发动机指标稳定。综合以上各因素，本设计冷却方式选用水冷方式。2汽油机结构参数的选取2.1汽缸直径的确定设计任务书所提供的设计条件：额定功率： 平均有效压力： p=0.81.2Mpa活塞平均速度： v18m/s根据内燃机学的基本计算公式：其中 为发动机的有效功率， 为发动机的平均有效压力，依题为，取 为气缸工作容积 为发动机的汽缸数目 ，依题为为2 为发动机的转速 为活塞的平均速度，依题为 ，取=12m/s 为发动机活塞的行程 为发动机汽缸直径为发动机的行程数，依题为4根据以上条
8、件代入公式算得D=56mm2.2缸径行程比S/D 目前S/D范围为0.81.2 初步取S/D=1.故S=D=56mm。 2.3转速n的确定 根据公式（2）可得n=6553r/min,取n=6500r/min 2.4汽缸工作容积与升功率气缸工作容积=0.138L。升功率2.5曲柄半径与连杆长度之比的选取 由于=r/l的范围在0.25-0.33之间。选择曲柄连杆机构为中心曲柄连杆机构，因曲柄半径r=28mm，取，则连杆长度为L=r/=28/0.3=94mm。 2.6压缩比与燃烧室容积Vc,总容积Va压缩比范围为7-12，根据内燃机学（周保龙）P308，受爆燃限制，汽油机压缩比不超过14，取=9则燃
9、烧室容积Vc=Vs/(10-1)=0.0153 L,汽缸总容积Va=Vc+Vs=0.1533L。3热力学计算3.1燃烧过程数学模型根据设计任务书的要求，设计的为15KW四行程的汽油发动机，将其实际循环简化为等容加热循环，这个循环过程称为汽油发动机的理论循环。发动机的理论循环是将非常复杂的实际工作过程加以简化，忽略一些因素，以便于作简易的定量处理。通过对理论循环的研究，可以清楚的确定影响性能的一些重要因素，从而找到提高发动机性能的基本途径。最简单的理论循环是空气标准循环，简化的条件为：1） 假设工质是理想气体，其物理常数与标准状态下的空气物理常数相同。2） 假设工质是在闭口系统中作封闭循环。3）
10、 假设工质的压缩及膨胀是绝热等熵过程。4） 假设燃烧时外界无数个高温热源定容或定压向工质加热。工质放热为定容放热。根据汽油机的混合气燃烧迅速，近似为定容加热循环。3.1.1绝热压缩起点选取压缩冲程的下止点（设为A点）时的气体参数 其中为大气的压力，=1.03105pa，系数取为0.8，得： ，3.1.2绝热压缩过程选取压缩冲程终点（设为B点），从A点到B点的压缩过程看作是多变的压缩过程，多变指数取为根据多变过程的热力学计算公式=常数和A点的气体状态，可以计算出从A点到B点的压缩过程中各个点的状态参数。经过计算后得到B点的状态参数：。 。 3.1.3定容增压过程选取定容增压的终点（设为C点），从B点到C点
