当前位置：文档之家 › 柴油机动力计算及连杆组设计

柴油机动力计算及连杆组设计

  • 格式：doc
  • 大小：607.50 KB
  • 文档页数：13

1前言 (2)2结构参数计算 (2)2.1已知条件 (2)2.2发动机结构形式 (2)2.3发动机主要结构参数 (2)3动力学计算 (5)4连杆的设计 (9)4.1连杆主要尺寸设计 (9)4.1.1连杆长度的确定 (9)4.1.2连杆小头尺寸的确定 (9)4.1.3连杆大头尺寸的确 (10)4.2连杆强度的计算 (10)4.2.1连杆小头强度的计算 (10)4.2.2连杆大头的强度计算 (13)5小结 (14)6参考文献 (15)1前言《内燃机设计》课程设计是在我们学习了一些基础制图知识和汽车以及发动机的整体知识框架后所给我们的一次很好的锻炼，众所周知现代汽车工业发展越来越快，而作为汽车心脏的发动机自然也成为了发展的重中之重，发动机的结构和性能对汽车起着决定性的影响，比如汽车的行使速度、加速性能、爬坡度、牵引力等等都取决于发动机，因此来说设计发动机是汽车设计的重中之重，而发动机的设计又对我们的想象能力，制图能力，分析计算能力，查阅各种工具书的能力无疑是一次很好的锻炼，因此，我们要充分利用这次课程设计的机会，认真对待，做好充分的准备，保证高质量的去完成，这也为以后学习打下了一个很好的基础。

2结构参数计算2.1已知条件平均有效压力:1.064MPa活塞平均速度:7.8m/s2.2发动机结构形式发动机功率为41.695KW ，参考袁兆成版《内燃机设计》设计为4缸4冲程柴油机，冷却方式采用水冷。

2.3发动机主要结构参数参考袁兆成版《内燃机设计》S/D 的取值范围在0.8～1.2之间，取S/D=1P e =τ20785.0VmzD p em =4808.74064.10785.02⨯⨯⨯⨯＝41.695KwD=80mm 则S=80mm (S 与D 均取整) 则气缸工作容积V=LSD 40192.042=πn=SC m30 =3000 r/min 角速度度ω=30nπ=3.14×3000/30=314rad/sS/2=40mm3动力学计算由曲柄连杆机构的受力分析计算：P=P g +P j =P g -m j r ω2(cos α+λcos2α) =Pg-mjj （m j 为机构往复惯性质量） 活塞质量mp=630g 连杆小头质量m4=190g连杆质量m=0.00063(D-80)2+0.0476(D-80)+0.2149≈1.05kg 估算m j=mp+m3+m4≈387.22gP 在连杆小头处即活塞销孔处分解为Pn 和P1，而P1又在两岸大头分解为K 和t ，Pn=P*tg β P l =βcos Pk= P l cos(α+β)=ββαcos )cos(+pββαcos )sin(+=P t4连杆的设计连杆是发动机的重要组成部分，主要由连杆大头、大头盖、连杆轴瓦及连杆螺栓等部分组成。

其作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，并把作用在活塞上的力传给曲轴。

连杆小头与活塞一起作往复运动，连杆大头与曲轴一起作旋转运动，连杆杆身作复杂的平面摆动。

连杆主要承受气体压力和往复惯性力所产生的交变载荷。

由于受力比较复杂并且需要实验来指导，因此设计时应综合考虑。

材料的选择为了保证连杆在结构轻巧的条件下有足够的刚度和强度，一般多用精选含碳量的优质中碳结构钢45钢模锻，在机械加工前应经调制质处理，以得到较高的综合机械性能，既强又韧。

为了提高连杆的疲劳强度，不经机械加工的表面应经过喷丸处理。

连杆还必须经过磁力探伤检验，以求工作可靠。

4.1连杆主要尺寸设计4.1.1连杆长度的确定连杆长度由杆比λ来说明，而λ=r/l，值越大λ，连杆越短，则发动机的总高度越小。

参考袁兆成版《内燃机设计》设计，λ值范围为1/3.2～1/3.8。

取λ=0.325，则l=39mm/0.325=120mm4.1.2 连杆小头尺寸的确定连杆小头位于活塞内腔，尺寸小、轴承比压高、温度较高。

本次设计汽油机的连杆材料选取为45钢，密度 =7.85g/cm3.连杆小头的内径，参考袁兆成版《内燃机设计》设计，d1/D=0.25～0.3，取d1=0.3D=24mm，连杆小头的外径，参考袁兆成版《内燃机设计》设计，D1/d=1.2～1.35，取D 1=1.25d1=30mm，连杆小头的宽度，参考袁兆成版《内燃机设计》设计，B1/d1=1.2～1.4，取B 1=1.2d1=28.8mm，衬套外径，参考袁兆成版《内燃机设计》设计，d1/d=1.05~1.15，取d=1.1 d1=26.4mm4.1.3连杆大头尺寸的确定连杆大头的结构与尺寸基本上决定了曲柄销直径D2、长度B2、连杆轴瓦厚度等等，对曲轴的强度、刚度和承压能力有很大的影响。

大头的外形尺寸又决定了凸轮轴位置和曲轴箱形状，大头的重量产生的离心力会使连杆轴承、主轴承负荷增大，磨损加剧，有时还不得不为此而增加平衡重，给曲轴设计带来困难，因此在设计连杆大头时，应在保证强度和刚度的条件下，尺寸尽量小，重量尽量轻。

连杆大头内径，参考袁兆成版《内燃机设计》设计，D2/D=0.55～0.65，取D2=0.59D=47.2mm 连杆大头外径，参考袁兆成版《内燃机设计》设计，D′2/D=0.60～0.68，取D′2 =0.63D=50.4mm连杆螺栓孔间距离，参考袁兆成版《内燃机设计》设计，C/ D′2 =1.2～1.25, 取C=1.2D′2 =60.48mm高度H3，参考袁兆成版《内燃机设计》设计，H3 / D ′2 =0.35～0.4，取H3 =0.38D ′2=19.15mm高度H4 ，参考袁兆成版《内燃机设计》设计，H4/ D ′2 =0.38～0.44，取H4=0.4D ′2=20.16mm杆身设计杆身也承受交变载荷，可能产生疲劳破坏合变形，连杆高速摆动时的横向惯性力也会使连杆弯曲变形。

因此连杆杆身必须有足够的断面积，并消除产生应力集中的因素。

连杆杆身的断面采用“I ”字形结构，这样能在足够的强度和刚度下获得最小的质量。

杆身断面从小头到大头逐渐增大，这是由杆身的受力情况决定的，而且杆身两头分别与小头、大头作圆滑过渡，这样既可避免应力集中，又能达到传力均匀。

工字形断面的平均高度与气缸直径的比值H/D=0.3-0.4，高宽比H/B=1.4-1.8。

H=0.3*80=24mm ，B=H/1.5=16mm ，取t=5mm ，4.2.1连杆小头强度的计算衬套过盈配合的预紧力及温升产生的应力=p )μd -d (1)μd -D (1tΔ212212'221221-++++∆+d d E d D E d 式中2d —小头外径，为30mm ；1d —小头内径，为24mm ；'α —衬套材料的线膨胀系数，对于青铜，可取'α =1.8⨯510-1/0c ； α—连杆小头材料的线膨胀系数，对于钢可取α=1.0⨯105-（1/0c ）； μ,'μ—泊桑比，一般可取μ='μ=0.3；E —连杆小头材料的弹性模数对于刚，E=2.2⨯510N/mm1E —衬套材料的弹性模数，对于青铜，1E =1.15⨯510N/mm计算得=∆+∆t 0.065mm 。

计算可得：Mpa p 51.22=把小头视为内压厚壁圆筒，在压力P 的作用下外表面的切向应力为内表面'iσ=p D d D 21212121d -+=102.5 N/mm 2外表面p d D d a212121'2-=σ=80.03 N/mm 2 经检验小于100-150 N/mm 2 小头应力的校核当发动机处于额定工况时，连杆小头的最大拉伸作用力为：93.5638)1(2'1max =+-=λωmR P j N 当发动机处于起动工况时N mR P j 32.56)1(2'2max =+-=λω固定角94.1242/2arccos 901=+++=ρρϕτD H mmm d d r 18.1343122421=+=+=在 0=ϕ的截面上=1 N –'max j P (0.572=-)0008.0τϕ3215.64N= M –'max j P )0297.000033.0(-τϕr =2.47m N ⋅计算τϕϕ=截面拉伸力引起的法向力和弯矩为：N P N N j 02.2086)cos (sin 5.0cos 'max =--=τττϕϕϕϕτm N r P r N M M j ⋅=-+-+=38.45)cos (sin 5.0)cos 1('max τττϕϕϕϕτ 小头壁厚为mm d d h 1.2412=-=； mm b 261= mm FE EF EF K 84.0''=+= 由拉伸作用在外表上产生的应力为：Mpa hb KN h r h h r M aj 478.181)2(621=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+++=ττϕϕσ取点火提前角为： 15=ϕ 连杆小头的合力为：N mR D p p P z a 28258)2cos (cos 4)(22max =+--=ϕλϕωπ计算截面中由压缩力引起的法向力和弯矩：NP N P N a a 73.1192)002.00005.0(8.10925cos 1sin 2sin 1-=+⨯=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛--+=ττττϕπϕπϕϕ ⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛----+=ττττϕππϕϕϕcos 12sin )cos 1(1aa a P N r P M r P M =)002.02588.10005.000013.0(010625.08.10925-⨯+⨯⨯=m N ⋅-04.101 hb KN h r h h r M a 11111)2(62⎥⎦⎤⎢⎣⎡+++=σ=Mpa 649.24- 不对称循环的最大与最小应力为：Mpa aj a 51.98'max =+=σσσ Mpa a a 38.551'min =+=σσσ平均应力及应力幅：Mpa m 9476.762minmax =+=σσσMpa a 5636.212minmax =-=σσσ又由n m aaz σεσσσψ+=-''1z 1-σ——材料在对称循环下的拉压疲劳极限，取z 1-σ=200Mpaa σ——应力幅； m σ——平均应力；''a ε——考虑表面加工情况的工艺系数，其值在0.4～0.6之间，取''a ε4.0=a ψ——角系数，a ψσσσ-=-120σ——材料在对称循环下的弯曲疲劳极限，对于钢，0σ1)6.1~4.1(-=σ则取a ψ43.0=算得n=2.299 〉1.5 则小头合格4.2.2连杆大头的强度计算连杆大头受惯性力拉伸载荷：54.10218)1(2322'"max =-+++=r gG G r g G G P j ωλω 式中'G 、G 、2G 、3G 分别是活塞组、连杆组往复部分、连杆旋转部分及连杆大头下半部分的重量。

合集下载

柴油机连杆加工工艺设计说明书

柴油机连杆加工工艺设计说明书

摘要连杆机构中两端分别与主动和从动构件铰接以传递运动和力的杆件。

例如在往复活塞式动力机械和压缩机中，用连杆来连接活塞与曲柄。

连杆多为钢件，其主体部分的截面多为圆形或工字形，两端有孔，孔内装有青铜衬套或滚针轴承，供装入轴销而构成铰接。

连杆是汽车发动机中的重要零件，它连接着活塞和曲轴，其作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，并把作用在活塞上的力传给曲轴以输出功率。

连杆在工作中，除承受燃烧室燃气产生的压力外，还要承受纵向和横向的惯性力。

因此，连杆在一个复杂的应力状态下工作。

它既受交变的拉压应力、又受弯曲应力。

连杆的主要损坏形式是疲劳断裂和过量变形。

通常疲劳断裂的部位是在连杆上的三个高应力区域。

连杆的工作条件要求连杆具有较高的强度和抗疲劳性能；又要求具有足够的钢性和韧性。

连杆是柴油机的主要传动件之一，本文主要论述了连杆的加工工艺及其部分工序夹具设计。

制定工艺路线时主要考虑粗、精加工安排、加工方法选择、工序集中与分散、加工顺序等方面的要求。

接着确定加工余量、工序尺寸及切削用量，最后设计夹具。

本论文介绍了确定加工连杆的生产纲领及生产类型；确定连杆的毛坯材料及尺寸，确定毛坯加工余量；设计连杆加工工艺；确定部分重要工序所用的工艺装备和设备；计算部分重要工序的切削用量和基本时间；设计重要工序所用的夹具。

连杆的尺寸精度、形状精度以及位置精度的要求都很高，而连杆的工作环境恶劣，刚性比较差，容易产生变形，因此在安排工艺过程时，就需要把各主要表面的粗精加工工序分开。

逐步减少加工余量、切削力及内应力的作用，并修正加工后的变形，才能最后达到零件的技术要求。

关键词:连杆;变形;工作环境;加工工艺;夹具设计AbstractAt both ends of linkage with the active and passive components in order to convey movement and the hinged edge of the bar. For example, in reciprocating piston compressor and power machinery, to connect the piston with connecting rod and crank. Connecting rod for steel parts, the main part of the cross section for the round or shaped, both ends have a hole or holes with needle bearing bronze bushing for the pin into and constitute a hinged axis. Linkage is an important automotive engine parts, it is connected to the piston and the crankshaft, its role is to the reciprocating piston movement into rotary movement of the crankshaft, and the role of the force in the piston to the crankshaft to the output power. Link at work, in addition to gas produced by the combustion chamber under pressure, also have to face the vertical and horizontal inertia force. Therefore, the connecting rod in a complex work under the stress state. It is subject to alternating stress of tension and compression, but also by the bending stress. Link the main form of fatigue damage and excessivedeformation. Usually the site of fatigue fracture in the connecting rod on the three regions of high stress. Requirements of the working conditions of connecting rod connecting rod has higher strength and fatigue performance; also requires adequate and toughness of connecting rod is one of the main driving medium of diesel engine, this text expounds mainly the machining technology and the design of clamping device of the connecting rod. The precision of size, the precision of profile and the precision of position , of the connecting rod is demanded highly , and the rigidity of the connecting rod is not enough, easy to deform, so arranging the craft course, need to separate the each main and superficial thick finish machining process. Reduce the function of processing the surplus , cutting force and internal stress progressively , revise the deformation after processing, can reach the specification requirement for the part finally .Keyword: Connecting rod ；Deformination ；Working environment ；Processing technology ；Design of clamping device目录摘要错误!未定义书签。

开题报告--4102C柴油机曲轴连杆活塞组改进设计

开题报告--4102C柴油机曲轴连杆活塞组改进设计

3.课题设计（或研究）的内容
1.方案选择
主要参数选择，及其依据。
2.曲轴、连杆、活塞设计
绘制曲轴、连杆、活塞零件图并说明其设计想。
3.主要曲轴、连杆、活塞尺寸公差分析
对于曲轴、连杆、活塞零中的主要尺寸公差，对于其对发动机影响进行分析。
4.设计（或研究）方法
1）、要查阅相关的书籍资料和各种期刊，以及近几年来有关4102C型直列四冲程柴油机的相关知识。
2）、了解国内外该机型的一些主要设计参数以及基本要求，确定自己设计的主要结构参数。
3）、在设计过程中，要与小组成员一起经过仔细讨论，要团结合作，确定主要零部件的结构方案。
5.实施计划
第5~6周查阅资料，撰写与修改开题报告，分析、选择总体设计方案。
第7~14周总体与零部件设计、绘图与设计
第15周撰写说明书，翻译外文资料
1）结构简单，尺寸紧凑、可靠耐用
2）在保证具有足够强度和刚度的前提下，尽可能减轻重量，以降低惯性力。
3）尽量缩短长度，以降低发动机的总体尺寸和总质量。
4）大小头轴承工作可靠，耐磨性好。
5）连杆螺栓疲劳强度高，连接可靠。
连杆既是传力构件，又是运动件，因此，不能单靠加大连杆的尺寸来提高承载能。
必须从材料、构形设计、热处理季表面强化等方面采取措施，来解决连杆尺寸、重量和强度、刚度之间的矛盾。
河南科技大学毕业设计（论文）开题报告
（学生填表）
学院：车辆与动力工程学院2013年4月9日
课题名称
4102C柴油机曲轴连杆活塞组改进设计
学生姓名
孟飞
专业班级
热发091
课题类型
工程设计
指导教师
马志豪
职称
教授
课题来源
内燃机课程设计6200柴油机曲轴设计动力计算

内燃机课程设计6200柴油机曲轴设计动力计算

内燃机课程设计6200柴油机曲轴设计动力计算(共15页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--《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)初始条件 (1)曲柄连杆机构运动质量的确定 (1)P-φ示功图的求取 (2)往复惯性力P j（α）计算 (2)总作用力P（α）计算 (3)活塞侧推力P H（α）计算 (3)连杆力P C（α）计算 (4)法向力P N（α）计算 (5)切向力P T（α）计算 (6)∑T p计算 (7)总切向力)(α曲柄销负荷R B（α）计算 (8)准确性校核 (9)2 曲轴设计计算 (10)曲轴各部尺寸比例 (10)曲轴船规验算 (11)1 动力计算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=270mmn=600r/min Ne=440kW增压压力P k =,压缩比ε=，机械效率ηm =,压缩复热指数n 1=,膨胀复热指数n 2=，Z 点利用系数ξz =，燃烧过量空气系数α=，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。

连杆长L=540mm ，质量为，活塞组质量m=，连杆组质量分配比，单位曲柄不平衡质量m=。

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j m 和连杆组算到大端的质量B m 。

由于连杆尺寸并未确定，先按照母型机的连杆质量分配比。

0.347*35.760.347*34.7647.8217()j L m M m kg =+=+=0.653*0.653*34.7622.6983()B L m m kg ===上式中，M 表示活塞组质量，为连杆组质量分配比，L m 为连杆质量，质量单位都用kg 。

柴油机动力计算及连杆组设计方案

柴油机动力计算及连杆组设计方案

1前言 (2)2结构参数计算 (2)2.1已知条件 (2)2.2发动机结构形式 (2)2.3发动机主要结构参数 (2)3动力学计算 (5)4连杆的设计 (9)4.1连杆主要尺寸设计 (9)4.1.1连杆长度的确定 (9)4.1.2连杆小头尺寸的确定 (9)4.1.3连杆大头尺寸的确 (10)4.2连杆强度的计算 (10)4.2.1连杆小头强度的计算 (10)4.2.2连杆大头的强度计算 (13)5小结 (14)6参考文献 (15)1前言《内燃机设计》课程设计是在我们学习了一些基础制图知识和汽车以及发动机的整体知识框架后所给我们的一次很好的锻炼，众所周知现代汽车工业发展越来越快，而作为汽车心脏的发动机自然也成为了发展的重中之重，发动机的结构和性能对汽车起着决定性的影响，比如汽车的行使速度、加速性能、爬坡度、牵引力等等都取决于发动机，因此来说设计发动机是汽车设计的重中之重，而发动机的设计又对我们的想象能力，制图能力，分析计算能力，查阅各种工具书的能力无疑是一次很好的锻炼，因此，我们要充分利用这次课程设计的机会，认真对待，做好充分的准备，保证高质量的去完成，这也为以后学习打下了一个很好的基础。

2结构参数计算2.1已知条件平均有效压力:1.064MPa活塞平均速度:7.8m/s2.2发动机结构形式发动机功率为41.695KW ，参考袁兆成版《内燃机设计》设计为4缸4冲程柴油机，冷却方式采用水冷。

2.3发动机主要结构参数参考袁兆成版《内燃机设计》S/D 的取值范围在0.8～1.2之间，取S/D=1P e =τ20785.0Vm zD p em =4808.74064.10785.02⨯⨯⨯⨯＝41.695KwD=80mm 则S=80mm (S 与D 均取整) 则气缸工作容积V=LSD 40192.042=πn=SC m30 =3000 r/min 角速度度ω=30nπ=3.14×3000/30=314rad/s S/2=40mm3动力学计算由曲柄连杆机构的受力分析计算：P=P g +P j =P g -m j r ω2(cos α+λcos2α) =Pg-mjj （m j 为机构往复惯性质量）活塞质量mp=630g 连杆小头质量m4=190g连杆质量m=0.00063(D-80)2+0.0476(D-80)+0.2149≈1.05kg 估算m j=mp+m3+m4≈387.22gP 在连杆小头处即活塞销孔处分解为Pn 和P1，而P1又在两岸大头分解为K 和t ，Pn=P*tg β P l =βcos Pk= P l cos(α+β)=ββαcos )cos(+pββαcos )sin(+=P t4连杆的设计连杆是发动机的重要组成部分，主要由连杆大头、大头盖、连杆轴瓦及连杆螺栓等部分组成。