毕业设计曲轴飞轮.doc
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1、2110柴油机(曲轴飞轮)设计摘 要2110柴油机是在2100柴油机的基础上自行改善与开发研制的新型、中档功率、节能的柴油机。目前,该机型已经广泛运用于我国的农用工程机械,小型发电等领域。2110柴油机与同类机型相比,具有先进的动力性,经济性和可靠性,在国内农用机械用户中具有很强的优势。与2100系列柴油机相比,2110柴油机重要在发动机机体、气缸盖、活塞连杆总成、曲轴、燃油系统等方面进行了优化、强化设计,使发动机在动力性、经济性等方面有较大的提高,也实现了增长其运用范围的目的。本文重要介绍了2110柴油机的总体设计思想的拟定以及曲轴飞轮组零件的设计过程。内容涉及2110柴油机总体设计方案的选
2、择,动力性指标的拟定,曲轴飞轮零件图的绘制时的参数选择,涉及曲轴结构的设计,制造时所需注意的加工过程以及检查产品时强度校核等内容。本文运用到了UG三维软件制图,用以解决曲轴的油道与曲柄销减重孔的干涉问题,同时用Ricardo计算方法解决曲轴疲劳强度问题。本文综合性的对曲轴飞轮组的设计问题进行了研究。关键词:柴油机,曲轴,飞轮,UGTHE DESIGN OF 2110 DIESEL ENGINE(CRANKSHAFT and FLY WHEEL)ABSTRACTOn the basis of the 385 diesel engine, 2110 diesel engine improve to
3、 a new style, which is high-speed, medium-power and energy-saving diesel engine. At present, the models have been widely used in Chinas agricultural engineering machinery, small power generation. Compared with similar type diesel engine ,2110 diesel engine has advanced performance, economy and relia
4、bility in the domestic agricultural machinery, and they have millions of users. Compared with 2100 series diesel engine, 2110 diesel engines are mainly improve in the engine block and cylinder head, piston connecting rod , crankshaft, fuel system, and improve the optimization design, that improve th
5、e engine power, economy ,it also achieve the purpose that increasing its application scope.This paper mainly introduces the overall design thought of 395 diesel engine, crankshaft and flywheel the design process. Thesis includes how to selected 2110 diesel engine, the overall performance indicators
6、identified, and the process of the design of the crankshaft flywheel will be discussed in this paper. Including the crankshaft structure design, what we must pay attention to in manufacture process.This paper uses UG 3D software to draw crankshaft, it solve the oil hole with the weight reducing hole
7、 of interference problems. And with Ricardo calculation method, it solve the crankshaft fatigue strength problems. This paper completely discuss the design of crankshaft and flywheel.KEYWORDS:Diesel engine,crankshaft,flywheel,Ricardo calculationmethod,UG 目 录第一章 前言1第二章 总体方案设计32.1 柴油机设计的总体规定32.1.1 内燃机
8、的总体设计规定32.1.2 内燃机设计工作中的“三化”32.2 柴油机的重要设计指标42.2.1 动力性指标42.2.2 经济性指标52.2.3 可靠性和耐久性指标52.2.4 重量和外形尺寸指标62.2.5低公害指标62.3 2110型柴油机的重要参数的选择72.4 2110型柴油机的总体布置82.5 2110型柴油机的整机结构8第三章 曲轴设计103.1概述103.2曲轴的设计环节123.3曲轴的结构型式及其选择123.4曲轴材料选择及毛坯制造143.5 曲轴重要尺寸的拟定和结构细节设计143.6润滑油道163.7曲轴平衡块183.8曲轴的轴向定位183.9曲轴端部结构19第四章 飞轮设计
9、与计算204.1飞轮的作用204.2飞轮的设计与计算21第五章 主轴承设计245.1主轴承的工作条件245.2材料规定255.3 常用轴承材料255.4轴瓦的瓦背材料265.5轴瓦结构设计与重要尺寸的拟定26第六章 结论27参考文献28致 谢29附录30第一章 前言由于2110柴油机具有许多方面的优点,所以不管在国外还是在国内,其应用越来越广泛,世界很多的车用和船用内燃机都采用它,特别是农用车辆,把2110柴油机作为其首选动力。随着国民经济建设和生产的发展,2110柴油机已越来越广泛地得到应用,它为我国国民经济的发展作出了不可磨灭的奉献。本文重要完毕了对2110型柴油机的总体方案的选择,曲轴飞
10、轮组的设计。专题部分曲轴飞轮组的设计重要涉及了曲轴的设计,飞轮的设计以及飞轮的平衡计算。重点放在了飞轮的设计计算上。目前,国内外对曲轴的设计理论重要在以下两个方面:在曲轴设计方面,采用数值计算与实验结合的方法对曲轴进行优化设计,但是这种计算方法效率低,并且难以取得最优解,针对以上局限性,提出了一个曲轴结构尺寸优化的新方法,即将有限元、结构优化与计算机辅助设计相集成,采用-DEAS、VC+、ISIGHT软件设计了一个曲轴结构尺寸优化软件集成系统,实现整个优化过程的自动优化。在曲轴制造方面,我国的曲轴生产存在整体规模小,专业化限度低,公司设备陈旧,产品设计和工艺落后,性能和可靠性差,品种杂乱和通用
11、化限度低等问题,而在国外,曲轴的生产已经很专业化,广泛的采用了数控技术及自动线,生产线一般由几段独立的自动化生产单元组成。在曲轴的锻造方面,广泛的采用CAD/CAM技术,引入管理信息系统和集成生产系统,实现了锻造生产从原材料、工艺和工艺装备最佳方案的选择和整个过程的控制。机加工方面采用曲轴动平衡自动线,使用计算机控制,实现自动测量和修正,采用在线自动检测和终检相结合的方式,连续监控加工精度,提高生产率,保证产品质量。热解决方面以德国的二段式气体软氮化法较先进,可获得单相化合物层,大大提高产品的质量和性能。飞轮的作用是将在作功行程中输入曲轴的能量的一部分贮存起来,用以在其它行程中克服阻力,带动曲
12、柄连杆机构越过上、下止点,保证曲轴的旋转角速度和输出扭矩尽也许均匀,并使发动机也许克服短时间的超负荷,此外,在结构上飞轮又往往用作汽车传动系中摩擦离合器的驱动件。近几年的飞轮设计重要集中在飞轮的基本三维建模及有限元分析、飞轮的拓扑优化设计和形状优化设计上,通过基于有限元法的优化设计可以大大提高设计效率,有助于缩短设计周期,减少制导致本,在飞轮原有模型上一方面对飞轮进行拓扑优化设计,可以得到优化模型的基本形状,然后在拓扑优化的基础上,进一步加以形状优化,就可以基本拟定飞轮的形状。第二章 总体方案设计2.1 柴油机设计的总体规定2.1.1 内燃机的总体设计规定内燃机的总体设计是整个产品开发工作的第
13、一个阶段,按照工作顺序可分为:产品开发的战略决策;产品重要技术经济指标与设计结构参数的论证和选择;方案计算和总体设计图的绘制等几个阶段。总体设计的水平和决策的对的与否,对产品的水平和市场竞争力将产生决定性的影响,如有失误,在大多数的情况下,不易通过投产后的改善加以挽回。因此,总体设计者责任重大,要有高度的负责精神和使命感。产品决策阶段一方面要进行市场调研,对开发机型的配套对象和各种用途的市场容量发展前景,类似机型的技术水平,生产成本,生产规模作出定量的分析,另一方面,就公司对所开发产品的投资能力,生产规模提出可行性分析报告。编制产品设计技术任务书,具体规定产品的各项技术经济指标和配套规定。产品
14、总体设计时要选择和拟定内燃机的重要参数,完毕各重要工作系统如供油系统、燃烧系统、进排气系统的构思,绘制机体、气缸盖、活塞、连杆、曲轴的方案图和整机纵横剖面图,不同缸数及典型配套机型的外形布置图,编制总体设计说明书。内燃机种类多样,使用条件各异,对总体设计也提出不同的规定。2.1.2 内燃机设计工作中的“三化”“三化”可以提高产品的质量,减少设计成本,组织专业化生产,提高劳动生产率,便于使用、维修和配件供应。(1)产品系列化 它是指基本尺寸相同,不同的排列、缸数、增压度,以满足不同需求。(2)零部件通用化 它是指同一系列的重要零件可以通用,以减少开发成本。(3)零件设计标准化 它是指按照国家标准
15、、行业标准或公司标准设计,提高设计图样和资料的可读性和交流性,便于技术交流,同时也起到减少生产和采购成本的作用。总之,柴油机的设计与开发是一个相称复杂的过程。一个型号产品往往要通过几年的设计与开发周期才干得以完善。2.2 柴油机的重要设计指标2.2.1 动力性指标动力性指标涉及有效功率(P)、转速(n)、最大扭矩和最大转矩转速。1、有效功率P=*Z*n/(30T) (2-1)为平均有效压力();为活塞的平均速度(m/s);为气缸的工作容积(L);Z为气缸数;n为转速(r/min);T为冲程数。可见,有效功率受到上面各参数的影响。在设计转速和结构参数基本拟定下来之后,影响有效功率的重要参数就是平
16、均有效压力。2、转速(n)柴油机由于其混合气形成速度和燃烧速度比较慢的因素,转速不会太高。转速在1000r/min以上为高速,6001000r/min为中速,600r/min以下为低速。提高内燃机的转速可以使功率提高,因而使单位功率的体积减小、重量轻。但是转速提高会导致一系列的问题,比如惯性力增长,导致机械负荷增长,平衡、振动问题突出,噪声增长;工作频率增长,导致活塞、气缸盖、气缸套、排气门等零件的热负荷增长;摩擦损失增长,机械效率下降,燃油消耗率增长,磨损寿命变短;进排气系统阻力增长,充气效率下降等。表1-1 各种用途的内燃机转速范围 【单位:(r/min)】用途柴油机汽油机汽车150050
17、0025006500工程机械与拖拉机1500280020233600内燃机车、发电机组900150028003600摩托车、摩托艇500010000中小型农用机械1200300030006000船舶(高速)1000202315002500船舶(低速)3008503、最大扭矩和最大转矩转速事实上内燃机给出的转矩指标都是最大扭矩。最大扭矩相应的发动机转速就是最大转矩转速。2.2.2 经济性指标柴油机的经济性指标重要指燃油消耗率指标,即每千瓦小时的燃料的消耗重量。对于固定工况使用的柴油机是指标定功率时上网燃油消耗率。对变工况的柴油机,则一般是指外特性曲线上的最低油耗率。比如,某内燃机的最低油耗率,则
18、是指万有特性上的最低油耗率。当然,万有特性上低油耗区越宽广,则变工况使用的经济性就越好。(1)燃油消耗率【(g/(*h)】减少的措施重要有指示效率和机械效率。一般车用柴油机的燃油消耗率为250380 g/(*h)。柴油机的经济性是内燃机设计师和使用者永远追求的目的。(2)机油消耗率gm【(g/(*h)】机油的价格远高于燃料油,希望使用中的消耗量尽量减少,并且规定在两个保养期之间不要添加机油,一般车用柴油机机油消耗率为1.32.6g/(*h)。2.2.3 可靠性和耐久性指标一、可靠性可靠性是指在规定的运转条件下,规定的时间内,具有连续工作,不会由于故障而影响正常运转的能力。对于可靠性的内燃机应在
19、保证期内不发生停车故障和需要更换重要或非重要零件的故障。二、耐久性耐久性是指从开始使用起到大修期的时间。内燃机的大修期一般决定于缸套和曲轴磨损到达极限尺寸的时间(小时数),此时内燃机不能继续正常工作,使用中的对外表现通常为:内燃机启动困难甚至无法启动、排气冒蓝烟、机油消耗量明显加大、动力性明显下降、内燃机工作噪声变大等。2.2.4 重量和外形尺寸指标质量、外形尺寸是评价设计的紧凑性和金属运用限度的指标。不同用途的内燃机对质量和外形尺寸指标的规定不尽相同。比如汽车发动机规定质量和外形尺寸都要小,而工程机械和拖拉机则可稍大一些。不管怎么样,设计紧凑、质量轻总是内燃机设计者追求的目的。衡量内燃机质量
20、的指标是比质量(kg/):m/。柴油机得比质量范围为:表1-3内燃机得比质量范围 用 途 柴 油 机 的 比 质 量(kg/)汽 车 用46小 型 农 用单缸1626 多缸5.516 工 程 机 械 用 47机 车3.47.5船 用13.519衡量柴油机外形尺寸紧凑性的指标是体积功率(千瓦每立方米):=/V (2-2)2.2.5低公害指标1.噪声内燃机的噪声重要来自燃烧噪声、气体流动噪声和机械噪声三个方面。内燃机的噪声大小用声压级(dB)来表达,一般还要对测量数据进行各种计权解决,仿照人耳的听力,一般采用A计权。在噪声数据上所见到的噪声单位多为或者dB(A)。燃烧噪声重要取决于缸内气压的压力升
21、高率。一切有助于缩短滞燃期和减少该期间燃油注入量的措施,都有助于减少燃烧噪声,比如增压、分段喷射、推迟喷油提前和减少点火提前角等。减少压缩比也是很常见的效的措施,一般与增压同时采用,否则会减少柴油机的动力性。气体流动噪声重要通过进排气消声器来控制。机械噪声重要是通过合理设计风扇结构参数和合理控制风扇转速来达成控制目的。2.有害气体的排放汽车的排放,就是内燃机的排放,说到对于环境和空气的污染,事实上是内燃机的排放污染。目前全世界对汽车的污染问题都十分重视。在设计柴油机时,特别是车用柴油机时,一定要根据本地实行的法规制定合适的设计方案。2.3 2110型柴油机的重要参数的选择内燃机的重要参数涉及:
22、平均有效压力Pme 、活塞平均速度Cm、缸径和缸数。这些参数反映了产品的性能和设计质量,因此选择时必须紧密结合我国工业生产发展的实际情况,同时还要对同类型国内外发动机的参数进行分析比较和实验研究。1、平均有效压力平均有效压力是标志内燃机整个循环过程的有效性及内燃机制造完善性的指标之一,值的不断提高是内燃机技术发展的重要标志。由于它决定了发动机的强化限度,反映了发动机结构与制造要达成的质量,故必须慎重的选择。进行产品设计时,平均有效压力应根据同类型发动机的实际数据来初步选定,在本次设计中,初步选定=0.6MPa。2、活塞平均速度Cm活塞平均速度Cm也是表征活塞式内燃机强化限度(热负荷和机械负)的
23、重要参数之一。它对于内燃机的性能,工作可靠性和使用寿命有很大的影响。一般说来,Cm增大会使发动机的功率增高,但活塞组的热负荷和曲柄连杆机构的惯性负荷增大,磨损加剧,寿命下降。本次设计的转速为2200r/min。3、气缸直径D和气缸数Z内燃机的缸径应符合系列型号的规定,其尾数应当取整数,优先选用0和5。本次设计的气缸直径于气缸数均由设计任务书给定,其分别为110mm,两缸。4.行程S行程增长可以提高平均有效压力但是在气缸直径不变的情况下,S的增长即行程缸径比S/D增长,导致活塞平均速度提高,有磨损加速、寿命减少等问题。行程缸径比:S/D0.91.26S=(0.91.26)D=99138.6 mm
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