發(fā)動(dòng)機(jī)課程設(shè)計(jì)

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1、河北工程大學(xué)裝備制造學(xué)院 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì) 目錄 第一章緒論 3 1.1 選題的初衷 3 1.2 研究?jī)?nèi)燃機(jī)的目的和意義 3 13內(nèi)燃機(jī)簡(jiǎn)介 4 1.4 內(nèi)燃機(jī)的分類 4 1.5 單缸內(nèi)燃機(jī)介紹 5 第二章內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理 6 2.1 單缸內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造及工作原理 6 第三章內(nèi)燃機(jī)部分參數(shù)的確定 8 3. 1選擇甲醇機(jī) 8 3.2 內(nèi)燃機(jī)沖程數(shù)的選擇 8 3.3 冷卻方式的選擇 9 3.4 汽缸數(shù)和布置方式的選擇 9 3.5 燃燒室型式的選擇 9 3.6 原始參數(shù)的選擇 10 第四章熱計(jì)算 12 4.1 燃料的燃燒化學(xué)計(jì)算 12 4.2 燃?xì)膺^程

2、參數(shù)的確定與計(jì)算 13 4.3 壓縮終點(diǎn)參數(shù)的確定 14 4.4 燃燒過程終點(diǎn)參數(shù)的確定 14 4.5 膨脹過程終點(diǎn)參數(shù)的確定 15 4.6 指示性能指標(biāo)的計(jì)算 15 4.7 有效指標(biāo)的計(jì)算 16 第五章主要部件的設(shè)計(jì) 16 5.1 氣缸 16 5.2 汽缸蓋 19 5.3 活塞 20 5.4 曲軸 21 5.5 連桿 23 5.6 潤(rùn)滑 23 5.7 汽化器 23 第六章連桿強(qiáng)度計(jì)算 24 6.1 給定條件 24 6.2 連桿體幾何參數(shù) 24 6.3 起動(dòng)工況時(shí)連桿體強(qiáng)度校核 25 6.4 額定工況時(shí)的強(qiáng)度校核 25 第七章活塞銷強(qiáng)度的計(jì)算 26 7.

3、1 已知條件 26 7.2 彎曲應(yīng)力計(jì)算 27 7.3 最大剪應(yīng)力計(jì)算 28 7.4 活塞銷的橢圓變形及應(yīng)力分布 28 第八章、設(shè)計(jì)小結(jié) 29 附錄（Solidworks建模圖片） 30 參考文獻(xiàn) 33 5 摘要 內(nèi)燃機(jī)是我國(guó)機(jī)械發(fā)展跨行業(yè)、跨部門最多的行業(yè)，可廣泛應(yīng)用于包括汽車、 工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、船舶、內(nèi)燃機(jī)車、內(nèi)燃機(jī)發(fā)動(dòng)設(shè)備、地質(zhì)石油鉆機(jī)、軍用 各種機(jī)械等產(chǎn)品，是上述各種產(chǎn)品的心臟，因此，內(nèi)燃機(jī)行業(yè)的發(fā)展對(duì)我國(guó)工業(yè)、 交通運(yùn)輸、農(nóng)業(yè)、國(guó)防建設(shè)以及人民生活都有十分重大影響。但由于內(nèi)燃機(jī)分類 較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加上技術(shù)與條件的限制，所以本設(shè)計(jì)主要以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成 本

4、低廉的航模二沖程單缸發(fā)動(dòng)機(jī)為模型，對(duì)其主要零部件建立基于Solidworks 的三維數(shù)字化虛擬模型，并對(duì)各零部件進(jìn)行了數(shù)字化虛擬裝配。 關(guān)鍵詞：內(nèi)燃機(jī)；Solidworks；三維建模；運(yùn)動(dòng)分析 第一章緒論 1.1 選題的初衷 內(nèi)燃機(jī)是我國(guó)機(jī)械發(fā)展跨行業(yè)、跨部門最多的行業(yè)，可以廣泛應(yīng)用于包括汽 車、工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、船舶、內(nèi)燃機(jī)車、內(nèi)燃機(jī)發(fā)動(dòng)設(shè)備、地質(zhì)石油鉆機(jī)、 軍用各種機(jī)械等產(chǎn)品上，是上述各種產(chǎn)品的心臟，因此，內(nèi)燃機(jī)行業(yè)的發(fā)展對(duì)我 國(guó)工業(yè)、交通運(yùn)輸、農(nóng)業(yè)、國(guó)防建設(shè)以及人民生活都有重大影響。 1.2 研究?jī)?nèi)燃機(jī)的目的和意義 在競(jìng)爭(zhēng)激烈的21世紀(jì)，內(nèi)燃機(jī)面臨著更多方面的挑戰(zhàn)，在節(jié)約能

5、源、燃料多 樣化、提高功率、延長(zhǎng)壽命、提高可靠性、降低排放和噪聲、減輕質(zhì)量、縮小體 積、降低成本、簡(jiǎn)化維護(hù)保養(yǎng)等方向上對(duì)內(nèi)燃機(jī)工藝要求越來(lái)越高。天然氣、醇 類、植物油及氫等新型燃料將為內(nèi)燃機(jī)增添新活力，而內(nèi)燃機(jī)電子控制技術(shù)在提高 品質(zhì)同時(shí)也延長(zhǎng)了內(nèi)燃機(jī)行業(yè)的“生命”。新材料與工藝技術(shù)革命，為21世紀(jì)內(nèi) 燃機(jī)發(fā)展產(chǎn)生了新推動(dòng)力。21世紀(jì)的內(nèi)燃機(jī)，將會(huì)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步上發(fā)揮 更重要的作用。因此，研究該課題對(duì)內(nèi)燃機(jī)行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。 1.3 內(nèi)燃機(jī)簡(jiǎn)介 內(nèi)燃機(jī)，是一種動(dòng)力機(jī)械，它是通過燃料在機(jī)器內(nèi)燃燒，并將其釋放出來(lái)的 熱能直接轉(zhuǎn)化為動(dòng)力的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。 廣義上的內(nèi)燃機(jī)不僅僅包括往復(fù)

6、活塞式內(nèi)燃機(jī)、旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)與自由活 塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，還包括旋轉(zhuǎn)葉輪式燃?xì)廨啓C(jī)、噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)等，但通常所說(shuō)的內(nèi)燃 機(jī)是活塞式內(nèi)燃機(jī)。 活塞式內(nèi)燃機(jī)以往復(fù)活塞式最普遍?；钊絻?nèi)燃機(jī)將燃料和空氣混合，在氣 缸內(nèi)燃燒，釋放出的熱能使氣缸內(nèi)產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)?。燃?xì)馀蛎浲苿?dòng)活塞做功, 再通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)將機(jī)械能輸出，驅(qū)動(dòng)機(jī)械工作。 1.4 內(nèi)燃機(jī)的分類 內(nèi)燃機(jī)的分類方法很多，按照不同的分類方法可以把內(nèi)燃機(jī)分成不同的類型, 下面讓我們來(lái)看看內(nèi)燃機(jī)是怎樣分類的。 L4.1按照所用燃料分類 內(nèi)燃機(jī)按照所使用燃料的不同可分為汽油機(jī)和柴油機(jī)。使用汽油為燃料的內(nèi) 燃機(jī)稱為汽油機(jī)；使用柴油機(jī)為燃料的內(nèi)燃機(jī)稱為

7、柴油機(jī)。汽油機(jī)與柴油機(jī)比較 各有特點(diǎn)；汽油機(jī)轉(zhuǎn)速高，質(zhì)量小，噪音小，起動(dòng)容易，制造成本低；柴油機(jī)壓 縮比大，熱效率高，經(jīng)濟(jì)性能和排放性能都比汽油機(jī)好。近年來(lái)乂成功發(fā)展起來(lái) 一系列的甲醇航模發(fā)動(dòng)機(jī)。 1.4.2 按照行程分類 內(nèi)燃機(jī)按照完成一個(gè)工作循環(huán)所需的行程數(shù)可分為四行程內(nèi)燃機(jī)和二行程內(nèi) 燃機(jī)。把曲軸轉(zhuǎn)兩圈(720 ),活塞在氣缸內(nèi)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)四個(gè)行程，完成一個(gè)工 作循環(huán)的內(nèi)燃機(jī)稱為四行程內(nèi)燃機(jī)；而把曲軸轉(zhuǎn)一圈(360 ),活塞在氣缸內(nèi)上下 往復(fù)運(yùn)動(dòng)兩個(gè)行程，完成一個(gè)工作循環(huán)的內(nèi)燃機(jī)稱為二行程內(nèi)燃機(jī)。汽車發(fā)動(dòng)機(jī) 廣泛使用四行程內(nèi)燃機(jī)。 L4.3按照冷卻方式分類 內(nèi)燃機(jī)按照冷卻方式不同

8、可以分為水冷發(fā)動(dòng)機(jī)和風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)。水冷發(fā)動(dòng)機(jī)是 利用在氣缸體和氣缸蓋冷卻水套中進(jìn)行循環(huán)的冷卻液作為冷卻介質(zhì)進(jìn)行冷卻的； 而風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)是利用流動(dòng)于氣缸體與氣缸蓋外表面散熱片之間的空氣作為冷卻介 質(zhì)進(jìn)行冷卻的。水冷發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻均勻，工作可靠，冷卻效果好，被廣泛地應(yīng)用于 現(xiàn)代車用發(fā)動(dòng)機(jī)。 L4.4按照氣缸數(shù)目分類 內(nèi)燃機(jī)按照氣缸數(shù)目不同可以分為單缸發(fā)動(dòng)機(jī)和多缸發(fā)動(dòng)機(jī)。僅有一個(gè)氣缸 的發(fā)動(dòng)機(jī)稱為單缸發(fā)動(dòng)機(jī)；有兩個(gè)以上氣缸的發(fā)動(dòng)機(jī)稱為多缸發(fā)動(dòng)機(jī)。如雙缸、 三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸發(fā)動(dòng)機(jī)。航模發(fā)動(dòng)機(jī)多采用 單缸發(fā)動(dòng)機(jī)。 L4.5按氣缸排列方式分類 內(nèi)燃機(jī)按照氣缸排列方式不同可以分

9、為單列式和雙列式。單列式發(fā)動(dòng)機(jī)的各 個(gè)氣缸排成一列，一般是垂直布置的，但為了降低高度，有時(shí)也把氣缸布置成傾 斜的甚至水平的；雙列式發(fā)動(dòng)機(jī)把氣缸排成兩列，兩列之間的夾角＜180 （一般為 90 ）稱為V型發(fā)動(dòng)機(jī)，若兩列之間的夾角二1800稱為對(duì)置式發(fā)動(dòng)機(jī)。 1.4.6 按照進(jìn)氣系統(tǒng)是否采用增壓方式分類 內(nèi)燃機(jī)按照進(jìn)氣系統(tǒng)是否采用增壓方式可以分為自然吸氣（非增壓）式發(fā)動(dòng)機(jī) 和強(qiáng)制進(jìn)氣（增壓式）發(fā)動(dòng)機(jī)。汽油機(jī)常采用自然吸氣式；柴油機(jī)為了提高功率有 采用增壓式的。 1.5 單缸內(nèi)燃機(jī)介名 1.5.1 單缸內(nèi)燃機(jī)簡(jiǎn)介 單缸內(nèi)燃機(jī)是所有內(nèi)燃機(jī)中最簡(jiǎn)單的一種，只有一個(gè)氣缸，是發(fā)動(dòng)機(jī)的基本形 式。

10、 單缸發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，曲軸每轉(zhuǎn)過一圈（二沖程）或者兩圈（四沖程），氣缸內(nèi) 部的混合氣體點(diǎn)火燃燒一次，從聲音和振動(dòng)上能明顯感覺到發(fā)動(dòng)機(jī)的工作時(shí)斷續(xù) 的。 如果從工作的連貫性來(lái)看，單缸發(fā)動(dòng)機(jī)工作不平衡，轉(zhuǎn)速波動(dòng)比較大，容易熄 河北工程大學(xué)裝備制造學(xué)院 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì) 火。但是它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，維護(hù)容易，是航模用發(fā)動(dòng)機(jī)的首選 1.5.2 單缸發(fā)動(dòng)機(jī)特點(diǎn) 量的多缸發(fā)動(dòng)機(jī)相比，單缸發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)只有一套機(jī)件在運(yùn)轉(zhuǎn)，因此致使運(yùn) 動(dòng)件的慣性力得不到抵消，所以振動(dòng)較大。轉(zhuǎn)速越高，振動(dòng)越明顯。還有，單缸 發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)件的尺寸較大，不利于發(fā)動(dòng)機(jī)提高轉(zhuǎn)速，并且隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的排量增加 而更加明顯。

11、因此單缸發(fā)動(dòng)機(jī)排量越大，升功率越小。 單缸發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，與同排量的多缸發(fā)動(dòng)機(jī)相比，具有重量輕，結(jié)構(gòu)尺 寸小的特點(diǎn)，使用單缸發(fā)動(dòng)機(jī)有利于減輕重量，所以提高了操控的靈活性。 由于單缸發(fā)動(dòng)機(jī)有以上特點(diǎn)，所以，250CC以上的越野摩托車多采用單缸 發(fā)動(dòng)機(jī)，此外超級(jí)運(yùn)動(dòng)摩托車大都也裝用單缸發(fā)動(dòng)機(jī)。在普通的摩托車中， 一般125CC以下小型摩托車大都采用單缸發(fā)動(dòng)機(jī),在航模中一般多采用15CC 以下單缸發(fā)動(dòng)機(jī)。 第二章內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理 2.1 單缸內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造及工作原理 2.1.1 單缸內(nèi)燃機(jī)的構(gòu)造 發(fā)動(dòng)機(jī)是一種由許多機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)組成復(fù)雜機(jī)器。無(wú)論是汽油機(jī)、甲醇機(jī)，還 是柴油機(jī)；無(wú)論是四行

12、程發(fā)動(dòng)機(jī)，還是二行程發(fā)動(dòng)機(jī)；無(wú)論是單缸發(fā)動(dòng)機(jī)，還是 多缸發(fā)動(dòng)機(jī)。要完成能量轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)工作循環(huán)，保證長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)正常工作，都必 須具備以下一些機(jī)構(gòu)系統(tǒng)。 1) .曲柄連桿機(jī)構(gòu) 曲柄連桿機(jī)構(gòu)是發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)工作循環(huán)，完成能量轉(zhuǎn)換的主要運(yùn)動(dòng)零件。它由 機(jī)體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組等組成。在作功行程中，活塞承受燃?xì)鈮毫υ?氣缸內(nèi)作直線運(yùn)動(dòng)，通過連桿轉(zhuǎn)換成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并從曲軸對(duì)外輸出動(dòng)力。 而在進(jìn)氣、壓縮和排氣行程中，飛輪釋放能量乂把曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成活塞的 直線運(yùn)動(dòng)。 2) .配氣機(jī)構(gòu) 配氣機(jī)構(gòu)的功用是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作順序和工作過程，定時(shí)開啟和關(guān)閉進(jìn)氣 門和排氣門，使可燃混合氣或空氣進(jìn)入氣缸

13、，并使廢氣從氣缸內(nèi)排出，實(shí)現(xiàn)換氣 過程。配氣機(jī)構(gòu)大多采用頂置氣門式配氣機(jī)構(gòu)，一般由氣門組、氣門傳動(dòng)組和氣 門驅(qū)動(dòng)組組成。 3) .燃料供給系統(tǒng) 汽油機(jī)燃料供給系的功用是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的要求，配制出一定數(shù)量和濃度的混 合氣，供入氣缸，并將燃燒后的廢氣從氣缸內(nèi)排出到大氣中去；柴油機(jī)燃料供給 系的功用是把柴油和空氣分別供入氣缸，在燃燒室內(nèi)形成混合氣并燃燒，最后將 燃燒后的廢氣排出。 4) .潤(rùn)滑系統(tǒng) 潤(rùn)滑系的功用是向作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件表面輸送定量的清潔潤(rùn)滑油，以實(shí)現(xiàn)液 體摩擦，減小摩擦阻力，減輕機(jī)件的磨損。并對(duì)零件表面進(jìn)行清洗和冷卻。潤(rùn)滑 系通常由潤(rùn)滑油道、機(jī)油泵、機(jī)油濾清器和一些閥門等組成。

14、5) .冷卻系統(tǒng) 冷卻系的功用是將受熱零件吸收的部分熱量及時(shí)散發(fā)出去，保證發(fā)動(dòng)機(jī)在最 適宜的溫度狀態(tài)下工作。水冷發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系通常由冷卻水套、水泵、風(fēng)扇、水 箱、節(jié)溫器等組成。風(fēng)冷主要靠其散熱片與外界進(jìn)行熱量的交換。 6) .起動(dòng)系統(tǒng) 要使發(fā)動(dòng)機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)過渡到工作狀態(tài)，必須先用外力轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸， 使活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，氣缸內(nèi)的可燃混合氣燃燒膨脹作功，推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)使曲 軸旋轉(zhuǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)才能自行運(yùn)轉(zhuǎn)，工作循環(huán)才能自動(dòng)進(jìn)行。因此，曲軸在外力作用 下開始轉(zhuǎn)動(dòng)到發(fā)動(dòng)機(jī)開始自動(dòng)地怠速運(yùn)轉(zhuǎn)的全過程，稱為發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)。完成起 動(dòng)過程所需的裝置，稱為發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)系。 甲醇機(jī)由以上兩大機(jī)構(gòu)和四大系統(tǒng)組

15、成，即由曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)、燃 料供給系、潤(rùn)滑系、冷卻系和起動(dòng)系組成，甲醇機(jī)是壓燃的，不需要點(diǎn)火系。汽 油機(jī)由以上兩大機(jī)構(gòu)和五大系統(tǒng)組成，即由曲柄連桿機(jī)構(gòu)，配氣機(jī)構(gòu)、燃料供給 系、潤(rùn)滑系、冷卻系、點(diǎn)火系和起動(dòng)系組成。 2.1.2 二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理 二沖汽油程發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)包括進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)過程，不過 這些過程的完成僅需要活塞兩個(gè)行程或者說(shuō)曲軸旋轉(zhuǎn)一周。二沖程汽油機(jī)工作循 環(huán)，其進(jìn)、排氣均由活塞控制。 第一行程 在曲軸的帶動(dòng)下，活塞由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)活塞將換氣孔、 排氣孔、進(jìn)氣孔都關(guān)閉了時(shí)，活塞開始?jí)嚎s進(jìn)入氣缸的混合氣體，同時(shí)在活塞下 方的曲軸箱內(nèi)形成了一定的真

16、空度，因此當(dāng)進(jìn)氣孔開啟時(shí)，化油器供應(yīng)的混合氣 被吸入曲軸箱內(nèi)，直到活塞到達(dá)上止點(diǎn)，完成壓縮和進(jìn)氣行程。 第二行程 當(dāng)活塞接近上止點(diǎn)的時(shí)候，火花塞產(chǎn)生電火花，點(diǎn)燃混合氣，燃 燒后形成高溫、高壓的氣體，推動(dòng)活塞向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)并做功。當(dāng)活塞下行到關(guān)閉 進(jìn)氣孔后，活塞下方曲軸箱內(nèi)可燃混合氣被預(yù)壓。當(dāng)活塞下行至排氣孔開啟的時(shí) 候，廢氣靠自身壓力經(jīng)排氣孔而排出，緊接著換氣孔開啟了，曲軸箱內(nèi)預(yù)壓的混 合氣經(jīng)換氣孔進(jìn)入氣缸，并掃除氣缸內(nèi)的廢氣，這一過程為做功和排氣行程。 第三章內(nèi)燃機(jī)部分參數(shù)的確定 3.1 選擇甲醇機(jī) 甲醇機(jī)具有轉(zhuǎn)速高、重量輕、噪音小、易啟動(dòng)、造價(jià)低等特點(diǎn)。因此它在模型用發(fā)動(dòng)機(jī) 等方面廣

17、泛應(yīng)用。 因此，本設(shè)計(jì)采用甲醇機(jī)。 3.2 內(nèi)燃機(jī)沖程數(shù)的選擇 二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)： 1) .二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)沒有閥，大大的簡(jiǎn)化的其結(jié)構(gòu)，并且減輕了自身的重量。 2) .二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)每一回轉(zhuǎn)就會(huì)點(diǎn)火一次，二四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)每隔一次回轉(zhuǎn)才 點(diǎn)火一次。這付與二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)重要的動(dòng)力基礎(chǔ)。 3) .二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)可以在任何方位運(yùn)轉(zhuǎn)，這個(gè)在某些設(shè)備，如鏈鋸上就很重 要。標(biāo)準(zhǔn)的四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)可能在油料晃動(dòng)時(shí)候發(fā)生故障，除非是直立著的。解決 這個(gè)問題就可以很大程度增加發(fā)動(dòng)機(jī)的靈活性。 這些優(yōu)點(diǎn)使二沖程的發(fā)動(dòng)機(jī)更加輕便，簡(jiǎn)易，制造成本更低廉。二沖程 發(fā)動(dòng)機(jī)另外還有將雙倍的動(dòng)力裝進(jìn)同一空間內(nèi)的潛力，因?yàn)樗恳?/p>

18、回轉(zhuǎn)就有 雙倍的動(dòng)力沖程。輕便和雙倍動(dòng)力的結(jié)合使它與許多四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)相比具有 更好的“推重比”。 因此，本設(shè)計(jì)采用二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)為模板。 3.3 冷卻方式的選擇 通常內(nèi)燃機(jī)有兩種冷卻方式：水冷式和風(fēng)冷式（空氣冷卻）系統(tǒng).由于水冷 系統(tǒng)冷卻均勻，冷卻強(qiáng)度高，運(yùn)轉(zhuǎn)噪音小，因此得到了廣泛運(yùn)用。在農(nóng)用、汽車 發(fā)動(dòng)機(jī)上大多是水冷系統(tǒng).而風(fēng)冷系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，內(nèi)燃機(jī)重量較輕，不用冷 卻水，使用維修方便，制造成本低；對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)；熱慣性小，暖機(jī)時(shí)間短， 易起動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。但最大的缺點(diǎn)是熱負(fù)荷高，工作噪音大，它僅在一些小型汽油機(jī) 和摩托車上被廣泛使用。在軍用車輛和高原干旱地區(qū)使用的動(dòng)力中也有應(yīng)用。在 航模領(lǐng)

19、域則廣泛使用甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)。 因此選用風(fēng)冷系統(tǒng)。 3.4 汽缸數(shù)和布置方式的選擇 和同排量的多缸發(fā)動(dòng)機(jī)相比，單缸發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)只有一套機(jī)件在運(yùn)轉(zhuǎn)，因此 致使運(yùn)動(dòng)件的慣性力得不到抵消，所以振動(dòng)較大。轉(zhuǎn)速越高，振動(dòng)越明顯。還有, 單缸發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)件的尺寸較大，不利于發(fā)動(dòng)機(jī)提高轉(zhuǎn)速，并且隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的排量 增加而更加明顯。因此單缸發(fā)動(dòng)機(jī)排量越大，升功率越小。 由于單缸發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，與同排量的多缸發(fā)動(dòng)機(jī)相比，具有重量輕，結(jié) 構(gòu)尺寸小的特點(diǎn)，使用單缸發(fā)動(dòng)機(jī)有利于減輕重量，所以提高了操控的靈活性及 推重比。 因此本設(shè)計(jì)采用單缸，直列式。 3.5 燃燒室型式的選擇 燃燒室的形式不僅關(guān)系到整機(jī)性能指標(biāo)

20、，而且在很大程度上決定了氣缸蓋和 活塞頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)，其選型的主要依據(jù)是氣缸直徑，轉(zhuǎn)速和使用要求。 對(duì)柴油機(jī)燃燒室的型式主要有直噴式（淺盆型、深坑型、球型）和分隔式、 渦流室、預(yù)燃室）兩大類五種型式。 對(duì)汽油機(jī)燃燒室的型式主要有側(cè)置氣門燃燒室（L型）和頂置氣門燃燒室（楔 形、浴盆形、碗形、半球形）。目前航模用甲醇機(jī)中幾乎全部是采用側(cè)置氣門燃燒 室。 根據(jù)該機(jī)型的設(shè)計(jì)要求汽油機(jī)選用L型燃燒室。 3.6 原始參數(shù)的選擇 1 .壓縮比？ 壓縮比S是影響內(nèi)燃機(jī)性能指標(biāo)的重要結(jié)構(gòu)參數(shù)，提高壓縮比可以提高內(nèi)燃 機(jī)的功率和經(jīng)濟(jì)性。 對(duì)汽油機(jī)的提高主要受爆燃的影響。表現(xiàn)為燃料的辛烷值、燃燒室形狀及 排

21、放的限制，可以按下面的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選擇。 甲醇機(jī)的辛烷值100-107 側(cè)置氣門燃燒室 =6. 2-7. 0頂置形燃燒室e =8. 0-9. 0 小客車有汽油機(jī)e =6. 0-10 載重車用汽油機(jī) =6. 5-8. 0 預(yù)燃室燃燒室 =18-22 該機(jī)型壓縮比s取6.5。 2 .過量空氣系數(shù)以 過量空氣系數(shù)%是反映混合氣形成和燃燒完善程度及整機(jī)性能的一個(gè)指標(biāo)。 對(duì)于汽油機(jī)整個(gè)運(yùn)行過程中，可遇到% <1和% >1的所有情況,在全負(fù)荷 時(shí)痣的取值范圍：%=0.85-1.1.通常選定標(biāo)定工況時(shí)％<1和%>1. 該機(jī)型過量空氣系數(shù)%=0.9。 3 .殘余廢氣系數(shù)％ 殘余廢氣系數(shù)S值

22、的的大小，反映氣缸中殘余廢氣量的多少。其值主要與壓 縮比、排氣終點(diǎn)參數(shù)（Pi, T1）.氣門重疊角及是否掃氣有關(guān)。當(dāng)Pi7T［比值增大 僅減小時(shí)，廢氣的密度和燃燒室所占容積比例都增加，伙值便隨之增大；組織掃 氣與不組織掃氣相比，S值降低；氣門重疊角增大時(shí)，⑺值降低。 通常四沖程甲醇機(jī)：5=0.06?0.16,二沖程在其上增加20?30%。 該機(jī)型殘余廢氣系數(shù)僅取0.2。 4 .進(jìn)氣溫升AT 新鮮充量在進(jìn)入氣缸的過程中，受到高溫零件加熱和充量動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能的 影響。使新鮮沖量得到AT的溫升，引起進(jìn)氣溫度的提高。 二沖程汽油機(jī)：ATR?30℃, 該機(jī)型進(jìn)氣溫升AT取10℃。 5 .熱

23、量利用系數(shù)Q 熱量利用系數(shù)白是Z點(diǎn)（顯著燃燒終點(diǎn)）時(shí)刻的燃料燃燒放出熱量的利用系 數(shù)。它是用以反映實(shí)際燃燒過程中燃燒不完善、通道節(jié)流、高溫分解和傳熱等損 失程度大小的一個(gè)重要參數(shù)，它的數(shù)值主要受到內(nèi)燃機(jī)燃燒品質(zhì)的影響。凡是能 改善燃燒過程、減少傳熱損失的因素一般都有利于Q的提高。如轉(zhuǎn)速的提高，促 使過后燃燒增強(qiáng)，殳減??；采用分隔式燃燒室的柴油機(jī)，具有較大的傳熱損失，殳 比直噴式柴油機(jī)的?。辉鰤汉?，燃燒產(chǎn)物的高溫分解現(xiàn)象減少，殳可提高。 甲醇機(jī)：立=0.85?0.95, 該機(jī)型熱量利用系數(shù)立取0.9。 6 .示功圖豐滿系數(shù)4 4是把實(shí)際循環(huán)中的時(shí)間損失和部分換氣損失在理論循環(huán)中給予考慮

24、。此值越 小，表示時(shí)間損失和換氣損失越大。族的數(shù)值與轉(zhuǎn)速、排氣提前角、供油提前角、 點(diǎn)火提前角等因素有關(guān)。上述因素的數(shù)值越大，則4越小。 示功圖豐滿系數(shù)范圍：@=0.92~0.97, 該機(jī)型示功圖豐滿系數(shù)。取0.95。 7 .機(jī)械效率 機(jī)械效率M是評(píng)定內(nèi)燃機(jī)指示功率轉(zhuǎn)換為有效功率的有效程度。 二沖程汽油機(jī)］仙=0.50?0.60, 該機(jī)型機(jī)械效率取0.50o 8 .平均多變壓縮指數(shù)以 平均多變壓縮指數(shù)H主要受工質(zhì)與氣缸壁間熱交換及工質(zhì)泄漏情況的影響。 凡是使缸壁傳熱量及氣缸工質(zhì)泄漏量減少的因素均使1提高。 11 河北工程大學(xué)裝備制造學(xué)院 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì) 當(dāng)內(nèi)

25、燃機(jī)轉(zhuǎn)速提高時(shí)、熱交換的時(shí)間縮短、向缸壁傳熱量及氣缸工質(zhì)泄漏量 減少，則1增大。當(dāng)負(fù)荷增加、采用空冷、采用大氣缸直徑時(shí)、氣缸溫度升高、 相對(duì)傳熱量損失減小、則1增大。此外提高？和進(jìn)氣終點(diǎn)溫度，則a減小。 甲醇機(jī)：ii=L32?1.38, 該機(jī)型平均多變壓縮指數(shù)儀取1.34。 9 .平均多變膨脹指數(shù)n” 平均多變膨脹指數(shù)n”主要取決于后燃的多少、工質(zhì)與氣缸壁間的熱交換及泄 漏情況。凡是使后燃增加、傳熱損失減小、漏氣量減小的因素均使n”減小。通常 保持n”較高值可提高循環(huán)效率和內(nèi)燃機(jī)工作可靠性。 當(dāng)轉(zhuǎn)速增加時(shí)，后燃增加、傳熱損失和漏氣量減小，則n”減??；負(fù)荷增大時(shí), 后燃增加，則n”減小

26、；氣缸尺寸增大時(shí)，傳熱損失和漏氣量減小，則n”減小。 甲醇機(jī)：n”=L20?1.28, 該機(jī)型平均多變膨脹指數(shù)n" 1.24O 第四章熱計(jì)算 該方法是一種近似的、半經(jīng)驗(yàn)的估計(jì)方法，它是根據(jù)熱力計(jì)算公式，對(duì)內(nèi)燃 機(jī)各熱力參數(shù)、指示參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算結(jié)果的精確性依賴于大量經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的 選擇是否恰當(dāng)，它對(duì)內(nèi)燃機(jī)的設(shè)計(jì)有一定的指導(dǎo)意義。 工況選擇：標(biāo)定工況 根據(jù)GB1105—74陸用內(nèi)燃機(jī) 大氣條件為： 大氣壓力：Po=lOOKPa 環(huán)境溫度：To=298K 相對(duì)濕度q)o=6O% 4.1燃料的燃燒化學(xué)計(jì)算 表2 — 1選擇燃料的有關(guān)參數(shù) 燃料 沸點(diǎn) (℃) 碳原子數(shù)

27、 目 元素成分(重量%) 分子量 低熱值 應(yīng)用范圍 & &> 甲醇 <200 C5-C11 0.855 5 0.145 0 95-120 44171-43 961 航模用甲醇 1.理論空氣量Lo的計(jì)算-s^/0.2l =0.8555/12 + 0.145/4-0)/0.2 1 =0.512 (2-1) 2 .理論分子變化系數(shù)四的計(jì)算 Ro=l + [0.21(1 -(pa X + gh / 4 - l//nr ]/((pa 1。+1/叫) (2_2) =1+{0.21x0.1x0.512 + 0.145-4-1-110}/(0.9x 0

28、.5121+1-110) =2.203 3 .實(shí)際分子變化系數(shù)Ji的計(jì)算 〃 =(〃。+4)/(1 +。，) (2-3) =(2.203+0.09)/(1+0.09) =1.046 4不完全燃燒而引起的熱量損失兇〃計(jì)算 =61100 (1-^,)=6110 4.2 燃?xì)膺^程參數(shù)的確定與計(jì)算 1 .進(jìn)氣終點(diǎn)壓力E的確定 航模用甲醇機(jī)：Pa= (0.80?0.90) Po, 該機(jī)型進(jìn)氣終點(diǎn)壓力Pa取0.90P。。 2 .排氣終點(diǎn)壓力Pr和溫度Tr的確定 甲醇機(jī)：P產(chǎn)(1.05?1.15) Po，Tr=900-HOOK, 該機(jī)型排氣終點(diǎn)壓力Pr取LO5Po=lO5KPa溫度

29、Tr取900Ko 3 .進(jìn)氣終溫度Ta的計(jì)算 Ta=83 + Mr)心 (2-5) =(298+10+0.09x900) / (1+0.09) =357K航模用機(jī)：Ta=340?380K, 所以計(jì)算結(jié)果合適。 (2-6) 4 .充氣效率下的計(jì)算 (—)*(1+0) =0.788 甲醇機(jī)：i]v =0.75-0.85, 所以計(jì)算結(jié)果合適。 4.3 壓縮終點(diǎn)參數(shù)的確定 33 (2-7) =1.46MPa (2-8) =723.576K 航模用甲醇機(jī)：Pc=0.8?2MPa，k=600?750K, 所有計(jì)算結(jié)果基本合適。

30、 4.4 燃燒過程終點(diǎn)參數(shù)的確定 1 .終點(diǎn)壓力Pz及壓力升高比入確定 甲醇機(jī)選取入值 甲醇機(jī)的入=2.0?4.0取入=4.0在由下式計(jì)算Pz P： = APC (2-9) =1.46x4.0 =5.84MPa 甲醇機(jī)：Pz=3?6.5MP。，2=2.0?4.0 所以計(jì)算結(jié)果合適。 2 .終點(diǎn)溫度Tz的確定 (2-10) Tz =2200K 一般甲醇機(jī)Tz =2200?2800K符合要求。 3 .初期膨脹比的計(jì)算 甲醇機(jī)O = K/V = //rz /ATc = 1 4.5 膨脹過程終點(diǎn)參數(shù)的確定 1 .后期膨脹比5的計(jì)算 (2-10) b = %=%=

31、8.0 2 .膨脹終點(diǎn)壓力Pb溫度Tb的計(jì)算性能指標(biāo)的計(jì)算 (2-13) (2-14) Pb=Pz/on，，=0.443M Pa Tb=Tz/on= 1335.76K 甲醇機(jī)Pb=0.3?0.6MP。Tb=1200?1400K上述結(jié)果符合要求。 4.6 指示性能指標(biāo)的計(jì)算 =0.712MPa (2-15) P 尸 Pi@=0.677MPa (2-16) 2.指示熱效率小 (2-17) 〃 =8.314-^任 =0.33 (2-18) 2 = 3.6x106/(”“?7) =247.93 g/(kw

32、h) 甲醇機(jī)：〃 =344?218 g/(kw.h), 所以計(jì)算結(jié)果合適。 4.7有效指標(biāo)的計(jì)算 1 .平均有效壓力匕， =0.802MPa 甲醇機(jī)：生，=0.65?1.20MPa， 所以計(jì)算結(jié)果合適。 2 .有效熱效率中 % =— =0.246 3 .有效燃油消耗率" 〃 =3.6x106/（”“〃） =309.92（g/kwh） 甲醇機(jī) bc=270-410g/（kw.h）, 所以計(jì)算結(jié)果合適。 (2-19) (2-20) (2-21)

33、 第五章主要部件的設(shè)計(jì) 注：以下數(shù)據(jù)參照原型機(jī)得到，型號(hào)TOKI-JAPAN. 5.1氣缸 設(shè)計(jì)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，排氣口，掃氣口，進(jìn)氣口的尺寸和開關(guān)上時(shí)間，是影響發(fā)動(dòng)機(jī) 性能的重要因素。 各氣I ?的開11面積依發(fā)動(dòng)機(jī)的大小和轉(zhuǎn)速而定，即以z值表示氣缸容枳為1立方米時(shí) 的（時(shí)間）* （面積）?？捎眠@個(gè)數(shù)值計(jì)算各氣口的大小，其計(jì)算公式如下： （1）氣口開口面積z 通常所能使用的z值如下： 排氣 Ze=50"90 （厘米。秒/米3 ） 暫取62 掃氣 Zs=33"55 （厘米，少/米3）暫取38 進(jìn)氣 Zi=50"100

34、 （厘米,秒/米3）暫取69 （2）氣口開關(guān)時(shí)間夕 一般進(jìn)氣口時(shí)間范圍如下： 排氣 下死點(diǎn)前后65~80暫取70 掃氣 下死點(diǎn)前后52、65暫取62 進(jìn)氣 下死點(diǎn)前后55~70暫取60 （3）根據(jù)氣口開口面積Z計(jì)算開口大小 排氣I I和掃氣口靠活塞上邊緣開關(guān)，進(jìn)氣I I靠活塞裙部開關(guān)。 （4）排氣口和掃氣口的大小 1排氣II和掃氣口的高度H 圖中： 「連桿長(zhǎng)度（厘米）、 b曲柄半徑（厘米） K=r/1 S-行程（厘米） 自下死點(diǎn)起曲軸轉(zhuǎn)角 工-活塞距下死點(diǎn)位置（厘米） a = a/y2 — r2 sin2 0 x = a + r（l - cos 0）-1 =S.T

35、 V1 - K2 sin2 e - K cose + K -1 2K 式中：T 若氣口開關(guān)時(shí)，6 = % x = H則: H=S.T 根據(jù)不同的K值及相對(duì)于下死點(diǎn)的掃，排氣II開關(guān)時(shí)間夕。計(jì)算T值時(shí)，用圖解法比 較方便（參看圖3）。 2排氣口的掃氣I I的寬度L 7T 式中：A-氣口面積 4-氣口開啟時(shí)間（弧度） a -氣口關(guān)閉時(shí)間（弧度） F-曲軸轉(zhuǎn)角為。時(shí)的氣口開關(guān)面積（厘米,），因?yàn)槭腔钊刂剖?，?,仇 是對(duì)稱的。 設(shè)氣口開關(guān)時(shí)間為a，則： ,360 A =—— 71 圖1中活塞位移X的氣II面積F為： 尸=Mx。- x） 360 z I C

36、”一心/久 r J J： m 久 貝1J： 氣口寬度L為: —K cos O^dO — 10 + cos 60d6 L =, D 1 B =——「 =r 360 Ql - K2 sin2 0O - K cos 6J - &a） + 4 sin 練 根據(jù)K,為，計(jì)算B,用圖解法比較方便（見圖3）。另外，A和Z有下列關(guān)系： 月=6 ? % ? N ? Z 式中：%-排量（米S） N-轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分） 陽(yáng)3 日匚排氣口開美時(shí)回 （5）進(jìn)氣口的大小 1進(jìn)氣口的高度Hi 進(jìn)氣II由活塞裙部開關(guān)，計(jì)算方法同上: Hi = s , Ti \ + k — K cos

37、0 - - K? sin，8 2K Ti = 進(jìn)I的寬度Li 計(jì)算方法同上： Li =—— Bi Bi = 1 360 EMd) + K sin 61 - (>/l - K2 sin2 Oi + K cos 0i)0i 貝|J： 加? = 6 ?匕? N ? Zi 「6?匕友 采用以上方法，便能算出各氣口的尺寸，但對(duì)掃氣II來(lái)說(shuō)，不僅要計(jì)算大小，而且還 要選擇掃氣方向，這樣才能得到最佳掃氣效率。 圖4所示為通常采用的各種氣口形狀以及掃氣方向。 圖4氣口影狀和掃氣方向 氣缸參數(shù)表 氣口而枳 進(jìn)氣口 62 mnf 排氣口 38 mnf 掃氣口 69

38、 mm- 缸徑 氣缸高度 15. 5mm 30. 34mm 5.2汽缸蓋 （1）燃燒室 燃燒室的形狀根據(jù)活塞頂?shù)男螤?，火花塞位置和混合氣體的完全燃燒而定，此外，尚應(yīng)考 慮充量系數(shù)。 提高壓縮比可增加功率，減少油耗和提高熱效率，但是由于爆震，壓縮比的增加有一定限 度。為了避免爆震，除提高燃油辛烷值外，還要提高機(jī)械辛烷值，即燃燒室的形狀要設(shè)計(jì)的 理想。 1縮小燃燒室的表面積和燃燒室容積之比，以縮短火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x。 2使混合氣體產(chǎn)生渦流并有適當(dāng)?shù)奈闪?，以增加燃燒速度? 3增大末端氣體處的表面積和容積之比，以防止溫度上升。以末端氣體處稱為冷卻區(qū)。 （2）燃燒室的種類 圖8

39、實(shí)際燃燒室的示例。 陽(yáng)8 燃燒室示例 （3）壓縮比的計(jì)算 二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比，通常按下式計(jì)算，他稱為實(shí)際壓縮比。 V + V 壓縮比（實(shí)際）=上廠工 式中：Vc-活塞在上死點(diǎn)時(shí)的燃燒室容積（厘米3） V丁從排氣口關(guān)閉到上死點(diǎn)的工作容積（厘米3） 為了能使發(fā)動(dòng)機(jī)具有更好的工作性能與適應(yīng)性能，故將發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室設(shè)計(jì)為可變?nèi)莘e的燃 燒室。 5.3活塞 （1）形狀 活塞頂為球面或平面，活塞厚度最近趨向于頂部厚，裙部薄?；钊N座內(nèi)側(cè)與連桿小頭應(yīng) 有間隙，并承受連桿（經(jīng)活塞銷）的推力。防止活塞的撞擊聲，采用活塞銷孔向推力側(cè)偏移 的結(jié)構(gòu)，它已用于四輪車。 （2）結(jié)構(gòu) 如圖1

40、0所示，幾乎所有的活塞都采用橢圓形結(jié)構(gòu)，橢圓度為0.08?0」2左右。 活塞和氣缸內(nèi)徑的間隙，根據(jù)各種發(fā)動(dòng)機(jī)的形式而定。缸徑為20亳米的風(fēng)冷鑄鐵氣缸，其 間隙是0.07?0.1亳米，銀格鋁氣缸間隙為0.03?0.05。 （3）材料 使用TP2.（磷脫氧銅）。 活塞參數(shù)表 活塞尺寸 一 直徑：15min 高度：12nun 面積：176.71nmr 活塞形狀：活塞頂為球面，活塞銷孔向推力側(cè)偏移。 活塞結(jié)構(gòu)：采用橢圓形結(jié)構(gòu)，橢圓度為0.08?0.12左右 材料：TP2.（磷脫氧銅） 5.4曲軸 曲軸諸元素 發(fā)動(dòng)機(jī) 低速 高速 缸心距Lo 四沖程 二沖程 （在個(gè)別情況下達(dá)2

41、.0D） (1.13-1.4)D (1.35-1.8)D 曲軸銷直徑dp （0.6~0.75）D （在個(gè)別情況下達(dá)L00以上） (0.57-0.85) 曲柄銷空心孔徑dp。 (0.4-0.5)dp (0.45 ?0.6)dp 主軸頸直徑4 （0.6~0.75）D （在個(gè)別情況下達(dá)L0D以上） (0.6 ?1.0)D 主曲軸頸空心孔徑dJ0 (0.4~0.5)dj (0.45-0.6)dj 曲臂厚h (0.3~0.35)D 或(0.38~0.62)dp (016~0.3)D 或(0.2~0.4)dp 曲臂寬b (0.9 ?L1)D 或(L5~2)dp

42、 (0.9 ?1.5)D 或(L3~2.5)dp 套合式曲軸軸臂套合孔徑向厚t (0.4~0.45)d — 過渡圓角半徑r (0.05-0.07)d 或(01~0.22)h 注：表中D一氣缸直徑 曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要部件，它必須具有足夠的剛度和強(qiáng)度。 如圖13所示，二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸多是將主軸頸，曲柄銷分別壓入曲柄臂。 圖13曲油結(jié)構(gòu) （1）強(qiáng)度計(jì)算 這里只介紹曲柄銷壓配部分的計(jì)算公式。 1空心曲柄銷 八-曲柄銷內(nèi)徑（亳米） 公曲柄銷外徑（亳米） 曲柄臂外徑（亳米） 5-壓配過盈量（亳米） 萬(wàn)-縱彈性系數(shù)（公斤/亳米2） 八竿（*+中）

43、E "7； 4 - 7： 2實(shí)心曲柄銷 小竿（1 + R） E Y；-Y： 3受到內(nèi)壓力Pm時(shí)曲柄臂的最大應(yīng)力即曲柄臂的拉伸應(yīng)力為： p _ 匕 W + /） rtw ~ - 彳7； 4受到外壓力Pm時(shí)曲柄銷的最大應(yīng)力b，即曲柄銷外徑的壓縮應(yīng)力為: 。二X 中 7； -/； 實(shí)際采用的5,《，%p值如下： 5=0.06~0.1亳米 P =15?30公斤/亳米2 B! <7 =250~42公斤/亳米2 tsi （7 =30?60公斤/亳米2 tp 5壓配部分的傳動(dòng)扭矩 T-傳動(dòng)扭矩（公斤.亳米） L壓配長(zhǎng)度（亳米） //-摩擦系數(shù)x 0. 12 T=2y/l〃

44、P= ⑵材料 使用TP2.（磷脫氧銅）。 曲軸參數(shù)表 曲軸尺寸 曲軸銷直徑dp 主軸頸直徑dj 曲臂厚h 偏心距 4.5nun 7nmi 2.5nun 6.75nun 材料:TP2 （磷脫氧銅） 5.5連桿 曲柄銷壓配時(shí)的連桿大頭為整式。大頭和小頭均使用滾針軸承，其數(shù)值如下: 單缸 排 大 — 頭 小 頭 該針直程X長(zhǎng)度 米 負(fù)投容址 公 斤 滾計(jì)力:徑x長(zhǎng)度 * 負(fù)我容位 公 斤 ”。亳升左右 G3 X11 900 @2 x 10 580 J5Q , 中 4 X13 1600 x 18 1200

45、200 ， 6 4 x 15 2100 。2?5、19 1500 250 ， 04 X16 2100 <>2.5x19 1500 300 ? 05 xl6 2700 62.5x19 1500 400 ， 。5 X16 2700 02.5x21 1800 因大頭歪斜而產(chǎn)生的連桿軸向力，可用和活塞銷座的配合寬度來(lái)限制，即所謂小頭限制方 式。 連桿比=連桿長(zhǎng)度/偏心距=0.281 材料用便面滲碳（SCM22）,大小頭內(nèi)孔要進(jìn)行滲碳處理。 5.6 潤(rùn)滑 （1）混合潤(rùn)滑 以前，二沖程大都采用這種方式，即予先將汽油和潤(rùn)滑油按一定比例（通

46、常為20~25： 1） 混合，并使用這種混合潤(rùn)滑油潤(rùn)滑。但I(xiàn)960年以后，在摩托車和四輪車上便這種如潤(rùn)滑方式 了。然而，由于這種潤(rùn)滑方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，在通用發(fā)動(dòng)機(jī)上仍采用這種方式。 （2）分離潤(rùn)滑 裝有潤(rùn)滑油箱和乳化油泵，發(fā)動(dòng)機(jī)各部件，如主軸承，連桿大頭，氣缸壁燈總是由新油潤(rùn) 滑，而隨后混合氣體燃燒。 該設(shè)計(jì)選用混合潤(rùn)滑。 5.7 汽化器 （1）汽化器的種類和選擇 汽化器在必要的時(shí)間向發(fā)動(dòng)機(jī)供給必要量的空氣燃油混合氣。這種混合氣必須是: 1混合比恰當(dāng) 2燃油霧化良好 3數(shù)量恰當(dāng) 汽化器的形式可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的用途來(lái)選擇，但是由于性能要求和安裝上的問題，還需要對(duì) 其細(xì)節(jié)進(jìn)

47、行研究。汽化器大致可分為： 1節(jié)氣門式 2阿瑪爾柱塞式 3可變喉管式 4膜片式 在每一種形式中又分為平吸式，上吸式，下吸式及斜吸式。 此外，四沖程和二沖程汽化器的結(jié)構(gòu)也不同。按用途大致可分為： 汽車用：節(jié)氣門式，可變喉管式 摩托車用：阿瑪爾柱塞式 通用：節(jié)氣門式，膜片式 航模用：節(jié)氣門式 此設(shè)計(jì)選用節(jié)氣門式。 第六章連桿強(qiáng)度計(jì)算 6.1 給定條件 最大爆發(fā)壓力：p二二7. 5KN 活塞面枳：FP=176. 625 （cm：） 最大氣體作用力P二二6. 8KN 連桿長(zhǎng)度：L=24. 05 （cm2） L 尸L 一（& + d）/2 活塞組估算重量：G, 機(jī)

48、器最高轉(zhuǎn)速："6000 （rpm） 連桿比：X =0.25 連桿材料（推薦）：TP2, ■之981MPa,。2785MPa O -1=0. 25（。b+。。+50 。-ip— （0. 7 0. 8） 。 -1 6.2 連桿體幾何參數(shù) 連桿體總截面面積F,連桿油道截面力 慣性矩（為計(jì)算方便并偏于安全，R20過渡部分忽略不計(jì)），（見圖） 4=部"一 例一（親4 + “力 = 白府一/?（8 —匕力―親4 慣性半徑 L_ 柔度 L 柔度應(yīng)小于50o 6.3 起動(dòng)工況時(shí)連桿體強(qiáng)度校核 單純壓縮 P. （J =—— Fmm （注） 壓縮與彎曲的

49、聯(lián)合作用（應(yīng)用朗肯公式） 乙(5 +0.000526：) %=啜 + 0.000526余） （注：根據(jù)西安交大編“內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)”一書推薦，此強(qiáng)度校核的許用應(yīng)力，只有當(dāng)采 用模鍛而成的合金鋼連桿體，才大于216MPa。） 6.4 額定工況時(shí)的強(qiáng)度校核 所受最大壓力 G +G . 連桿體所受最大應(yīng)力（壓縮與彎曲的聯(lián)合作用） 。皿* =。皿（* + 0000526分 1 1} %皿=九式三+ 0000526才） 連桿體所受最小應(yīng)力（受拉） bmin = P3 平均應(yīng)力 5心=^（bimax + bmg） %"*3+喂） 2 應(yīng)力幅 Gax = /（qma

50、x-bmJ 5八=<9、皿、_噎） 2 安全系數(shù) b-lp ,取獷。=0?15 n = s+WR心 第七章活塞銷強(qiáng)度的計(jì)算 7.1已知條件 氣缸直徑：D=15.5mm 2 =- 曲柄半徑與連桿長(zhǎng)度比： 4 活塞頂面所受的總的最高氣體壓力=7. 5KN： 最大慣性力：Pj=6.85KN 活塞銷強(qiáng)度驗(yàn)算（見圖） Pz/2 Pz/2 dl lid1, ■ , ;一 :瓜 2mt 7.2彎曲應(yīng)力計(jì)算 活塞銷中央截面的彎矩: ="+ 2 3 /1-/ I- m =— 2 活塞銷抗彎截面模數(shù)： =2 44-> “ 32、 & >

51、 活塞銷的彎曲應(yīng)力： 5,=必 叫

52、 l-a 修正系數(shù): K = L5 —15（?！?0.4）31.5 — 15（0.454 - 0.4）3 許用應(yīng)力］=127~245MPa 最大拉應(yīng)力發(fā)生在（2）處，其值為： P （1 + 2。）（1 +。） 0.636 =a[0i74x 許用應(yīng)力[b]=127"245MPa 活塞銷的橢圓變形量： 0.09p 1 3 △d = - ( ) x K l.E 1-a 鋼：E=200000MPa 連桿小端襯套與活塞銷間隙以及活塞銷與銷座工作間隙值均應(yīng)當(dāng)大于活塞銷的橢圓 變形量才能保證工作可靠。 第八章、設(shè)計(jì)小結(jié) 經(jīng)過了近一個(gè)月的努力，反亞的在原型機(jī)的基礎(chǔ)上改進(jìn)，不斷的提

53、出改進(jìn)的方案，并在 姚貴英老師的幫助下，我們成功的設(shè)計(jì)出了這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，雖然有很多地方不夠完善，且受條 件限制，一些參數(shù)是靠原型機(jī)估計(jì)出來(lái)的，設(shè)計(jì)上存在很大的誤差，在未來(lái)的一段時(shí)間內(nèi)我 們將繼續(xù)在此基礎(chǔ)上提出更加準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)過程及設(shè)計(jì)思路，爭(zhēng)取得到性能更加好 的發(fā)動(dòng)機(jī)。 附錄 （Solidworks建模圖片） （1）缸套 為期I理?必??柒?夕? （2）后蓋 縊.電試?留?0?酎?。塞?勺? 叵/一喳2匣得一

54、 ?霉彼* （3）活塞 河北工程大學(xué)裝備制造學(xué)院 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì) 37 雙I II電? ,?案? 3? 0 口今次 (4)連桿 〈畿*?③GBHoB注 (5)連接銷 5^-on (7)曲軸箱 ②,，苜尉絹■?復(fù),白? (8)散熱器 ?心*>?

55、 參考文獻(xiàn) [1]周龍保等，內(nèi)燃機(jī)學(xué)，機(jī)械工業(yè)出版社，1996 [2]施興之等，內(nèi)燃機(jī)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書，武漢交通科技大學(xué)資料，1998 [3]黎蘇等，內(nèi)燃機(jī)原理，水利水電出版社，2010 [4]袁兆成等，內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)，機(jī)械工業(yè)出版社，2008 [5]雷艷等，現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)，北京工業(yè)大學(xué)出版社有限責(zé)任公司，2011 [6]侯林沖等，A1SH2CU3N12Mgi活塞合金擠壓鑄造性能研究，2007