内燃机课程设计6200柴油机曲轴设计动力计算

..《内燃机学》课程设计设计计算说明书题目6200柴油机曲轴设计学院专业班级姓名学号指导教师年月日..目录TOC\o"1-9"\h\u64561动力计算136371.1初始条件1241461.2曲柄连杆机构运动质量的确定2278821.3P-φ示功图的求取2245141.4往复惯性力Pj〔α计算364121.5总作用力P〔α计算3119491.6活塞侧推力PH〔α计算411541.7连杆力PC〔α计算4279761.8法向力PN〔α计算5104531.9切向力PT〔α计算6139501.10总切向力计算799221.11曲柄销负荷RB〔α计算8152781.12准确性校核9305812曲轴设计计算1044642.1曲轴各部尺寸比例10257892.2曲轴船规验算111动力计算1.1初始条件母型机参数：四冲程六缸、废气涡轮增压、不可逆式、直接喷射、压缩空气启动。D=200mm S=270mmn=600r/minNe=440kW增压压力Pk=0.241Ma,压缩比ε=12.5,机械效率ηm=0.85,压缩复热指数n1=1.37,膨胀复热指数n2=1.26,Z点利用系数ξz=0.88,燃烧过量空气系数α=2.0,中冷器出水温度t=250,原机配气定时：进气门开——上死点前60度进气门关——下死点后40度排气门开——下死点前40度排气门关——上死点后60度行程失效系数可取约0.083。连杆长L=540mm,质量为34.76kg,活塞组质量m=35.76kg,连杆组质量分配比0.347/0.653,单位曲柄不平衡质量m=48.67kg。1.2曲柄连杆机构运动质量的确定将摆动的连杆用双质量系代替,一部分质量等价到做往复运动的活塞组中,另一部质量等价到做回转运动的曲柄组中,从而可以求出往复质量和连杆组算到大端的质量。由于连杆尺寸并未确定,先按照母型机的连杆质量分配比。上式中,M表示活塞组质量,0.347/0.653为连杆组质量分配比,为连杆质量,质量单位都用kg。1.3P-φ示功图的求取将所给的P-V示功图,用发动机运动学公式将其展开,即得P-φ示功图。将活塞的位移转换成对应的曲柄转角,以α代表曲柄转角,取145个点,对应0度到720度每隔5度取一次,由此可得各曲柄转角α下的气体力值Pg〔α,单位为MPa。用matlab画成曲线见图1,其matlab程序参见附录。图中实线表示的是气缸压力Pg与曲柄转角a的关系。图1P,Pg,Pj与曲柄转角a的关系1.4往复惯性力Pj〔α计算<MPa>〔1往复惯性力按照公式1计算,图1中虚线即为往复惯性力与曲柄转角a的关系。式中：mj—往复运动质量,kg；R—曲柄半径,mm；D—气缸直径,mm；ω—曲轴旋转角速度,rad/s；β—连杆摆角,rad。1.5总作用力P〔α计算<MPa>〔2总作用力P〔a按照公式2计算,式中PB表示活塞底部气体压力,取大气压力,即PB=0.1Mpa。图1中点划线表示总作用力与曲柄转角之间的关系。通过三者的比较可以看出气缸压力对总作用力影响较大。1.6活塞侧推力PH〔α计算<MPa>〔3活塞侧推力按照公式3进行计算,式中表示连杆摆角。连杆摆角与曲柄转角纯在下列关系：,活塞侧推力与曲柄转角的关系见图2。图2活塞侧推力与曲柄转角的关系1.7连杆力PC〔α计算<MPa>〔4连杆力按照公式4进行计算,连杆力与曲柄转角的关系见图3。图3连杆力与曲柄转角的关系1.8法向力PN〔α计算<MPa>〔5法向力按照公式5计算,法向力与曲柄转角的关系见图4。图4法向力与曲柄转角的关系1.9切向力PT〔α计算<MPa>〔6切向力按照公式6计算,切向力与曲柄转角的关系见图5。图5曲柄转角与切向力的关系1.10总切向力计算<MPa>〔7对于四冲程曲柄均匀排列情况的总切力按照公式6计算。气缸之间的间隔角为120deg,总切力与曲柄转角的关系见图6。图6总切力与曲柄转角之间的关系1.11曲柄销负荷RB〔α计算<MPa>〔8曲柄销合力按照公式8计算,式中:—曲柄销负荷水平分量,<MPa>；—曲柄销负荷垂直分量,<MPa>；—连杆组算到大端的质量,kg。曲柄销合力与曲柄转角的关系见图7。图7曲柄销负荷与曲柄转角的关系1.12准确性校核<KW>〔9按照总切力曲线作准确性校核,根据总切曲线计算出平均切力,再按公式9进行计算,式中表示活塞面积,单位是；表示平均切力,单位是Mpa。再将指示功率与给定功率进行比较,计算出误差。=501.2382kw=-3.27%计算出来的误差在5%以内,符合要求。2曲轴设计计算2.1曲轴各部尺寸比例曲轴参数单位：mm缸心距L0〔四冲程320曲柄销直径dP150曲柄销空心孔径dpo64曲柄销有效长度Lcp94主轴颈直径dj160主轴颈空心孔径djo64主轴颈有效长度Lcj90曲臂厚h68曲臂宽b310过渡圆角半径r10在初步定出曲轴的尺寸后,应立即作曲柄销和主轴颈最大比压验算：曲轴销主轴颈式中：Pz—最大燃烧压力,Mpa；D—气径直径,mm；dp,dj—曲柄销及主曲颈直径,mm;LP,Lj—曲柄销及主轴颈有效长度,mm〔考虑了过渡圆角的影响；q—考虑相邻缸的影响系数。四冲程q≤1.25；二冲程q≤1.50,式中q=1.2。2.2曲轴船规验算我国船舶检验局"钢质海船入级与建造规范〔2006"对船舶柴油机曲轴有如下规定：对整锻、铸造、半组合或全组合曲轴的主轴颈及曲柄销,其最小直径d如下计算。曲轴材料选用铸钢。对锻钢、铸钢、合金钢材料的曲轴：EMBEDEquation.3式中:D—气缸直径,D=200mm；S—活塞行程,S=270mm；L—相邻两主轴承中心线间的距离,L=320mm；LP—曲柄销的有效长度,LP=90mm；Pz—最高燃烧压力,Pz=12.5MPa；Pi—平均指示压力,Ni—由总切力得到的指示功率,Ni=501.2382kW；Vs—每缸的工作容积,；n—柴油机转速,n=600r/min；i—气缸数,i=6；σb—材料标定抗拉强度下限值,σb=500MPa；A—系数,对直列式单作用柴油机,A=0.50；C—系数,对直列式单作用四冲程柴油机,C=2.553；αB—弯曲应力集中系数,对于原机型的曲轴,αB=3..39；rp—过渡圆角半径,rp=10mm；dp—曲柄销直径,dp=130mm；b—曲臂宽,b=200mm；e—轴颈的重叠量,e=〔dp+dj/2-S/2=0；αr—扭转应力集中系数,=1.69；由计算结果可知,d=149.2mm＜150mm,故设计的曲轴可用。EMBEDEquation.3附录Matlab计算程序>>%内燃机课程设计动力计算%a1=0:5:720;%曲柄转角%Pg1=[3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3.05,3.1,3.15,3.2,3.25,3.3,3.35,3.35,3.4,3.45,3.45,3.5,3.75,4,4.25,4.5,4.75,5,5.5,6.5,7,8,9,10.5,13,15,18,21.5,26,32,40,49,59,65,80,105,119,124,125,115,101,87.5,72.5,60,50,43,36.5,32,28,25,22,19.5,18,16.5,15.5,14,13,12.5,12,11,10.5,10.25,10,9.75,9.5,9,8.5,8,7.75,7,6.5,6,5.5,5,4,3.5,3,2.5,2.5,2.5,2.5,2.5,2.5,2.5,2.5,2.5,2.5,2.5,2.5,2.5,2.5,2.5,2.5,2.5,2.5,2.5,2.5,2.5,2.5,2.5,2.5,2.5,2.5,2.5,2.5,2.5,2.5,3];%气缸压力,kg/cm^2%a=0:1:720;Pg=interp1<a1,Pg1,a,'spline'>;>>Pg=Pg/10.197;%气缸压力单位转化,Mpa%Ne=440;%单位是kw%mj=35.76+0.347*34.76;%活塞组等效质量,kg%mb=0.653*34.76;%连杆组算到大端的质量,kg%D=200;%活塞直径,mm%L=540;%连杆长度,mm%R=135;%曲柄半径,mm%z=6;%气缸数；x=R/L;%曲柄连杆比%B=asin<x*sin<a*pi/180>>;%连杆摆角%w=600*pi/30;%转速,rad/s%Pj=-mj*R*w^2*<cos<a*pi/180>+x*cos<a*pi/90>>/<pi*D^2/4*10^3>;%往复惯性力,Mpa%Pb=0.1;%活塞底部气体压力,取为大气压力,Mpa%P=Pj-Pb+Pg;%总作用力,Mpa%figure<1>;%打开新图版;plot<a,Pg,a,Pj,'--',a,P,'-.'>;%蓝色的为气缸压力与曲轴转角的关系,黄色为往复惯性力与曲柄转角的关系,红色为总作用力与曲柄转角的关系%xlabel<'曲柄转角a/deg'>;%加横坐标%ylabel<'<P,Pg,Pj>/Mpa'>;%加纵坐标%legend<'Pg','Pj','P'>gridon;%添加网格%Ph=P.*tan<B>;%活塞侧推力,单位是Mpa%Pc=P./cos<B>;%连杆力,单位是Mpa%Pn=Pc.*cos<a*pi/180+B>;%法向力,单位是Mpa%Pt=Pc.*sin<a*pi/180+B>;%切向力,单位是Mpa%SumPt=Pt;%为总切力,单位是Mpa;%fori=1:721forj=1:5m=i+720*j/z;ifm>721m=m-720;endSumPt<i>=SumPt<i>+Pt<m>;endendavePt=mean<SumPt>;%平均切向力,单位是Mpa%Rbh=Pt;%曲柄销负荷水平分量,单位是Mpa%Prb=mb*R*w^2/<pi*D^2/4*10^3>;Rbv=Pn-Prb;%曲柄销负荷垂直分量,单位是Mpa%Rb=<Rbh.*Rbh+Rbv.*Rbv>.^0.5;%曲柄销总负荷%figure<2>;%打开新图版%plot<a,Ph>;%画侧推力与曲柄转角的关系%xlabel<'曲柄转角a/deg'>;%加横坐标%ylabel<'侧推力Ph/Mpa'>;%加纵坐标%gridon;%添加网格%figure<3>;%打开新图版%plot<a,Pc>;%画连杆力与曲柄转角的关系%xlabel<'曲柄