柴油机整机设计说明书

中南林业科技大学本科毕业设计 S195 柴油机整机设计第 i 页目 录1 绪论 .12 柴油机工作过程的热力学分析计算 .12.1 原始参数 .12.2 选取参数 .22.3 计算参数 .33 柴油机动力计算及平衡 .53.1 已知数据 .53.2 动力计算 .73.3 平衡计算 .174 燃烧系统 .184.1 燃烧室的选型 .184.2 涡流室结构 .194.3 主燃烧室形状 .194.4 涡流室镶块 .194.5 改善冷启动性能的措施 .205 活塞组的设计 .205.1 概述 .205.2 活塞的选型 .205.3 活塞的基本设计 .215.3.1 活塞的主要尺寸 .215.3.2 活塞头部设计 .225.3.3 活塞销座的设计 .225.3.4 活塞裙部及其侧表面形状设计 .225.3.5 活塞与缸套配合间隙 .235.3.6 活塞重量的参考值 .235.3.7 活塞强度计算 .235.3.8 活塞的冷却 .245.5.9 活塞的材料及工艺 .245.4 活塞销的设计 .245.4.1 活塞销的结构及尺寸 .245.4.2 轴向定位 .245.4.3 活塞销和销座的配合 .255.4.4 活塞销的强度校核 .255.4.5 活塞销材料及强化工艺 .26中南林业科技大学本科毕业设计 S195 柴油机整机设计第 ii 页6 连杆组的设计 .266.1 概述 .266.2 连杆的结构类型 .266.3 连杆的基本设计 .266.3.1 主要尺寸比例 .266.3.2 连杆长度 .276.4 连杆小头设计 .276.4.1 连杆小头结构 .276.4.2 小头结构尺寸 .276.4.3 连杆衬套 .286.5 连杆杆身 .296.6 连杆大头 .296.6.1 连杆大头结构 .296.6.2 大头尺寸 .296.7 连杆强度的计算校核 .306.7.1 连杆小头的校核 .306.7.2 连杆杆身的校核 .377 配气凸轮的设计 .397.1 凸轮外形设计得任务和要求 .397.2 凸轮设计主要参数的选择和限制条件 .397.3 缓冲曲线设计 .397.4 凸轮的选型及计算 .408 机体的设计 .478.1 机体结构形式的选择 .478.2 机体材料的选择 .488.3 机体外形轮廓尺寸的决定 .488.4 提高机体刚度与强度的措施 .489 油底壳设计 .4910 气缸套设计 .5010.1 设计要求 .5010.2 结构设计 .50结论 .52致谢 .53参考文献 .54中南林业科技大学本科毕业设计 S195 柴油机整机设计第 1 页1 绪论从 1860 年首台内燃机诞生以来，经过了百余年的发展，其给人类带来的生产力的提高和对生活得便利使得内燃机工业业已成为人类文明中不可替代的部分。但是，人类追求进步的脚步远没有停止，内燃机的发展远远没有达到其顶点，在动力性、经济性和排放性方面还在不断地改进。作为动力输出源的内燃机，柴油机，其在动力性以及油耗性上比汽油机的优越性以使其成为工程机械、农用机械套动力装置中不二的选择，因此对柴油机的研究和改进已成为各大发动机生产商的重大战略。S195 型柴油机是小型卧式、单缸、四冲程、蒸发水冷式发动机。具有结构轻巧、移动方便、安装简单、运转平稳、操作简易和工作可靠等特点，除基本型外，还有电起动、凝汽水冷却等多个变型品种，适宜多种配套。可配套手扶拖拉机、小四轮拖拉机、小型排灌、船用机组、发电机组、空压机组以及农副业加工的动力装置，如脱粒机、碾米机、磨粉机、饲料粉碎机等，在我国工农业生产中得到广泛应用。本课题在参考国内现有同型号柴油机经典结构的基础上进行整机设计，力争使得柴油机的性能达到较好的水平，结构力争紧凑。2 柴油机工作过程的热力学分析计算2.1 原始参数原始参数及已知条件1） 柴油机型号：S195；2） 燃烧室型式：涡流式；3） 增压方式：非增压；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；中南林业科技大学本科毕业设计 S195 柴油机整机设计第 2 页8） 排量：0.815L；9） 标定功率 ：8.8kw （12PS） ；eN10） 标定转速：2000 rpm；11） 怠速转速： 800 rpm；12） 额定功率时最低燃油消耗率： 258.4g/kw.h；13） 压缩比 ：20；14） 冷却方式：水冷；15） 净质量：145kg；16） 润滑方式：压力润滑+飞溅润滑；17） 启动方式：电启动；18） 燃料重量成分：0.86C0.13H0.01O ；19） 燃料低热值 ：10140kcal/kg；uH20） 环境温度 ：293K；0T21） 环境压力 ：1.0 。p2/cmkgf2.2 选取参数1） 最高爆发压力 ：75 ；zp2/ckgf2） 过量空气系数 ：1.20；3） 残余废气系数 ：0.03r4） 进气受热增加温度 ：20 ；T5） 排气温度 ：800K ；r6） 排气管压力 ：1.1 ；rp2/cmkgf7） 进气系统压力 ：1.0 ；s8） 压缩多变指数 ：1.368；1n9） 膨胀多变指数 ：1.22；2中南林业科技大学本科毕业设计 S195 柴油机整机设计第 3 页10） 热量利用系数 ：0.7；11） 示功图丰满系数 ：0.94；f12） 机械效率 ：0.72；m13） 扫气系数 ：1.0；s14） 压缩始点压力 ：0.85 ；ap2/cmkgf15） 进排气重叠角： 2.3 计算参数1） 汽缸工作容积： ；0815.095.422 SDVh 3m2） 压缩终点容积： ；43.18c3） 燃烧 1 公斤燃料理论所需空气量： 0.94522.0OHCL；kgmol/4） 进气充量公斤摩尔数： ；593.01Mkgmol/5） 燃烧产物公斤摩尔数： ；62.042OHLkl/6） 理论分子变更系数： ；5.107） 实际分子变更系数： ；04.0r8） 进气系统温度： ；KTs29309） 压缩始点温度： =326 K；rsa110） 充量系数： ；784.0raszvTp11） 压缩终点气缸压力： ；.91nc2/cmkgf中南林业科技大学本科毕业设计 S195 柴油机整机设计第 4 页12） 压缩终点温度： ；KTnac973113） 压力升高比： ；50.czp14） 定容燃烧终点温度： ；Tcy14615） 最高燃烧温度： )(524)1(986.)()1()( 12 dcmprudmpz tcMHct 其中 可由图 2-1 查得：图 2-1 不同 值时，柴油完全燃烧产物平均摩尔比热 值与温度 的关系mpc)(t=8.50；故 =2230 K；mpc)(zt16） 初期膨胀比： ；592.1czdT中南林业科技大学本科毕业设计 S195 柴油机整机设计第 5 页17） 燃烧终点气缸容积： ；307.mVcz18） 膨胀终点气缸压力： ；49.)(2nbp2/ckgf19） 膨胀终点温度： ；KTz185220） 理论平均指示压力： )1()(1)(1122 nnci np =10.03 ；2/mkgf21） 实际平均指示压力： ；43.9ifip2/cmkgf22） 平均有效压力： ；78.6imc23） 有效功率： ；PSnZVNhe129.024） 指示热效率： ；396.086svuii pHTM25） 有效热效率： ；25.ime26） 有效燃油消耗率： ；hPSggeue /163027） 进气流量： 。skZnRTVpGsshs /024.243 柴油机动力计算及平衡3.1 已知数据1）气缸直径 D：95mm；活塞行程 S： 115mm；曲柄半径 R：57.5mm；连杆长度 ：210mm；l中南林业科技大学本科毕业设计 S195 柴油机整机设计第 6 页曲柄半径与连杆长度比 ；2738.0lR活塞面积 ；265.784cmDFp标定功率 ：8.8kw （12PS） ；eN标定转速：2000 rpm；曲轴旋转角速度 ；sradn/210322/410srad曲轴销中心的切向速度 ；mR75.曲柄销中心的切向加速度 ；22/3s活塞平均速度 ；sSnCm/6.302）往复运动质量 j活塞组实测重量 1.365kg。其中，活塞 0.9kg，活塞销 0.365kg，挡圈0G（两只）0.005kg，油环（一只）0.03kg，气环（三只）0.065kg。连杆组质量的换算：连杆组实测重量 =2.315kg。其中，连杆体（包括连杆盖、套管及连杆衬c套）1.893kg，连杆轴瓦（两片）0.11kg，连杆螺钉（两只）0.124kg，保险铅丝（一根）0.008kg。将连杆体用称重法得其重量分配比为 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）旋转运动质量 rm中南林业科技大学本科毕业设计 S195 柴油机整机设计第 7 页曲柄质量的换算见图 3-1：图中曲柄臂的椭圆部分对称于曲轴旋转中心，故不必换算。计算曲柄图示部分的重量及其重心至曲轴旋转中心线的距离为：图 3-1 曲柄质量换算用图， ；kgGI71.0cmI6.7， ；I8.I5.， ；kgI563.0cI7.其中，I 部分表示平衡块，即 ， 。kgGb1.0cm6.7故 kgRGIIb 2.05.863. skggmcbdr /1470).27.0(123.2 动力计算1）运动分析及动力计算（1）运动参数的计算 活塞运动规律计算公式：活塞位移：中南林业科技大学本科毕业设计 S195 柴油机整机设计第 8 页)sin1(cos1 2rx活塞速度： rxv活塞加速度： 2)cos(ra连杆摆角： )inrcs以上个参数具体位置见图 3-2 曲柄连杆机构简图所示。计算活塞在一个循环内各位置的运动规律，结果如表 3-1 所示。画出活塞运动规律曲线图，如图 3-3 所示。图 3-2 曲柄连杆机构简图表 3-1 S195 柴油机活塞运动规律计算表曲轴转角 )(连杆摆角 )()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