（定稿）低速柴油机动力学试验台设计（全套下载）

格式：RAR 上传：2025-08-23 16:23:06

向力的计算结果四个冲程连杆力侧向力进气终点压缩终点膨胀终点排气终点力通过连杆作用在曲轴的曲柄臂上，此力也分解成两个力，即推动曲轴旋转的切向力，即.和压缩曲柄臂的径向力，即.规定力和曲轴旋转方向致为正，力指向曲轴为正。求得切向力径向力见如表.所示表.切向力径向力的计算结果四个冲程切向力径向力进气终点压缩终点膨胀终点排气终点第三章活塞组的设计.活塞的设计活塞组包括活塞活塞销和活塞环等在气缸里作往复运动的零件，它们是发动机中工作条件最严酷的组件。发动机的工作可靠性与使用耐久性，在很大程度上与活塞组的工作情况有关。活塞的工作条件和设计要求活塞的机械负荷在发动机工作中，活塞承受的机械载荷包括周期变化的气体压力往复惯性力以及由此产生的侧向作用力。在机械载荷的作用下，活塞各部位了各种不同的应力活塞顶部动态弯曲应力活塞销座承受拉压及弯曲应力环岸承受弯曲及剪应力。此外，在环槽及裙部还有较大的磨损。为适应机械负荷，设计活塞时要求各处有合适的壁厚和合理的形状，即在保证足够的强度刚度前提下，结构要尽量简单轻巧，截面变化处的过渡要圆滑，以减少应力集中。活塞的热负荷活塞在气缸内工作时，活塞顶面承受瞬变高温燃气的作用，燃气的最高温度可达。因而活塞顶的温度也很高。活塞不仅温度高，而且温度分布不均匀，各点间有很大的温度梯度，这就成为热应力的根源，正是这些热应力对活塞顶部表面发生的开裂起了重要作用。磨损强烈发动机在工作中所产生的侧向作用力是较大的，同时，活塞在气缸中的高速往复运动，活塞组与气缸表面之间会产生强烈磨损，由于此处润滑条件较差，磨损情况比较严重。活塞组的设计要求要选用热强度好耐磨比重小热膨胀系数小导热性好具有良好减磨性工艺性的材料有合理的形状和壁厚。使散热良好，强度刚度符合要求，尽量减轻重量，避免应力集中保证燃烧室气密性好，窜气窜油要少又不增加活塞组的摩擦损失在不同工况下都能保持活塞与缸套的最佳配合减少活塞从燃气吸收的热量，而已吸收的热量则能顺利地散走在较低的机油耗条件下，保证滑动面上有足够的润滑油。则由式.计算气压力如表.所示。表.气压力计算结果四个冲程进气终点.压缩终点.膨胀终点.排气终点机构的惯性力惯性力是由于运动不均匀而产生的，为了确定机构的惯性力，必须先知道其加速度和质量的分布。加速度从运动学中已经知道，现在需要知道质量分布。实际机构质量分布很复杂，必须加以简化。为此进行质量换算。机构运动件的质量换算质量换算的原则是保持系统的动力学等效性。质量换算的目的是计算零件的运动质量，以便进步计算它们在运动中所产生的惯性力。连杆质量的换算连杆是做复杂平面运动的零件。为了方便计算，将整个连杆包括有关附属零件的质量用两个换算质量和来代换，并假设是集中作用在连杆小头中心处，并只做往复运动的质量是集中作用在连杆大头中心处，并只沿着圆周做旋转运动的质量，如图.所示图.连杆质量的换算简图为了保证代换后的质量系统与原来的质量系统在力学上等效，必须满足下列三个条件连杆总质量不变，即。连杆重心的位置不变，即。连杆相对重心的转动惯量不变，即。其中，连杆长度，为连杆重心至小头中心的距离。由条件可得下列换算公式用平衡力系求合力的索多边形法求出重心位置。将连杆分成若干简单的几何图形，分别计算出各段连杆重量和它的重心位置，再按照索多边形作图法，求出整个连杆的重心位置以及折算到连杆大小头中心的重量和，如图.所示图.索多边形法往复直线运动部分的质量活塞包括活塞上的零件是沿气缸中心做往复直线运动的。它们的质量可以看作是集中在活塞销中心上，并以表示。质量与换算到连杆小头中心的质量之和，称为往复运动质量，即。不平衡回转质量曲拐的不平衡质量及其代换质量如图.所示图.曲拐的不平这种型式的曲柄连杆机构在内燃机中应用最为广泛。般的单列式内燃机，采用并列连杆与叉形连杆的形内燃机，以及对置式活塞内燃机的曲柄连杆机构都属于这类。偏心曲柄连杆机构其特点是气缸中心线垂直于曲轴的回转中心线，但不通过曲轴的回转中心，气缸中心线距离曲轴的回转轴线具有偏移量。这种曲柄连杆机构可以减小膨胀行程中活塞与气缸壁间的最大侧压力，使活塞在膨胀行程与压缩行程时作用在气缸壁两侧的侧压力大小比较均匀。主副连杆式曲柄连杆机构其特点是内燃机的列气缸用主连杆，其它各列气缸则用副连杆，这些连杆的下端不是直接接在曲柄销上，而是通过副连杆销装在主连杆的大头上，形成了“关节式”运动，所以这种机构有时也称为“关节曲柄连杆机构”。在关节曲柄连杆机构中，个曲柄可以同时带动几套副连杆和活塞，这种结构可使内燃机长度缩短，结构紧凑，广泛的应用于大功率的坦克和机车用形内燃机。经过比较，本试验台所选择的型式为中心曲柄连杆机构。.曲柄连杆机构运动学中心曲柄连杆机构简图如图.所示，图.中气缸中心线通过曲轴中心，为曲柄，为连杆，为曲柄销中心，为连杆小头孔中心或活塞销中心。当曲柄按等角速度旋转时，曲柄上任意点都以点为圆心做等速旋转运动，活塞点沿气缸中心线做往复运动，连杆则做复合的平面运动，其大头点与曲柄端相连，做等速的旋转运动，而连杆小头与活塞相连，做往复运动。在实际分析中，为使问题简单化，般将连杆简化为分别集中于连杆大头和小头的两个集中质量，认为它们分别做旋转和往复运动，这样就不需要对连杆的运动规律进行单独研究。图.曲柄连杆机构运动简图活塞做往复运动时，其速度和加速度是变化的。它的速度和加速度的数值以及变化规律对曲柄连杆机构以及发动机整体工作有很大影响，因此，研究曲柄连杆机构运动规律的主要任务就是研究活塞的运动规律。.活塞位移假设在时刻，曲柄转角为，并按顺时针方向旋转，连杆轴线在其运动平面内偏离气缸轴线的角度为，如图.所示。当时，活塞销中心在最上面的位置，此位置称为上止点。当时，点在最下面的位置，此位置称为下止点。资.亿元开展船用半组合曲轴的科技攻关。年月，中国自己制造的第根船用半组合曲轴在上海船用曲轴有限公司厂房下线，这根.米长约吨重的船用柴油机半组合曲轴实现了我国在该领域零的突破。中国船舶工业协会年月份公布的年全国船舶工业经济运行报告中指出，我国船舶工业重点配套能力有所提高，研制生产取得突破。船用大型低速柴油机曲轴实现了完全自主生产，已获得根订单。尽管如此，但整个产业的形势依然严峻。专家称，中国的造船技术与国外先进水平相比，至少相差年，差距在于核心设备自给还跟不上。大型船用曲轴在使用和加工过程中，必须支承在滑动轴承上，形成曲轴转子滑动轴承系统。当曲轴旋转时，不平衡质量及其他激励导致曲轴振动，同时滑动轴承的油膜力与轴颈发生流固耦合作用，使该系统的振动规律不同于其他系统的振动规律。.经济效益与社会效益大功率低速船用柴油机是船舶的心脏，曲轴是柴油机最主要的关键附件。船用曲轴是广泛用于民用船舶国防船舶等领域的关键装备。世界先进造船国家日本韩国等在大力发展造船能力的同时都相应地努力发展大功率低速船用柴油机及主要关键附件曲轴的制造能力，为实现我国在年成为世界第造船大国的目标，近年来国内造船业有了飞快的发展。但是，随着原材料成本上升以及其他国家自身需求量的猛增，每根船用曲轴价格目前己达万美元以上。该关键部件自造能力的缺失度制约着我国船舶工业的发展，也让中国在荣获“世界第三造船大国“之名的同时付出了高昂的代价。有统计资料显示，年，中国在进口曲轴上花费高达多万美元。而近年来。由于曲轴价格持续飞涨，以及中国造船业对曲轴需求量的增加，每年进口曲轴的费用已经高达万美元。近几年来，半组合曲轴供求矛盾更为突出，价格逐年提高．并且交货期也经常得不到保证。低速,柴油机,动力学,试验台,设计,毕业设计,全套,图纸第章绪论.研究背景大功率低速船用柴油机曲轴柴油机是目前世界上船舶使用最为普遍的动力装置。根据其曲轴转速可分为低速机转速为中速机转速为和高速机转速为。其中，大功率低速柴油机由于其单机功率大经济性好可靠性高等特点，在大中型民用船舶上得到普遍应用。据统计，在般大中型民用船舶中，有使用大功率低速柴油机作为主推进装置。同时，柴油机主机是般民用船舶中价值最高的配套设备，其价格占到了船价的左右。而曲轴作为柴油机的关键运动件之。其动力学行为不仅在很大程度上决定着柴油机的工作可靠性，而且对柴油机的振动和噪声也有着重要的影响。大功率低速船用柴油机是船舶的心脏，曲轴是柴油机最主要的关键附件。世界先进造船国家日本韩国等在大力发展造船能力的同时都相应地努力发展大功率低速船用柴油机及主要关键附件曲轴的制造能力。为实现我国在年成为世界第造船大国的目标，近年来国内造船业有了飞快的发展。柴油机性能不仅与曲轴轴承系统中的摩擦学行为与动力学行为有关，而且与它们之间的耦合作用密切相关。大功率低速半组合式船用柴油机曲轴转子轴承系统动力学研究将有助于人们对曲轴转子轴承系统有更完善的认识有助于建立多缸柴油机各设计参数之间更加准确的相互依赖关系，为柴油机性能的进步提高提供理论上的指导。曲轴关键问题研究为了提高曲轴的生产率，必须提高曲轴精加工时的转速，以提高切削速度。但是，当曲轴转子高速运行时，必然出现质量偏心引起的振动问题。研究不同转速下大型船用柴油机曲轴转子的动力学特点，研究切削力大小和位置变化时，曲轴转子的振动规律，就可以为曲轴精加工时切削用量的选择提供理论指导另方面，对曲轴转子系统动力学性能的研究，对曲轴的使用监测维修等工作也具有实用价值。曲轴是柴油机内燃机蒸汽机等发动机中最重要的部件之。