内燃机课程设计柴油机曲轴设计动力计算资料.doc

《内燃机学》课程设计 设计计算说明书 题 目 6200柴油机曲轴设计 学 院 专 业 班 级 姓 名 学 号 指导教师 年 月 日 目录 1 动力计算 1 1.1初始条件 1 1.2曲柄连杆机构运动质量的确定 2 1.3 P-φ示功图的求取 2 1.4往复惯性力Pj（α）计算 3 1.5总作用力P（α）计算 3 1.6活塞侧推力PH（α）计算 4 1.7连杆力PC（α）计算 4 1.8法向力PN（α）计算 5 1.9切向力PT（α）计算 6 1.10总切向力计算 7 1.11曲柄销负荷RB（α）计算 8 1.12准确性校核 9 2 曲轴设计计算 10 2.1曲轴各部尺寸比例 10 2.2曲轴船规验算 11 1 动力计算 1.1初始条件 母型机参数： 四冲程六缸、废气涡轮增压、不可逆式、直接喷射、压缩空气启动。 D=200mm S=270mm n=600r/min Ne=440kW 增压压力Pk=0.241Ma,压缩比ε=12.5，机械效率ηm=0.85,压缩复热指数n1=1.37,膨胀复热指数n2=1.26，Z点利用系数ξz=0.88，燃烧过量空气系数α=2.0，中冷器出水温度t=250 ,原机配气定时： 进气门开——上死点前60度 进气门关——下死点后40度 排气门开——下死点前40度 排气门关——上死点后60度 行程失效系数可取约0.083。 连杆长L=540mm，质量为34.76kg，活塞组质量m=35.76kg，连杆组质量分配比0.347/0.653，单位曲柄不平衡质量m=48.67kg。 1.2曲柄连杆机构运动质量的确定 将摆动的连杆用双质量系代替，一部分质量等价到做往复运动的活塞组中，另一部质量等价到做回转运动的曲柄组中，从而可以求出往复质量和连杆组算到大端的质量。由于连杆尺寸并未确定，先按照母型机的连杆质量分配比。 上式中，M表示活塞组质量，0.347/0.653为连杆组质量分配比，为连杆质量，质量单位都用kg。 1.3 P-φ示功图的求取 将所给的P-V示功图，用发动机运动学公式将其展开，即得P-φ示功图。将活塞的位移转换成对应的曲柄转角，以α代表曲柄转角，取145个点，对应0度到720度每隔5度取一次，由此可得各曲柄转角α下的气体力值Pg（α），单位为MPa。用matlab画成曲线见图1，其matlab程序参见附录。图中实线表示的是气缸压力Pg与曲柄转角a的关系。 图1 P,Pg,Pj与曲柄转角a的关系 1.4往复惯性力Pj（α）计算 (MPa) （1） 往复惯性力按照公式1计算，图1中虚线即为往复惯性力与曲柄转角a的关系。 式中：mj—往复运动质量，kg； R—曲柄半径，mm； D—气缸直径，mm； ω—曲轴旋转角速度，rad/s； β—连杆摆角，rad。 1.5总作用力P（α）计算 (MPa) （2） 总作用力P（a）按照公式2计算，式中PB表示活塞底部气体压力，取大气压力，即PB=0.1Mpa。图1中点划线表示总作用力与曲柄转角之间的关系。通过三者的比较可以看出气缸压力对总作用力影响较大。 1.6活塞侧推力PH（α）计算 (MPa) （3） 活塞侧推力按照公式3进行计算，式中表示连杆摆角。连杆摆角与曲柄转角纯在下列关系：，活塞侧推力与曲柄转角的关系见图2。 图2 活塞侧推力与曲柄转角的关系 1.7连杆力PC（α）计算 (MPa) （4） 连杆力按照公式4进行计算，连杆力与曲柄转角的关系见图3。 图3 连杆力与曲柄转角的关系 1.8法向力PN（α）计算 (MPa) （5） 法向力按照公式5计算，法向力与曲柄转角的关系见图4。 图4 法向力与曲柄转角的关系 1.9切向力PT（α）计算 (MPa) （6） 切向力按照公式6计算，切向力与曲柄转角的关系见图5。 图5 曲柄转角与切向力的关系 1.10总切向力计算 (MPa) （7） 对于四冲程曲柄均匀排列情况的总切力按照公式6计算。气缸之间的间隔角为120deg，总切力与曲柄转角的关系见图6。 图6 总切力与曲柄转角之间的关系 1.11曲柄销负荷RB（α）计算 (MPa) （8） 曲柄销合力按照公式8计算， 式中:—曲柄销负荷水