1、 课程设计说明书 课 程 名 称 : 发动机设计课程设计 题 目 : 195柴油机连杆设计及连杆螺栓强度校核计算 学院 (直属系 ) : 交通与汽车工程学院 年级 /专业 /班 : 2009/热能与动力工程（汽车发动机） /1 班 学 生 姓 名 : 指 导 教 师 : 曾东建、田维、暴秀超 开 题 时 间 : 2012 年 6 月 28 日 完 成 时 间 : 2012 年 7 月 16 日 目 录 摘要 2 1 引言 3 1.1 国内外内燃机研究现状 3 1.2 任务与分析 3 2 柴油机工作过程计算 5 2.1 已 知条件 5 2.2 参数选择 6 2.3 195 柴油机额定工况工作过程
2、计算 6 3 连杆设计9 3.1 连杆结构设计 9 3.2 连杆材料选择 11 4 连杆螺钉强度校核 12 4.1 连杆螺钉的结构设计 12 4.2 连杆螺钉的强度校核 13 5 结论 15 致谢 17 参考文献 18 附录： 195 柴油机额定工况工作过程计算程序 19 摘 要 20 世纪 90 年代以来，汽车行业的竞争已从单一的性能竞争转向性能、环保、节能等多元综合竞争。仅就柴油机而言，为应对世界能源危机和减少对环境污染，其研究开发工作已侧重于降低油耗、减少排放、轻质及减少磨损等方面，在这些研究中优化技术将得到广泛的应用。汽车已经在普通民众中得到普及，随着汽车行业的不断发展，汽车产业的未来
3、乐观与否一定意义决定于发动机的技术水平。因此，培养高素质的汽车发动机人才对当今社会的快速发展至关重要。 本次课程设计的既是 通过对 195 柴油机结构的分 析研究，计算工作过程中的热力参数 绘制其工作过程的 P-V 图， 绘制 195 柴油机总成横剖面图，对连杆进行设计、强度计算和绘制连杆零部件图，对并对设计好的连杆大头、小头和螺钉进行校核，以根据工况设计连杆小头、杆身、大头，合理达到要求。此次，我们就选择了对连杆螺钉进行校核。连杆螺钉在连杆盖以及连杆大头之间的联接发挥着至关重要的作用，并且由于往复惯性力和气体压力的双重作用下，使螺钉的受力十分严酷，所以对其进行强度校核就显得十分必要。 关键词
4、： 柴油机、连杆、设计、校核 1 引 言 1.1 国内外内燃机研究现状 毫无疑 问，节能、环保是当今内燃机研究的主题 。 发动机伴随着汽车走过了 100 多年的历史，无论是在设计、制造、工艺还是在性能、控制方面都有很大的提高，但其基本原理仍然没有改变。这是一个富于创造的时代，那些发动机的设计者们，不断地将最新科技与发动机融为一体，把发动机变成一个复杂的机电一体化产品，使发动机性能达到近乎完善的程度，各世界著名汽车厂商也将发动机的性能作为竞争亮点，现在的汽车发动机不仅注重汽车动力的体现，更加注重能源消耗、尾气排放等与环境保护相关的方面，从而使人们在悠闲的享受汽车文化的同时，也能保护环境、节约资源
5、 。 发动机未来的发展将着重于改进燃烧过程，提高机械效率，减少散热损失，降低燃料消耗率；开发和利用非石油制品燃料、扩大燃料资源；减少排气中有害成分，降低噪声和振动，减轻对环境的污染；采用高增压技术，进一步强化内燃机，提高单机功率；研制复合式发动机、绝热式涡轮复合式发动机等；采用微处理机控制内燃机，使之在最佳工况下运转；加强结构强度的研究，以提高工作可靠性和寿命，不断创制新型内燃机变气门，变升程，变相位，甚至停掉几个缸的技术，都没能做到在行进中连续变缸径，但有等效的。 清洁燃料以及代用燃料发动机的研制。迫于环境 的要求，汽车巨头们曾预言，未来数年后汽车将使用液化氢、天然气或电力作为动力，如果压缩
6、天然气 CNG 技术日趋成熟，另外，内燃机的研究领域也深入到了甲醇、酒精、二甲醚等代用燃料的领域。 采用计算机来模拟进出燃烧室的燃料和空气流的情况也是一项突破性的技术。燃烧室和活塞的形状、喷油脉冲的能量和方向、活塞和发动机热量的运动情况都会影响油气混合物雾滴的位置。这项技术采用了 指燃油分层喷射。燃油分层喷射技术是发动机稀燃技术的一种。稀燃，顾名思义就是发动机混合气中的汽油含量低，汽油与空气之比可达 1：25 以上。 VVT（ Variable Valve Timing 的缩写 )可变气门正时技术，它是汽油发动机技术发展的一个里程碑。其主要设计思想是发动机气门升程和配气相位定时可以根据发动机工
7、况作实时的调节。而我们常见的 CVVT，就是在这个原理上增加了连续性的概念，即Continue。 CVVT 的主要设计原理是通过电子控制系统改变凸轮轴打开进气门的时间早晚，从而控制所需的气门重叠角。这项技术着重于第一个字母 C(Continue 连续 )，强调根据发动机的工作状况连续变化，时时控制气门重叠角的大小，从而改变气缸进气量。当发动机低速小负荷 运转时，如怠速状态，这时应延迟进气门打开时间，减小气门重叠角，以稳定燃烧状态。当发动机低速大负荷运转时，如起步、加速、爬坡时，应使进气门打开时间提前，增大气门重叠角，以获得更大的扭矩。当发动机高速大负荷运转时，如高速行驶时，也应延迟进气门打开时
8、间，减小气门重叠角，从而提高发动机工作效率。当发动机处于中等工况时，如中速匀速行驶时， CVVT 也会相对延迟进气门打开时间，减小气门重叠角，此时的目的是减少燃油消耗，降低污染排放。 1.2 任务与分析 1.2.1 热计算 1） 目的 促进学生复习和总结已学知识，提高发动机工作过 程中热力参数与结构之间的关系；熟悉各参数对发动机工作指标的影响，结合对各参考发动机及其工况的分析，培养学生的分析能力，从而达到能正确选择参数的目的。 （ 1）掌握了不同参数的选取、确定，掌握了过量空气系数：，最高燃烧压力： Pz，热量利用系数： z，残余废气系数：，排气中点温度： Tr，示功图丰满系数： i，机械效率
9、： m，等参数对计算结果的影响和变化规律。 (2)学生对发动机的工作过程的各个过程相互的影响有一个清晰的认识，了解了汽油机与柴油机工作过程计算的差异。通过 P-V 图的绘制，使学生掌握了如何利用示功图进行发动机的工作过程分析。掌握了汽油机、柴油机在同一工作过程的不同的曲线的变化趋势。 (3)由于要求计算过程必须采用 VB编程进行，因此，使学生更进一步了解如何使用计算机，进行具体的设计计算工作，更进一步熟悉计算机编程。 1.2.2 纵、横剖面图 1）训练的目的 绘制发动机纵横剖面图，在课程设计中占很重要的地位。设计的发动机是否合理？能否达到热计算中所确定的参数指标？都将在图上得到不同程度的反映，
10、同时它还能表达所设计发动机的结构特点，零部件的主要形状，相互关系，附件的布置和各系统、机构的安排。 通过绘制发动机纵、横剖面图，能培养学生的识图和绘图能力，以及对已学知识的综合运用能力，为毕业设计奠定一定的基础。要求学生对发动机结构形式，设计指标进行深入全面的了解，作出分析评价，将其优点应用到设计的发动机上，并认真负责地对待自己画的每一条线，和贯彻有关国家标准。 2）训练效果分析 195 柴油机从结构上来讲，是最简单的发动机，通过 195 柴油机纵横剖面图绘制的训练，使学生全都掌握了： （ 1） 发动机的基本结构，零部件的主要形状，相互关系，附件的布置和各系统、机构的安排。 （ 2） 通过绘制
11、发动机纵、横剖面图，培养了学生的识图和 绘图能力，以及对已学知识的综合运用能力，为毕业设计奠定一定的基础。 （ 3） 学生对发动机结构形式，设计指标进行了深入全面的了解，作出分析评价，将其优点应用到设计的发动机上，并认真负责地对待自己画的每一条线。 （ 4） 熟悉了有关国家标准。 1.2.3 连杆设计、强度计算和绘制连杆零部件图 1）目的 （ 1）校核零件的结构强度，绘制零件图，促使学生复习和掌握所学知识，进行工程师必备的基本功训练。 （ 2）分析发动机连杆的运动规律与受力情况，作为强度，设计连杆。培养和锻炼学生设计、绘图、分析和计算能力。 2）训练效果分析 通过对连杆设 计，使学生掌握了：
12、（ 1）如何分析零件的运动规律和受力，如何进行计算和校核。 （ 2）如何确定设计要求，建立完整的零件的设计步骤、思维。 1.2.4 发动机课程设计说明书编制 按西华大学本科课程设计说明书规范化要求的格式要求进行撰写，通过训练，使学生们掌握了： 1)设计说明书的编制格式，为毕业设计打下基础。 2)对整个发动机设计课程设计的工作内容进行总结，训练学生收集资料，分析资料，利用资料，组织资料的能力。 3)训练文字编辑能力。 2 柴油机工作过程计算 2.1 已知条件 195 柴油机已知条件 表 2-1 缸 径： D=95 mm 气缸数： i=1 标定功率： Ne=8.8kw 有效油耗 ge =235g/
13、Kw.h 标定转速： N=2000r/m 压缩比： 1921 每缸工作容积： V=0.815(L) 曲柄半径和连杆长度比： R/L=1/4 大气状态： PO=1bar、 TO=288K 燃烧室形式， 分隔式燃烧室 冷却方式等。 开式蒸发冷却 2.2 参数选择 过量空气系数： =1.6； 最高燃烧 压力： Pz=75bar； 残余废弃系数： =0.04； 排气终点温度： Tr=850K； 示功图丰满系数： i=0.90； 机械效率： m=0.85； 进气加热温升： T=20； 平均多变压缩指数： n1=1.36； 平均多变膨胀指数： n2=1.25。 P0 = 1bar； T0 =288k 2.
14、3 195 柴油机额定工况工作过程计算 2.3.1 排气冲程 （ 1） 高速四冲程非增压柴油机终点压力 ： =1.08 bar （ 2）高速四冲 程非增压柴油机排气温度可以利用经验公式计算终点温度： )1(01.0)3(005.0lg2.1350 nTr=778 k 2.3.2 进气冲程 选择残余废弃收缩系数 =0.5 终点压力：1222620 11105201 fVnpp ha= 1 bar 终点温度： =328.454 K 充气效率： = 0.89 2.3.3 压缩冲程 （ 1）压缩终点压力： = 54.841 bar （ 2）压缩终点温度： = 948.038 K （ 3）压缩过程中任意
15、点的汽缸内容积 ： 2xxcx(1-cos2 + (1 cos2 )4=4 CRR LDVV ）2xx h(1-cos2 + (1 cos2 )4= 41RR LD V ）(4) 压缩过程中任意点的气缸内压力 ： 其中代表压缩过程中任意点的汽缸容积。 2.3.4 燃烧过程 （ 1） 理论所需空气量： 323241221.01 00 ggggL shc= 0.49 Kmol/Kg 燃料 （ 2）新鲜充量： = 0.783 Kmol （ 3）燃烧产物总量： = 0.816 Kmol （ 4）理论分子变更系数： = 1.132 （ 5）实际分子变更系数： = 1.128 (6) 最高燃烧压力 Pz
16、= 75 bar (选定 ) (7) 压力升高比 = 1.999 (8) 燃烧重点温度 Tz 的计算 燃料的低热值 :Hu = 42500 (KJ/Kg) 热量利用系数 又因为 KKmolKJTC cv /208.510415.0815.4 3将的值带入下面所示的方程组 ,即可解出 Tz 的值 : 4107.33.322.08.4 Tv zvcvuz TCTCM H 985.1985.111 从而解得 Tz = 2165 K (9) 初期膨胀比： = 1 2.3.5 膨胀过程 (1) 后期膨胀比：11( ) ( ) 19bb zZ Z ZVV VV V V (2) 膨胀终点压力： = 2 ba
17、r (3) 膨胀终点温度： = 873 K (4) 膨胀过程任意点压力 2() nzbx zcxVPP V2.3.6 指示性指标的计算 （ 1）平均指示压力： 2111211 1 11 1 11 1 1ci nnpp nn （ 2）指示热效率： （ 3） 指示燃油消耗率： 63.6 10 234.38g / KW .hi ig H （ 4）有效热效 率： （ 5）有效燃油消耗率： （ 6） 平均有效压力： （ 7）有效功率： 2.3.7 P-V 示功图 3 连杆设计 3.1 连杆结构设计 3.1.1 连杆小头的结构设计 连杆小头与活塞销相连，工作时，连杆小头与活塞销之间有相对转动，因此连杆小头孔中一般压入减摩的青铜衬套。同时，为了润滑活塞销和衬套，在小头和衬套上钻出集油孔或铣出集油槽，用来收集发动机运转过程时被激溅上来的机油，以便润
