发动机课程设计概要

1、河北工程大学装备制造学院机械设计基础课程设计1目录第一章绪论. 31.1选题的初衷.31.2研究内燃机的目的和意义 .31.3内燃机简介.41.4内燃机的分类.41.5单缸内燃机介绍.5第二章 内燃机的结构及工作原理 . 62.1单缸内燃机构造及工作原理 .6第三章 内燃机部分参数的确定 . 83.1选择甲醇机.83.2内燃机冲程数的选择 .83.3冷却方式的选择 .93.4汽缸数和布置方式的选择 .93.5燃烧室型式的选择 .93.6原始参数的选择 .10第四章热计算. 124.1燃料的燃烧化学计算 .124.2燃气过程参数的确定与计算 .134.3压缩终点参数的确定 .144.4燃烧过程终

2、点参数的确定 .144.5膨胀过程终点参数的确定 .154.6指示性能指标的计算.154.7有效指标的计算 .16第五章主要部件的设计. 165.1气缸.165.2汽缸盖.195.3活塞.205.4曲轴.215.5连杆.235.6润滑.235.7汽化器.23第六章连杆强度计算. 246.1给定条件 .246.2连杆体几何参数.246.3起动工况时连杆体强度校核 .25河北工程大学装备制造学院机械设计基础课程设计26.4额定工况时的强度校核 .25第七章活塞销强度的计算. 267.1已知条件.267.2弯曲应力计算.277.3最大剪应力计算.287.4活塞销的椭圆变形及应力分布 .28第八章、设

3、计小结. 29附录（Solidworks 建模图片）. 30参考文献. 33河北工程大学装备制造学院机械设计基础课程设计3摘要内燃机是我国机械发展跨行业、跨部门最多的行业，可广泛应用于包括汽车、 工程机械、农业机械、船舶、内燃机车、内燃机发动设备、地质石油钻机、军用 各种机械等产品，是上述各种产品的心脏，因此，内燃机行业的发展对我国工业、 交通运输、农业、国防建设以及人民生活都有十分重大影响。但由于内燃机分类 较多，结构复杂，加上技术与条件的限制，所以本设计主要以结构简单，制造成 本低廉的航模二冲程单缸发动机为模型，对其主要零部件建立基于Solidworks的三维数字化虚拟模型，并对各零部件进

4、行了数字化虚拟装配。关键词：内燃机；Solidworks ;三维建模；运动分析第一章绪论1.1 选题的初衷内燃机是我国机械发展跨行业、跨部门最多的行业，可以广泛应用于包括汽 车、工程机械、农业机械、船舶、内燃机车、内燃机发动设备、地质石油钻机、 军用各种机械等产品上，是上述各种产品的心脏，因此，内燃机行业的发展对我 国工业、交通运输、农业、国防建设以及人民生活都有重大影响。1.2 研究内燃机的目的和意义在竞争激烈的 21 世纪，内燃机面临着更多方面的挑战，在节约能源、燃料多 样化、提高功率、延长寿命、提高可靠性、降低排放和噪声、减轻质量、缩小体 积、降低成本、简化维护保养等方向上对内燃机工艺要

5、求越来越高。天然气、醇 类、植物油及氢等新型燃料将为内燃机增添新活力，而内燃机电子控制技术在提高 品质同时也延长了内燃机行业的“生命”。新材料与工艺技术革命，为 21 世纪内燃机发展产生了新推动力。21 世纪的内燃机，将会在经济发展和社会进步上发挥 更重要的作用。因此，研究该课题对内燃机行业的发展具有重要意义。河北工程大学装备制造学院机械设计基础课程设计41.3 内燃机简介内燃机，是一种动力机械，它是通过燃料在机器内燃烧，并将其释放出来的 热能直接转化为动力的热力发动机。广义上的内燃机不仅仅包括往复活塞式内燃机、旋转活塞式发动机与自由活 塞式发动机，还包括旋转叶轮式燃气轮机、喷气式发动机等，但

6、通常所说的内燃 机是活塞式内燃机。活塞式内燃机以往复活塞式最普遍。活塞式内燃机将燃料和空气混合，在气 缸内燃烧，释放出的热能使气缸内产生高温高压的燃气。 燃气膨胀推动活塞做功， 再通过曲柄连杆机构将机械能输出，驱动机械工作。1.4 内燃机的分类内燃机的分类方法很多，按照不同的分类方法可以把内燃机分成不同的类型， 下面让我们来看看内燃机是怎样分类的。1.4.1 按照所用燃料分类内燃机按照所使用燃料的不同可分为汽油机和柴油机。使用汽油为燃料的内 燃机称为汽油机； 使用柴油机为燃料的内燃机称为柴油机。 汽油机与柴油机比较 各有特点； 汽油机转速高，质量小，噪音小，起动容易，制造成本低；柴油机压 缩比

7、大，热效率高，经济性能和排放性能都比汽油机好。近年来又成功发展起来 一系列的甲醇航模发动机。142 按照行程分类内燃机按照完成一个工作循环所需的行程数可分为四行程内燃机和二行程内 燃机。把曲轴转两圈(720 )，活塞在气缸内上下往复运动四个行程， 完成一个工 作循环的内燃机称为四行程内燃机； 而把曲轴转一圈(360 )，活塞在气缸内上下 往复运动两个行程，完成一个工作循环的内燃机称为二行程内燃机。汽车发动机 广泛使用四行程内燃机。1.4.3 按照冷却方式分类内燃机按照冷却方式不同可以分为水冷发动机和风冷发动机。水冷发动机是利用在气缸体和气缸盖冷却水套中进行循环的冷却液作为冷却介质进行冷却的；而

8、风冷发动机是利用流动于气缸体与气缸盖外表面散热片之间的空气作为冷却介 质进行冷却的。水冷发动机冷却均匀，工作可靠，冷却效果好，被广泛地应用于 现代车用发动机。河北工程大学装备制造学院机械设计基础课程设计5144 按照气缸数目分类内燃机按照气缸数目不同可以分为单缸发动机和多缸发动机。仅有一个气缸 的发动机称为单缸发动机；有两个以上气缸的发动机称为多缸发动机。如双缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸发动机。航模发动机多采用 单缸发动机。1.4.5 按气缸排列方式分类内燃机按照气缸排列方式不同可以分为单列式和双列式。单列式发动机的各 个气缸排成一列，一般是垂直布置的，但为了降低高度，有

9、时也把气缸布置成倾 斜的甚至水平的；双列式发动机把气缸排成两列，两列之间的夹角180 （般为 90 ）称为 V 型发动机，若两列之间的夹角=180称为对置式发动机。1.4.6 按照进气系统是否采用增压方式分类内燃机按照进气系统是否采用增压方式可以分为自然吸气（非增压）式发动机和强制进气（增压式）发动机。汽油机常采用自然吸气式；柴油机为了提高功率有 采用增压式的。1.5 单缸内燃机介绍1.5.1 单缸内燃机简介单缸内燃机是所有内燃机中最简单的一种， 只有一个气缸，是发动机的基本形 式。单缸发动机工作时，曲轴每转过一圈（二冲程）或者两圈（四冲程），气缸内 部的混合气体点火燃烧一次，从声音和振动上能

10、明显感觉到发动机的工作时断续 的。如果从工作的连贯性来看，单缸发动机工作不平衡，转速波动比较大，容易熄火。但是它的结构简单，制造成本低，维护容易，是航模用发动机的首选1.5.2 单缸发动机特点量的多缸发动机相比，单缸发动机工作时只有一套机件在运转，因此致使运 动件的惯性力得不到抵消，所以振动较大。转速越高，振动越明显。还有，单缸 发动机运动件的尺寸较大，不利于发动机提高转速，并且随着发动机的排量增加 而更加明显。因此单缸发动机排量越大，升功率越小。单缸发动机结构较简单，与同排量的多缸发动机相比，具有重量轻，结构尺 寸小的特点，使用单缸发动机有利于减轻重量，所以提高了操控的灵活性。河北工程大学装

11、备制造学院机械设计基础课程设计6由于单缸发动机有以上特点，所以，250CC 以上的越野摩托车多采用单缸发动机，此外超级运动摩托车大都也装用单缸发动机。在普通的摩托车中， 一般 125CC 以下小型摩托车大都采用单缸发动机,在航模中一般多采用 15CC以下单缸发动机。第二章 内燃机的结构及工作原理2.1 单缸内燃机构造及工作原理2.1.1 单缸内燃机的构造发动机是一种由许多机构和系统组成复杂机器。无论是汽油机、甲醇机，还 是柴油机；无论是四行程发动机，还是二行程发动机；无论是单缸发动机，还是 多缸发动机。要完成能量转换，实现工作循环，保证长时间连续正常工作，都必 须具备以下一些机构系统。1).曲

12、柄连杆机构曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动零件。它由 机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成。在作功行程中，活塞承受燃气压力在 气缸内作直线运动，通过连杆转换成曲轴的旋转运动，并从曲轴对外输出动力。 而在进气、压缩和排气行程中，飞轮释放能量又把曲轴的旋转运动转化成活塞的 直线运动。2).配气机构配气机构的功用是根据发动机的工作顺序和工作过程，定时开启和关闭进气 门和排气门，使可燃混合气或空气进入气缸，并使废气从气缸内排出，实现换气 过程。配气机构大多采用顶置气门式配气机构，一般由气门组、气门传动组和气 门驱动组组成。3) .燃料供给系统汽油机燃料供给系的功用是根据发动机的

13、要求，配制出一定数量和浓度的混 合气，供入气缸，并将燃烧后的废气从气缸内排出到大气中去；柴油机燃料供给 系的功用是把柴油和空气分别供入气缸，在燃烧室内形成混合气并燃烧，最后将 燃烧后的废气排出。4) .润滑系统河北工程大学装备制造学院机械设计基础课程设计7润滑系的功用是向作相对运动的零件表面输送定量的清洁润滑油，以实现液 体摩擦，减小摩擦阻力，减轻机件的磨损。并对零件表面进行清洗和冷却。润滑 系通常由润滑油道、机油泵、机油滤清器和一些阀门等组成。5) .冷却系统冷却系的功用是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证发动机在最 适宜的温度状态下工作。水冷发动机的冷却系通常由冷却水套、水泵、风扇

14、、水 箱、节温器等组成。风冷主要靠其散热片与外界进行热量的交换。6) .起动系统要使发动机由静止状态过渡到工作状态，必须先用外力转动发动机的曲轴， 使活塞作往复运动，气缸内的可燃混合气燃烧膨胀作功，推动活塞向下运动使曲 轴旋转。发动机才能自行运转，工作循环才能自动进行。因此，曲轴在外力作用 下开始转动到发动机开始自动地怠速运转的全过程，称为发动机的起动。完成起 动过程所需的装置，称为发动机的起动系。甲醇机由以上两大机构和四大系统组成，即由曲柄连杆机构、配气机构、燃 料供给系、润滑系、冷却系和起动系组成，甲醇机是压燃的，不需要点火系。汽 油机由以上两大机构和五大系统组成，即由曲柄连杆机构，配气机

15、构、燃料供给 系、润滑系、冷却系、点火系和起动系组成。2.1.2 二冲程发动机工作原理二冲汽油程发动机的工作循环包括进气、压缩、做功、排气四个过程，不过这些过程的完成仅需要活塞两个行程或者说曲轴旋转一周。二冲程汽油机工作循 环，其进、排气均由活塞控制。第一行程 在曲轴的带动下，活塞由下止点向上止点运动，当活塞将换气孔、 排气孔、进气孔都关闭了时，活塞开始压缩进入气缸的混合气体，同时在活塞下 方的曲轴箱内形成了一定的真空度， 因此当进气孔开启时， 化油器供应的混合气 被吸入曲轴箱内， 直到活塞到达上止点，完成压缩和进气行程。第二行程 当活塞接近上止点的时候，火花塞产生电火花，点燃混合气，燃 烧后

16、形成高温、高压的气体，推动活塞向下止点运动并做功。当活塞下行到关闭 进气孔后，活塞下方曲轴箱内可燃混合气被预压。当活塞下行至排气孔开启的时 候，废气靠自身压力经排气孔而排出，紧接河北工程大学装备制造学院机械设计基础课程设计8着换气孔开启了，曲轴箱内预压的混 合气经换气孔进入气缸，并扫除气缸内的废气，这一过程为做功和排气行程。第三章 内燃机部分参数的确定3.1 选择甲醇机甲醇机具有转速高、重量轻、噪音小、易启动、造价低等特点。因此它在模型用发动机 等方面广泛应用。因此，本设计采用甲醇机。3.2 内燃机冲程数的选择二冲程发动机的优点：1).二冲程发动机没有阀，大大的简化的其结构，并且减轻了自身的重

17、量。2) .二冲程发动机每一回转就会点火一次，二四冲程发动机每隔一次回转才 点火一次。这付与二冲程发动机重要的动力基础。3) .二冲程发动机可以在任何方位运转，这个在某些设备，如链锯上就很重 要。标准的四冲程发动机可能在油料晃动时候发生故障，除非是直立着的。解决 这个问题就可以很大程度增加发动机的灵活性。这些优点使二冲程的发动机更加轻便，简易，制造成本更低廉。二冲程 发动机另外还有将双倍的动力装进同一空间内的潜力，因为它每一回转就有 双倍的动力冲程。 轻便和双倍动力的结合使它与许多四冲程发动机相比具有 更好的“推重比 ”。因此，本设计采用二冲程发动机为模板。3.3 冷却方式的选择通常内燃机有两

18、种冷却方式：水冷式和风冷式（空气冷却）系统由于水冷 系统冷却均匀，冷却强度高，运转噪音小，因此得到了广泛运用。在农用、汽车 发动机上大多是水冷系统而风冷系统具有结构简单，内燃机重量较轻，不用冷 却水，使用维修方便，制造成本低；对环境适应性强；热惯性小，暖机时间短， 易起动等优点。但最大的缺点是热负荷高，工作噪音大，河北工程大学装备制造学院机械设计基础课程设计9它仅在一些小型汽油机 和摩托车上被广泛使用。在军用车辆和高原干旱地区使用的动力中也有应用。在 航模领域则广泛使用甲醇发动机。因此选用风冷系统。3.4 汽缸数和布置方式的选择和同排量的多缸发动机相比，单缸发动机工作时只有一套机件在运转，因此

19、 致使运动件的惯性力得不到抵消， 所以振动较大。转速越高，振动越明显。还有, 单缸发动机运动件的尺寸较大，不利于发动机提高转速，并且随着发动机的排量 增加而更加明显。因此单缸发动机排量越大，升功率越小。由于单缸发动机结构较简单，与同排量的多缸发动机相比，具有重量轻，结 构尺寸小的特点，使用单缸发动机有利于减轻重量，所以提高了操控的灵活性及 推重比。因此本设计米用单缸，直列式。3.5 燃烧室型式的选择燃烧室的形式不仅关系到整机性能指标，而且在很大程度上决定了气缸盖和 活塞顶的结构，其选型的主要依据是气缸直径，转速和使用要求。对柴油机燃烧室的型式主要有直喷式（浅盆型、深坑型、球型）和分隔式、 涡流

20、室、预燃室）两大类五种型式。对汽油机燃烧室的型式主要有侧置气门燃烧室（L 型）和顶置气门燃烧室（楔形、浴盆形、碗形、半球形）。目前航模用甲醇机中几乎全部是采用侧置气门燃烧 室。根据该机型的设计要求汽油机选用 L 型燃烧室。3.6 原始参数的选择1 压缩比&压缩比&是影响内燃机性能指标的重要结构参数，提高压缩比可以提高内燃 机的功率和经济性。对汽油机的提高主要受爆燃的影响。表现为燃料的辛烷值、燃烧室形状及 排放的限制，可以按下面的经验数据选择。甲醇机的辛烷值 100-107河北工程大学装备制造学院机械设计基础课程设计10侧置气门燃烧室 =6.2-7.0顶置形燃烧室=8.0-9.0

21、小客车有汽油机 =6.0-10 载重车用汽油机 =6.5-8.0预燃室燃烧室 =18-22该机型压缩比取 6.5。2 过量空气系数；过量空气系数a是反映混合气形成和燃烧完善程度及整机性能的一个指标。对于汽油机整个运行过程中，可遇到a1 的所有情况，在全负荷时的取值范围：a=0.85-1.1.通常选定标定工况时1.该机型过量空气系数：a=0.9。3 残余废气系数加残余废气系数&值的的大小，反映气缸中残余废气量的多少。其值主要与压 缩比、排气终点参数（Pr，Tr）、气门重叠角及是否扫气有关。当Pr/Tr 比值增大&减小时，废气的密度和燃烧室所占容积比例都增加，&值便随之增大

22、；组织扫气与不组织扫气相比，心值降低；气门重叠角增大时，咖值降低。通常四冲程甲醇机：&=0.060.16 二冲程在其上增加 2030%。该机型残余废气系数咖取 0.2。4. 进气温升AT新鲜充量在进入气缸的过程中，受到高温零件加热和充量动能转化为热能的 影响。使新鲜冲量得到AT的温升，引起进气温度的提高。二冲程汽油机：AT=030C,该机型进气温升AT取 10C。5. 热量利用系数Z热量利用系数Z是 Z 点（显著燃烧终点）时刻的燃料燃烧放出热量的利用系 数。它是用以反映实际燃烧过程中燃烧不完善、通道节流、高温分解和传热等损 失程度大小的一个重要参数，它的数值主要受到内燃机燃烧品质的影响

23、。凡是能 改善燃烧过程、减少传热损失的因素一般都有利于Z的提高。如转速的提高，促使过后燃烧增强，Z减小；采用分隔式燃烧室的柴油机，具有较大的传热损失，Z比直喷式柴油机的小；增压后，燃烧产物的高温分解现象减少，Z可提高。河北工程大学装备制造学院机械设计基础课程设计11甲醇机：Z=0.850.95，该机型热量利用系数Z取 0.9。6. 示功图丰满系数ii是把实际循环中的时间损失和部分换气损失在理论循环中给予考虑。此值越小，表示时间损失和换气损失越大。的数值与转速、排气提前角、供油提前角、 点火提前角等因素有关。上述因素的数值越大，则i越小。示功图丰满系数范围：i=0.920.97，该机型示功图丰满

24、系数i取 0.95。7. 机械效率nm机械效率nm是评定内燃机指示功率转换为有效功率的有效程度。二冲程汽油机nm=0.500.60,该机型机械效率nm取 0.50。8. 平均多变压缩指数 n平均多变压缩指数 n主要受工质与气缸壁间热交换及工质泄漏情况的影响。凡是使缸壁传热量及气缸工质泄漏量减少的因素均使n 提高。河北工程大学装备制造学院机械设计基础课程设计12当内燃机转速提高时、热交换的时间缩短、向缸壁传热量及气缸工质泄漏量 减少，则 n增大。当负荷增加、采用空冷、采用大气缸直径时、气缸温度升高、 相对传热量损失减小、则n增大。此外提高&和进气终点温度，则 n减小。甲醇机：n =1.3

25、2 1.38,该机型平均多变压缩指数 n取 1.34。9平均多变膨胀指数 n平均多变膨胀指数 n主要取决于后燃的多少、工质与气缸壁间的热交换及泄 漏情况。凡是使后燃增加、传热损失减小、漏气量减小的因素均使n减小。通常保持 n较高值可提高循环效率和内燃机工作可靠性。当转速增加时，后燃增加、传热损失和漏气量减小，则 n减小；负荷增大时, 后燃增加，则 n减小；气缸尺寸增大时，传热损失和漏气量减小，则n减小。甲醇机：n =1.2 0 1.28，该机型平均多变膨胀指数 n取 1.24。第四章热计算该方法是一种近似的、半经验的估计方法，它是根据热力计算公式，对内燃 机各热力参数、指示参数进行计算，其计算

26、结果的精确性依赖于大量经验数据的 选择是否恰当，它对内燃机的设计有一定的指导意义。工况选择：标定工况根据 GB1105 74 陆用内燃机大气条件为：大气压力：Po=1OOKPa环境温度：To=298K相对湿度机=60%4.1 燃料的燃烧化学计算表2-1选择燃料的有关参数沸点碳原子数燃料(C)分子量低热值应用范围元素成分（重量%）河北工程大学装备制造学院机械设计基础课程设计13甲醇200C5-C110.8550.1450951204417143航模用甲醇59611 理论空气量 Lo的计算 l(gc12gH4_g32)/0.21Lo=0.8555/120.145/4 -0)/0.21=0.5122

27、 理论分子变化系数e的计算P0=1 0.211- I。gh/4-1/ml/(a01/mr)=1+0.21 0.1 0.512 0.145亠4 1“ 110/(0.9 0.51211“ 110)=2.2033实际分子变化系数 卩的计算(r)/(1 】)=(2.203+0.09)/(1+0.09)=1.0464 不完全燃烧而引起的热量损失Hu 计算：Hu=61100(1 -a)=61104.2 燃气过程参数的确定与计算1 进气终点压力 Pa的确定航模用甲醇机：Pa= (0.800.90) P0,该机型进气终点压力 Pa取 0.90F0。2 排气终点压力 Fr和温度 Tr的确定甲醇机：Fr= (1.

28、051.15) F0, Tr=9001100K,该机型排气终点压力 Fr取 1.05F0=105KPa温度 Tr取 900K。3.进气终温度 Ta的计算T(T TrTr)/(Vr)(2-5)=(298+10+0.09 900) / (1+0.09)=357K(2-1)(2-2)(2-3)河北工程大学装备制造学院机械设计基础课程设计14航模用机：Ta=340380K,所以计算结果合适。4.充气效率n的计算=-lPaaTs-(2-6)(一1)TaPs(1r)=0.788甲醇机：n=0.750.85,所以计算结果合适。4.3 压缩终点参数的确定Pc二叮(2-7)=1.46MPal-Ta(2-8)=7

29、23.576K航模用甲醇机：Pc=0.82MPa, Tc=600750K,所有计算结果基本合适。4.4 燃烧过程终点参数的确定1. 终点压力 PZ及压力升高比入确定甲醇机选取入值甲醇机的入=04.0 取入=0 在由下式计算 PZPzPc(2-9)=1.46M.0=5.84MPa甲醇机：Pz=3 6.5MPa, =2.04.0所以计算结果合适。2.终点温度 TZ的确定河北工程大学装备制造学院机械设计基础课程设计15TZ=2200K(2-10)河北工程大学装备制造学院机械设计基础课程设计16一般甲醇机 TZ=22002800K 符合要求。3初期膨胀比的计算甲醇机匸二vz/Vc二JTZ/ -TC =

30、14.5 膨胀过程终点参数的确定1 后期膨胀比s的计算5=%=8.02 膨胀终点压力 Pb温度 Tb的计算性能指标的计算Pb=Pz/ =0.443M PaTb=Tz/&= 1335.76K(2-14)甲醇机 Pb=0.30.6MPaTb=12001400K 上述结果符合要求。4.6 指示性能指标的计算1 平均指示压力 Pi=0.712MPaPi=Pii=0.677MPa2指示热效率n=0.33b =3.6 106/(HuJ=247.93 g/(kw h) 甲醇机：bi=344218 g/(kw.h), 所以计算结果合适。Pij苗1(2-15)(2-10)(2-13)(2-16)i=8.

31、314aloTsHuPS v(2-17)(2-18)河北工程大学装备制造学院机械设计基础课程设计174.7 有效指标的计算1 平均有效压力Pme=0.802MPa甲醇机：Pme=0.65 1.20MPa, 所以计算结果合适。2 有效热效率nem= 0.44 0.8=02463 有效燃油消耗率bebe=3.6 106/（Hu e）=309.92（g/kw h）甲醇机 be=270410g/（kw.h）,所以计算结果合适。第五章主要部件的设计注：以下数据参照原型机得到，型号 TOKI-JAPAN.5.1 气缸设计二冲程发动机时，排气口，扫气口，进气口的尺寸和开关上时间，是影响发动机 性能的重要因素

32、。各气口的开口面积依发动机的大小和转速而定，即以Z值表示气缸容积为1立方米时的（时间）*（面积）。可用这个数值计算各气口的大小，其计算公式如下：（1）气口开口面积Z通常所能使用的Z值如下：(2-19)(2-20)(2-21)河北工程大学装备制造学院机械设计基础课程设计18排气Ze=5090扫气Zs=3355（厘米2秒/米3）暂取62（厘米2秒/米3） 暂取38进气Zi=50100（厘米2秒/米3） 暂取69（2）气口开关时间-一般进气口时间范围如下：排气下死点前后6580o暂取70o扫气下死点前后5265o暂取62进气下死点前后5570o暂取60（3）根据气口开口面积Z计算开口大小排气口和扫气

33、口靠活塞上边缘开关，进气口靠活塞裙部开关。（4）排气口和扫气口的大小1排气口和扫气口的高度HEH I排吒口劭扫吒口的嵩庚图中：I-连杆长度（厘米）、r-曲柄半径（厘米）K=r/IS-行程（厘米）=-自下死点起曲轴转角x-活塞距下死点位置（厘米）a =12_ r2sin2-x二a r（1cos I二STM一K2sin2扁 一K cos B + K一1丨式中：T -2K若气口开关时，v -= H贝U：H=S.T根据不同的K值及相对于下死点的扫，排气口开关时间入计算T值时，用图解法比较方便（参看图3）。2排气口的扫气口的宽度河北工程大学装备制造学院机械设计基础课程设计19180河北工程大学装备制造学

34、院机械设计基础课程设计20式中：A-气口面积-气口开启时间（弧度）-气口关闭时间（弧度）F-曲轴转角为71时的气口开关面积（厘米2）,因为是活塞控制式，故 K 是对称的。设气口开关时间为山，则：图1中活塞位移x的气口面积F为:F = Mx0- X)则：(#1 K2sin2e0_KcosB0d日-气口宽度(J - K2sin280d 8 + K需cos 80d8 )360 （Ji _K2sin2日0_ Kcos%）一E（日0a） +Ksin e01根据K, %，计算B,用图解法比较方便（见图3）。另外，A和Z有下列关系:A = 6 乂 N Z式中：V0-排量（米3）N-转速（转/分）根据上式，则

35、：Ki甘、柑弋口开矢时闻（5）进气口的大小1进气口的高度Hi进气口由活塞裙部开关，计算方法同上:A=360Fd-36Li31L为:河北工程大学装备制造学院机械设计基础课程设计21Hi=s Ti1+ k - Kcos H - / _K2sin2日1Ti =-2K进气口的宽度Li计算方法同上：l采用以上方法，便能算出各气口的尺寸，但对扫气口来说，不仅要计算大小，而且还 要选择扫气方向，这样才能得到最佳扫气效率。图4所示为通常采用的各种气口形状以及扫气方向。阳4气口賂状和幻气方向气缸参数表气口面积进气口八小262 mm排气口TT238 mm扫气口69 mm2缸径气缸咼度15.5mm30.34mm5.

36、2 汽缸盖（1）燃烧室燃烧室的形状根据活塞顶的形状，火花塞位置和混合气体的完全燃烧而定，此外，尚应考虑充量系数。提高压缩比可增加功率， 减少油耗和提高热效率， 但是由于爆震，压缩比的增加有一定限 度。为了避免爆震，除提高燃油辛烷值外，还要提高机械辛烷值，即燃烧室的形状要设计的 理想。1缩小燃烧室的表面积和燃烧室容积之比，以缩短火焰传播距离。2使混合气体产生涡流并有适当的紊流，以增加燃烧速度。LiAiBiBi360F & a) + K sin 8i则：Ai=6 V0N Zi6VN Zi-(K2sin2引 K cos ri)引扫吒通迅河北工程大学装备制造学院机械设计基础课程设计223增大末

37、端气体处的表面积和容积之比，以防止温度上升。以末端气体处称为冷却区。（2）燃烧室的种类图8实际燃烧室的示例。（3）压缩比的计算二冲程发动机的压缩比，通常按下式计算，他称为实际压缩比。式中：Vc-活塞在上死点时的燃烧室容积（厘米3）Vs-从排气口关闭到上死点的工作容积（厘米3）为了能使发动机具有更好的工作性能与适应性能，故将发动机的燃烧室设计为可变容积的燃 烧室。5.3 活塞（1）形状活塞顶为球面或平面，活塞厚度最近趋向于顶部厚，裙部薄。活塞销座内侧与连杆小头应 有间隙，并承受连杆（经活塞销）的推力。防止活塞的撞击声，采用活塞销孔向推力侧偏移 的结构，它已用于四轮车。（2）结构如图10所示，几乎

38、所有的活塞都采用椭圆形结构，椭圆度为0.080.12左右。活塞和气缸内径的间隙，根据各种发动机的形式而定。缸径为20毫米的风冷铸铁气缸, 间隙是0.070.1毫米，银铬铝气缸间隙为0.030.05。（3）材料压缩比（实际）VCvsH10 1SK护思廈河北工程大学装备制造学院机械设计基础课程设计23使用TP2.（磷脱氧铜）。河北工程大学装备制造学院机械设计基础课程设计24活塞参数表活塞尺寸直径：15mm高度：12mm面积：176.71mm2活塞形状：活塞顶为球面，活塞销孔向推力侧偏移。活塞结构：米用椭圆形结构，椭圆度为0.080.12左右材料：TP2.（磷脱氧铜）5.4 曲轴曲轴诸元素发动机低速

39、高速缸心距 L0四冲程二冲程(1.61.8)D(1.61.8)D(在个别情况下达 2.0D)(1.131.4)D(1.351.8)D曲轴销直径 dp（0.60.75）D（在个别情况下达 1.00 以上）(0.570.85)曲柄销空心孔径 dp。(0.40.5)dp(0.450.6)dp主轴颈直径 dj（0.60.75）D（在个别情况下达 1.0D 以上）(0.61.0)D主曲轴颈空心孔径 dj。(0.40.5)dj(0.450.6)dj曲臂厚 h(0.30.35)D 或(0.380.62)dp(0.160.3)D 或(0.20.4)dp曲臂宽 b(0.91.1)D 或(1.52)dp(0.91

40、.5)D或(1.32.5)dp套合式曲轴轴臂套合孔径向厚 t(0.40.45)d过渡圆角半径 r(0.050.07)d 或(0.10.22)h注：表中 D气缸直径曲轴是发动机的重要部件，它必须具有足够的刚度和强度。如图13所示，二冲程发动机的曲轴多是将主轴颈，曲柄销分别压入曲柄臂。河北工程大学装备制造学院机械设计基础课程设计251）强度计算这里只介绍曲柄销压配部分的计算公式。河北工程大学装备制造学院机械设计基础课程设计261空心曲柄销1-曲柄销内径（毫米）2-曲柄销外径（毫米）3-曲柄臂外径（毫米）-压配过盈量（毫米）E-纵弹性系数（公斤/毫米2）4受到外压力Pm时曲柄销的最大应力Jp，即曲柄

41、销外径的压缩应力为: 口_2Pm?；实际采用的，巳，；tm,Sp值如下：、=0.060.1毫米Pm=1530公斤/毫米2；tm=25042公斤/毫米-tp=3060公斤/毫米5压配部分的传动扭矩T-传动扭矩（公斤毫米）I-压配长度（毫米）-摩擦系数0.12T=2二L-P2m（2）材料使用TP2.（磷脱氧铜）曲轴参数表E 22- 122实心曲柄销2P (1E123_)2)一i23受到内压力Pm时曲柄臂的最大应力Gw，即曲柄臂的拉伸应力为:pwPmt 2 2)22河北工程大学装备制造学院机械设计基础课程设计27曲轴尺寸曲轴销直径 dp主轴颈直径 dj曲臂厚 h偏心距4.5mm7mm2.5mm6.7

42、5mm材料：TP2（磷脱氧铜）5.5 连杆曲柄销压配时的连杆大头为整式。大头和小头均使用滚针轴承，其数值如下:单 好 排E太J接啊/祜*脸疫S朮A a ft检怦fit甩*itfitHW fl仝 斤夸升左冇钟M U牺x ID580I5C 伞4 * 13IC00g x ie1200200 4 x 15210002x19BQQ250rX Ifi2100*24191SOO300*卩區址Ifi1915004Q0-fl xie27001iW血因大头歪斜而产生的连杆轴向力，可用和活塞销座的配合宽度来限制，即所谓小头限制方 式。连杆比=连杆长度/偏心距=0.281材料用便面渗碳（SCM22），大小头内孔要进行

43、渗碳处理。5.6 润滑（1）混合润滑以前，二冲程大都采用这种方式，即予先将汽油和润滑油按一定比例（通常为2025:1）混合，并使用这种混合润滑油润滑。但1960年以后，在摩托车和四轮车上便这种如润滑方式了。然而，由于这种润滑方式结构简单，使用方便，在通用发动机上仍采用这种方式。（2）分离润滑装有润滑油箱和乳化油泵，发动机各部件，如主轴承，连杆大头，气缸壁灯总是由新油润滑，而随后混合气体燃烧。该设计选用混合润滑。5.7 汽化器（1）汽化器的种类和选择汽化器在必要的时间向发动机供给必要量的空气燃油混合气。这种混合气必须是:1混合比恰当2燃油雾化良好3数量恰当河北工程大学装备制造学院机械设计基础课程

44、设计28汽化器的形式可根据发动机的用途来选择，但是由于性能要求和安装上的问题，还需要对 其细节进行研究。汽化器大致可分为：1节气门式2阿玛尔柱塞式3可变喉管式4膜片式在每一种形式中又分为平吸式，上吸式，下吸式及斜吸式。此外，四冲程和二冲程汽化器的结构也不同。按用途大致可分为：汽车用：节气门式，可变喉管式摩托车用：阿玛尔柱塞式通用：节气门式，膜片式航模用：节气门式此设计选用节气门式。第六章连杆强度计算6.1 给定条件最大爆发压力：pz=7.5KN2活塞面积：Fp=176.625(cm)最大气体作用力Pz=6.8KN2连杆长度：L=24.05 (cm )Li=L(di+d2)/2活塞组估算重量：G

45、机器最高转速：n=6000(rpm)连杆比：入=0.25连杆材料(推荐)：TP2,db- 981MPa,bs-785MPa(T-1=0.25(db+ds)+50d-1p=(0.70.8)T-16.2 连杆体几何参数连杆体总截面面积F，连杆油道截面f。惯性矩(为计算方便并偏于安全，R20过渡部分忽略不计)，(见图)1BH3-(B -b)h3L(d4a2f)12641334HB -h(B -b) d1264河北工程大学装备制造学院机械设计基础课程设计29惯性半径x河北工程大学装备制造学院机械设计基础课程设计30iy柔度应小于50。6.3 起动工况时连杆体强度校核单纯压缩-y = PZ（ 0.000526 苴）F4Iy7（注：根据西安交大编“内燃机设计”一书推荐，此强度校核的许用应力，只有当采 用模锻而成的合金钢连杆体，才大于216M