柴油機整機設(shè)計說明書

中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 S195 柴油機整機設(shè)計第 i 頁目 錄1 緒論 .12 柴油機工作過程的熱力學(xué)分析計算 .12.1 原始參數(shù) .12.2 選取參數(shù) .22.3 計算參數(shù) .33 柴油機動力計算及平衡 .53.1 已知數(shù)據(jù) .53.2 動力計算 .73.3 平衡計算 .174 燃燒系統(tǒng) .184.1 燃燒室的選型 .184.2 渦流室結(jié)構(gòu) .194.3 主燃燒室形狀 .194.4 渦流室鑲塊 .194.5 改善冷啟動性能的措施 .205 活塞組的設(shè)計 .205.1 概述 .205.2 活塞的選型 .205.3 活塞的基本設(shè)計 .215.3.1 活塞的主要尺寸 .215.3.2 活塞頭部設(shè)計 .225.3.3 活塞銷座的設(shè)計 .225.3.4 活塞裙部及其側(cè)表面形狀設(shè)計 .225.3.5 活塞與缸套配合間隙 .235.3.6 活塞重量的參考值 .235.3.7 活塞強度計算 .235.3.8 活塞的冷卻 .245.5.9 活塞的材料及工藝 .245.4 活塞銷的設(shè)計 .245.4.1 活塞銷的結(jié)構(gòu)及尺寸 .245.4.2 軸向定位 .245.4.3 活塞銷和銷座的配合 .255.4.4 活塞銷的強度校核 .255.4.5 活塞銷材料及強化工藝 .26中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 S195 柴油機整機設(shè)計第 ii 頁6 連桿組的設(shè)計 .266.1 概述 .266.2 連桿的結(jié)構(gòu)類型 .266.3 連桿的基本設(shè)計 .266.3.1 主要尺寸比例 .266.3.2 連桿長度 .276.4 連桿小頭設(shè)計 .276.4.1 連桿小頭結(jié)構(gòu) .276.4.2 小頭結(jié)構(gòu)尺寸 .276.4.3 連桿襯套 .286.5 連桿桿身 .296.6 連桿大頭 .296.6.1 連桿大頭結(jié)構(gòu) .296.6.2 大頭尺寸 .296.7 連桿強度的計算校核 .306.7.1 連桿小頭的校核 .306.7.2 連桿桿身的校核 .377 配氣凸輪的設(shè)計 .397.1 凸輪外形設(shè)計得任務(wù)和要求 .397.2 凸輪設(shè)計主要參數(shù)的選擇和限制條件 .397.3 緩沖曲線設(shè)計 .397.4 凸輪的選型及計算 .408 機體的設(shè)計 .478.1 機體結(jié)構(gòu)形式的選擇 .478.2 機體材料的選擇 .488.3 機體外形輪廓尺寸的決定 .488.4 提高機體剛度與強度的措施 .489 油底殼設(shè)計 .4910 氣缸套設(shè)計 .5010.1 設(shè)計要求 .5010.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計 .50結(jié)論 .52致謝 .53參考文獻(xiàn) .54中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 S195 柴油機整機設(shè)計第 1 頁1 緒論從 1860 年首臺內(nèi)燃機誕生以來，經(jīng)過了百余年的發(fā)展，其給人類帶來的生產(chǎn)力的提高和對生活得便利使得內(nèi)燃機工業(yè)業(yè)已成為人類文明中不可替代的部分。但是，人類追求進(jìn)步的腳步遠(yuǎn)沒有停止，內(nèi)燃機的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到其頂點，在動力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性方面還在不斷地改進(jìn)。作為動力輸出源的內(nèi)燃機，柴油機，其在動力性以及油耗性上比汽油機的優(yōu)越性以使其成為工程機械、農(nóng)用機械套動力裝置中不二的選擇，因此對柴油機的研究和改進(jìn)已成為各大發(fā)動機生產(chǎn)商的重大戰(zhàn)略。S195 型柴油機是小型臥式、單缸、四沖程、蒸發(fā)水冷式發(fā)動機。具有結(jié)構(gòu)輕巧、移動方便、安裝簡單、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、操作簡易和工作可靠等特點，除基本型外，還有電起動、凝汽水冷卻等多個變型品種，適宜多種配套。可配套手扶拖拉機、小四輪拖拉機、小型排灌、船用機組、發(fā)電機組、空壓機組以及農(nóng)副業(yè)加工的動力裝置，如脫粒機、碾米機、磨粉機、飼料粉碎機等，在我國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。本課題在參考國內(nèi)現(xiàn)有同型號柴油機經(jīng)典結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行整機設(shè)計，力爭使得柴油機的性能達(dá)到較好的水平，結(jié)構(gòu)力爭緊湊。2 柴油機工作過程的熱力學(xué)分析計算2.1 原始參數(shù)原始參數(shù)及已知條件1） 柴油機型號：S195；2） 燃燒室型式：渦流式；3） 增壓方式：非增壓；4） 氣缸數(shù)：Z: 1；5） 沖程數(shù) ：4；6） 氣缸直徑 D：95mm ；7） 活塞行程 S：115mm；中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 S195 柴油機整機設(shè)計第 2 頁8） 排量：0.815L；9） 標(biāo)定功率 ：8.8kw （12PS） ；eN10） 標(biāo)定轉(zhuǎn)速：2000 rpm；11） 怠速轉(zhuǎn)速： 800 rpm；12） 額定功率時最低燃油消耗率： 258.4g/kw.h；13） 壓縮比 ：20；14） 冷卻方式：水冷；15） 凈質(zhì)量：145kg；16） 潤滑方式：壓力潤滑+飛濺潤滑；17） 啟動方式：電啟動；18） 燃料重量成分：0.86C0.13H0.01O ；19） 燃料低熱值 ：10140kcal/kg；uH20） 環(huán)境溫度 ：293K；0T21） 環(huán)境壓力 ：1.0 。p2/cmkgf2.2 選取參數(shù)1） 最高爆發(fā)壓力 ：75 ；zp2/ckgf2） 過量空氣系數(shù) ：1.20；3） 殘余廢氣系數(shù) ：0.03r4） 進(jìn)氣受熱增加溫度 ：20 ；T5） 排氣溫度 ：800K ；r6） 排氣管壓力 ：1.1 ；rp2/cmkgf7） 進(jìn)氣系統(tǒng)壓力 ：1.0 ；s8） 壓縮多變指數(shù) ：1.368；1n9） 膨脹多變指數(shù) ：1.22；2中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 S195 柴油機整機設(shè)計第 3 頁10） 熱量利用系數(shù) ：0.7；11） 示功圖豐滿系數(shù) ：0.94；f12） 機械效率 ：0.72；m13） 掃氣系數(shù) ：1.0；s14） 壓縮始點壓力 ：0.85 ；ap2/cmkgf15） 進(jìn)排氣重疊角： 2.3 計算參數(shù)1） 汽缸工作容積： ；0815.095.422 SDVh 3m2） 壓縮終點容積： ；43.18c3） 燃燒 1 公斤燃料理論所需空氣量： 0.94522.0OHCL；kgmol/4） 進(jìn)氣充量公斤摩爾數(shù)： ；593.01Mkgmol/5） 燃燒產(chǎn)物公斤摩爾數(shù)： ；62.042OHLkl/6） 理論分子變更系數(shù)： ；5.107） 實際分子變更系數(shù)： ；04.0r8） 進(jìn)氣系統(tǒng)溫度： ；KTs29309） 壓縮始點溫度： =326 K；rsa110） 充量系數(shù)： ；784.0raszvTp11） 壓縮終點氣缸壓力： ；.91nc2/cmkgf中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 S195 柴油機整機設(shè)計第 4 頁12） 壓縮終點溫度： ；KTnac973113） 壓力升高比： ；50.czp14） 定容燃燒終點溫度： ；Tcy14615） 最高燃燒溫度： )(524)1(986.)()1()( 12 dcmprudmpz tcMHct 其中 可由圖 2-1 查得：圖 2-1 不同 值時，柴油完全燃燒產(chǎn)物平均摩爾比熱 值與溫度 的關(guān)系mpc)(t=8.50；故 =2230 K；mpc)(zt16） 初期膨脹比： ；592.1czdT中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 S195 柴油機整機設(shè)計第 5 頁17） 燃燒終點氣缸容積： ；307.mVcz18） 膨脹終點氣缸壓力： ；49.)(2nbp2/ckgf19） 膨脹終點溫度： ；KTz185220） 理論平均指示壓力： )1()(1)(1122 nnci np =10.03 ；2/mkgf21） 實際平均指示壓力： ；43.9ifip2/cmkgf22） 平均有效壓力： ；78.6imc23） 有效功率： ；PSnZVNhe129.024） 指示熱效率： ；396.086svuii pHTM25） 有效熱效率： ；25.ime26） 有效燃油消耗率： ；hPSggeue /163027） 進(jìn)氣流量： 。skZnRTVpGsshs /024.243 柴油機動力計算及平衡3.1 已知數(shù)據(jù)1）氣缸直徑 D：95mm；活塞行程 S： 115mm；曲柄半徑 R：57.5mm；連桿長度 ：210mm；l中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 S195 柴油機整機設(shè)計第 6 頁曲柄半徑與連桿長度比 ；2738.0lR活塞面積 ；265.784cmDFp標(biāo)定功率 ：8.8kw （12PS） ；eN標(biāo)定轉(zhuǎn)速：2000 rpm；曲軸旋轉(zhuǎn)角速度 ；sradn/210322/410srad曲軸銷中心的切向速度 ；mR75.曲柄銷中心的切向加速度 ；22/3s活塞平均速度 ；sSnCm/6.302）往復(fù)運動質(zhì)量 j活塞組實測重量 1.365kg。其中，活塞 0.9kg，活塞銷 0.365kg，擋圈0G（兩只）0.005kg，油環(huán)（一只）0.03kg，氣環(huán)（三只）0.065kg。連桿組質(zhì)量的換算：連桿組實測重量 =2.315kg。其中，連桿體（包括連桿蓋、套管及連桿襯c套）1.893kg，連桿軸瓦（兩片）0.11kg，連桿螺釘（兩只）0.124kg，保險鉛絲（一根）0.008kg。將連桿體用稱重法得其重量分配比為 0.600 : 1.293。因此，=0.6kg， =1.293+0.11+0.124+0.008=1.535kg。caGcb因此 capjm= )/(205.)635.1( 2skgg)/(83.722cmFpjj 3）旋轉(zhuǎn)運動質(zhì)量 rm中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 S195 柴油機整機設(shè)計第 7 頁曲柄質(zhì)量的換算見圖 3-1：圖中曲柄臂的橢圓部分對稱于曲軸旋轉(zhuǎn)中心，故不必?fù)Q算。計算曲柄圖示部分的重量及其重心至曲軸旋轉(zhuǎn)中心線的距離為：圖 3-1 曲柄質(zhì)量換算用圖， ；kgGI71.0cmI6.7， ；I8.I5.， ；kgI563.0cI7.其中，I 部分表示平衡塊，即 ， 。kgGb1.0cm6.7故 kgRGIIb 2.05.863. skggmcbdr /1470).27.0(123.2 動力計算1）運動分析及動力計算（1）運動參數(shù)的計算 活塞運動規(guī)律計算公式：活塞位移：中南林業(yè)科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 S195 柴油機整機設(shè)計第 8 頁)sin1(cos1 2rx活塞速度： rxv活塞加速度： 2)cos(ra連桿擺角： )inrcs以上個參數(shù)具體位置見圖 3-2 曲柄連桿機構(gòu)簡圖所示。計算活塞在一個循環(huán)內(nèi)各位置的運動規(guī)律，結(jié)果如表 3-1 所示。畫出活塞運動規(guī)律曲線圖，如圖 3-3 所示。圖 3-2 曲柄連桿機構(gòu)簡圖表 3-1 S195 柴油機活塞運動規(guī)律計算表曲軸轉(zhuǎn)角 )(連桿擺角 )()mx)/(sv)/(2sma0 0.00 0.00 0.00 3230.0410 2.73 1.11 2.66 3149.6420 5.37 4.39 5.19 2914.6830 7.87 9.68 7.47 2543.1740 10.14 16.73 9.39 2063.0650 12.11 25.21 10.88 1509.3960 13.72 34.74 11.89 920.7370 14.91 44.90 12.41 335.4280 15.64 55.29 12.46 -212.0990 15.89 65.53 12.08 -694.29100 15.64 75.26 11.33 -1092.75110 14.91 84.24 10.28 -13