柴油设计.docx

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柴油设计

课题名称

基于柴油机拆装的零件设计与数控编程

同组学生姓名

设计（研究）内容：

通过研究柴油机拆装视频并利用相应工具进行柴油机的拆装，理清柴油机所有组成零件的种类和尺寸，团队协作，画出柴油机二维装配图。

运用所学知识和技能对柴油机主要零件用三维建模的方法或传统方法进行设计，画出二维零件图。

选出典型零件进行加工工艺设计和数控编程并且利用相关软件进行数控加工仿真。

符合以下要求，方可参加答辩：

（1）打印图纸数量为3张A1幅面（其中总装图用A0输出；零件图用A4或A3拼成A1幅面输出；总装图编号采用课题代号、标题栏一律采用GB标准格式（见系模板），图纸必须用AutoCAD2004及以上版本画图）；

（2）设计计算说明书字数不少于7000字，且打印输出并装订、格式一律参照“镇江高专毕业设计（论文）写作规范”要求（如封面,中英文摘要，结论,致谢,参考资料等均不能缺少），用Word2003存盘；

（3）打印任务书一份，；

（4）提交实习评定表原件一份（要有用人单位盖章）；

（5）提交电子版（图纸用AutoCAD2004版本存盘、说明书及任务书用Word2003存盘）给指导老师；

（6）档案袋一只（班级集中统一到校实训科购买）；

（7）2011年4月27日以前，提交全部资料且格式及内容均达到符合规定的要求。

目录

第一章柴油机的基本知识…………………………………………………

1.1柴油机的基本概念…………………………………………………

1.1.1热机…………………………………………………

1.1.2柴油机………………………………………………

1.2柴油机的工作原理………………………………………………

1.3柴油机泵的概述……………………………………………………

第二章×××××××××××………………………………………………

2.1×××××××××××……………………………………………

2.1.1×××××××××××……………………………………………

2.1.2×××××××××××……………………………………………

2.2×××××××××××………………………………………………

2.3×××××××××××………………………………………………

第三章×××××××××××………………………………………………

3.1×××××××××××……………………………………………

3.2×××××××××××………………………………………………60

第四章××××××××××××……………………………………………66

结论…………………………………………………………………………………71

致谢…………………………………………………………………………………74

参考文献……………………………………………………………………………75

基于柴油机拆装的零件设计与数控编程

专业班级：

机电D092学生姓名：

朱跃

指导教师：

曹步霄职称：

讲师

摘要轴是机器中的重要零件之一。

它用于支撑传动件和轴上其他零件并传递运动和动力。

按承载情况，轴可分为转轴、传动轴和心轴。

转轴的设计计算和设计计算和结构两部分。

设计计算和结构设计是交叉进行的。

并且要反复循环多次。

轴的结构设计重要在协调轴与周围零件的关系应满足制造安装要求、定位和固定要求减小应力集中要求等。

关键词：

轴运动动力

DesignBasedondieselengineandpartsandNCprogrammingAbstract

AbstractTheshaftisoneoftheimportantpartsinthemachine.Itisusedtosupportthedrivepieceandotherpartsontheshaftandtransfermovementandpower.Accordingtothebearing,shaftcanbedividedintotheshaft,driveshaftandthemandrel.Shaftdesigncalculationanddesigncalculationandstructureoftwoparts.Designcalculationandstructuredesignisthecrossingofthe.Andrepeatedcycletimes.Thestructuraldesignofshaftincoordinateaxeswithperipheralpartsshouldmeettherequirementsoftherelationshipbetweenmanufactureandinstallation,positioningandfixingrequirementstoreducestressconcentrationrequiremen

第一章柴油机的基本知识

1.1柴油机的基本概念

1.1.1热机

热机是把热能转换成机械能的动力机械，它的基本工作原理是：

燃料在一个特设的装置中燃烧。

将化学能转变为热能以加热工质。

然后将这种具有热能得工质导入发动机。

把工质的热能转变为机械能。

根据燃料燃烧所产生的不同，热机又可分为外燃烧机和内燃烧机两大类。

柴油机是热机中较典型的机型。

1.1.2柴油机

柴油机和汽油机均属于往复式为内燃机，它们都具有内燃机的基本优点，但又具有各自的工作特点。

故而他们在工作原理，经济性以及适用范围上均有差异。

（1）功率范围广，单片功率可以1KW到68000KW赫。

因此其应用范围领域十分广泛。

（2）机动性好正常机动只需3-5秒时间，并能很快到达全负荷有宽广的转速负荷调节范围，并能有直接反转操作简便，能适应船舶航行的各种需要。

（3）尺寸小，重量轻柴油机属于内燃机，不需要锅炉大型的外围附属设备适应交通运输等动力装备应用。

1.2柴油机的工作原理

在各种动力机械中，柴油机由于热效率最高，功率范围宽广，起动迅速，维修方便，运行安全，使用寿命长，因而得到广泛应用。

在国民经济和国防建设中处于重要地位。

特别在船舶方面，柴油机作为主机和辅机更是占统治地位。

柴油机是目前世界上船舶使用最为普通的动力装置，在一般大中型民用船舶中有90%以上使用柴油机作为主推进装置，只有在一些军用船，特种船舶和个别货船，使用燃烧轮机,蒸汽机等。

四冲程柴油机的工作原理

柴油机的工作是由进气、压缩、燃烧膨胀和排气这四个过程来完成的，这四个过程构成了一个工作循环。

活塞走四个过程才能完成一个工作循环的柴油机称为四冲程柴油机。

一.进气冲程

第一冲程——进气，它的任务是使气缸内充满新鲜空气。

当进气冲程开始时，活塞位于上止点，气缸内的燃烧室中还留有一些废气。

当曲轴旋转肘，连杆使活塞由上止点向下止点移动，同时，利用与曲轴相联的传动机构使进气阀打开。

随着活塞的向下运动，气缸内活塞上面的容积逐渐增大：

造成气缸内的空气压力低于进气管内的压力，因此外面空气就不断地充入气缸。

当活塞向下运动接近下止点时，冲进气缸的气流仍具有很高的速度，惯性很大，为了利用气流的惯性来提高充气量，进气阀在活塞过了下止点以后才关闭。

虽然此时活塞上行，但由于气流的惯性，气体仍能充人气缸。

二.压缩冲程

第二冲程——压缩。

压缩时活塞从下止点间上止点运动，这个冲程的功用有二，一是提高空气的温度，为燃料自行发火作准备：

二是为气体膨胀作功创造条件。

当活塞上行，进气阀关闭以后，气缸内的空气受到压缩，随着容积的不断细小，空气的压力和温度也就不断升高，压缩终点的压力和湿度与空气的压缩程度有关，即与压缩比有关，一般压缩终点的压力和温度为：

Pc＝4～8MPa,Tc＝750～950K。

三.燃烧膨胀冲程

第三冲程——燃烧膨胀。

在这个冲程开始时，大部分喷入燃烧室内的燃料都燃烧了。

燃烧时放出大量的热量，因此气体的压力和温度便急剧升高，活塞在高温高压气体作用下向下运动，并通过连秆使曲轴转动，对外作功。

所以这一冲程又叫作功或工作冲程。

随着活塞的下行，气缸的容积增大，气体的压力下降，工作冲程在活塞行至下止点，排气阀打开时结束。

最高燃烧压力与压缩终点压力之比（Pz／Pc），称为燃烧时的压力升高比，用λ表示。

根据柴油机类型的不同，在最大功牢时λ值的范围如下：

λ＝Pz／Pc＝1.2～2.5。

四.排气冲程

第四冲程——排气。

排气冲程的功用是把膨胀后的废气排出去，以便充填新鲜空气，为下一个循环的进气作准备。

当工作冲程活塞运动到下止点附近时，排气阀开起，活塞在曲轴和连杆的带动下，由下止点向上止点运动，并把废气排出气缸外。

由于排气系统存在着阻力，所以在排气冲程开始时，气缸内的气体压力加比大气压力高0.025—0.035MPa，其温度Tb＝1000～1200K。

为了减少排气时活塞运动的阻力，排气阀在下止点前就打开了。

排气阀一打开，具有一定压力的气体就立即冲出缸外，缸内压力迅速下降，这样当活塞向上运动时，气缸内的废气依靠活塞上行排出去。

为了利用排气时的气流惯性使废气排出得干净，排气阀在上止点以后才关闭。

排气冲程结束之后，又开始了进气冲程，于是整个工作循环就依照上述过程重复进行。

由于这种柴油机的工作循环由四个活塞冲程即曲轴旋转两转完成的，故称四冲程柴油机。

虽然柴油机有许多种型式，其具体构造也不完全一样，但都有：

曲柄连杆机构、配气机构、燃油供给系、润滑系及冷却系。

曲柄连杆机构、配气机构和燃油供给系，是柴油发动机的三大基本部分，它们互相配合，完成发动机的工作循环，实现能量转换。

使用过程中，三者技术状态的好坏及相互之间配合的正确与否，对发动机的性能具有决定性的影响。

润滑系和泠却系为柴油机的辅助系统，是柴油机长期正常工作不可缺少的重要部分。

如果润滑系或冷却系工作不正常，那么柴油机就会发生故障，也不能正常工作。

由此可见，柴油机在使用过程中，必须对以上各部分予以充分重视，不可忽视任何一个部分，否则，发动机的正常工作将无法保证，甚至会造成发动机的严重损坏。

1.3柴油机泵的概述

柴油机水泵又或为柴油机动力型驱动泵,泛指以柴油机为动力，泵组通过弹性联轴器，由于柴油机泵驱动具有合理的经济性，效率高，防蚀性能好，振动小，噪声小，运行平稳可靠和装拆方便等优点。

第二章轴的设计

1.1轴的设计与校核

（1）选择轴的材料

阶梯轴工作时要承受很大的转矩及交变的弯曲应力，容易门生扭振、折断及轴颈磨损，因此要求用材应有较高的强度、冲击韧度、疲劳强度和耐磨性。

常用材料有：

一般阶梯轴为35、40、45钢或球墨铸铁QT600-2；对于高速、重载阶梯轴，可采用40Cr、42Mn2V等材料。

选取45钢，调制处理，参数如下:

硬度为HBS＝220

抗拉强度极限σB＝650MPa

屈服强度极限σs＝360MPa

弯曲疲劳极限σ－1＝270MPa

剪切疲劳极限τ－1＝155MPa

许用弯应力[σ－1]=60MPa

（2）计算各轴的转速。

阶梯轴：

n2=n1

η1=2600

0.98=2548r/min

（3）计算轴的功率

阶梯轴P2=P1

η1=4.4

0.97=4.268（KW）;

二初步估算阶梯轴的最小直径

由前面的传动装置的参数可知n2=2548r/min;P2=4.268（KW）；查表可取

=115；（机械设计第八版370页表15-3）

19.64mm

三．轴的机构设计

（1）拟定轴上零件的装配方案

如图（轴），从左到右依次为轴端螺母、叶轮、轴承、轴承、带轮。

（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度

轴的最小直径是轴端螺母

，所以取

=12mm，L1=14mm为了保证叶轮的轴向定位。

叶轮的宽度为25mm，根据轴向定位可靠取L2=24，

=20mm，.

初步选择滚动轴承。

因为轴主要受径向力的作用，一般情况下不受轴向力的作用，故选用深沟球滚动轴承，由于轴

=25，故轴承的型号为6205，其尺寸为

25mm，

52mm,B=15mm.所以

=

=25mm，

=84，

=45mm

（3）轴上零件的轴向定位

带轮和轴的轴向定位采用平键链接（详细的选择见后面的键的选择过程）

（4）确定轴上的倒角和圆角尺寸

参考课本表15－2，取轴端倒角为1×45°，各轴肩处的圆角半径R=1.2mm

深沟球轴承

6205

d=25D=52B=15