內(nèi)燃機(jī)課程設(shè)計(jì)6200柴油機(jī)曲軸設(shè)計(jì)動(dòng)力計(jì)算

..《內(nèi)燃機(jī)學(xué)》課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)計(jì)算說明書題目6200柴油機(jī)曲軸設(shè)計(jì)學(xué)院專業(yè)班級(jí)姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師年月日..目錄TOC\o"1-9"\h\u64561動(dòng)力計(jì)算136371.1初始條件1241461.2曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的確定2278821.3P-φ示功圖的求取2245141.4往復(fù)慣性力Pj〔α計(jì)算364121.5總作用力P〔α計(jì)算3119491.6活塞側(cè)推力PH〔α計(jì)算411541.7連桿力PC〔α計(jì)算4279761.8法向力PN〔α計(jì)算5104531.9切向力PT〔α計(jì)算6139501.10總切向力計(jì)算799221.11曲柄銷負(fù)荷RB〔α計(jì)算8152781.12準(zhǔn)確性校核9305812曲軸設(shè)計(jì)計(jì)算1044642.1曲軸各部尺寸比例10257892.2曲軸船規(guī)驗(yàn)算111動(dòng)力計(jì)算1.1初始條件母型機(jī)參數(shù)：四沖程六缸、廢氣渦輪增壓、不可逆式、直接噴射、壓縮空氣啟動(dòng)。D=200mm S=270mmn=600r/minNe=440kW增壓壓力Pk=0.241Ma,壓縮比ε=12.5,機(jī)械效率ηm=0.85,壓縮復(fù)熱指數(shù)n1=1.37,膨脹復(fù)熱指數(shù)n2=1.26,Z點(diǎn)利用系數(shù)ξz=0.88,燃燒過量空氣系數(shù)α=2.0,中冷器出水溫度t=250,原機(jī)配氣定時(shí)：進(jìn)氣門開——上死點(diǎn)前60度進(jìn)氣門關(guān)——下死點(diǎn)后40度排氣門開——下死點(diǎn)前40度排氣門關(guān)——上死點(diǎn)后60度行程失效系數(shù)可取約0.083。連桿長(zhǎng)L=540mm,質(zhì)量為34.76kg,活塞組質(zhì)量m=35.76kg,連桿組質(zhì)量分配比0.347/0.653,單位曲柄不平衡質(zhì)量m=48.67kg。1.2曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的確定將擺動(dòng)的連桿用雙質(zhì)量系代替,一部分質(zhì)量等價(jià)到做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞組中,另一部質(zhì)量等價(jià)到做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的曲柄組中,從而可以求出往復(fù)質(zhì)量和連桿組算到大端的質(zhì)量。由于連桿尺寸并未確定,先按照母型機(jī)的連桿質(zhì)量分配比。上式中,M表示活塞組質(zhì)量,0.347/0.653為連桿組質(zhì)量分配比,為連桿質(zhì)量,質(zhì)量單位都用kg。1.3P-φ示功圖的求取將所給的P-V示功圖,用發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式將其展開,即得P-φ示功圖。將活塞的位移轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的曲柄轉(zhuǎn)角,以α代表曲柄轉(zhuǎn)角,取145個(gè)點(diǎn),對(duì)應(yīng)0度到720度每隔5度取一次,由此可得各曲柄轉(zhuǎn)角α下的氣體力值Pg〔α,單位為MPa。用matlab畫成曲線見圖1,其matlab程序參見附錄。圖中實(shí)線表示的是氣缸壓力Pg與曲柄轉(zhuǎn)角a的關(guān)系。圖1P,Pg,Pj與曲柄轉(zhuǎn)角a的關(guān)系1.4往復(fù)慣性力Pj〔α計(jì)算<MPa>〔1往復(fù)慣性力按照公式1計(jì)算,圖1中虛線即為往復(fù)慣性力與曲柄轉(zhuǎn)角a的關(guān)系。式中：mj—往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量,kg；R—曲柄半徑,mm；D—?dú)飧字睆?mm；ω—曲軸旋轉(zhuǎn)角速度,rad/s；β—連桿擺角,rad。1.5總作用力P〔α計(jì)算<MPa>〔2總作用力P〔a按照公式2計(jì)算,式中PB表示活塞底部氣體壓力,取大氣壓力,即PB=0.1Mpa。圖1中點(diǎn)劃線表示總作用力與曲柄轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系。通過三者的比較可以看出氣缸壓力對(duì)總作用力影響較大。1.6活塞側(cè)推力PH〔α計(jì)算<MPa>〔3活塞側(cè)推力按照公式3進(jìn)行計(jì)算,式中表示連桿擺角。連桿擺角與曲柄轉(zhuǎn)角純?cè)谙铝嘘P(guān)系：,活塞側(cè)推力與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系見圖2。圖2活塞側(cè)推力與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系1.7連桿力PC〔α計(jì)算<MPa>〔4連桿力按照公式4進(jìn)行計(jì)算,連桿力與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系見圖3。圖3連桿力與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系1.8法向力PN〔α計(jì)算<MPa>〔5法向力按照公式5計(jì)算,法向力與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系見圖4。圖4法向力與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系1.9切向力PT〔α計(jì)算<MPa>〔6切向力按照公式6計(jì)算,切向力與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系見圖5。圖5曲柄轉(zhuǎn)角與切向力的關(guān)系1.10總切向力計(jì)算<MPa>〔7對(duì)于四沖程曲柄均勻排列情況的總切力按照公式6計(jì)算。氣缸之間的間隔角為120deg,總切力與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系見圖6。圖6總切力與曲柄轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系1.11曲柄銷負(fù)荷RB〔α計(jì)算<MPa>〔8曲柄銷合力按照公式8計(jì)算,式中:—曲柄銷負(fù)荷水平分量,<MPa>；—曲柄銷負(fù)荷垂直分量,<MPa>；—連桿組算到大端的質(zhì)量,kg。曲柄銷合力與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系見圖7。圖7曲柄銷負(fù)荷與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系1.12準(zhǔn)確性校核<KW>〔9按照總切力曲線作準(zhǔn)確性校核,根據(jù)總切曲線計(jì)算出平均切力,再按公式9進(jìn)行計(jì)算,式中表示活塞面積,單位是；表示平均切力,單位是Mpa。再將指示功率與給定功率進(jìn)行比較,計(jì)算出誤差。=501.2382kw=-3.27%計(jì)算出來的誤差在5%以內(nèi),符合要求。2曲軸設(shè)計(jì)計(jì)算2.1曲軸各部尺寸比例曲軸參數(shù)單位：mm缸心距L0〔四沖程320曲柄銷直徑dP150曲柄銷空心孔徑dpo64曲柄銷有效長(zhǎng)度Lcp94主軸頸直徑dj160主軸頸空心孔徑djo64主軸頸有效長(zhǎng)度Lcj90曲臂厚h68曲臂寬b310過渡圓角半徑r10在初步定出曲軸的尺寸后,應(yīng)立即作曲柄銷和主軸頸最大比壓驗(yàn)算：曲軸銷主軸頸式中：Pz—最大燃燒壓力,Mpa；D—?dú)鈴街睆?mm；dp,dj—曲柄銷及主曲頸直徑,mm;LP,Lj—曲柄銷及主軸頸有效長(zhǎng)度,mm〔考慮了過渡圓角的影響；q—考慮相鄰缸的影響系數(shù)。四沖程q≤1.25；二沖程q≤1.50,式中q=1.2。2.2曲軸船規(guī)驗(yàn)算我國(guó)船舶檢驗(yàn)局"鋼質(zhì)海船入級(jí)與建造規(guī)范〔2006"對(duì)船舶柴油機(jī)曲軸有如下規(guī)定：對(duì)整鍛、鑄造、半組合或全組合曲軸的主軸頸及曲柄銷,其最小直徑d如下計(jì)算。曲軸材料選用鑄鋼。對(duì)鍛鋼、鑄鋼、合金鋼材料的曲軸：EMBEDEquation.3式中:D—?dú)飧字睆?D=200mm；S—活塞行程,S=270mm；L—相鄰兩主軸承中心線間的距離,L=320mm；LP—曲柄銷的有效長(zhǎng)度,LP=90mm；Pz—最高燃燒壓力,Pz=12.5MPa；Pi—平均指示壓力,Ni—由總切力得到的指示功率,Ni=501.2382kW；Vs—每缸的工作容積,；n—柴油機(jī)轉(zhuǎn)速,n=600r/min；i—?dú)飧讛?shù),i=6；σb—材料標(biāo)定抗拉強(qiáng)度下限值,σb=500MPa；A—系數(shù),對(duì)直列式單作用柴油機(jī),A=0.50；C—系數(shù),對(duì)直列式單作用四沖程柴油機(jī),C=2.553；αB—彎曲應(yīng)力集中系數(shù),對(duì)于原機(jī)型的曲軸,αB=3..39；rp—過渡圓角半徑,rp=10mm；dp—曲柄銷直徑,dp=130mm；b—曲臂寬,b=200mm；e—軸頸的重疊量,e=〔dp+dj/2-S/2=0；αr—扭轉(zhuǎn)應(yīng)力集中系數(shù),=1.69；由計(jì)算結(jié)果可知,d=149.2mm＜150mm,故設(shè)計(jì)的曲軸可用。EMBEDEquation.3附錄Matlab計(jì)算程序>>%內(nèi)燃機(jī)課程設(shè)計(jì)動(dòng)力計(jì)算%a1=0:5:720;%曲柄轉(zhuǎn)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];%氣缸壓力,kg/cm^2%a=0:1:720;Pg=interp1<a1,Pg1,a,'spline'>;>>Pg=Pg/10.197;%氣缸壓力單位轉(zhuǎn)化,Mpa%Ne=440;%單位是kw%mj=35.76+0.347*34.76;%活塞組等效質(zhì)量,kg%mb=0.653*34.76;%連桿組算到大端的質(zhì)量,kg%D=200;%活塞直徑,mm%L=540;%連桿長(zhǎng)度,mm%R=135;%曲柄半徑,mm%z=6;%氣缸數(shù)；x=R/L;%曲柄連桿比%B=asin<x*sin<a*pi/180>>;%連桿擺角%w=600*pi/30;%轉(zhuǎn)速,rad/s%Pj=-mj*R*w^2*<cos<a*pi/180>+x*cos<a*pi/90>>/<pi*D^2/4*10^3>;%往復(fù)慣性力,Mpa%Pb=0.1;%活塞底部氣體壓力,取為大氣壓力,Mpa%P=Pj-Pb+Pg;%總作用力,Mpa%figure<1>;%打開新圖版;plot<a,Pg,a,Pj,'--',a,P,'-.'>;%藍(lán)色的為氣缸壓力與曲軸轉(zhuǎn)角的關(guān)系,黃色為往復(fù)慣性力與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系,紅色為總作用力與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系%xlabel<'曲柄轉(zhuǎn)角a/deg'>;%加橫坐標(biāo)%ylabel<'<P,Pg,Pj>/Mpa'>;%加縱坐標(biāo)%legend<'Pg','Pj','P'>gridon;%添加網(wǎng)格%Ph=P.*tan<B>;%活塞側(cè)推力,單位是Mpa%Pc=P./cos<B>;%連桿力,單位是Mpa%Pn=Pc.*cos<a*pi/180+B>;%法向力,單位是Mpa%Pt=Pc.*sin<a*pi/180+B>;%切向力,單位是Mpa%SumPt=Pt;%為總切力,單位是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,單位是Mpa%Rbh=Pt;%曲柄銷負(fù)荷水平分量,單位是Mpa%Prb=mb*R*w^2/<pi*D^2/4*10^3>;Rbv=Pn-Prb;%曲柄銷負(fù)荷垂直分量,單位是Mpa%Rb=<Rbh.*Rbh+Rbv.*Rbv>.^0.5;%曲柄銷總負(fù)荷%figure<2>;%打開新圖版%plot<a,Ph>;%畫側(cè)推力與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系%xlabel<'曲柄轉(zhuǎn)角a/deg'>;%加橫坐標(biāo)%ylabel<'側(cè)推力Ph/Mpa'>;%加縱坐標(biāo)%gridon;%添加網(wǎng)格%figure<3>;%打開新圖版%plot<a,Pc>;%畫連桿力與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系%xlabel<'曲柄