《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
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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P j( α) 计算 (3)
1.5总作用力P( α) 计算 (4)
1.6活塞侧推力P H( α) 计算 (4)
1.7连杆力P C( α) 计算 (5)
1.8法向力P N( α) 计算 (5)
1.9切向力P T( α) 计算 (6)
1.10总切向力)(α
∑T p计算 (7)
1.11曲柄销负荷R B( 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P k=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, 从而能够求出往复质量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, 0.347/0.653为连杆组质量分配比, L m 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P j ( α) 计算
232
()(cos cos 2)104j j m p a R a a D ωλπ
-=-+ (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
)()()(a p p a p a p j B g +-= (MPa) ( 2)
总作用力P( a) 按照公式2计算, 式中P B 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。经过三者的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P H ( α) 计算
βtg a p a p H )()(= (MPa) ( 3)
活塞侧推力()H p a 按照公式3进行计算, 式中β表示连杆摆角。连杆摆角与曲柄转角纯在下列关系: arcsin(*sin())a βλ=, 活塞侧推力与曲柄转角的关系见图2。
