90KW四冲程汽油机曲轴设计

目录0序言 (3)1基本结构参数计算 (4)1.1发动机缸径和转速的计算 (4)2热计算 (5)2.1发动机压缩过程计算 (5)2.2发动机膨胀过程计算 (5)2.3压缩，膨胀过程处理 (6)2.4有效功和有效压力的求解 (7)2.5p-v图向p-α图转换 (8)3活塞运动学计算 (9)3.1活塞位移 (9)3.2活塞速度V (10)3.3活塞加速度 (11)4活塞连杆的动力计算 (12)4.1往复惯性质量m j的求取 (12)4.2相关分力的求解 (13)5曲轴的设计 (16)5.1曲轴主要尺寸的确定 (16)5.1.1曲柄销尺寸的确定 (16)5.1.2主轴颈尺寸的确定 (16)5.1.3曲柄臂尺寸的确定 (16)6活塞的设计 (17)6.1活塞材料的选择 (17)6.2活塞主要尺寸的确定 (17)6.2.1活塞总高H的确定 (17)6.2.2压缩高度H1的确定 (17)6.2.3活力岸高度H4的确定 (17)6.2.4环带高度H3的确定 (17)6.2.5活塞顶部厚度δ的确定 (18)6.3活塞裙部的设计 (18)6.3.1活塞横截面形状 (18)6.3.2活塞与气缸的配合间隙 (18)6.4活塞质量 (19)6.5活塞校核计算 (19)6.5.1活塞环岸的强度校核 (19)6.5.2活塞裙部校核 (19)7活塞销的设计 (20)7.1活塞销材料的选择 (20)7.2活塞销与销座尺寸的确定 (20)7.3活塞销与销座的配合 (20)7.4活塞销质量m3 (21)8连杆的设计 (21)8.1连杆材料的选择 (21)8.2连杆主要尺寸的确定 (21)8.2.2连杆小头尺寸的确定 (21)8.2.3连杆大头尺寸的确定 (21)8.2.4连杆杆身尺寸的确定 (22)8.3连杆小头质量m4 (22)9校核计算 (22)9.1活塞岸强度校核 (22)9.2活塞裙部校核 (23)10心得体会 (23)11参考文献 (24)附录1 (25)附录2 (26)附录3 (27)70mL四冲程汽油机曲轴设计0序言这学期学院为我们专业开设了《汽车发动机设计课程设计》为期三周，目的在于让我们通过亲自的设计实践，全面地复习和巩固我们以前所学习的理论知识，让我们对专业课知识有更深刻的理解和掌握。

直列4缸汽油机曲轴结构优化设计与工程分析李国华;潘圣临;任伟伟;闫立凯;徐敬彬【摘要】本文以东安汽发某款汽油发动机曲轴结构优化为实例,在保证曲轴重量和平衡率不变的前提下,通过对曲轴平衡重布置方案及结构的优化,实现了降低了曲轴工作载荷,优化了曲轴载荷分布的效果.同时也分析了在相同平衡率的情况下,四平衡重和八平衡重两种平衡重布置方案对轴承油膜厚度、载荷的对比.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2016(000)009【总页数】3页(P46-48)【关键词】汽油发动机;平衡重布置;曲轴载荷;轴承载荷【作者】李国华;潘圣临;任伟伟;闫立凯;徐敬彬【作者单位】哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司技术中心,黑龙江哈尔滨150060;哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司技术中心,黑龙江哈尔滨 150060;哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司技术中心,黑龙江哈尔滨 150060;哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司技术中心,黑龙江哈尔滨 150060;哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司技术中心,黑龙江哈尔滨 150060【正文语种】中文【中图分类】U464.17110.16638/ki.1671-7988.2016.09.018CLC NO.: U464.171 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)09-46-03曲轴是发动机的最重要的零部件之一，其自身的强度和刚度对发动机的可靠性有着决定性的影响，而曲轴的平衡性能也会对曲轴自身及发动机主轴承的工作条件产生影响，因此曲轴的优化设计对提高发动机可靠性和耐久性，甚至整机的振动、油耗都具有重要意义。

直列四缸内燃机曲轴通常采用曲拐夹角为180°的对称平面曲轴结构，其本身已动平衡，但要承受较大的内弯矩[1]。

为使曲轴达到内平衡需要布置平衡重，合理的布置平衡重可以有效减少曲轴受力、主轴承负荷及内力矩，四缸机平衡重布置通常可按分段平衡法布置四块平衡重，或按完全平衡法布置八块平衡块。

除了目前的双增压（涡轮增压器+机械增压器）170马力和140马力TSI发动机之外，这款发动机成为了TSI发动机系列的第三名新成员。

这款发动机和上述大马力TSI发动机一样，使用的都是同样的1.4升铁质曲柄轴箱，然而，这款发动机不再是双增压设计了，机械增压器没有了，但保留了涡轮增压器。

这款新的122马力（90千瓦）TSI发动机意在取代当前的1.6升FSI发动机（85千瓦/115马力），其扭矩峰值为200牛•米，比1.6升FSI发动机多出了30%，此外发动机的油耗也降低了6%。

新款发动机的扭矩曲线令人印象深刻，在转速为1250转/分时就可以达到扭矩峰值的80%，并能够在转速为1500转/分和3500转/分之间保持输出100%的扭矩。

新款大众90千瓦TSI 发动机大众TSI发动机概述以最低的油耗输出最大的动力：在非常短的时间段内，这个新特点就使得TSI四缸发动机成为了新一代大众发动机的代名词：燃油经济性良好，同时又不失运动特质。

性能规格：125千瓦/170马力和103千瓦/140马力。

高尔夫、高尔夫Variant、高尔夫Plus、捷达和途安装配的都是这两款发动机。

这两款发动机在2006年获得了令人羡慕的“年度最佳发动机奖”，2007年又蝉联了这一桂冠。

如今，大众公司又推出了第三款TSI发动机；这款发动机的最大输出功率为90千瓦/122马力，将被首先装配到今年的高尔夫车系上。

新款TSI发动机将会取代85千瓦/115马力的中型1.6升FSI发动机。

新款涡轮增压发动机的决定性优势在于：除了该发动机的油耗降低了大约6%之外，发动机的最大输出功率和扭矩峰值也都有了大幅度的提升。

另外，由于该款发动机的排量比较小，所以车辆的各种税款也比较低。

与1.6升FSI发动机相比，这款发动机的扭矩峰值增加了将近30%，达到了200牛•米。

而且在转速达到1500转/分时发动机就可以达到峰值扭矩了。

此外，在1250转/分的低转速下，发动机获得的扭矩就已经达到了峰值的80%。

XX大学机械工程学院本科生课程设计说明书课程设计名称： 1.6L四冲程汽油机连杆组设计姓名：盘明明专业班级：能源与动力工程卓越151学号：1501160117指导教师：XXXX考核成绩：二0一八年七月十日XX大学机械工程学院《1.6L四冲程汽油机连杆组设计》课程设计任务书一、课程设计的题目1.6L四冲程汽油机连杆组设计二、课程设计的内容设计1.6L排量的四冲程汽油机连杆组三、课程设计任务和要求1. 装配图设计2. 零件设计3. 说明书一份四、课程设计主要技术参数其初始条件为：1.平均有效压力0.7-1.3MP2.活塞速度小于18m/s目录导言 (5)1．汽油机结构参数 (5)1.1 初始条件 (5)1.2发动机类型 (5)1.3基本参数 (5)1.3.1行程缸径比S/D选择 (5)1.3.2气缸工作容积、缸径D的选择 (5)2．热力学计算 (6)2.1 热力循环基本参数确定 (6)2.2 P-V图的绘制 (6)2.3 P-V图的调整 (8)2.4 P-V图转换成P-图 (9)2.5 有效功及有效压力的求解 (10)3．运动学计算 (11)3.1 曲柄连杆机构的选型 (11)3.2 连杆比的选择 (11)3.3 活塞运动规律 (11)3.4连杆运动规律 (12)4．动力学计算 (13)4.1 质量转换 (13)4.2 作用在活塞上的力 (15)4.2.1 气体力 (15)4.2.2 往复惯性力 (15)4.2.3 旋转惯性力 (16)4.2.4 曲柄连杆机构中力的传递和相互关系 (16)4.3 输出合成转矩 (17)5．连杆零件结构设计 (17)5.1 材料选择 (18)5.2 连杆长度L (18)5.3 连杆小头孔径d1、外径D1、宽度B1和衬套外径d (18)5.4 连杆大头孔径2、外径2、连杆螺栓孔间距C、宽度2、高度H3和高度H4 (18)5.5 连杆杆身的结构设计 (19)5.6 连杆螺栓的设计 (19)5.7 连杆结构设计说明 (19)6．连杆强度公式校核 (20)6.1 连杆小头的强度校核 (20)6.1.1 衬套过盈配合及温升产生的小头应力 (20)6.1.2 由拉伸载荷引起的小头应力 (20)6.1.3 由压缩载荷引起的小头应力 (22)7. ANSYS压应力分析 (24)8. 主要参考文献资料 (30)9．附录 (30)附录 1.内燃机基本参数附录 2.运动学与动力学参数表附录3.装配图1.6L四冲程汽油机连杆组设计导言：连杆的作用是：连接活塞和曲轴，并将活塞所受作用力传给曲轴，将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。

目录0序言 (3)1发动机结构参数设计 (4)1.1初始条件 (4)1.2发动机结构形式 (4)1.3发动机主要结构参数的确定 (4)2运动学计算 (5)2.1 活塞位移 (5)2.2活塞的速度 (6)2.3活塞的加速度 (6)3热力学计算 (7)3.1热力循环计算 (7)3.1.1参数的确定 (7)3.1.2压缩过程 (7)3.1.3膨胀过程 (7)P 图的绘制 (8)3.2理想V3.3p-v图的调整 (8)3.4热力学的校核 (9)4动力学计算 (10)4.1气体压力 (10)4.2往复惯性质量 (10)4.3合成力 (11)4.4连杆力 (11)4.5侧向力 (12)4.6径向力 (12)4.7切向力 (13)4.8单缸转矩 (13)5 活塞的设计 (14)5.1 活塞材料的选择 (15)5.2 活塞头部 (15)5.2.1 压缩高度确定 (15)5.2.2活塞头部与气缸的配合 (16)5.3活塞裙部 (16)5.4活塞质量估算 (17)6活塞销的设计 (18)6.1活塞销材料的选取 (18)6.2活塞销结构尺寸的确定 (18)6.3活塞销与活塞销座的配合 (19)6.4活塞销质量估算 (19)7连杆的设计 (20)7.1连杆材料的选择 (20)7.2连杆长度的确定 (20)7.3 连杆小头尺寸设计 (20)7.4连杆杆身的设计 (21)7.5连杆大头尺寸确定 (21)7.6连杆小头质量估算 (21)8曲轴的设计 (22)8.1曲轴的结构形式 (22)8.2主轴颈尺寸设计 (22)8.3曲柄销尺寸设计 (23)8.4曲柄臂尺寸设计 (23)8.5平衡重尺寸设计 (23)9校核计算 (24)9.1连杆长度检验 (24)9.2连杆小头 (24)9.2.1衬套过盈配合及受热膨胀产生的应力 (24)9.2.2由惯性力拉伸引起的小头应力 (25)9.2.3 由压缩载荷引起的小头应力 (27)9.2.4小头的疲劳强度安全系数 (27)9.2.5 小头横向直径减少量 (28)9.3 连杆杆身 (28)9.4 连杆大头 (29)10附录 (30)11小结 (36)12参考文献 (37)90mL四冲程汽油机连杆设计0序言《发动机设计课程设计》是我们大学阶段最后一个综合的课程设计，它是将设计和制造有关知识有机的结合，而进行的一次理论联系实际的训练，通过本课程的训练，将有助于我们对所学知识的理解，并为后续的毕业设计以及今后的工作打下一定的基础。

课程设计报告书题目：四冲程内燃机设计【目录】一、四冲程内燃机的运动分析及总体设计思路 (1)二、绘制内燃机运动简图（A4） (6)三、绘制连杆机构位置图（A2） (6)四、连杆机构15个位置速度、加速度分析及曲线绘制（A2） (7)i.绘制机构15个位置的速度及加速度多边形 (7)ii.绘制滑块B的位移曲线、速度曲线及加速度曲线 (10)五、动态静力分析（A1） (11)六、计算飞轮转动惯量（不计构件质量）（A4） (14)七、计算发动机功率 (18)八、对曲柄滑块进行机构部分平衡 (18)九、凸轮的轮廓设计（A4） (19)十、绘制内燃机工作循环图（A4） (24)十一、心得体会 (25)一、四冲程内燃机的运动分析及总体设计思路根据设计任务书，我们需要解决以下问题：凸轮的参数是多少？如何能让机构正常循环工作？为了解决这个问题，我们需要对整个机构从运动及力学的角度分析。

首先，需要明确四冲程内燃机的工作原理：内燃机是通过吸气、压缩、燃烧、排气四个过程不断重复进行的。

如果在四个冲程里完成吸气、压缩、做功（燃烧、膨胀）、排气的循环动作，就叫做四冲程。

相应的内燃机叫四冲程内燃机。

第一冲程，即吸气冲程。

这时曲轴向下转动，带动活塞向下，同时通过齿轮带动凸轮向下旋转，是凸轮的突起部分顶开进气阀门，雾状汽油和空气混合的燃料被吸入气缸。

第二冲程，即压缩冲程。

曲轴带动活塞向上，凸轮的突起部分已经转两个过去，进气阀门被关闭，由于凸轮只转了14周，所以排气阀门仍然处于关闭状态。

活塞向上运动时，将第一冲程吸入的可燃气体压缩，被压缩的气体的压强达到0.6～1.5兆帕，温度升高到300摄氏度左右。

第三冲程是做功冲程。

在压缩冲程末火花塞产生电火花，混合燃料迅速燃烧，温度骤然升高到2000摄氏度左右，压强达到3～5兆帕。

高温高压烟气急剧膨胀，推动活塞向下做功，此时曲柄转动半周而凸轮转过14周，两个气阀仍然紧闭。

第四冲程是排气冲程。

机械原理课程设计指导书四冲程内燃机设计一． 已知条件： 在图示的四冲程内燃机中活塞行程 H = （mm ） 活塞直径 D= （mm ） 活塞移动导路相对于曲柄中心的距离 e= （mm ） 行程速比系数 K=连杆重心2c 至A 点的距离 2AC l = 系 数 AB l (mm) 曲柄重量 1Q = (N) 连杆重量 2Q = (N) 活塞重量 3Q = (N) 连杆通过质心轴2c 的转动惯性半径c ρ 2c ρ= 系数AB l 2(m 2m ) 曲柄的转速 n 1= (rpm) 发动机的许用速度不均匀系数 [δ]=曲柄不平衡的重心到O 点的距离 OC l = OA l （mm ） 开放提前角：进气门：-10°；排气门： -32° 齿轮参数：m=3.5（mm ）； α=20°；a h *=12Z ='2Z =14； 3Z ='3Z =72 ；1Z =36示功图见P10图2所示。

二．设计任务1. 机构设计按照行程速比系数K 及已知尺寸决定机构的主要尺寸，并绘出机构运动简图（4号图纸）。

（凸轮要计算出装角后才画在该图上） 2. 选定长度比例尺作出连杆机构的位置图以活塞在最高位置时为起点，将曲柄回转一周按顺时针方向分为十二等分，然后找出活塞在最低位置时和活塞速度为最大时的曲柄位置（即曲柄旋转一周共分十五个位置）并作出机构各位置时的机构位置图，求出滑快的相对位移。

3. 作出机构15个位置的速度多边形求出这15个位置的BA V 、2C V 、B V 、ω2的数值，并列表表示。

（表一） 4. 作出机构的15个位置的加速度多边形求出15个位置的n BA a 、t BA a 、BA a 、2α 、2C a 、B a 的数值，并列表表示。

（表二）5.用直角坐标作滑快B 点的位移曲线B S =B S （φ），速度曲线)(ϕB B V V =及加速度曲线)(ϕB B a a =。

目录前言 (1)1.汽油机的结构参数 (1)1．1初始条件 (1)1．2发动机类型 (1)1.2.1冲程数的选择 (1)1.2.2冷却方式 (1)1.2.3气缸数与气缸布置方式 (1)1．3基本参数 (1)1.3.1行程缸径比S∕D的选择 (1)1.3.2气缸工作容积V s，缸径D的选择 (1)2．热力学计算 (2)2.1热力循环基本参数的确定 (2)2.2 P-V图的绘制 (2)2.3 P-V图的调整 (3)2.4 P-V图的校核 (4)3.运动学计算 (4)3.1曲柄连杆机构的类型 (4)3.2连杆比的选择 (5)3.3活塞运动规律 (5)3.4连杆运动规律 (6)4.动力学计算 (7)4.1 质量转换 (7)4.2作用在活塞上的力 (8)5曲轴零件结构设计 (10)5.1曲轴的工作条件、结构型式和材料的选择 (10)5.1.1曲轴的工作条件和设计要求 (10)5.1.2曲轴的结构型式 (11)5.1.3曲轴的材料 (11)5.2曲轴主要尺寸的确定和结构细节设计 (11)5.2.1主要尺寸 (11)5.2.2一些细节设计 (11)6.曲轴强度的校核 (13)6.1静强度计算 (13)6.1.1连杆轴颈的计算 (13)6.1.2 曲柄臂计算 (14)6.2曲轴疲劳强度校核 (15)6.2.1主轴颈的计算 (15)6.2.2 曲柄臂计算 (15)小结 (16)参考文献 (18)附录 (19)1.6L 四冲程汽油机曲轴设计前言大四上学期我们学习了必修课程《汽车发动机设计》，紧接着要开始为期三周的课程设计。

每个同学都有不同的设计题目，我们要根据自己的题目来查阅资料，结合所学知识，设计出合理的发动机部件。

通过这次课程设计，要培养我们综合运用知识的能力，查阅工具书的能力以及运用计算机的能力。

我的设计任务是1.6L 四冲程汽油机曲轴设计。

1.汽油机的结构参数1．1初始条件平均有效压力：Mpap 2.1~8.0me =活塞平均速度：Vm＜18 m ∕s1．2发动机类型1.2.1冲程数的选择四冲程。

机械原理课程设计指导书四冲程内燃机设计一． 已知条件： 在图示的四冲程内燃机中活塞行程 H = （mm ） 活塞直径 D= （mm ） 活塞移动导路相对于曲柄中心的距离 e= （mm ） 行程速比系数 K=连杆重心2c 至A 点的距离 2AC l = 系 数 AB l (mm) 曲柄重量 1Q = (N) 连杆重量 2Q = (N) 活塞重量 3Q = (N) 连杆通过质心轴2c 的转动惯性半径c ρ 2c ρ= 系数AB l 2(m 2m ) 曲柄的转速 n 1= (rpm) 发动机的许用速度不均匀系数 [δ]=曲柄不平衡的重心到O 点的距离 OC l = OA l （mm ） 开放提前角：进气门：-10°；排气门： -32° 齿轮参数：m=3.5（mm ）； α=20°；a h *=12Z ='2Z =14； 3Z ='3Z =72 ；1Z =36 示功图见P10图2所示。

二．设计任务1. 机构设计按照行程速比系数K 及已知尺寸决定机构的主要尺寸，并绘出机构运动简图（4号图纸）。

（凸轮要计算出装角后才画在该图上） 2. 选定长度比例尺作出连杆机构的位置图以活塞在最高位置时为起点，将曲柄回转一周按顺时针方向分为十二等分，然后找出活塞在最低位置时和活塞速度为最大时的曲柄位置（即曲柄旋转一周共分十五个位置）并作出机构各位置时的机构位置图，求出滑快的相对位移。

3. 作出机构15个位置的速度多边形求出这15个位置的BA V 、2C V 、B V 、ω2的数值，并列表表示。

（表一） 4. 作出机构的15个位置的加速度多边形求出15个位置的n BA a 、t BA a 、BA a 、2α 、2C a 、B a 的数值，并列表表示。

（表二）5.用直角坐标作滑快B 点的位移曲线B S =B S （φ），速度曲线)(ϕB B V V =及加速度曲线)(ϕB B a a =。

单缸四行程发动机（汽油机）设计大纲一：原理：单缸四行程汽油发动机的工作原理是发动机将化学能转化为机械能的机器，它的转化过程实际上就是工作循环的过程，简单来说就是通过燃烧气缸内的燃料，产生动能，驱动发动机气缸内的活塞往复的运动，由此带动连在活塞上的连杆和与连杆相连的曲柄，围绕曲轴中心作往复的圆周运动，而输出动力的。

发动机的一个工作循环包括有四个活塞行程，活塞行程就是指活塞由上止点到下止点之间的距离的过程，包括进气行程、压缩行程、作功行程和排气行程：（1）．进气行程在这个行程中，发动机的进气门开启，排气门关闭，气缸与化油器相通，随着活塞由上止点向下止点移动，活塞上方容积增大，从而使气缸内的压力降到大气压力以下，即在气缸内造成真空吸力，这样空气便经由进气管道和进气门被吸入气缸，同时喷油嘴喷出雾化的汽油与空气充分混合，可燃混合气体被吸入气缸内。

活塞行至下止点时，曲轴转过半周，进气门关闭，进气行程结束。

此时气缸内的气体压力约为 0.075－0.09MPa。

而此时气缸内的可燃混合气的温度已经升高到 370-400K。

（2）．压缩行程进气行程结束后，为使吸入气缸的可燃混合气能迅速燃烧，以产生较大的压力，从而使发动机发出较大功率，必须在燃烧前将可燃混合气压缩，使其容积缩小、密度加大、温度升高，即需要有压缩过程。

在这个过程中，进气门、排气门全部关闭，曲轴推动活塞由下止点向上止点移动一个行程，即压缩行程。

此时混合气压力会增加到0.6-1.2MPa，温度可达600-700K。

（3）．做功行程在这个过程中，进气门、排气门仍旧关闭。

当活塞接近上止点时，火花塞发出电火花，点燃可燃混合气体。

由于混合气体迅速燃烧膨胀，在极短的时间内压力可达到3-5MPa，最高温度约为2200-2800K。

高温、高压的燃气推动活塞迅速下行，通过连杆使曲柄旋转并输出机械能，除了维持发动机本身继续运转外，其余即用于对外做功。

在做功行程中，活塞自上止点移至下止点，曲轴转至一周半。