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《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
指导老师
年
月
日
目录TOC \o 1-9 \h \u
6456 1 动力计算 1
3637 1.1初始条件 1
24146 1.2曲柄连杆机构运动质量确实定 2
27882 1.3 P-φ示功图求取 2
24514 1.4往复惯性力Pj(α)计算 3
6412 1.5总作用力P(α)计算 3
11949 1.6活塞侧推力PH(α)计算 4
1154 1.7连杆力PC(α)计算 4
27976 1.8法向力PN(α)计算 5
10453 1.9切向力PT(α)计算 6
13950 1.10总切向力计算 7
9922 1.11曲柄销负荷RB(α)计算 8
15278 1.12正确性校核 9
30581 2 曲轴设计计算 10
4464 2.1曲轴各部尺寸百分比 10
25789 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、压缩空气开启。
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确实定
将摆动连杆用双质量系替换,一部分质量等价到做往复运动活塞组中,另一部质量等价到做回转运动曲柄组中,从而能够求出往复质量和连杆组算到大端质量。因为连杆尺寸并未确定,先根据母型机连杆质量分配比。
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,质量单位全部用kg。
1.3 P-φ示功图求取
将所给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。将活塞位移转换成对应曲柄转角,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。图中实线表示是气缸压力Pg和曲柄转角a关系。
图1 P,Pg,Pj和曲柄转角a关系
1.4往复惯性力Pj(α)计算
(MPa) (1)
往复惯性力根据公式1计算,图1中虚线即为往复惯性力和曲柄转角a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)根据公式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和曲柄转角之间关系。经过三者比较能够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)
活塞侧推力根据公式3进行计算,式中表示连杆摆角。连杆摆角和曲柄转角纯在下列关系:,活塞侧推力和曲柄转角关系见图2。
图2 活塞侧推力和曲柄转角关系
1.7连杆力PC(α)计算
(MPa) (4)
连杆力根据公式4进行计算,连杆力和曲柄转角关系见图3。
图3 连杆力和曲柄转角关系
1.8法向力PN(α)计算
(MPa) (5)
法向力根据公式5计算,法向力和曲柄转角关系见图4。
图4 法向力和曲柄转角关系
1.9切向力PT(α)计算
(MPa) (6)
切向力根据公式6计算,切向力和曲柄转角关系见图5。
图5 曲柄转角和切向力关系
1.10总切向力计算
(MPa) (7)
对于四冲程曲柄均匀排列情况总切力根据公式6计算。气缸之间间隔角为120deg,总切力和曲柄转角关
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