汽油与机活塞说明书

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目录 1汽油机基本参数选择 .................................................... 2 1.1内燃机基本设计要求 .............................................. 2 1.2汽油机基本结构参数选用 .......................................... 2 2汽油机的 近似热计算 .................................................... 4 2.1燃料燃烧热化学计算 .............................................. 4 2.2换气过程计算 .................................................... 5 2.3压缩过程计算 .................................................... 5 2.4燃烧过程计算 .................................................... 6 2.5膨胀过程计算 .................................................... 9 2.6示功图绘制 ...................................................... 9 2.7汽油机性能指标计算 ............................................. 10 3活塞的 设计 ........................................................... 12 3.1活塞的 工作条件 ................................................. 12 3.2活塞的 设计要求 ................................................. 12 3.3活塞的 材料 ..................................................... 12 3.4活塞的 主要尺寸设计 ............................................. 12 3.5活塞二维图的 绘制 ............................................... 13 3.6活塞三维实体建模 ............................................... 13 4汽油机的 动力计算 ..................................................... 25 4.1活塞位移、速度、加速度的 计算 ................................... 25 4.2曲柄连杆机构动力分析 ........................................... 26 4.2.1 4.2.2 作用力分析 ................................................... 26 曲柄销载荷和连杆轴承载荷 ..................................... 28 参考文献 ................................................................ 29

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1汽油机基本参数选择

1.1内燃机基本设计要求 设计一台新的 四冲程非增压汽油机，必须提出设计指标。 1、功率 Pe 有效功率是汽油机基本性能指标。 Pe由汽油机的 用途选定，任务书已经指定所需汽 油机有效功率 Pe=86 kw。 2、转速 n 转速的 选用既要考虑被汽油机驱动的 工作机械的 需要，也要考虑转速对汽油机自身 工作的 影响。任务书已经指定所需汽油机转速 n=6000 r/min。 3、冲程数τ 本设计中的 车用汽油机都采用四冲程，即τ=4。 4、平均有效压力 Pme

平均有效压力 Pme表示每一 工作循环中单位气缸 工作容积所做的 有效功，是汽油机 的 强化指标之一，一般车用汽油机的 平均有效压力为 0.9 MPa～1.2 MPa，这里取 Pme=0.9 MPa。 5、有效燃油消耗率 be 这是汽油机最重要的 经济性指标。四冲程车用汽油机 250g/(kw· h)～380g/(kw· h)。 6、可靠性和寿命 可靠性和寿命是车用汽油机的 基本要求之一，设计时必须提出具体指标，但本课程 设计从略。此外，设计指标还可能包括造价、排污、噪声等方面的 因素。

1.2汽油机基本结构参数选用 pme i V n s 由有效功率计算公式： P

e 30

可知由于 Pe、Pme、n、τ已选定，则汽油机的 总排量 i×Vs也已选定，下一步设 计应选定汽油机的 基本结构参数：气缸直径 D、活塞形成 S、缸数 i及其他一些参数。

1、气缸直径 D

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气缸直径 D的 选取影响汽油机的 尺寸和重量，还影响汽油机的 机械负荷和热负荷。 本设计任务书规定了车用汽油机的 气缸直径 D=78mm。 2、活塞行程 S 增大活塞行程 S使活塞平均速度 v s n/3（0 m / s）提高，机械负荷加大，一般车 m 用汽油机 v 17m / s，同时 S也是汽油机基本结构指标 S/D的 决定因素，车用汽油机的

m S/D=0.7～1.2，校核所设计的 汽油机的 v和 S/D的 值。

m 即 vm s n/30 0.085 6000/ 30 =17 m/s 符合要求

S/D=85/78=1.09 符合要求 3、气缸数 i及气缸排列方式 由于设计任务书已指明 D的 值，S确定后，满足功率要求可通过改变气缸数 i实现， 所以采用 4缸直列排布。 4、连杆长度 L与曲柄连杆比λ=r/L 连杆长度加大，会使汽油机总高度增加；虽然连杆摆角减小，侧压力减小，但效果 不明显；而且连杆重量加大，往复运动质量惯性力加大。因而尽量采用短连杆，目前一 般λ值在 1/4～1/3.2之间，取λ=1/3.6。 则 2r=85，r/L=1/3.6 即 L=152 mm，r=42.5 mm 5、气缸中心距 l及其与气缸直径之比 l /D 0 0

l /D影响汽油机的 长度尺寸和重量指标，设计时力求缩小 l /D的 值。l /D值的 影响 0 0 0 因素可从曲轴中心线方向的 尺寸分配和气缸上部的 尺寸分配两方面分析，一般其值为

1.25～1.35，取 l /D=1.22，则 l =1.22×78=95 mm。选用湿缸套。 0 0 6、压缩比εc 选用压缩比ε也就是选用燃烧室容积。选用压缩比时要考虑汽油机的 经济性能、

c 工作可靠性、爆燃等。任务书给定车用汽油机的 ε =10

c

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2汽油机的 近似热计算

汽油机 工作过程热计算是对汽油机各 工作过程中 工质的 状态参数、 主要性能质变进 行计算，并绘出示功图。通过热计算可以分析各 工作过程的 影响因素，找出提高动力性 和经济性的 途径，又为动力计算、结构设计提供数据。汽油机实际循环热力计算有近似 热计算（简单计算法）和模拟热计算（点算法）二种。本设计要求进行近似热计算。

2.1燃料燃烧热化学计算 1理论空气量 L0

1 g c g H gO L

0 （

0.21 12 4 32

1 0.855 0.145 0.000 =0.512 (千摩尔 /千克汽油 )

0.21 12 4 32

燃料采用轻汽油 g 0.855， gH 0.145， g 0.000 c o

汽油低热值 H =44100千焦/千克燃料

u 2新鲜空气量 M

1 1

M 1 aL0 mr

1 0.9 0.512 =0.461（千摩尔 /千克)

114

其中 ——过量空气系数， 0.85~ 0.96，取 =0.9；

a mr 114

a a

3燃烧产物 M2

g H go 0.145 0.000 =0.497(千摩尔 /千克) M 2 M 1 0.461 4 32 4 32

4理论分子变更系数μ 0

M 2

M 1

0.497 0.461 =1.079 0

5实际分子变更系数μ 1

1.079 0.06 1 0.06 0 r =1.074

1 1

r

4