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1、前 言通用汽油机（Small Non-road Spark-igintion Engine）是指除车用、航空用以外的，具有广泛用途的往复活塞式汽油机，在我国其功率定义在30KW以下、在美国和欧盟等国则指功率在19kw以下的小型发动机。大于20kW的通用汽油机大多是车用汽油机的变型产品，从结构上可分为二冲程和四冲程。国内现生产的通用小型汽油机标定功率从06324kW不等，其中大部分功率在10kW以内；它的特点是体积小、重量轻、可移动性强、使用操作简便，价格便宜；它的用途非常广泛，可以作为各个领域的小型工作机具的配套动力，主要用于农林植保机械、园林机械、小型农机具、发电机组、建筑机械、消防机具、娱
2、乐用卡丁车、沙滩车、高尔夫球车、水上动力、航空模型动力等。通用小型汽油机由于要求机动性好、结构简单、质量轻、价格低，许多现代内燃机新技术由于其结构相对复杂、成本较高而难以在这一领域应用。尽管如此，世界通用小型汽油机技术还是取得了长足稳定的发展。通用汽油机设计的重点在于深刻了解设计的过程，熟悉汽油机的基本结构及主要零部件的设计方法，仔细计算活塞、曲轴、连杆等各部件的参数，并使其合理化、科学化，从而设计出可以达到设计要求，并能安全稳定运行的发动机。本课题旨在加深巩固专业知识，增强动手能力。在整个过程中还是暴露了一些问题和自身的不足，然而在指导老师的辅佐下，一系列问题已经了更深一步的理解，解决方法也
3、得到了理性的认识。- 1 -目 录摘 要ABSTRACT第1章 通用汽油机的发展11.1通用汽油机的概述11.2 我国通用汽油机面临的现实状况1第2章 内燃机设计总论32.1内燃机主要设计指标和设计要求32.2内燃机主要参数的选择7第3章 热计算和主要技术规范103.1 热计算流程图103.2 热计算结果：123.3 所设计机型的主要技术规范：12第4章 活塞组的设计144.1 活塞的设计144.2 活塞销和活塞销座244.3 活塞环的设计274.3.1活塞环的工作情况274.3.2活塞环参数的选择284.3.3活塞环断面形状的设计29第5章 连杆组设计315.1 连杆的工作情况、设计要求和材
4、料选用315.1.1连杆工作情况315.1.2设计要求315.1.3材料的选择325.2 连杆长度的确立325.3连杆的结构设计325.3.1连杆小头的结构设计335.3.2杆身的结构设计335.3.3连杆大头的结构设计345.4连杆组的校核355.4.1连杆质量的估算355.4.2连杆小头的强度校核355.4.3 连杆小头刚度的校核395.4.4 连杆杆身的强度校核405.4.5连杆大头强度、刚度校核415.5连杆螺栓的选取和其工作条件43第6章 曲轴设计446.1 曲轴的工作条件、结构型式和材料的选择446.1.1 曲轴的工作条件和设计要求446.1.2 曲轴的结构型式446.1.3曲轴的
5、材料456.2曲轴主要尺寸的确定和结构设计456.2.1主轴颈466.2.2 曲柄销466.2.3曲柄臂466.3轴颈过渡圆角半径466.4 平衡重的设计466.5油孔的位置和尺寸476.6曲轴两端的结构476.7曲轴的止推476.8作用于单元曲拐上的力和力矩476.9 圆角的形状系数496.10形状系数和应力集中系数的关系506.11名义应力的计算50第7章 配气机构的设计557.1配气机构的工作条件和设计要求557.2 配气机构的布置及传动557.2.1 气门的布置形式557.2.2 凸轮轴的布置形式567.2.3 凸轮轴的传动方式567.2.4 气门间隙的选取567.3 配气正时577.
6、4 配气机构零件设计587.4.1 气门的设计587.4.2 气门座设计597.4.3 气门弹簧工作条件和选取607.4.4气门间隙和凸轮的缓冲段61第8章 缸盖和缸体结构设计628.1气缸盖628.1.1气缸盖的设计要求628.1.2气缸盖的散热628.1.3气缸盖散热片的布置638.1.4提高气缸盖刚度、强度的措施648.2气缸体648.2.1缸体结构设计648.2.2提高气缸套耐磨性的措施64第9章 润滑系统669.1 内燃机用机油的性能及其选用669.1.1机油的主要性能指标669.1.2机油的选用679.2 润滑系统的工况及对润滑系统的要求679.3 润滑系统总体设计方案689.3.
7、1润滑系统的总体布置选型689.4曲轴箱通风和防爆689.5降低机油消耗量的途径69第10章 强制风冷系统设计7010.1 风冷发动机的散热与散热片7010.1.1从燃气向气缸内壁的传热7010.1.2从气缸内壁向外壁的导热7010.1.3从气缸外壁向冷却空气的传热7110.1.4从气缸内燃气向气缸外冷却空气的总传热7110.1.5散热片的传热7210.1.6散热片的设计7210.2 导风罩7310.2.1 导风罩的的选取7310.2.2导风罩的安装7410.3 强制风冷的实现74结 论75致 谢76参考文献77附 录78摘 要发动机可以说是汽车的心脏，也最能代表汽车的设计水平与前进方向，随着
8、时代的进步，面对严格的排放法规的限制和能源压力，对于发动机的要求也就越来越高，不仅要高效节能，而且要减少污染物的排放。发动机是一个极其复杂的部件，由很多复杂的机构，零件组装而成，在整体设计过程中要始终做到各个部件的紧密配合，所以发动机的整体设计是一项庞大、艰苦的工作。本文对单缸强制风冷式通用汽油机的设计进行了详细介绍。首先介绍了发动机的工作原理，然后进行了热计算，得出发动机的相关基本参数。然后在热计算的基础上，计算出活塞、连杆、曲轴、缸体、缸盖及配气机构的基本尺寸，并进行强度、刚度等的校核计算，分析了其可靠性，稳定性“三化”要求，对其附属零件进行了选择或计算，按照相关标准完成了设计内容。关键词
9、：活塞，曲轴，压缩比ABSTRACTThe engine, considered as the heart of the car is the most of representative of the level of vehicle design and the way forward. With the progress of the times, faced to the stringent restrictions on emissions regulations and energy, the requirements for the engine is getting highe
10、r and higher, not only in the energy efficient, but also in reduction the emission of pollutants. Engine is an extremely complex components, which includes a number of complex and assembled parts. In the overall design process, we should always work closely with the various components. So designing
11、engine is a huge and hard work.The text describes the four-stroke, single-cylinder heavy-oil engine in details. It introduces in the principle and integer structure of the four-stroke engine. Calculating and analyzing the units of the piston, connecting rod, crankshaft, cylinder block, cylinder head
12、, and some critical problems have been solved during the design. The reliability and stability have been discussed by some standards of design. It have been finished the undertaking according to the standard.Keywords：Piston, Crankshaft, Compression ratio第1章 通用汽油机的发展1.1通用汽油机的概述通用小型汽油机是世界内燃机产量居第二位的大机种
13、。其全球产量仅次于轿车汽油机，远高于摩托车汽油机的产量。近年来通用小型汽油机还在全球范围内保持着稳定的增长速度，据近年来的不完全统计，全球通用小型汽油机的产量约在4300万到5000万台之间。我国的通用小型汽油机行业已有几十年的生产历史，但由于种种原因多年来发展速度一直不快，年产量在较长一段时间内一直徘徊在40万到60万台之间，与美国、日本等国的巨大产量相比有着很大的差距。但近几年来国内通用小型汽油机行业呈现出迅猛发展的势头，产量逐年攀升。通用小型汽油机产量的迅速增长，主要是由于我国加入WT0，已成为其世界生产制造业基地，再加近几年民营企业的介入以及出口需求的旺盛，使通用小型汽油机在产品的品种
14、和产量上急剧增长。随着小型汽油机行业经过近几年的产品结构调整，一些企业着眼于开发国外市场，发展外向型经济，其品种也不断增多，满足了国外客商的需求。通用小型汽油机作为一个劳动密集型和技术密集型的产业，其生产更适合于中国国情，再加上近几年来外商投资，转移生产基地，进入国内通用小型汽油机产业，一定程度上提高了通用小型汽油机的规模和技术水平，从而使国产通用小型汽油机在国际市场上也就具有更强的竞争力。我国目前生产的通用小型汽油机大部分用于出口，出口量近年增长较快，市场也从传统的东南亚转向美国和欧盟各国1。1.2 我国通用汽油机面临的现实状况虽然近年来国内通用小型汽油机产量的不断增加以及外商进入小型汽油机
15、产业，使通用小型汽油机的技术水平不但提高，但我国通用小型汽油机技术指标与日本等国外先进水平相比仍处于中等偏下水平而国外在这一领域不断的发展，使国内在技术水平的差距进一步扩大。国内发动机在动力性方面均比国外同类产品低，强化程度也较低，其中二冲程机型差距较小，PE比国外低1217：四冲程机型差距较大，PE比国外低1030；比质量较国外高940，平均高18，说明结构较落后，材料利用率较低；在经济性方面国内机型较差，ge平均比国外高1020，其中四冲程机型燃油耗指标最多比国外高26。此外，我国的通用小型汽油机在可靠性、耐久性、噪声、排放等方面与国外相比还有相当差距。就排放而言，我国产品与欧美发达国家相关排放法规限值存在较大差距，虽然产品样机已通过美国和欧盟的通用
