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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班级学号课程设计题目汽油机曲柄连杆机构设计连杆实践教学要求与任务:1. 设计参数求：Pe=33.5kW/5000rp；D=65mm；(参考)2. 设计容与要求：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，得到理论的示功图的数据。（2）以该数据为依据，在坐标纸01上绘制理论的示功图，并对其进行修正，得到实际的示功图。（3）将图转换成图，绘制在坐标纸02上。2）零部件设计（1）独立设计该汽油机的连杆，用CATIA软件绘出三维实体模型，求出其质心位置和当量质量。（2）将三维图形转换成二维
2、的工程图，并正确标注尺寸、粗糙度、公差等，并以A1的图纸打印。3）动力计算（1）计算活塞的位移、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随曲轴转角的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）汽油机设计指标与其参数的选定；（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的计算表格）工作计划与进度安排:1. 选取基本参数、热计算、绘制示功图 5天2. 零部件设计 6
3、天3. 3D建模 2天4. 动力计算 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日学院教学副院长：2012年 月 日 / 目 录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连杆的建模过程-114.3连杆大头盖的建模过程-145 动力计算-175.1活塞位移、速度、加速度-175.2活塞连杆
4、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由汽油机的用途选定，任务书已经指定所需汽油机有效功率Pe=33.5 kw。2、转速n转速的选用既要考虑被汽油机驱动的工作机械的需要，也要考虑转速对汽油机自身工作的影响。任务书已经指定所需汽油机转速n=5000 r/min。3、冲程数本设计中的车用汽油机都采用四冲程，即=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的有效功，是汽油机的强化指标之一，一般车用汽油机的平均有效压力为0.9MPa1.2 MPa，这里取pme =0.
5、93 MPa。5、有效燃油消耗率be这是汽油机最重要的经济性指标。四冲程车用汽油机250g/(kwh)380g/(kwh)。2 汽油机基本结构参数选用有效功率计算公式：（2.1）1、气缸直径D气缸直径D的选取影响汽油机的尺寸和重量，还影响汽油机的机械负荷和热负荷。本设计任务书规定了车用汽油机的气缸直径D=65 mm。2、活塞行程S增大活塞行程S使活塞平均速度提高，机械负荷加大，一般车用汽油机，同时S也是汽油机基本结构指标S/D的决定因素，车用汽油机的S/D=0.71.2，校核所设计的汽油机的vm和S/D的值。即=10.83 m/s 符合要求 S/D=65/65=1 符合要求3、气缸数i与气缸排
6、列方式由于设计任务书已指明D的值，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=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，目前一般值在1/41/3.2之间，取=1/3.5。则2r=65，r/L=1/3.5 即L=113.75 mm，r=32.5 mm5、气缸中心距l0与其与气缸直径之比l0/Dl0/D影响汽油机的长度尺寸和重量指标，设计时力求缩小l0/D的值。l0/D值的影响因素可从曲轴中心线方向的尺寸分配和气缸上部的尺寸分配两方面分析，一
7、般其值为1.251.35，取l0/D=1.3，则l0 =1.365=84.5 mm6、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的经济性能、工作可靠性、爆燃等。任务书给定车用汽油机的c=8.8根据有效功率计算可得Vs=0.216L则1+Vs/Vc=8.8 得Vc=0.028L3 近似热计算3.1 燃料燃烧热化学计算1 理论空气量L0 （3.1）=0.512 (千摩尔/千克汽油)燃料采用轻汽油，汽油低热值 Hu=44100千焦/千克燃料2 新鲜空气量M1=0.47（千摩尔/千克)其中 过量空气系数，取=0.9；3 燃烧产物M2=0.506 (千摩尔/千克)4 理论分子变更
8、系数0=1.0775 实际分子变更系数1=1.073其中，r残余废气系数，r = 0.040.10，取r=0.063.2 换气过程计算1 排气压力（气缸废气压力）Pr 取Pr =1.10 =0.11 MPa2 气缸排气温度（残余废气温度）TrTr = 9001200（K） 取Tr =1000 K 3 进气终点压力Pa 取Pa =0.850 =0.085 Mpa4 进气终点温度Ta（K） 取Ta =380 K5 充量系数（充气效率）=0.85其中 之间，取，可求得To =357.65K，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=1.321.38 取n1 =1.35 2 压
9、缩过程中任意曲轴转角时的压力(画示功图时用)（MPa） （3.2）其中：Vca进气终点气缸容积。=0.2433 LVcx对应于时的气缸容积。 （3.3）式中：r曲柄半径，r=S/2；曲柄连杆比，=r/L。计算结果见附录表A1 3 压缩终点充量的状态参数 压力：=1.6 MPa 温度：=813.49 K3.4 燃烧过程计算1 热量利用系数Z热量利用系数Z表示燃烧热量被工质吸收多少的程度。由于不完全燃烧、传热损失、高温分解、节流损失等因素，燃料燃烧所发出的热量中只有一部分被工质吸收。燃烧终点的热量利用系数Z在此围选取：Z=0.800.95，取Z=0.92 燃烧最高温度1）工质的平均等容摩尔热容和平
10、均等压摩尔热容间有如下关系：kJ/(kmolK) （3.4）工质的平均等压摩尔热容按下列方法计算：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的关系不同时，石油燃料完全燃烧产物和空气（）的平均等压摩尔比热与温度的关系在Tcb=813.49K 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=20030.43-29.797=0.6330.633/200=3.16510-3813.49-673=140.49=3.16510-3140.49+29.797=20.242=20.242-8.313=21.929在Tcb=813.49K 时利用插值法进行计算，计算步骤如下：同理按上步插值
