195柴油机零部件的设计(活塞连杆曲轴的设计）

195柴油机零部件的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 (活塞连杆曲轴的设计） 毕业设计(论文) 课 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 名 称 195柴油机零部件的设计 (活塞连杆曲轴的设计) 学 生 姓 名 赵传 学 号 1041103016 系、年级专业 机械与能源工程系2010级 车辆工程 指 导 教 师 袁文华 职 称 教授 二?一四 年 五 月 邵阳学院毕业设计(论文) 摘要 本次设计主要是研究如何提高单缸柴油机的性能，在185柴油机的基础上做出相应的改进,针对185柴油机功率不足的问题，采取扩大气缸直径，增加活塞行程的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 来改善其动力性能，将185柴油机的气缸直径由80mm改至95mm，活塞行程由90改至115mm，得195型号柴油机，并对其工作过程进行了热力学计算，得到各种经济技术指标，然后对其进行了动力计算，得到各种动力性指标，其次对其主要零部件(活塞组、连杆组、曲轴组)进行了结构设计，详细设计并计算了其尺寸，最后利用ansys有限元分析对其进行了校核，力使柴油机性能达到较好水平，结构力争紧凑。 关键词:活塞;连杆;曲轴;零部件设计;有限元分析; I 邵阳学院毕业设计(论文) ABSTRACTS This design mainly is to study how to improve the performance of the single cylinder diesel engine on the basis of 185 diesel engine to make the corresponding improvement, aiming at the problem of shortage of 185 diesel engine power, to expand the cylinder diameter, to increase piston stroke methods to improve its dynamic performance, the 185 diesel engine cylinder change from 85 mm to 95 mm in diameter, on stroke from 90 to 115 mm, 195 type diesel engine, and its working process is the pist thermodynamic calculation, get all kinds of economic and technical index, then the dynamic calculation was carried out, get a variety of performance indicators, the second for its main parts (piston, connecting rod, crankshaft, group) for the structure design, detailed design and calculate its dimensions, finally using ansys finite element analysis on the checking, achieve a good level of force to make the engine performance, strive to compact structure. Keywords: piston;connecting rod;crankshaft;Parts design;finite element analysis; II 邵阳学院毕业设计(论文) 目 录 摘要 ................................................................................................................................... I ABSTRACTS ................................................................................................................ II 1 绪论 ........................................................................................................................ 1 2 柴油机工作过程的热力学计算 ..................................................................... 2 2.1 原始参数 ............................................................................................................... 2 2.2 选取参数 ................................................................................................................ 3 2.3 计算参数 ................................................................................................................ 4 3 柴油机动力计算 ................................................................................................. 6 3.1 已知原始数据 ...................................................................................................... 6 3.2 动力计算 ................................................................................................................ 6 4 活塞组的设计 ................................................................................................... 10 4.1 活塞的选型 ......................................................................................................... 10 4.2 活塞的基本设计 ................................................................................................ 10 4.3 活塞销的设计 .................................................................................................... 17 5 连杆组的设计 ................................................................................................... 19 5.1 连杆的结构类型 ............................................................................................... 19 5.2 连杆的基本设计 ................................................................................................ 19 5.3 连杆小头设计 ................................................................................................. 20 5.4 连杆杆身 .............................................................................................................. 22 5.5 连杆大头 .............................................................................................................. 22 5.6 连杆强度的计算校核 ...................................................................................... 23 6 曲轴组的设计 ................................................................................................... 26 6.1 曲轴的选型 ......................................................................................................... 26 6.2 曲轴主要尺寸设计及计算 ............................................................................. 26 6.3 曲柄的选择 ......................................................................................................... 27 6.4 平衡重的设计 .................................................................................................... 27 6.5 油道设计及油孔位置 ...................................................................................... 28 6.6 曲轴的校核 ......................................................................................................... 28 结论 ................................................................................................ 错误～未定义 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 签。 参考文献 ....................................................................................................................... 33 致谢 ................................................................................................................................ 34 邵阳学院毕业设计(论文) 1 绪论 自1860年首台内燃机诞生以来，经过了一百多年的发展，它给人们带来了巨大的便利，它极大地促进了生产力，提高了我们的生活水平，它已成为人类文明不可缺失的一部分。但是，人类追求进步的脚步并不会戛然而止，内燃机的发展还远 [1]远没有达到其巅峰，在动力性、经济性和排放性方面还在不断地改进。传统柴油发动机的特点:热效率和经济性较好，柴油机采用压缩空气的办法来提高空气温度，使空气温度超过柴油的自燃点，这时再喷入柴油、柴油喷雾和空气混合的同时自己点火燃烧。因此，柴油发动机无需点火系统。同时，柴油机的供油系统也相对简单，因此柴油发动机的可靠性要比汽油发动机的好。由于不受爆燃的限制以及柴油自燃 [2]的需要，柴油机压缩比很高。热效率和经济性都要好于汽油机，同时在相同功率的情况下，柴油机的扭矩大，最大功率时的转速低，适合于载货汽车的使用。 进入20世纪后期，由于柴油车废弃污染物的排放法规和汽油车一样日趋严格，同时改善柴油机经济性的要求也进一步提高，面对能源枯竭和环境污染的问题，如何提高内燃机的经济性和排放水平，是国内外研究的重点。 随着人们环保意识的增强，欧洲柴油机汽车迅速增长，这种发展趋势不仅体现在欧洲，而且也体现在全世界。几个月以前做的一次调查显示，全世界轻型柴油汽车的销量到2015年将从2004年的1250万辆增加到2700万辆，其中60%是欧洲以外的汽车市场销售，主要增长来自北美洲，轻型货车和桥车的销售比例在未来12年将从目前的4.5%提高到16%。欧洲在柴油机上拥有大量的技术优势，柴油机燃 [3]油经济性较好，供油充分，寿命长，结构紧凑。我国是世界上单缸柴油机产量，厂家和品种最多的国家。但产品设计落后，跟不上国际水平，我国目前有一般机型60、70年代设计的，绝大多数采用分隔式燃烧室，转速多在2600r/min一下，缸径80mm以下的直喷机型较少，我国研发新产品能力较差，周期长，技术总体水平与国外相差10-20年。 1 邵阳学院毕业设计(论文) 2柴油机工作过程的热力学计算 2.1原始参数 (1) 柴油机型号:S195; (2) 增压方式:非增压; (3) 燃烧室型式:涡流式; (4) 气缸数:Z: 1; , (5) 冲程数:4; (6) 气缸直径D:95mm; (7) 活塞行程S:115mm; (8) 排量:0.815L; (9) 标定转速:2000 r/min; N (10) 标定功率:8.82kw e ,248g/kw.h; (11) 额定功率时最低燃油消耗率: , (12) 怠速转速:800 r/min; , (13) 压缩比:17; (14) 净质量:140kg; (15) 冷却方式:水冷; (16) 润滑方式:压力润滑+飞溅润滑; (17) 燃料重量成分:0.86C\0.13H\0.01O; (18) 启动方式:电启动; H (19) 燃料低热值:10140kJ/kg; u 2 邵阳学院毕业设计(论文) T (20) 环境温度:293K; 0 H (21) 燃料低热值:10140kJ/kg; u p (22) 环境压力:1.01Mpa。 0 (23) 空气气体常R:29.27; 2.2 选取参数 p (1) 最高爆发压力:75Mpa; z (2) 过量空气系数,:1.30; (3) 残余废气系数,:0.04; r p (4) 进气系统压力:1Mpa; s (5) 进气受热增加温度:20 ?; ,T (6) 排气温度T:800K; r p (7) 排气管压力:1.1Mpa; r n (8) 压缩多变指数:1.368; 1 n (9) 膨胀多变指数:1.22; 2 , (10) 机械效率:0.73; m , (11) 示功图丰满系数:0.95; f (12) 热量利用系数:0.7; , , (13) 扫气系数:1.0; s p (14) 压缩始点压力:0.85Mpa; a , (15) 进排气重叠角: 3 邵阳学院毕业设计(论文) 2.3 计算参数 ,,223 (1) 汽缸工作容积: ; V,DS,，0.095，0.115,0.000815mh44 0.000815V3h (2) 压缩终点容积: ; ,,,0.000051Vmc,,117,1 (3) 燃烧1公斤燃料理论所需空气量: 1CHO,,; ,，,,495mol/kgL,,00.2112432,, M,,L, (4) 进气充量公斤摩尔数:; 1.3，495,643.5mol/kg10 HO (5) 燃烧产物公斤摩尔数:; mol/kgM,,L，，,676.120432 M2,,,1.05 (6) 理论分子变更系数:; 0M1,,，r0,,,1.048 (7) 实际分子变更系数:; ,1，r (8) 进气系统温度:; T,T,293Ks0 ,TTT，,，srrT, (9) 压缩始点温度:=332K; a1，,r n1Mpap,p,,40.97 (10) 压缩终点气缸压力:; ca n1,1T,T,,942K (11) 压缩终点温度:; ca pz,,,1.83 (12) 压力升高比:; pc T,T,1724K, (13) 定容燃烧终点温度:; yc ,,,H1u,,t,，,(c)，1.986(,,1)，t，524(,,,),2230K (14) ,,zp1mcd(c)M(1，),,,p2md1r,, 其中(ucp)m查柴油机设计手册上册可知等于8.5,所以Tz=2230K; ,Tdz,,,1.358 (15) 初期膨胀比:; ,Tc ,n2 (16) 膨胀终点气缸压力:; p,p(),1.885Mpabc, 3V,,V,0.00007m (17) 燃烧终点气缸容积:; zc 4 邵阳学院毕业设计(论文) ,n,12 (18) 膨胀终点温度:; T,T(),1279Kbz, (19) 理论平均指示压力: ,,,,,p11，，n,1c2,,,,,，,,,p(1)1()(1) ,,in,1,,1,n,n,,,111,，，,21, Mpa=9.59; ,p,,p,9.11Mpa (20) 实际平均指示压力:; ifi p,,p,7.00Mpa (21) 平均有效压力:; cmi pVnZch (22) 有效功率:; P,,12.7KWe0.9 ,pT1as,,,0.766 (23) 充量系数:; v,,1pT1，,zarMpT1is,,1.986,0.439 (24) 指示热效率:; iH,puvs ,,,,,0.320 (25) 有效热效率:; emi 632000 (26) 有效燃油消耗率:g,,194.8g/KW,h; e,Hue4,vpV，10nsh (27) 进气流量:。 G,,Z,,0.020kg/sssRT120s 5 邵阳学院毕业设计(论文) 3 柴油机动力计算 3.1已知原始数据 气缸直径D:95mm; 活塞行程S:115mm; 57.5mm; 曲柄半径R: l连杆长度:210mm; R曲柄半径与连杆长度之比; ,,,0.274l n,曲轴旋转得角速度 ,,209.3rad/s,30 Sn活塞的平均速度; C,,7.67m/sm30 3.2 动力计算 运动分析和动力计算 (1)运动参数的计算 活塞运动规律 计算公式 六西格玛计算公式下载结构力学静力计算公式下载重复性计算公式下载六西格玛计算公式下载年假计算公式 : 122活塞位移: x,r[1,cos,，(1,1,,sin,)], ,活塞速度公式: v,r,(sin,，sin2,)2 2活塞加速度: a,(cos,，,cos2,)r, 连杆摆角:,,arcsin(,sin,) 以上个参数具体位置见图3-1曲柄连杆机构简图 [4]计算活塞在一个循环内的运动规律，结果如表3-2所示。 活塞运动规律的曲线图，如图3-3所示。 6 邵阳学院毕业设计(论文) 图3-1曲柄连杆机构简图 表3-2 S195柴油机活塞运动规律计算表 2,,x(mm) v(m/s) a(m/s),(),()曲轴转角 连杆摆角 0 0.00 0.00 0.00 3230.04 10 2.73 1.11 2.66 3149.64 20 5.37 4.39 5.19 2914.68 30 7.87 9.68 7.47 2543.17 40 10.14 16.73 9.39 2063.06 50 12.11 25.21 10.88 1509.39 60 13.72 34.74 11.89 920.73 70 14.91 44.90 12.41 335.42 80 15.64 55.29 12.46 -212.09 90 15.89 65.53 12.08 -694.29 100 15.64 75.26 11.33 -1092.75 110 14.91 84.24 10.28 -1399.13 120 13.72 92.24 9.03 -1615.02 130 12.11 99.13 7.62 -1750.51 140 10.14 104.83 6.13 -1821.94 150 7.87 109.27 4.61 -1848.88 7 邵阳学院毕业设计(论文) 160 5.37 112.46 3.07 -1850.97 170 2.73 114.36 1.53 -1844.81 180 0.00 115.00 0.00 -1841.46 190 -2.73 114.36 -1.53 -1844.81 200 -5.37 112.46 -3.07 -1850.97 210 -7.87 109.27 -4.61 -1848.88 220 -10.14 104.83 -6.13 -1821.94 230 -12.11 99.13 -7.62 -1750.51 240 -13.72 92.24 -9.03 -1615.02 250 -14.91 84.24 -10.28 -1399.13 260 -15.64 75.26 -11.33 -1092.75 270 -15.89 65.53 -12.08 -694.29 280 -15.64 55.29 -12.46 -212.09 290 -14.91 44.90 -12.41 335.42 300 -13.72 34.74 -11.89 920.73 310 -12.11 25.21 -10.88 1509.39 320 -10.14 16.73 -9.39 2063.06 330 -7.87 9.68 -7.47 2543.17 340 -5.37 4.39 -5.19 2914.68 350 -2.73 1.11 -2.66 3149.64 360 0.00 0.00 0.00 3230.04 8 邵阳学院毕业设计(论文) 图3-3 S195柴油机活塞运动规律曲线 9 邵阳学院毕业设计(论文) 4活塞组的设计 4.1 活塞的选型 首先从经济性上考虑，由于整体铝活塞成本最低且铝活塞散热性较好，所以考虑优先采用。然后根据平均有效压力:=7Mpa 可知，远远低于铝活塞的平均有pe Mpa效压力上限:14(铸铝)~17(锻铝)。根据活塞比功率选择活塞冷却方式， [5]由比功率计算公式 N12.7,e2,,,0.163N KW/cmp,,22/，9.511.5/9.5DSD44 2其值小于 无油冷方式的上限值 0.3 ，故无需对活塞进行油冷却。 KW/cm 4.2 活塞的基本设计 4.2.1 活塞的主要尺寸 选取，结果如表4-1所示。 根据同类型发动机和统计数据进行 各参数意义参见图4-1。 表4-1 活塞主要尺寸比例 H/D H/D H/D h/D h/D 121 1.157 0.632 0.753 0.147 0.032 ,/D d/D B/D /D ,g 0.128 0.379 0.382 0.041 10 邵阳学院毕业设计(论文) 图4-1活塞尺寸参数 ,由上表可知H2=71mm,h1=6mm,=12.2mm。 4.2.2 活塞头部设计 (1) 活塞顶形状 活塞顶的形状按照柴油机燃烧室的形式进行设计。采用w型燃烧室。 图4-2活塞顶 11 邵阳学院毕业设计(论文) (2) 活塞头部截面形状 活塞头部的截面形状影响热流和温度分布，铝活塞头部经常设计成“热流型”，采用大圆弧过渡的方法，增加从顶部到裙部的传热截面。 4.2.3 活塞销座的设计 (1) 销座结构的选用 活塞销座与活塞销是一对摩擦副。活塞销座承受周期变化的气体作用力和活塞销座以上部分的往复惯性力，这些力都是具有冲击性的。从运动情况看活塞销在活塞销座中由于受到连杆小头的制约，其转动角度很小，所以很难在销和销孔之间形成一层良好的油膜，因此润滑条件比较差。采用整体支承筋的刚性销座，该结构传力的情况比较好，活塞变形小，锻造和铸造工艺性良好，可以避免因凹陷而引起的应力集中。 (2) 销座轴承的润滑 由于采用浮式的活塞销，其在销孔中相对转动，所以需要对销孔进行润滑。其结构如图4-3,所示。 图4-3销座 (3) 为了提高活塞销座的抗裂能力，需要将销孔内缘加工成圆角或倒棱，来减小销孔内缘的应力集中。 4.2.4 活塞裙部及其侧表面形状设计 (1) 下裙结构 采用圆筒形的裙部，与曲轴平衡块的最小间隙大约在3~4mm。见图4-4。 12 邵阳学院毕业设计(论文) 图4-4群部 (2) 裙部椭圆 [6]活塞在气体压力和侧压力作用下所引起的变形，以及活塞温度场热膨胀产生的热变形，都会使活塞裙部沿活塞销轴线方向变长，为了适应图这种变形，必须要将 裙部加工成椭圆。 椭圆形状采用正矢曲线椭圆(如图4-5): 图4-5裙部椭圆 此法可使活塞和气缸有较大的贴合面积，使比压降低，减少磨损。D1取71mm。 13 邵阳学院毕业设计(论文) ,,,,,D,D图中为活塞椭圆度。现有铝活塞为=0.25~1.45 mm。取=1 mm。所,,12 以D2=70mm。 4.2.5 活塞与缸套配合间隙 由于活塞侧表面形状和椭圆的要求，活塞间隙沿高度及圆周方向有不同的数 值，其中重要的是垂直销孔方向的裙部间隙和活塞顶部间隙, ,0,。 ,,0,,0.006,0.0014由统计数据可知，对于共晶的铝硅合金，推荐值为，。 DD4.2.6 活塞重量的参考值 G3中小功率高速柴油机的活塞比重量 ,0.9~1.4g/cm3D 4.2.7 活塞的校核和结构强度分析 表4-2 活塞强度计算用表 Mpa许用值 [] 项目 计算公式 D21活塞顶的机械铝合金 ,,0.68(),puz,2 有筋顶 500 应力, 71u2 0.68，75，(),428.91Mpa24.4 第一环岸 铝合金 D2,3,,4.5p()，10 弯曲应力, wzwh1300~400 952,3 ==84.3Mpa 4.5，75，()，106 D,2剪切应力, ,,3.14p()，10zh1 95,2==63.6Mpa 3.14，75，()，10 6 2总应力 ,222==138Mpa ,,,，3,84.3，3，63.6w 14 邵阳学院毕业设计(论文) N531.62max= q,,7.9裙部比压 q高速柴油机 5~8 11DH9.5，7.12 P,Pj15316.2z销座比压 ==211 400~600 qq,22,2dl2，3.5，3.6 22D，9.5,,注: N,p,，75,531.6Nzmax4040 ,,22 P,Dp,，9.5，75,5316.2Nzz44 用proe建成三维模型导入到ansys当中如下图所示 图4-6活塞顶部 图4-7活塞底部 15 邵阳学院毕业设计(论文) 4-8活塞剖面图 4-9活塞网格划分 1 图4-10应力云图 图1为ansys中为结果 Nodal Solu 中x方向的变形量。 4-11应力云图2 图2为为结果Nodal Solu 中y方向的变形量。 16 邵阳学院毕业设计(论文) 如上图所示，活塞结构强度满足要求。 4.2.8 活塞的冷却 ,2N,0.163活塞的比功率 KW/cmp 2其值小于无油冷方式的上限值 0.3 ，故无需对活塞进行油冷却。 KW/cm 4.2.9 活塞的材料及工艺 [7]采用共晶铝硅合金 66-1铸造，材料的综合性能比较好。 4.3 活塞销的设计 4.3.1 活塞销的结构及尺寸 (1) 结构的选用 采用如图4-12典型构 图4-12活塞销结构 (2) 尺寸 外径:d = 0.37D=35 mm;内径:d=20 mm;长度: l = 80 mm; 0 4.3.2 轴向定位 由于采用浮式活塞销，工作时在销座内经常有相对滑动，所以为防止活塞销轴 [8]向串动，擦伤气缸，因而用弹性挡圈定位的方式。此方法简单，应用较广。矩形 弹性挡圈按 GB 893.1—1986选用。 4.3.3 活塞销和销座的配合 查表可知 当活塞销外径:d = 0.35D=35 mm;选择活塞销和销座的配合间隙为 17 邵阳学院毕业设计(论文) 5 , m 4.3.4 活塞销材料及强化工艺 (1)选取材料:20Cr (2)强化工艺:冷挤压成型，双面渗碳，提高表面光洁度。 4.3.5 活塞销的强度校核 [9]项目 计算公式 许用值 22D弯曲pDa(2a,b)1z[f],0.015f,41000460E(d,d)0变形9.522 ,0.015，175，9.5，5.8，(2，5.8,3.3)1000 , f644602.2，10(3.5,2),4,1.43，10cm,4,1.07，10cm 100，0.5(D,100)23,椭圆pD(d，d)[],0.025,z0,d,10003320El(d,d)0变形100，0.5，(9.5,100)23 ,0.025，,75，9.5(3.5，2)1000 ,,d 633202.2，10，8，(3.5,2),5,137，10cm5,,5.93，10cm 2 [,],3500~5000Mpa纵向(2a,b)pDdz,,144d,d0弯曲2(2，5.8,3.3)，75，9.5，3.5, 应力44(3.5,2) ,1467Mpa, 1 2 [,],3500~5000Mpa,横向pD(d，d)30z,,2216l(d,d)0弯曲2,3，75，9.5(3.5，2), 应力2168，(3.5,2) ,1219Mpa, 2 18 邵阳学院毕业设计(论文) 22 [,],3500~5000Mpa总应,，,,,12 22,力 ,1467，1219,1907Mpa 5 连杆组的设计 5.1 连杆的结构类型 (1)采用斜切口连杆; (2)定位方式:销套定位; 11](3)连杆材料:45钢[; (4)成型方法:精锻; (5)强化工艺:调质，表面喷丸处理; 5.2 连杆的基本设计 5.2.1 主要尺寸比例 参考现有的柴油机的尺寸比例，选定参数如表5-1所示。 表5-1 连杆主要尺寸比例 ,,=R/l d/D /d d/d D/D b/d 2111 0.274 0.368 0.057 1.282 0.737 0.971 b/D l/D d/D H/D B/H t/H 2111M 0.543 1.286 0.126 0.316 0.667 0.200 19 邵阳学院毕业设计(论文) 图5-1 连杆尺寸参数 5.2.2 连杆长度 ,参照上表参数=R/l=0.274 及S=2R可知，l=210 mm。 5.3 连杆小头设计 5.3.1 连杆小头结构 选取圆环型小头，如图5-2所示。该形式结构简单，制造方便，材料能充分利 用，广泛应用于小型高速柴油机上。 图5-2 连杆小头结构 5.3.2 小头结构尺寸 b/d根据=0.971，算得小头宽度=34 mm ，由此可算得销座与连杆小头的间b11 20 邵阳学院毕业设计(论文) ,1,B,b隙为=2 mm。 1 此处需校核小头轴承的比压，由公式 P5316.22zq,,,447，而高速柴油机的青铜衬套的许用比压为KW/cmdb3.5，3.41 2[630]，故强度满足。 KW/cm 5.3.3 连杆衬套 (1)衬套结构 如图5-3所示 图5-3 小头衬套结构 (2)衬套与小头孔和活塞销的配合参见表5-2(单位:mm) [12]表5-2 衬套与小头孔和活塞销的配合 活塞销 连杆衬套 连杆衬套 连杆小头 活塞销与 衬套与小头孔 外径d 内径 外径 孔径 衬套间隙 过盈量 ，0.064，0.068，0.025,350.025~0.075 0.018~0.068 ,35,39,39 ,0.011，0.025，0.0430 (3)衬套的润滑方式 21 邵阳学院毕业设计(论文) 在小头上方开集油孔，利用曲轴箱中油雾进行飞溅润滑，该方式在小型高速柴油机上应用比较广泛。 (4)衬套材料 采用锡青铜，ZQSn5-5-5 ，该材料在中小功率柴油机上应用比较广。 5.4 连杆杆身 (1)杆身结构 高速柴油机上主要采用工字型截面。 形式如图5-4所示。 图5-4 连杆杆身截面 5.5 连杆大头 5.5.1 连杆大头结构 [10]采用斜切口大头(如图5-5所示):该形式在满足活塞连杆组能从气缸装拆条件下，可以增大曲柄销的直径，有利于提高曲轴刚度和连杆轴承的工作能力，切 ,45口角取。 图5-5 连杆大头结构 22 邵阳学院毕业设计(论文) 5.5.2 大头尺寸 ,,(1)连杆大头尺寸主要取决于曲柄销直径、长度及连杆轴瓦厚度和连杆DL22 ,,螺栓直径。、、等尺寸，由曲轴和轴承设计决定，则根据强度要求dDLdM22M设计。 [10](2)为使活塞连杆组能从气缸中装拆，要求大头的最大横向尺寸小于气缸直径[。 (3)连杆螺栓孔中心线应尽量靠近轴瓦，连杆螺栓孔中心距一般为t,(1.2~1.3)D。螺孔外侧边厚不小于2~4mm。由上表可知L1=90，L1/D1=1.28611 知D1=70，取系数1.2，t1=1.2x70=84mm; (4)连杆大头高度、，对于斜切口连杆:H1=(0.19-0.24)D1,取系数0.2，HH12 得H1=0.2x70=14mm;H2=(0.41-0.58)D1,取系数0.5 得H2=0.5x70=35mm; 5.6 连杆强度的计算校核 将proe画出的三维视图导入到ansys软件当中进行有限元分析如下图所示 图5-6连杆三维视图1 23 邵阳学院毕业设计(论文) 图5-7连杆三维视图2 图5-8连杆网格的划分 24 邵阳学院毕业设计(论文) 图5-9应力云图1 图5-10应力云图2 图5-11 应力云图3 5-12 应力云图4 如上图所示，连杆最大受力强度为300.14MPa，而45度刚的疲劳强度为[б]=5000MPa,远小于连杆的疲劳强度，所以连杆的强度符合题。 25 邵阳学院毕业设计(论文) 6曲轴组的设计 6.1曲轴的选型 (1) 曲轴材料:45刚; (2) 锻造方法:模制锻造; (3) 曲轴结构形式:整体式曲轴 6.2 曲轴主要尺寸设计及计算 一般多缸内燃机的曲轴由多个曲拐以及前端、后端构成。为了提高曲轴的弯曲刚度和强度,现代多缸内燃机的曲轴都采用全支撑结构,即每一曲拐之间都有主轴承。曲轴用合金铸钢或45Cr锻造制成,经热处理后,摩擦面硬度可达60一63HRC (1)主轴颈直径(D1) 经验公式:D1=(0.65-0.80)D,D=95mm，系数取0.75，则D1=0.75D=71.25mm; (2)曲柄销(曲拐销)直径(D2) 经验公式:D2=(0.55-0.70)D,系数取0.61，则D2=0.61D=57mm; ，，(3)曲柄臂尺寸(宽度厚度=bt) 经验公式:b=(1-1.3)D,系数取1.0，则b=D=95mm; 经验公式:t=(0.2-0.3)D,系数取0.25，则t=0.25D=23.75mm; (4)主轴颈长度(L1) 经验公式:L1=(0.45-0.6)D1,系数取0.48，则L1=0.48D1=45.6mm; (5)曲柄销长度(L2) 经验公式:L2=(0.65-0.70)D2，系数取0.7，则L2=0.7D2=39.9mm; (6)主轴瓦厚度(t1)及曲柄销瓦厚度(t2) 26 邵阳学院毕业设计(论文) 曲轴轴承的工作情况是比较恶劣的,设计时必须满足耐疲劳性、抗咬合性、顺应性、嵌藏性和磨合性等要求。轴瓦的主要尺寸有直径、宽度和厚度等,但前两者决定于曲轴与连杆的设计,只有厚度是轴瓦设计中要考虑的主要尺寸。经验公式:t1=(0.02-0.05)(D+2t1)取系数为0.3，得t1=2.3mm，同理可得t2=1.8mm 6.3 曲柄的选择 采用椭圆形的曲柄，这样既可以尽量减少曲轴的质量，又可以最大限度地保证 [13]曲柄应力分布均匀。如图所示 图6-1曲柄 6.4平衡重的设计 平衡重的径向尺寸以不碰活塞裙底部，两块平衡重之间的宽度以连杆大头能通过为限度，曲柄上的两个平衡块的质径应该满足关系式 1mr= ,mrrpp2 式中，ε为平衡率，表示所设计平衡重要平衡掉旋转惯性力的百分比，一般ε=0.65-0.85,在这取0.7。 27 邵阳学院毕业设计(论文) 6.5 油道设计及油孔位置 [14]油孔的布置应该由曲轴强度，轴承负荷分布和加工工艺综合确定。 (1)设在低负荷区，保证润滑油出口阻力小，供油充分。 (2)从强度来讲，应选择在曲拐品面运转前方45度-90度处，即弯曲中型平面上，油孔开设位置如图所示 图6-2油孔 6.6 曲轴的校核 同上,用proe软件进行三维实体建模之后导入ansys进行有限元分析校核 28 邵阳学院毕业设计(论文) 图6-3曲轴三维视图1 图6-4曲轴三维视图2 29 邵阳学院毕业设计(论文) 图6-5曲轴的网格划分 图6-6曲轴应力云图 [15] 图6-6为Nodal solu中z方向的变形量 30 邵阳学院毕业设计(论文) 图6-7 曲轴应力云图 图6-7为Nodal solu y方向的变形量。 最大的应力在红色区域，如上图所示，经过分析验证，该曲轴符合条件。 31 邵阳学院毕业设计(论文) 结论 在本次柴油机零部件设计中，我在参考和测绘了S195型柴油机后，根据初始条件进行了气缸内热力学计算，活塞连杆组的运动学、动力学计算以及对活塞和连杆等关键零件的强度进行了有限元分析校核，从计算校核的结果看，其动力性、燃油经济性基本达到了同类产品中较好的水平。总体来说，S195柴油机的零部件设计基本满足了设计的要求，具有结构轻巧、移动方便、安装简单等特点，可以广泛的配套于农用机械。在经历了两个多月的辛苦工作后，我的S195柴油机零部件设计终于按期完成，在此期间，CAD工程图的绘制，Pro/e的三维建模等一系列的工作，让我的基础进一步巩固，不仅仅是一次本科期间专业技能上的终极锻炼，更培养了我持之以恒的做事品质和发现问题解决问题的能力，为我大学四年中的所学知识做了梳理和巩固，也为我今后到社会打下了坚实的基础。此次毕业设计的让我对柴油机的零部件有了较为彻底的了解，并学到了很多先前上课时学不到的知识。我相信这些收获必将为即将参加工作的我提供不少可借鉴之处。 32 邵阳学院毕业设计(论文) 参考文献 [1] 王志明.谈柴油机的零部件设计[J] 科技论坛, 2012.6: 2-3. [2] 谈机械零部件的新理念--创新设计[J] 科技致富向导, 2008.9: 4-7. [3] 袁士春 中高速内燃机气缸直径和活塞行程的最优设计[J] 大连水产学院学报, 2000.6:3-5. 柴油机设计手册(上册)[M].北京:中国农业机械出版社，1984: [4] 柴油机设计手册编辑委员会. 140-145. [5] 周龙保.内燃机学[M].北京:机械工业出版社,2005.1: 80-83. [6] 袁兆成. 内燃机设计[M]. 北京. 机械工业出版社,2008.5: 60-65. 柴油机设计手册(中册)[M].北京:中国农业机械出版社，1984: [7] 柴油机设计手册编辑委员会. 85-89. [8] 陈家瑞.汽车构造[M].上册.北京:机械工业出版社，2004.5: 75-78. [9] 王海容.材料力学[M].北京:中国水利水电出版社，20011.5: 102-105. [10] 潘存云.唐进元主编[M].机械原理.长沙:中南大学出版社，2011.11: 93-96. [11] 高卫国.钟丽萍主编[M].机械工程材料.长沙:中南大学出版社，2011.7: 98-101. [12] 徐学林.互换性与测量技术基础[M].湖南:湖南大学出版社，2005.1: 91-94. [13]裘文言.瞿元赏主编.机械制图[M].北京:高等教育出版社，2009.7: 80-85. [14]濮良贵.纪名刚编.机械设计[M].北京:高等教育出版社，2006.5: 205-209. [15]王庆五.ANSYS机械设计[M] . 北京: 机械工业出版社, 2006.1: 75-79. 33 邵阳学院毕业设计(论文) 致谢 最后，我要感谢我的导师袁文华教授，在此期间，他对我的毕业设计提出了很多宝贵的意见，为我毕业设计的顺利完成提供了很大大帮助，在此，深表感谢同时我还要感谢大学四年期间勤勤恳恳的教学，给我们知识甘霖滋润的各位老师，谢谢你们的辛勤教导。我还要感谢这四年陪我一起走过的同学们，谢谢大家对我的帮助，谨此献上最诚挚的祝福～ 34