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1、沈阳理工大学课程设计论文目录1 柴油机基本参数的选定11.1 柴油机基本参数选用11.1.1 柴油机设计指示11.2.2 柴油机基本结构参数的选用12 柴油机近似热计算32.1 燃料燃烧热化学计算32.2 换气过程计算42.3 压缩过程计算42.4 燃烧过程计算52.5 膨胀过程计算82.6 示功图绘制92.7 柴油机性能指标计算103 活塞的设计123.1 活塞的工作条件123.2 活塞设计要求123.3 活塞的材料133.4 活塞主要尺寸设计133.5 活塞三维实体建模133.6 活塞二维图的绘制154 动力计算174.1 活塞位移、速度、加速度的计算174.2 活塞连杆作用力分析184.
2、3 曲柄销载荷和连杆轴承载荷204.3.1 曲柄销载荷204.3.2 连杆轴承载荷214.4 总切向力的计算224.5 校核指示功率和有效功率221 柴油机基本参数的选定1.1 柴油机基本参数选用1.1.1 柴油机设计指示 设计一台新的四冲程非增压柴油机，必须提出设计指示。 （1）功率Pe 有效功率是柴油机基本性能指标。Pe由柴油机的用途选定，任务书已经指定所需柴油机有效功率Pe=132kw。 （2）转速n 转速的选用既要考虑被柴油机驱动的工作机械的需要，也要考虑转速对柴油机自身工作的影响。一般车用柴油机转速为2000r/min-4000r/min,本设计中的柴油机转速为n=2900r/min
3、， （3）冲程数 本设计中的车用柴油机都采用四冲程，即=4。 （4）平均有效压力Pme 平均有效压力表示每一循环中单位气缸工作容积所做的有效功，是柴油机的强化指标之一，一般车用柴油机的平均有效压力为0.55Mpa-1.0Mpa，本设计中的柴油机平均有效压力Pme=0.825Mpa。 （5）有效燃油消耗率be 这是柴油机最重要的经济性指标。影响柴油机经济性地 因素很多，在设计中要仔细分析。四冲程非增压柴油机有效燃油消耗率为195-285g/kwh。 （6）可靠性和寿命 可靠性和寿命是车用柴油机的基本要求之一，设计时必须提出具体指标，但本课程设计从略。1.2.2 柴油机基本结构参数的选用 由有效功
4、率计算公式：Pe=，可知由于Pe、Pme、n、已选定，则柴油机的总排量：iVs= =6.618L下一步设计应选定柴油机的基本结构参数：气缸直径d、活塞行程S、缸数i及其他一些参数。 （1）气缸直径d 气缸直径d的选取影响柴油机的尺寸和重量，还影响柴油机的机械负荷和热负荷。为了系列化，常选用固定的缸径系列。任务书规定了柴油机的缸径d=113mm。 （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柴油机的Vm14m/s；同时S也是柴油机基本结构指标S/d的决定因素，车用柴油机的S/d=1.0-1.3。本设计给出的S=110mm，S/d=105/98=1.07 , Vm=10
5、.63m14m满足要求。 （3）气缸数i及气缸排列方式 由于iVs=6.618L而Vs=dS=(113)11010=1.103L所以i=6，并且采用直列的气缸排列方式。 （4）连杆长度L与曲轴连杆比=R/L 连杆长度加大,会使柴油机总高度增加；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，往复惯性力加大。因而尽量采用短连杆，一般值在1/3-1/5之间。选取连杆长L=200mm，而R=S/2=55mm，则=0.25在要求范围之内。 （5）气缸中心距lo及其与气缸直径之比lo/d lo/d影响柴油机的长度尺寸和重量指标，设计时力求缩小lo/d的值。Lo/d值得影响因素可从曲轴中心线
6、方向的尺寸分配和气缸上部的尺寸分配两方面分析，一般其值为1.2-1.6。选取lo/d=1.3则lo=148mm。 （6）压缩比 选用压缩比也就是选用燃烧室容积。选用压缩比时要考虑柴油机的经济性能、工作可靠性、冷启动性能等。任务书给定的在18-23，选取=20 2 柴油机近似热计算 柴油机工作过程热计算是对柴油机各工作过程中工质的状态参数、主要性能指标进行计算，并绘制示功图。通过热计算可以分析各工作过程的影响因素，找出提高动力性和经济性的途径，又为动力计算、结构设计提供数据。柴油机实际循环热计算有近似热计算和模拟热计算二种。本设计要求进行近似热计算。2.1 燃料燃烧热化学计算1. 理论空气量Lo
7、 Lo= (千摩尔/千克柴油）（2-1）燃料采用轻柴油=0.87，=0.126，=0.004轻柴油低热值 =41860千焦/千克计算得：Lo=0.4946(千摩尔/千克柴油）2. 新鲜空气量=（千摩尔/千克） （2-2） 其中过量空气系数，自选=1.2-1.8 选取=1.5，可计算处=0.7419（千摩尔/千克）3. 燃烧产物 （千摩尔/千克） （2-3） 计算得：=0.775（摩尔/千克）4. 理论分子变更系数=1.0265. 实际分子变更系数 = （2-4）其中，残余废气系数，自选=0.03-0.06选取=0.05，可计算得=1.0262.2 换气过程计算1. 排气终点压力（缸内废气压力）
8、PrPr=0.103-0.108()（选取Pr =0.105）2. 气缸内排气温度（残余废气温度）TrTr=700-900(K)3. 进气终点压力PaPa=0.08-0.095（）4. 进气终点温度TaTa=320-350(K)（选取Ta=340K）5. 充量系数 =（要求=0.8-0.9） （2-5）选取Pa=0.088，=0.85，可计算出=0.8522.3 压缩过程计算1. 平均多变压缩指数=1.34-1.39（选取=1.38）2. 压缩过程中任意曲轴转角时的压力(画示功图用)=Pa()（2-6）其中：进气终点气缸容积= 对应于时的气缸容积。=（见附录）（2-7）式中：R曲柄半径，R=S
9、/2=55mm 曲柄连杆比，=R/L=1/4=(L)3. 压缩终点充量的状态参数 压力：（） 温度：（K）2.4 燃烧过程计算1. 热量利用系数热量利用系数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在此范围内选取：=0.80-0.88。本设计选取=0.852. 燃烧最高压力按结构强度及寿命要求选取，=5-9，本设计选取=8.53. 压力升高比 = 符合本设计中要求的=1.4-1.8。4. 燃烧最高温度1）工质的平均等容摩尔热容和平均等压摩尔热容间有如下的关系：=+8.313（kJ/km
10、olK）（2-8）工质的平均等压摩尔热容按下列方法计算：（1） 查图法：由图1按过量空气系数查出（2） 查表插值计算法：摘自柴油机设计手册（上）图2-1 等压摩尔热容曲线 表2-1 等摩尔热容表 T（K）1.01.21.41.61.82.22.63.067332.10031.73631.47231.28431.11230.88630.72330.60129.79787332.96332.56532.27232.05031.86231.57731.40131.27530.413107333.83833.41933.06332.84532.64932.36432.17632.02131.03712
11、7334.62534.13533.85433.59533.36533.03432.82532.67831.606147335.34134.84334.46634.19433.95933.64533.41933.23934.121167335.97735.44135.07734.81334.54134.19833.96333.78732.586187336.54735.98135.56735.26135.02334.66734.39934.23132.988207337.04536.46336.08235.76835.46235.09434.81334.64633.344227337.40836
12、.87036.46736.10335.85235.45435.17834.98133.658 2） 燃烧方程 （2-9）其中：压缩终点新鲜空气和残余废气混合气的平均等压摩尔热容，按下列方法计算： （2-9）当=时，查表得：(kJ/molK) -8.313=30.72-8.31322.41(kJ/molK) 当=1.6时，查表得：(kJ/molK) (kJ/molK) 所以：=22.49(kJ/molK) =30.80 (kJ/molK) 设=2050K，则 代入公式 得到方程两边的误差为0.6。符合本设计要求的误差在5一下的条件。5. 燃烧终点的体积和初期膨胀比 初期膨胀比：= 燃烧终点容积： （2-10）计算得到的符合本设计要求：=1.1-1.72.5 膨胀过程计算1. 平均多变膨胀指数 =1.25-1.30 选取=1.262. 膨胀过程中任意曲轴转角时的气体压力 （见附录） （2-11）3. 后期膨胀比 =20/1.448=13.84. 膨胀过程终点状态参数压力： ()温度：（K）
