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1、精选优质文档-倾情为你奉上目 录专心-专注-专业1 绪论从1860年首台内燃机诞生以来，经过了百余年的发展，其给人类带来的生产力的提高和对生活得便利使得内燃机工业业已成为人类文明中不可替代的部分。但是，人类追求进步的脚步远没有停止，内燃机的发展远远没有达到其顶点，在动力性、经济性和排放性方面还在不断地改进。作为动力输出源的内燃机，柴油机，其在动力性以及油耗性上比汽油机的优越性以使其成为工程机械、农用机械套动力装置中不二的选择，因此对柴油机的研究和改进已成为各大发动机生产商的重大战略。S195型柴油机是小型卧式、单缸、四冲程、蒸发水冷式发动机。具有结构轻巧、移动方便、安装简单、运转平稳、操作简易
2、和工作可靠等特点，除基本型外，还有电起动、凝汽水冷却等多个变型品种，适宜多种配套。可配套手扶拖拉机、小四轮拖拉机、小型排灌、船用机组、发电机组、空压机组以及农副业加工的动力装置，如脱粒机、碾米机、磨粉机、饲料粉碎机等，在我国工农业生产中得到广泛应用。本课题在参考国内现有同型号柴油机经典结构的基础上进行整机设计，力争使得柴油机的性能达到较好的水平，结构力争紧凑。2 柴油机工作过程的热力学分析计算2.1 原始参数原始参数及已知条件1） 柴油机型号：S195；2） 燃烧室型式：涡流式；3） 增压方式：非增压；4） 气缸数：Z: 1；5） 冲程数：4；6） 气缸直径D：95mm；7） 活塞行程S：11
3、5mm；8） 排量：0.815L；9） 标定功率：8.8kw （12PS）；10） 标定转速：2000 rpm；11） 怠速转速：800 rpm；12） 额定功率时最低燃油消耗率：258.4g/kw.h；13） 压缩比：20；14） 冷却方式：水冷；15） 净质量：145kg；16） 润滑方式：压力润滑+飞溅润滑；17） 启动方式：电启动；18） 燃料重量成分：0.86C0.13H0.01O；19） 燃料低热值：10140kcal/kg；20） 环境温度：293K；21） 环境压力：1.0。2.2 选取参数1） 最高爆发压力：75；2） 过量空气系数：1.20；3） 残余废气系数：0.034）
4、 进气受热增加温度：20 ；5） 排气温度：800K；6） 排气管压力：1.1；7） 进气系统压力：1.0；8） 压缩多变指数：1.368；9） 膨胀多变指数：1.22；10） 热量利用系数：0.7；11） 示功图丰满系数：0.94；12） 机械效率：0.72；13） 扫气系数：1.0；14） 压缩始点压力：0.85；15） 进排气重叠角：2.3 计算参数1） 汽缸工作容积： ；2） 压缩终点容积： ；3） 燃烧1公斤燃料理论所需空气量：0.945；4） 进气充量公斤摩尔数：；5） 燃烧产物公斤摩尔数：；6） 理论分子变更系数：；7） 实际分子变更系数：；8） 进气系统温度：；9） 压缩始点温
5、度：=326 K；10） 充量系数：；11） 压缩终点气缸压力：；12） 压缩终点温度：；13） 压力升高比：；14） 定容燃烧终点温度：；15） 最高燃烧温度：其中可由图2-1查得：图2-1 不同值时，柴油完全燃烧产物平均摩尔比热值与温度的关系=8.50；故=2230 K；16） 初期膨胀比：；17） 燃烧终点气缸容积：；18） 膨胀终点气缸压力：；19） 膨胀终点温度：；20） 理论平均指示压力：=10.03；21） 实际平均指示压力：；22） 平均有效压力：；23） 有效功率：；24） 指示热效率：；25） 有效热效率：；26） 有效燃油消耗率：；27） 进气流量：。3 柴油机动力计算及
6、平衡3.1 已知数据1）气缸直径D：95mm；活塞行程S：115mm；曲柄半径R：57.5mm；连杆长度：210mm；曲柄半径与连杆长度比；活塞面积；标定功率：8.8kw （12PS）；标定转速：2000 rpm；曲轴旋转角速度 ；曲轴销中心的切向速度；曲柄销中心的切向加速度；活塞平均速度；2）往复运动质量活塞组实测重量1.365kg。其中，活塞0.9kg，活塞销0.365kg，挡圈（两只）0.005kg，油环（一只）0.03kg，气环（三只）0.065kg。连杆组质量的换算：连杆组实测重量=2.315kg。其中，连杆体（包括连杆盖、套管及连杆衬套）1.893kg，连杆轴瓦（两片）0.11kg
7、，连杆螺钉（两只）0.124kg，保险铅丝（一根）0.008kg。将连杆体用称重法得其重量分配比为0.600 : 1.293。因此，=0.6kg，=1.293+0.11+0.124+0.008=1.535kg。因此=3）旋转运动质量曲柄质量的换算见图3-1：图中曲柄臂的椭圆部分对称于曲轴旋转中心，故不必换算。计算曲柄图示部分的重量及其重心至曲轴旋转中心线的距离为：图3-1 曲柄质量换算用图，；，；，；其中，I部分表示平衡块，即，。故3.2 动力计算1）运动分析及动力计算（1）运动参数的计算 活塞运动规律计算公式：活塞位移：活塞速度：活塞加速度：连杆摆角：以上个参数具体位置见图3-2 曲柄连杆机
8、构简图所示。计算活塞在一个循环内各位置的运动规律，结果如表3-1所示。画出活塞运动规律曲线图，如图3-3所示。 图3-2 曲柄连杆机构简图表3-1 S195柴油机活塞运动规律计算表曲轴转角连杆摆角00.000.000.003230.04102.731.112.663149.64205.374.395.192914.68307.879.687.472543.174010.1416.739.392063.065012.1125.2110.881509.396013.7234.7411.89920.737014.9144.9012.41335.428015.6455.2912.46-212.0990
9、15.8965.5312.08-694.2910015.6475.2611.33-1092.7511014.9184.2410.28-1399.1312013.7292.249.03-1615.0213012.1199.137.62-1750.5114010.14104.836.13-1821.941507.87109.274.61-1848.881605.37112.463.07-1850.971702.73114.361.53-1844.811800.00115.000.00-1841.46190-2.73114.36-1.53-1844.81200-5.37112.46-3.07-185
10、0.97210-7.87109.27-4.61-1848.88220-10.14104.83-6.13-1821.94230-12.1199.13-7.62-1750.51240-13.7292.24-9.03-1615.02250-14.9184.24-10.28-1399.13260-15.6475.26-11.33-1092.75270-15.8965.53-12.08-694.29280-15.6455.29-12.46-212.09290-14.9144.90-12.41335.42300-13.7234.74-11.89920.73310-12.1125.21-10.881509.
11、39320-10.1416.73-9.392063.06330-7.879.68-7.472543.17340-5.374.39-5.192914.68350-2.731.11-2.663149.643600.000.000.003230.04图3-3 S195柴油机活塞运动规律曲线（2）动力参数的计算i.计算在一个循环中活塞连杆曲轴所受的运动分力。结果如表3-2所示。绘制的变化曲线，如图3-4所示；绘制的变化曲线，如图3-5所示；绘制的变化曲线，如图3-6所示。绘制曲轴输出扭矩曲线，如图3-7所示。可见，单缸柴油机曲轴的输出扭矩曲线与其曲柄切向力曲线形状完全一样，只是纵坐标值相差倍。表3-2
12、 动力计算结果项目单位00.147-9.141-8.9940-8.9940.000-8.994010-0.150-8.913-9.063-0.4314-9.074-1.999-8.851-81520-0.150-8.249-8.399-0.79-8.436-3.615-7.622-147330-0.150-7.197-7.347-1.0154-7.417-4.553-5.855-185640-0.150-5.838-5.988-1.0707-6.083-4.669-3.899-190350-0.150-4.272-4.422-0.9485-4.522-3.997-2.116-162960-0.150-2.606-2.756-0.6726-2.837-2.723-0.795-111070-0.150-0.949-1.099-0.2927-1.138-1.133-0.101-46280-0.1500.6000.4500.126060.4680.465-0.04619090-0.1501.9651.8150.516641.8871.815-0.517740100-0.1503.0922.9420.823933.0562.755-1.3221123110-0.1503.9603.8101.01433.9
