課程設(shè)計-活塞設(shè)計

PAGEPAGE1課程設(shè)計課程名稱：發(fā)動機設(shè)計設(shè)計題目：活塞設(shè)計學院：交通工程專業(yè)：車輛工程年級：車輛xxx班學生姓名：xxxxxx指導教師：xxxxxx日期：2013年9月教務處制目錄課程設(shè)計說明書計算及說明結(jié)果率低。燃油噴射系統(tǒng)轉(zhuǎn)速較低，便于設(shè)計制造，壽命較長。起動性能較好。但是，冷卻系統(tǒng)對環(huán)境溫度變化適應性較差，且結(jié)構(gòu)復雜，造價高，保養(yǎng)困難。配氣機構(gòu)噪聲較高，結(jié)構(gòu)復雜，且制造費用較高。2.標定工況工作過程及熱力計算和示功圖繪制2.1實際循環(huán)熱力計算2.1.1熱力計算的目的（1）對柴油機的動力性能和經(jīng)濟性能參數(shù)起一定的校核作用，供柴油機主要熱力參數(shù)之間相互關(guān)系的簡單計算方法。（2）提供在設(shè)計階段零部件強度計算的依據(jù)。（3）為柴油機的性能改進提供初步的理論依據(jù)。2.1.2熱力計算的方法簡單計算法。2.2重要參數(shù)選取課程設(shè)計說明書計算及說明結(jié)果型式立式、直列、水冷、四沖程缸徑×行程95×105氣缸數(shù)4壓縮比17.5各缸工作順序1-3-4-2最高燃燒壓力[bar]130額定功率/轉(zhuǎn)速[Kw/rpm]66KW/3000r/min曲柄半徑mm/連桿長度[mm]52.5/175大氣平均壓力[kpa]98.39大氣平均溫度[k]293中冷器后空氣溫度[k]

18增壓器壓比2燃燒室型式ω型燃料低熱值[KJ/kg]42500單缸活塞組質(zhì)量[Kg]1.277連桿組質(zhì)量[Kg]1.500用途輕型貨車2.2.1壓縮比課程設(shè)計說明書計算及說明結(jié)果選取壓縮比為n=17.5:1。n=17.52.2.2過量空氣系數(shù)選取過量空氣系數(shù)=1.7。=1.72.2.3掃氣系數(shù)選取掃氣系數(shù)為=1.2。=1.22.2.4殘余廢氣系數(shù)因為=1.2，所以選取殘余廢氣系數(shù)=0。=02.2.5進氣溫升選取進氣溫升=10k=10k2.2.6熱量利用系數(shù)選取熱量利用系數(shù)=0.82。=0.822.2.7示功圖豐滿系數(shù)查看柴油機設(shè)計手冊上第106頁，選取=0.92。=0.922.2.8機械效率查看柴油機設(shè)計手冊上第107頁，選取=0.81。=0.812.2.9平均多變壓縮指數(shù)查看柴油機設(shè)計手冊上第103頁，選取=1.35。=1.352.2.10平均多變膨脹指數(shù)查看柴油機設(shè)計手冊上第104頁課程設(shè)計說明書計算及說明結(jié)果選取平均多變膨脹指數(shù)=1.24。=1.242.3燃料燃燒化學計算2.3.1理論空氣量的計算1kg燃料完全燃燒理論上所需空氣量為=0.495(kmol/kg)1kg10號輕柴油完全燃燒理論上所需空氣量為14.3kg進氣充量公斤摩爾數(shù)為2.3.2理論分子變化系數(shù)2.3.3實際分子變化系數(shù)2.4燃氣過程參數(shù)的確定與計算已知增壓后進氣壓力選取進氣壓力損失所以進氣系統(tǒng)壓力2.4.1壓縮始點的氣體狀態(tài)課程設(shè)計說明書計算及說明結(jié)果壓縮始點的溫度QUOTE293+14+0.04*7501+0.04=318+10=328K壓縮始點的壓力=0.95*0.1938=0.1841MPa2.4.2壓縮終點氣體狀態(tài)壓縮終點的壓力壓縮終點的溫度:2.3.3燃燒過程及燃燒終點氣體狀態(tài)壓力升高比取定容燃燒點y的溫度：最高爆發(fā)壓力燃料低熱值Hu=42500kj/kg=10140kcal/kgHu=10140kcal/kg假定tz=1700℃查表3-3得燃燒始點c時空氣及廢氣的平均定壓摩爾比熱(μcp)m=7.264kcal/kgmol°C(μcp2)m=8.447kcal/kgmol°C則求得≈1697℃≈1700℃課程設(shè)計說明書計算及說明結(jié)果滿足如下圖3-2所示圖形取氣缸的工作容積燃燒室容積燃燒終點z的氣缸容積所以初期膨脹比ρ=Vz/Vc=0.0795/0.0451=1.763ρ=1.7632.4.4膨脹終點氣體狀態(tài)膨脹終點壓力課程設(shè)計說明書計算及說明結(jié)果QUOTE(VzVb)n2QUOTE(0.08193/0.95625)1.24膨脹終點溫度：所以℃2.4.5排氣溫度的計算取查表3-3、3-4得平均定壓摩爾比熱因為，查表3-3、3-4得平均定壓摩爾比熱當取，查表3-3、3-4得平均定壓摩爾比熱求得=598.123°C，與600°C接近，所以相符。取2.3.6示功圖的繪制如下圖：課程設(shè)計說明書計算及說明結(jié)果2.5發(fā)動機性能參數(shù)2.5.1平均指示壓力課程設(shè)計說明書計算及說明結(jié)果理論平均指示壓力：QUOTEPi，QUOTE1εn1-1求得=1.7165MPa=1.7165MPa實際平均指示壓力：2.5.2平均有效壓力QUOTEηm2.5.3有效功率2.5.4充量系數(shù)=0.9772.5.5指示熱效率2.5.6有效熱效率2.5.7有效燃油消耗率課程設(shè)計說明書計算及說明結(jié)果2.4.7發(fā)動機總進氣量空氣氣體常數(shù)增壓四沖程柴油機的掃氣系數(shù)進氣流量3.活塞位移、速度、加速度隨曲軸轉(zhuǎn)角變化曲線曲柄半徑=52.5mm，連桿長度=52.5mm發(fā)動機轉(zhuǎn)速n=3000r/min曲軸轉(zhuǎn)速,連桿比QUOTE57.5184n=3000r/min活塞位移近似式活塞速度近似式活塞加速度近似式可得活塞位移、速度、加速度隨曲軸轉(zhuǎn)角變化曲線如下圖課程設(shè)計說明書計算及說明結(jié)果課程設(shè)計說明書計算及說明結(jié)果4氣缸側(cè)擊力、連桿力、曲柄銷切向力，徑向力、活塞銷合力4.1氣缸側(cè)擊力N氣體作用力往復慣性力氣缸側(cè)擊力4.2連桿力S4.3曲柄銷切向力T徑向力K4.4活塞銷合力PQUOTE((Pg+Pjh)2活塞銷合力、側(cè)擊力、連桿力、曲柄銷切向力、徑向力隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化曲線。課程設(shè)計說明書計算及說明結(jié)果5活塞設(shè)計及強度校核5.1活塞銷參數(shù)的選取d=29mm活塞銷外徑d=29mm內(nèi)徑QUOTEd0=13mm長度l=78mmQUOTEd0=13mm連桿小頭厚度b=35銷座距離QUOTEB，=38mml=78mma=58mmb=38mmb=355.2活塞銷參數(shù)的校核QUOTEB，=38mm（1）彎曲變形a=58mmQUOTE16081.6*1002b=38mm符合要求。課程設(shè)計說明書計算及說明結(jié)果（2）橢圓變形QUOTE3.14*81.6*10000*符合要求。（3）縱向彎曲應力QUOTE2a-b*Pz*D2（4）橫向彎曲應力QUOTEσ2QUOTE3*3.14*Pz*D2*(（5）總應力QUOTE(σ1^2+σ2^2)符合要求。5.3活塞參數(shù)的選取H=97mm1.活塞總高度H=97mm2.壓縮高度3.裙部長度QUOTEH24.群部高度5.頂板厚度δ=14mm6.火力岸高度h=10mm7．第一環(huán)岸高度QUOTEc1第二環(huán)岸高度δ=14mm8.活塞環(huán)數(shù)目：2個氣環(huán)，1個油環(huán)h=10mm9.環(huán)槽尺寸：氣環(huán)槽課程設(shè)計說明書計算及說明結(jié)果油環(huán)槽選取系數(shù)K=0.006，t=3.5mm10.裙部壁厚，取5.4活塞的校核（1）活塞頂:機械應力QUOTE0.68*81.6*712選用鋁合金（有筋頂）滿足要求。（2）第一環(huán)岸彎曲應力剪切應力總應力選用鋁合金滿足要求。（3）群部比壓估算，滿足高速柴油機要求。課程設(shè)計說明書計算及說明結(jié)果（4）銷座比壓<400滿足要求。綜上活塞的參數(shù)皆符合要求。6.有限元分析6.1實體模型的建立6.2活塞受力分析6.2.1活塞網(wǎng)格6.2.2以活塞銷座內(nèi)孔為固定面，分別在活塞上施加最大氣體作用力，慣性力和側(cè)擊力，如下圖所示；6.2.3如下為分析結(jié)束后的變形圖和應力圖：6.2.4以活塞頂為固定面，分別施加最大氣體作用力、慣性力、側(cè)擊力和連桿力，如下圖所示：課程設(shè)計說明書計算及說明結(jié)果6.2.5如下為分析受力結(jié)果：6.3活塞計算分析由以上分析得出：活塞頂最大應力為，最大變形量為0.04mm；第一環(huán)岸最大應力為，最大變形量為0.01mm；裙部最大應力為，最大變形量為0.09mm;課程設(shè)計說明書計算及說明結(jié)果銷座最大平均應力為，最大變形量為0.06mm。以上結(jié)果真實可靠，分析結(jié)果證明活塞基本滿足設(shè)計要求。6.4活塞銷分析6.4.1活塞銷網(wǎng)格6.4.2以活塞銷兩端為固定面，施加最大的連桿力；6.4.3如下為受力結(jié)果：課程設(shè)計說明書計算及說明結(jié)果6.5活塞銷計算分析活塞銷平均最大應力為，最大變心量為所以活塞銷分析基本符合設(shè)計要求。7.結(jié)論本次課程設(shè)計要求在三后的時間內(nèi)完成發(fā)動機的三大計算（熱力計算動力計算和零件強度計算），其時間短，但任務重。需要抓緊時間，不能放松。但是通過本次課程設(shè)計，學習到了發(fā)動機熱課程設(shè)計說明書計算及說明結(jié)果力計算