發(fā)動機課程設(shè)計匯總

1、課程設(shè)計說明書設(shè)計題目 院（系） 專業(yè) 班學(xué) 生 姓 名 完 成 日 期 指導(dǎo)教師（簽字） 華 中 科 技 大 學(xué)目 錄一 目的與要求1二 設(shè)計任務(wù) 2三 工作過程模擬計算3四 動力學(xué)計算7五 設(shè)計感想10參 考 文 獻 11附錄A 發(fā)動機外特性曲線12附錄B Fg-、Fj-、F-曲線圖13附錄C FN-、FL-、Ft-、Fk-、RB-曲線圖14附錄D 發(fā)動機合成扭矩Mk-曲線圖15一 目的與要求1.目的 發(fā)動機課程設(shè)計是發(fā)動機現(xiàn)代設(shè)計課程的后續(xù)教學(xué)環(huán)節(jié)，旨在對剛學(xué)習(xí)過的發(fā)動機設(shè)計課程以及發(fā)動機原理課程的知識進行綜合運用，加深對專業(yè)知識的理解。在課程設(shè)計環(huán)節(jié)，通過總體性能計算（工作過程模擬計算

2、與動力學(xué)計算）將發(fā)動機的結(jié)構(gòu)參數(shù)與性能參數(shù)結(jié)合起來，弄清結(jié)構(gòu)與性能之間的內(nèi)在聯(lián)系；通過發(fā)動機總體布置圖設(shè)計，對發(fā)動機的總體結(jié)構(gòu)有一個全面而具體的了解，并深化對發(fā)動機各主要零件的作用和設(shè)計要求的理解。2.要求 對提供的教學(xué)參考資料要認(rèn)真分析，在理解的基礎(chǔ)上借鑒，不要盲目照搬照抄。獨立完成，可以討論，不許抄襲；按時完成，不得延期。交課程設(shè)計材料（計算說明書與圖紙）時必須通過指導(dǎo)教師的考核，不得代交。計算說明書應(yīng)包括：計算目的、已知條件、變量說明、計算結(jié)果及說明（分析）等，其中動力學(xué)計算應(yīng)有受力分析圖，曲線圖應(yīng)標(biāo)明坐標(biāo)及單位。所繪圖紙應(yīng)符合工程圖紙規(guī)范要求。二 設(shè)計任務(wù)4110柴油機總體方案設(shè)計1.

3、 技術(shù)參數(shù)機 型： 立式，直列，水冷，四沖程，廢氣渦輪增壓、中冷燃燒室型式： 直噴式氣 缸 直 徑： 110mm活 塞 行 程： 125mm（曲柄半徑：62.5mm）缸 數(shù)： 4發(fā) 火 順 序： 1-3-4-2壓縮比：17標(biāo)定功率(kW)/轉(zhuǎn)速(r/min)： 140/2300最大扭矩（N.m）/轉(zhuǎn)速（r/min）： 640/14501550外特性最低燃油耗率（g/kW.h）： 200標(biāo)定工況燃油耗率（g/kW.h）： 210機油耗率（g/kW.h）： 1.0調(diào) 速 率： 8%怠速（r/min）： 750曲軸旋轉(zhuǎn)方向（從前端看）： 順時針氣門間隙（冷態(tài)）： 進氣門0.30.4，排氣門0.40.

4、5冷卻方式： 強制水冷潤滑方式： 壓力、飛濺復(fù)合式啟動方式： 電啟動配氣定時： 進氣門開，上止點前20º；進氣門關(guān)，下止點后43º 排氣門開，下止點前60º；排氣門關(guān)，上止點后20º供油提前角： 上止點前18±2º2. 其他有關(guān)數(shù)據(jù)活塞質(zhì)量：1.32kg活塞銷質(zhì)量：0.58kg活塞環(huán)總質(zhì)量：0.088kg連桿大頭質(zhì)量（直開口/斜開口, kg）： 1.89/1.98連桿小頭質(zhì)量(kg)： 0.704連桿長度L(mm)： 210曲柄銷直徑：70mm曲柄銷長度：40mm主軸頸直徑：85mm主軸頸長度（非止推擋）：36mm曲柄臂厚度：28mm

5、曲柄臂寬度：126mm三 工作過程模擬計算發(fā)動機工作過程模擬計算采用AVL_BOOST軟件進行，其計算過程及計算結(jié)果如下。1. 建立計算模型根據(jù)發(fā)動機機型參數(shù)在BOOST中建立4110柴油機計算模型，如圖1所示。圖1. 4110柴油機計算模型2. 數(shù)據(jù)輸入計算模型中相關(guān)元件的參數(shù)主要參考YC6M-3400和YC6M-3500，只有氣缸的參數(shù)需做部分調(diào)整。根據(jù)設(shè)計任務(wù)所給出的缸徑（110 mm）、行程（125 mm）、壓縮比（17）及連桿長度（210 mm）對氣缸的基本參數(shù)進行輸入，如圖2所示：圖2. 氣缸基本參數(shù)輸入燃燒模型采用vibe模型，燃燒始點及燃燒持續(xù)期參數(shù)均參照YC6M-3400，標(biāo)

6、定工況下循環(huán)噴油量為輸入后如圖3所示：圖3. 燃燒參數(shù)輸入進氣門在上止點前20°CA打開，在下止點后43°CA關(guān)閉，冷態(tài)氣門間隙取0.4 mm，氣門直徑取37 mm；排氣門在下止點前60°CA打開，在上止點后20°CA關(guān)閉，冷態(tài)氣門間隙取0.5 mm，氣門直徑取34 mm。據(jù)此分別對進、排氣門的參數(shù)進行輸入，并對氣門升程曲線進行調(diào)整，使其如圖4所示。圖4. 氣門參數(shù)輸入（左為進氣門，右為排氣門）3. 計算結(jié)果數(shù)據(jù)輸入完成后進行計算。在總體參數(shù)設(shè)置中輸入標(biāo)定工況轉(zhuǎn)速2300 r/min，設(shè)定每1°CA記錄一次數(shù)據(jù)，計算30個工作循環(huán)。計算結(jié)束后，

7、查看結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在30個工作循環(huán)內(nèi)計算結(jié)果已經(jīng)收斂，說明計算結(jié)果符合要求。計算結(jié)果顯示：標(biāo)定工況下，發(fā)動機指示功率為154.64 kW，有效功率為132.33 kW，平均有效轉(zhuǎn)矩為549.429Nm，指示油耗率175.4150 g/kWh，有效油耗率222.864g/kWh，渦輪前排氣溫度786.3 K，渦輪后排氣溫度715.5 K。其缸內(nèi)氣體壓力曲線、發(fā)動機示功圖以及發(fā)動機瞬時輸出轉(zhuǎn)矩變化曲線分別如圖5、圖6、圖7所示。圖5. 缸內(nèi)氣體壓力曲線圖（第四缸）圖6. 發(fā)動機工作循環(huán)示功圖（第四缸）圖7. 發(fā)動機瞬時輸出轉(zhuǎn)矩變化曲線圖在循環(huán)供油量保持與標(biāo)定工況點相同的情況下，分別取標(biāo)定工況點、最大扭

8、矩點、最低轉(zhuǎn)速的外特性點、最大扭矩點左右各取一到兩個外特性工況點進行計算，用這幾個點計算出的相關(guān)數(shù)據(jù)繪制出發(fā)動機的外特性曲線。計算得到的數(shù)據(jù)如表1所示。表1. 發(fā)動機外特性計算所得數(shù)據(jù)編號轉(zhuǎn)速n有效功率Pe轉(zhuǎn)矩M有效油耗率ge（r/min）（kW）（Nm）（g/kWh）180046.05549.659222.072120074.17590.222206.8083150092.45588.535207.40141800107.51570.337214.01952100123.63562.17217.12862300132.33549.429222.86472400136.45542.93224.

9、82382600144.88532.126229.387根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)，繪制出發(fā)動機的外特性曲線如附錄A所示。四 動力學(xué)計算1. 4110柴油機的平衡1.1 旋轉(zhuǎn)慣性力的平衡4110柴油機采用四拐平面曲軸，點火順序為1-3-4-2，點火間隔為180°，經(jīng)分析可知，其離心慣性力合力為零，離心慣性力矩也是零，其離心力平衡性很好。但曲軸本身承受有最大達Fra的內(nèi)彎矩，而且中間主軸承承受較大的離心負(fù)荷。因此，為了減輕曲軸的內(nèi)彎矩和軸承負(fù)荷，還是要在曲軸上布置如圖8所示的四個平衡塊。設(shè)平衡塊的質(zhì)量為mp，質(zhì)心距曲軸軸心rp，則有故有， 取rp=40mm，則mp=4.6kg。1.1 往復(fù)慣性力

10、的平衡經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，四拐平面曲軸的一階往復(fù)慣性力及一階往復(fù)慣性力矩均為零，無需外加其它平衡裝置。由于其二階往復(fù)慣性力不平衡，隨著取矩點的不同，二階往復(fù)慣性力的合力矩結(jié)果也不同，故其二階往復(fù)慣性力的平衡不予考慮。當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速較高時，可考慮使用雙軸平衡機構(gòu)加以平衡。2. 曲柄連桿機構(gòu)受力分析4110柴油機的曲柄連桿機構(gòu)受力圖如圖9所示。圖9. 曲柄連桿機構(gòu)受力圖以第一缸為計算對象，其氣體力Fg可由工作過程模擬計算得出的氣體壓力pg求得：往復(fù)慣性力： 其中，。合成力據(jù)此計算并繪出Fg-、Fj-、F-圖如附錄B所示。計算出合成力F后，則側(cè)向力FN和連桿力FL為， 其中，。如圖10所示，連桿力FL在曲柄銷

11、處又分解為垂直于曲柄半徑的切向力Ft和沿曲柄作用的徑向力Fk：， 離心慣性力：由于mk未知，為方便計算，這里將取其為1kg。故，從而進一步計算出曲柄銷處作用力合力據(jù)此計算并繪出FN-、FL-、Ft-、Fk-、RB-圖如附錄C所示。2. 發(fā)動機輸出扭矩的計算4110柴油機的點火順序為1-3-4-2，每一缸轉(zhuǎn)矩都是一樣的，是均勻的，僅僅是工作時刻即相位不同。其中第一缸的轉(zhuǎn)矩為，所以第二缸的轉(zhuǎn)矩為，第三缸，第四缸。故，第一主軸頸所受轉(zhuǎn)矩 第二主軸頸所受轉(zhuǎn)矩 第三主軸頸所受轉(zhuǎn)矩 第四主軸頸所受轉(zhuǎn)矩 第五主軸頸所受轉(zhuǎn)矩 據(jù)此計算并繪出合成扭矩Mk-圖如附錄D所示。參考文獻1 柴油機BOOST基礎(chǔ)培訓(xùn).PDF2 BOOST數(shù)據(jù)處理教程.PDF3 AVL全部軟件技術(shù)描述.PDF . 上海：李斯特技術(shù)中心（上海）有限公司4 袁兆成 . 內(nèi)燃機設(shè)計 M . 北京：機械工業(yè)出版社，2008.75 鐘家麒，鐘曉