X2110N-15型农用柴油机连杆设计论文修改.doc
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1、X2110N-15农用柴油机连杆设计摘要改革开放以来,我国的经济得到了飞速发展,由于市场经济的繁荣,农业科技也得到了蓬勃发展,我国北方各省土地辽阔,南方各省水田广阔,因此,农业的发展离不开农用机械的发展,随着经济的发展,市场对农用机械的需求量与日俱增,对小型农用柴油机的需求也随之增长,农用柴油机的市场需求量大,市场前景非常广阔。运输业业务量的扩大,原有农用柴油发动机的性能无法满足业务的发展。所以客户迫切普遍需求性能更为优越的农用柴油机,要实现工作时振动较小,噪音低,功率足够大,结构紧凑,排放烟度低,燃油消耗率低等性能要求。 在这种市场背景下,X2110N 型柴油机应运而生,这种柴油机是转速为1
2、500r/min的农用柴油机,适合用作农用机械主机,同时能满足客户对性能提升的要求。本课题要完成该柴油机典型零件连杆的设计以及图纸的绘制。关键词:柴油机;仿真;活塞设计The X2110N diesel motionsimulation and piston designAbstractSince the reform and opening up, Chinas economy has been rapid development, due to the prosperity of the market economy, transportation industry has also be
3、en rapid development, broad waters of southern China, many lakes. Therefore, south of the transportation industry development is inseparable from the ships development, as with increasing economic development, market demand for small ship, in small ship diesel engine of demand increases, marine dies
4、el engine market demand large amount, market prospect is very broad. The performance of the original marine diesel engine can not meet the development of the business. So urgent clients generally demand performance more superior marine diesel engine, to achieve work when small vibration and low nois
5、e, power is large enough, compact structure, low smoke emission, fuel consumption rate and low performance requirements. In this market background, X2110 diesel engine came into being, this diesel engine is the speed of 1500r/min marine diesel engine, suitable for use as a marine engine, while meeti
6、ng the requirements of customers to improve performance.This topic is to complete the design of the piston of the diesel engine and the drawing.Key words: diesel engine; simulation; piston design 目 录第一章 绪论11.1 选题目的与意义11.2 国内外发展现状与趋势11.3 本文的主要工作3第二章 连杆的结构设计与分析42.1 连杆受力分析42.2 连杆结构分析42.3 连杆的设计要求52.4 连杆
7、的材料52.5 连杆基本参数的确定52.6 连杆小头的结构设计62.6.1 小头结构型式62.6.2连杆衬套62.6.3小头结构尺寸72.7连杆杆身的结构设计72.7.连杆结构72.8 连杆大头的结构设计72.8.1 大头结构型式72.8.2大头结构尺寸82.9 连杆螺栓的设计82.10 本章小结8第三章 连杆的强度、刚度计算93.1连杆小头的强度校核93.2连杆小头的刚度计算123.3连杆杆身的强度校核123.4连杆大头的强度校核153.5连杆螺栓的工作负荷与预紧力163.6连杆螺栓的屈服强度校核和疲劳计算173.7本章小结17第四章 结论19致谢20参考文献21第一章 绪论第一章 绪论1.
8、1 选题目的与意义内燃机是重要的动力机械之一,它具有功率大、转速范围宽广等优点,广泛应用于国民经济的各个行业。内燃机中,连杆式是传递压力和运动的重要组件,连杆的小头与活塞相连接,大头与曲轴相连接,将活塞承受的燃气压力和惯性动力传给曲轴,将活塞的往复运动转变为曲轴旋转运动。连杆小端连接活塞,随着活塞作往复运动,大端连接曲轴,随着曲轴作旋转运动,连杆本身作平面运动。连杆在工作中承受包括来自活塞的燃气压力、往复运动产生的惯性力和杆身摆动产生的惯性力。连杆由于承受载荷较重,会出现弯曲或者扭曲,会直接导致发动机故障,造成严重后果。目前,连杆的的制造粉末锻造法为新型加工方法,粉锻连杆尺寸精度高、密度较小,
9、逐步取代了铸造和锻造的加工方法。柴油机连杆这个研究领域前景非常广阔,有很多需要需要挖掘的地方。对发动机连杆精确的研究,可以为设计新型柴油机机提供可靠依据。1.2 国内外发展现状与趋势高性能柴油机与汽油机相比,热效率高、污染物排放少,作为农用动力应用日益广泛。在西欧国家,载货汽车、客车、轿车、小型船舶都使用柴油发动机。经过多年的研究,柴油发动机已经有了长足的进步,随着新技术的不断应用,柴油机烟度已经降低到汽油机的水准,目前的应用范围已与汽油机不相上下。农业是综合工业的基础,民以食为天,而且农业对国民经济近百个产业有促进的作用,是我国实现国家复习,工业强盛的重要基础,农业也是我国国民经济中的一条重
10、要产业链 查阅资料可知,在农业产业链的体系中,农业机械的配套设备的价值占30,体现了农业机械设备对农业的重要性。在配套设备中,农用柴油机是重要部件,也是推进动力装置,占农业产业体系总成本的lO15。目前我国的国产农用配套设备与国产农用机械的配套率低于40,作为核心产品的柴油机,这个数值更低。国内柴油机需求主要从国外购买原装机,由于没有自主知识产权和专利技术,这已成为制约农业机械产业进一步发展的重要瓶颈。国内低速柴油机企业生产的主要产品是低速大功率柴油机,配套给国内的货轮和运油船等。柴油机专利技术从丹麦B&W公司引进,根据引进技术的合同,国内柴油机企业要支付专利费。目前,国内各大农用机械生产公司
11、使用的中速船舶柴油机,主要依赖国外产品,70的柴油机是国外产的原装机,其余的绝大部分是以国外技术为基础制造的产品,而国产的中速机由于技术水平较低,应用范围较小。工业的发展为农业机械和农用柴油机产业的发展带来了广阔的市场前景,不过由于国内技术水平较低,中速柴油机生产企业还无法无国外同行企业相抗衡。具体原因有:国家资本投入不足;加工手段落后,成套能力低;企业生产能力低,难以适应大规模的生产需要。柴油机作为农用机械的主要动力装置,随着我国农用机械业的快速发展,我国低速柴油机的发展速度需要进一步加快。影响我国农业市场的因素很多,比如天气因素、国家计划、全球金融危机等,市场利益与风险并存,市场的饱和度并
12、不稳定。中国农业机械未来发展的最大瓶颈在于配套行业的落后,目前我国农用机械订单不断攀升,但是采用国产柴油机的制造厂商却越来越少,柴油机主要依赖国外进口。经过多年市场经济的实践经历,我国柴油机领域专家已经认识到核心技术是最关键的部分,我国要想早日成为世界第一农业机械强国,必须坚持走“引进一消化一吸收一再创新”的国产化技术创新之路,要重视消化吸收所引进的柴油机技术,技术国产化后,完善制造工艺,攻克技术难题,开发具有自主知识产权的国产柴油机,提高国产柴油机装机率。农用低速柴油机和农用中速柴油机都需要加强国产品牌机的研制,重点在于提高技术的国产化率,开发研制柴油机关键部套件,加强柴油机特有技术的研究,
13、如控制系统等先进技术。在发展以农用柴油机为主的配套设备方面,我国的发展优势在于:(1)工业基础较强国家重点关注农用柴油机的研制,推出的国家高新工程项目使众多企业受益,国内柴油机生产厂的生产设施在项目的推动下更新换代,制造水平得到明显提升。(2)人才队伍水平高在引进国外专利技术的过程中,我国企业和科研机构进行了艰苦的国产化过程,同时培养了一支高水平的人才队伍,目前已初步达到能够加工、测试和配套世界先进水平柴油机的能力。(3)企业经验丰富国内科研院所和国内企业在常年的合作工作中,吸收国外先进技术,从原理、设计和工艺上不断更新现有技术,不断开发性能更优良的农用柴油机,积累了大量的研发经验。强大的国内
14、配套业,尤其是强大的柴油机,是一个国家实现工业强国目标所必需的硬件条件。我国的国产配套率远远低于世界强国,配套业与世界强国相比还有差距。因此,我国农业配套行业应抓住机遇,抓住市场需求广阔的时代基于,设计出具有自主知识产权的农用柴油动力装置产品。1.3 本文的主要工作(1)X2110N-15系列柴油机连杆的结构设计与计算,大头机构设计、小头结构设计和杆身结构设计;(2)X2110N-15系列柴油机连杆的相关尺寸的校核。(3)相关图纸的绘制。第二章 连杆的结构设计与分析2.1 连杆受力分析连杆是柴油机的重要工作部件,连杆小作往复运动,连杆大头作高速回转运动,连杆杆身在大、小头孔运动的合成下作复杂的
15、摆动。连杆将活塞顶的燃气压力传给曲轴,又在曲轴旋转运动下带动活塞缸中的燃气。连杆组小头承受往复运动惯性力,连杆杆身承受横向惯性力,还有气缸内的燃气压力,这三种力使连杆处于一种复杂受力状态。连杆形状为一细长杆件,如果连杆杆身刚度不足,会产生弯曲和扭曲变形。若在垂直于摆动平面内发生弯曲,则危害更大,造成轴承不均匀磨损。2.2 连杆结构分析连杆组的组成部分包括:连杆本体、连杆大端端盖、连杆固定用螺栓、轴瓦和连杆小端的衬套等组成。连杆体包括连杆小端、连杆本身和连杆大端的上部。连杆大端又包括两部分:连杆大端的上部与连杆大头盖,连杆结构如图2-1所示。 图2-1 连杆结构图 1-连杆衬套2-连杆小头3-连
16、杆杆身4-连杆螺钉5-连杆大头 6-连杆轴瓦 7-连杆端盖 8-连杆轴瓦凸键 9-连杆轴瓦定位槽连杆是活塞组件和曲轴之间的桥梁,连杆小头与活塞组件相连接,在活塞的带动下作往复运动;连杆大头与曲柄销相连接,连杆驱动曲轴作旋转运动;连杆的其余部分则作复杂的平面运动。活塞承受的燃气压力和惯性力通过连杆传给曲轴,成为柴油机的动力输出部分。2.3 连杆的设计要求高性能柴油机要求连杆连杆体积较小,功率较高,油耗较低,这是提出的基本要求,其他设计要点如下:要有足够的强度和刚度,同时外形尺寸较小;避免应力集中;2.4 连杆的材料柴油机连杆的材料选择至关重要,因为连杆承受的工作压力很大,工作环境非常恶劣,在设计
17、中,一般选用中碳合金优质钢较多,这是因为碳素钢有良好的机械性能,在调质处理之后性能更加优越,在碳素钢中加入少许合金元素,能够进一步提高其机械性能。例如,锰元素提高了钢的拉伸强度极限、硬度及韧性;铬元素的作用是提高钢热处理稳定性;钼元素加入钢中能使钢具有很好的塑性。为了达到设计要求,使连杆有足够的刚度和强度,本设计采用精选优质中碳结构钢。2.5 连杆基本参数的确定根据设计要求确定X2110N-15柴油机的主要性能参数如下:型式:直列、水冷、四冲程、直喷式 气缸数:2缸径行程(mm):110130标定功率/转速(kw/r/min):22/1548标定工况燃油消耗率(g/kwh):231机油消耗率(
18、g/kwh):2.71(磨合后为2.04)连杆的长短决定柴油机的高度,连杆较长能增加惯性力,单增加侧压力。在设计过程中,力求缩短连杆的长度。结构参数式中R为曲柄半径,L为连杆长度L,即连杆大小头孔中心距。连杆长度短,变大,可降低发动机高度,对发动机高速化有好处,但大,使往复惯性力及气缸侧压力增大,还可能导致曲轴平衡块与活塞相碰。在现代高速柴油机中,连杆长度最小是l=3.2R,最大是l=4R。连杆长度的设计必须充分考虑其所在的柴油机整体,连杆设计中一点重要因素是应避免零件之间相互碰撞,当连杆处于最大摆角位置,此时与气缸是否相碰,当活塞处于下止点位置,是否与平衡重相碰,最小间隔距离大于25毫米。根
19、据设计要求,设计出连杆长度为210mm。2.6 连杆小头的结构设计2.6.1 小头结构型式本文设计的柴油机连杆采用浮式活塞销,在运转过程中,连杆的小头能够自由转动。本文设计的连杆小头采用薄壁圆环形结构,在小头孔内还压有耐磨衬套,增加耐磨性能。构形简单,制造方便,制造材料性价比高,应力分布较均匀。连杆小头的结构如图2-2所示。图 2-2 连杆小头结构型式2.6.2连杆衬套衬套与连杆小头孔之间采用过盈配合,因为这样可以避免连杆在运动中的脱落现象。衬套一般有两种,一种是青铜衬套,此时衬套与活塞销之间的配合间隙为0.00040.0015d,另一种是粉末冶金衬套,此时衬套与活塞销的配合间隙为(0.001
20、50.0020)d,之所以间隙要变大,是因为当粉末冶金衬套压入小孔之后,内径会缩小,所以设计的配合间隙应大一点。不仅如此,在设计中,为了使得小头轴承所承受的冲击负荷较小,应尽量取较小的配合间隙,以避免工作中发生咬合。设计中,在连杆小头的上方设计收集油雾的沟槽,这样可以存纳曲轴运动甩出来的飞溅油雾,收集的油液可以对小头进行润滑,还可以降低温度。衬套上设计有开布油槽,能够使润滑油的均匀分布。在柴油机设计中,衬套的宽度与连杆小头宽度取为一致,衬套的厚度一般为,本设计取。2.6.3小头结构尺寸小头结构尺寸主要是小头衬套内径d1和宽度B2、小头外径D1、小头孔直径d和润滑方式。柴油机B1d1。经过计算后
21、得到柴油机连杆参数的以下数据: 2.7连杆杆身的结构设计2.7.连杆结构连杆杆身的截形在设计中非常重要,好的截形能在保证连杆有足够的强度,并有较轻的重量,不仅如此,还要有利于该截面形状与大端、小端之间有良好的过渡,在设计中,柴油机连杆杆身常采用工字形截面,因为这种截面可以合理地利用材料。设计连杆杆身截面的高H时, 必须参考截面宽度,H是截面宽度的1.41.8倍,为了达到杆身小头和大头之间能够圆滑过渡的目的,杆身截面尺寸是由上向下逐渐增大。杆身的最小截面积的设计可以参考活塞面积,对于钢制连杆来说,两者之比在的范围内。杆身截面宽度B:B= ,为气缸直径,取,截面高度,取。2.8 连杆大头的结构设计
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