2100t型柴油机曲轴飞轮组优化设计

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1、2100T型柴油机曲轴飞轮组优化设计说明书姓名封博明学号3008201279专业热能与动力工程内燃机课程设计任务书任务2100T型柴油机曲轴飞轮组优化设计组员封博明(组长)、李钊、李星韵、刘建赟、叶文基步骤确定优化方案、目标、进度任务分配，细化到个人查阅相关专业书籍和文献，下载安装并学习有关软件进行初步优化，并和其它小组沟通协调，保证装配条件以及整体优化按老师要求的时间节点整理提交阶段性总结报告任务封博明[1]复习曲轴的结构和设计要求，利用Proe三维建模软件建立曲轴的几何模型[2]曲轴的有限元分析，利用MSC.Patran进行划分网格等有限元

2、前后处理，在MSC.Nastran中进行求解，得出曲轴应力应变分布。主要方向是对平衡重的加载、轴颈尺寸做出优化，满足曲轴工作条件的前提下，也可对不同材料下的曲轴进行对比。分配李钊应用传统公式算法对原始尺寸及优化的曲轴进行强度校核刘建赟对原柴油机启动方式进行改进，改手启动和电启动混合启动方叶文基式为纯电启动，在保证柴油机顺利启动的条件下，对飞轮轻量化。主要查阅内燃机设计资料对发动机启动临界点有关参数进行确定。李星韵曲轴扭振分析计划02/28~03/02基础知识学习，软件学习03/04~03/05建立曲轴及飞轮三维模型03/06~03/08建立有限

3、元模型进度03/09~03/14优化方案实施03/15~03/20优化结果合理性检验03/21~03/23整理总结说明：[1]首先应以学习为目的，广泛阅读相关领域书籍、文献资料；[2]了解发动机曲轴力学分析方法，将理论分析与工程实际应用相结合；[3]熟练掌握专业软件；[4]严格按照制定的工作计划进行。曲轴是柴油机中最重要且最昂贵的构件，受到不断周期性变化的气缸压力、往复和旋转质量的惯性力以及它们的力矩的共同作用，并对外输出扭矩，同时还伴有扭转振动，工作负荷非常大，容易发生断裂等破。曲轴既扭转又弯曲，并产生疲劳应力。对曲轴来说，弯曲载荷具有决定性

4、作用，而扭转载荷仅占次要地位（不包括因扭转振动而产生的扭转疲劳破坏）。曲轴破坏统计分析表明，80%左右的疲劳破坏是由弯曲疲劳产生的。因此，曲轴结构强度研究的重点是弯曲疲劳强度。随着世界经济和科学技术日新月异的进步，同时在世界范围内，环境保护的呼声越来越高，保护生态环境法规的日益严格，柴油机正朝着高速、低油耗、度、低污染和噪声以及提高工作可靠性和延长使用寿命的方向不断发展。柴油机的发展和强化，使得曲轴的工作条件越来越苛刻，曲轴的强度设计是发动机设计中的一个关键步骤。内燃机的动力学分析、强度分析、结构优化设计是天津大学内燃机专业的研究重点，先后针对

5、轴系、机体、轴承等发动机关键部件开展过多次动态特性研究、强度可靠性分析和结构优化设计。2100T型柴油机概况与主要性能参数型号2100T3型式立式、水冷、四行程、直接喷射式燃烧室气缸数2缸气缸直径100mm活塞行程120mm标定功率1h功率：27.5马力12h功率：25马力（18.4kW)标定转速2000转/分钟最大扭矩11公斤*米最大扭矩转速1500转/分钟标定功率时燃油消耗率≦195克/马力*小时(ge≤252kW·h)标定功率时机油消耗率≦4克/马力*小时压缩比16:1活塞总排量1.88升平均有效压力5.97公斤/平方厘米活塞平均速度8米

6、/秒气缸发火顺序（从飞轮端视）1-2曲轴旋转方向（从飞轮端视）逆时针启动方式手启动或电启动润滑方式压力与飞溅复合式外形尺寸（长*高*宽）移动式：555*486*748（毫米）固定式：684*485*806（毫米）用途主要用于拖拉机等农用汽车动力2100T型柴油机曲轴的材料采用高优质的合金球墨铸铁，制造方便，成本低。曲轴由前端、曲拐、曲轴后端及平衡重组成，主轴颈直径粗而短，以提高刚度，主轴颈为空心，曲柄销也是空心，既可以减少重量，又可以减少离心力。2100型是枣核型空腔。柴油机的动平衡分析多缸内燃机运转时沿着每一气缸的中心线都作用有往复惯性力Pj

7、，每一曲拐的旋转平台内部都作用有离心惯性力Pr。所谓内燃机平衡问题，就是研究如何计算它们的合力及合力矩，并研究怎样才能把由它们所引起的有害作用减至最小。动平衡指物体旋转时，物体上的所有换算质量的离心力矢量和对于轴线上的任一点的力矩的矢量和为0，则物体是动平衡的。2100T型柴油机的曲柄图如下所示：（计算公式见设计书）所以2100T型柴油机的曲轴是动不平衡的，必须在与曲拐相对位置加平衡重。2100T型柴油机的平衡重是直接铸造出并与曲轴连成一体的。柴油机曲轴受力的分析一、曲轴应力计算的分类现有的曲轴强度计算都归结为疲劳强度计算，其计算步骤分为以下两

8、步:一是应力计算，求出曲轴危险部位的应力幅和平均应力;二是在此基础上进行疲劳强度计算。由经验可知，曲轴疲劳破坏的位置是：曲柄销与曲柄臂或主轴颈与曲柄臂