柴油機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)實(shí)施方案

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1、個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí) 目 錄 前言 2 第一章柴油機(jī)總體設(shè)計(jì)方案 4b5E2RGbCAP §1.1 高速柴油機(jī)設(shè)計(jì)地要求 4p1EanqFDPw §1.2 柴油機(jī)設(shè)計(jì)地內(nèi)容 4DXDiTa9E3d §1.2.1 高速柴油機(jī)用途地確定 4RTCrpUDGiT §1.2.2 柴油機(jī)類型地確定 55PCzVD7HxA §1.2.3 柴油機(jī)主要設(shè)計(jì)參數(shù)地確定 6jLBHrnAILg 第二章主要零部件設(shè)計(jì)及計(jì)算 10xHAQX74J0X §2.1

2、 連桿組地設(shè)計(jì) 10LDAYtRyKfE §2.1.1 連桿地工作情況 10Zzz6ZB2Ltk §2.1.2 在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意地地方 10dvzfvkwMI1 §2.1.3 連桿地材料 10rqyn14ZNXI §2.1.4 連桿長(zhǎng)度地確定 11EmxvxOtOco §2.1.5 連桿小頭地設(shè)計(jì) 11SixE2yXPq5 §2.1.6 連桿桿身地設(shè)計(jì) 126ewMyirQFL §2.1.7 連桿大頭地設(shè)計(jì) 13kavU42VRUs §2.2 活塞組地設(shè)計(jì) 15y6v3ALoS89

3、 §2.2.1 活塞 15M2ub6vSTnP §2.2.2 活塞環(huán) 210YujCfmUCw §2.2.3 活塞銷 22eUts8ZQVRd 第三章連桿強(qiáng)度校核 23 sQsAEJkW5T § 3.1 連桿小頭計(jì)算 23GMsIasNXkA § 3.2 連桿桿身地強(qiáng)度計(jì)算 24TIrRGchYzg § 3.3 連桿大頭蓋地計(jì)算 257EqZcWLZNX 第四章結(jié)論 26lzq7IGf02E 參考文獻(xiàn) 27zvpgeqJ1hk 致謝 27NrpoJac3v1

4、1/29 個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí) 前 言 375 柴油機(jī)是我國(guó)三缸柴油機(jī)系列中地主要產(chǎn)品，是我國(guó)經(jīng)濟(jì)體制改革 不斷深入， 農(nóng)村生產(chǎn)飛速發(fā)展地產(chǎn)物 . 傳統(tǒng)地 375 柴油機(jī)母型是六十年代后期 開發(fā)地產(chǎn)品，笨重而且燃油高、經(jīng)濟(jì)動(dòng)力性能差，為此作者在國(guó)內(nèi)地現(xiàn)有生 產(chǎn)條件下， 借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)設(shè)計(jì)理念與生產(chǎn)技術(shù)， 在原有機(jī)型地基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 375 柴油機(jī)，該 375 柴油機(jī)是三缸，自然吸氣，直列四沖程，水冷直噴，高速柴 油機(jī)，在提高發(fā)動(dòng)機(jī)地經(jīng)濟(jì)、動(dòng)力性能地同時(shí)降低有害物地排放，同時(shí)仍然 保持原機(jī)可靠性、

5、耐久性、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、使用維修方便地優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于農(nóng) 用運(yùn)輸機(jī)、拖拉機(jī)、小型機(jī)械，這些優(yōu)點(diǎn)使其更好地融入農(nóng)村生產(chǎn)，備受購(gòu) 買力相對(duì)較弱地農(nóng)民群體地歡迎，因此該產(chǎn)品地開發(fā)擁有很廣闊地市 場(chǎng) .1nowfTG4KI 國(guó)家地排放法規(guī)日益嚴(yán)格，國(guó)家對(duì)柴油機(jī)地微粒排放地關(guān)注度也日益提 高，原來 375 柴油機(jī)存在地微粒和煙度地排放較高，針對(duì)這方面地缺點(diǎn)開發(fā) 水冷直噴地燃燒室，其良好地燃油經(jīng)濟(jì)性、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、起動(dòng)容易優(yōu)點(diǎn)，不僅 能夠有效地降低微粒和煙度地排放，而且能夠降低油耗，從而滿足現(xiàn)代地節(jié) 能減排地新觀念，該優(yōu)點(diǎn)亦符合農(nóng)村購(gòu)買標(biāo)準(zhǔn)之一 .fjnFLDa5Zo

6、 375 柴油機(jī)一般用于農(nóng)用運(yùn)輸和動(dòng)力，國(guó)內(nèi)農(nóng)用機(jī)械配套動(dòng)力要求動(dòng)力充足可靠性高、經(jīng)濟(jì)性好，柴油機(jī)以其低速扭矩大、經(jīng)濟(jì)性好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)占據(jù)主流，在農(nóng)業(yè)機(jī)械化地大背景下，原來柴油機(jī)笨重，油耗高，功率低等已不能夠滿足新時(shí)代地要求，為了適應(yīng)國(guó)內(nèi)農(nóng)用機(jī)械功率增長(zhǎng)地需要， 在原來地基礎(chǔ)上開發(fā)出來地375 柴油機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)在排量、功率、動(dòng)力性能 等都有一定地增加，并且節(jié)省材料.該柴油機(jī)可以配套拖拉機(jī)、農(nóng)用運(yùn)輸機(jī)、 排灌機(jī)械、收割機(jī)等農(nóng)用機(jī)械，也可以和空壓機(jī)、礦石機(jī)械翻斗機(jī)、小型發(fā) 電機(jī)組等 .tfnNhnE6e5 475 柴油機(jī)是四缸機(jī)，活塞行程為 90mm ，標(biāo)定

7、功率為 24KW ；某些企業(yè) 地渦流 475 柴油機(jī)普遍存在油耗高、排氣溫度高等問題，若能把 475 型柴油 機(jī)地渦流燃燒系統(tǒng)造成直噴式燃燒系統(tǒng)，能夠使油耗大幅度降低、煙度排放 少，特別嚴(yán)格地排放法規(guī)地實(shí)施，迫使人們?cè)诒３衷醒芯砍晒赝瑫r(shí)，換 一個(gè)角度去探索各種燃燒室及其供油系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)匹配地問題， 475 柴油 2/29 個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí) 機(jī)采用螺旋進(jìn)氣道地設(shè)計(jì)，促進(jìn)空氣和燃油地混合；采用啞鈴型地燃燒室， 增大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量提高渦流強(qiáng)度，形成很好地進(jìn)氣渦流改善煙度排放，大幅度降 低低速時(shí)地?zé)煻扰欧?；供油提前?/p>

8、地范圍廣，并且最佳供油提前角減少，因 而降低噪音、振動(dòng)和良好地低速轉(zhuǎn)矩特性；為了適應(yīng) 475 型柴油機(jī)直噴化地 需要，選用 BQ 泵 .475 柴油機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、重量輕、使用維修方便、 可靠性能強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，廣泛地應(yīng)用于農(nóng)用運(yùn)輸機(jī)、輕卡、拖拉機(jī)小型工程 機(jī)械、發(fā)電機(jī)組等作為動(dòng)力.HbmVN777sL 柴油機(jī)作為各種機(jī)械地動(dòng)力裝置，活塞是其主要地配件之一，由于它在 氣缸內(nèi)以高速作勻速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，且在高溫、高壓和液體潤(rùn)滑困難等條件下工 作，所以是一種容易磨損地配件 .發(fā)動(dòng)機(jī)性能地優(yōu)劣很大程度決定于生產(chǎn)工藝 和加工水平，工藝設(shè)計(jì)水平越高，機(jī)械

9、加工能力越強(qiáng)，發(fā)動(dòng)機(jī)性能越好 .所以 活塞地工藝設(shè)計(jì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能有至關(guān)重要地影響 .目前，在中小型柴油機(jī)方面 開展地研究工作大都放在減少?gòu)U氣排放，因此出現(xiàn)深盆頂活塞地應(yīng)用，這是 專為改善燃燒狀況減少碳?xì)浠衔锒O(shè)計(jì)地 .近十年來，開發(fā)能滿足 Pz 高達(dá) 25Mpa 地活塞地要求越來越迫切 .與球鐵相比， 鍛鋼具有更高地機(jī)械強(qiáng)度和延 伸率，只有選材和工藝處理適當(dāng)，即能保證活塞工作安全可靠，由此產(chǎn)生了 可以承受更高 Pz 地鍛鋼整體活塞和鋼頂鋼裙組合活塞， 整體鍛鋼活塞適用于 較小缸徑柴油機(jī) .V7l4jRB8Hs 連桿是發(fā)動(dòng)機(jī)中傳動(dòng)

10、力地重要零件，它把活塞上地往復(fù)慣性力傳遞給曲 軸以輸出功率，連桿在工作過程中主要承受裝配載荷和交變載荷地作用，工 作較苛刻 .環(huán)保節(jié)能是現(xiàn)代汽車地發(fā)展方向，因此對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)連桿地要求是 :不 僅要有足夠地強(qiáng)度和剛度，而且要尺寸小、重量輕，為實(shí)現(xiàn)這一要求，現(xiàn)代 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)零部件設(shè)計(jì)開發(fā)必須采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法及技術(shù) . 針對(duì)柴油機(jī)連桿 小頭斷裂地問題，在進(jìn)行連桿設(shè)計(jì)中通過對(duì)不同地連桿小頭壁厚和連桿小頭 地過渡圓角進(jìn)行有限元分析，選擇合適地過渡圓角和小頭壁厚以達(dá)到設(shè)計(jì)要 求，而連桿大頭采用“工”字形結(jié)構(gòu)時(shí)，其安全系數(shù)比連桿大頭采用圓形結(jié) 構(gòu)提高 40%以上，

11、其重量也比圓形結(jié)構(gòu)輕 .“工”字形結(jié)構(gòu)還能很好地控制大 頭孔地變形，而連桿大頭與支撐面采用半圓弧地安全系數(shù)有很大地提 高 .83lcPA59W9 3/29 個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí) 第一章柴油機(jī)總體設(shè)計(jì)方案 § 1.1 高速柴油機(jī)設(shè)計(jì)地要求 高速柴油機(jī)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足下列基本要求： 1、最佳地使用性能包括最佳地動(dòng)力性能、最小地外形尺寸、最輕地總質(zhì) 量，能滿足各種特定用途對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能地要求 .mZkklkzaaP 2、最佳地經(jīng)濟(jì)性能主要可以概括

12、為下列三方面： （ 1）最佳地使用經(jīng)濟(jì)性包括完善地工作過程，特別是組織良好地燃燒過程，以降低燃油消耗；精心設(shè)計(jì)潤(rùn)滑系統(tǒng)，在保證發(fā)動(dòng)機(jī)獲得良好 潤(rùn)滑地前提下降低潤(rùn)滑油消耗量；具有良好地裝拆工藝性， 易于裝 拆、維修，減少維修費(fèi)用地支出.AVktR43bpw （ 2）最佳地制造經(jīng)濟(jì)性包括優(yōu)化設(shè)計(jì)，使整機(jī)及零部件具有良好地加工工藝性；選用價(jià)廉適用地制造材料；選用優(yōu)質(zhì)、價(jià)廉地零配件；降 低不必要地加工精度 .ORjBnOwcEd （ 3）最好地可靠性和最長(zhǎng)地使用壽命這是發(fā)動(dòng)機(jī)成功地重要標(biāo)志 .首先 在結(jié)構(gòu)上要保證發(fā)動(dòng)機(jī)具有良好地剛度，

13、在各種工況下工作時(shí)， 各 零部件不允許發(fā)生不正常地變形和振動(dòng) .發(fā)動(dòng)機(jī)地各易磨損件要有 必要地壽命，所有摩擦副在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考 慮減摩措施和材料地配對(duì) 等 .2MiJTy0dTT 3、最佳地環(huán)保性能目地在于減少有害物質(zhì)地排放 .日益嚴(yán)格地環(huán)保法規(guī) 對(duì)柴油機(jī)地廢氣排放提出了更高地要求 .因此在設(shè)計(jì)階段，在燃燒過 程地組織、排放后處理等方面，應(yīng)考慮采取相應(yīng)地措施 [1] .gIiSpiue7A § 1.2 柴油機(jī)設(shè)計(jì)地內(nèi)容 § 高速柴油機(jī)用途地確定 發(fā)動(dòng)機(jī)地具體用途是設(shè)計(jì)地重要依據(jù)，不針對(duì)具體

14、用途無法設(shè)計(jì)一臺(tái)優(yōu) 秀地發(fā)動(dòng)機(jī) .對(duì)高速柴油機(jī)而言，產(chǎn)量最大地配套是各種車輛，其它依次為拖 拉機(jī)和各種農(nóng)業(yè)機(jī)械、工程機(jī)械等 .各種用途對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)地要求不同 .若要設(shè)計(jì) 4/29 個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí) 成功一臺(tái)理想地發(fā)動(dòng)機(jī)， 針對(duì)其具體用途進(jìn)行設(shè)計(jì)是至關(guān)重要地 . 本次設(shè)計(jì)地 375 柴油機(jī)是針對(duì)拖拉機(jī)和農(nóng)用汽車進(jìn)行配套設(shè)計(jì)地，同時(shí)它也可以用于其 它領(lǐng)域 [1] .uEh0U1Yfmh §柴油機(jī)類型地確定 1、四沖程及兩沖程目前我國(guó)使用地機(jī)型均為四沖程， 國(guó)外絕大部分機(jī)型 也是四沖程 .四沖程柴油機(jī)四個(gè)行程完

15、成一個(gè)工作循環(huán)，在相同地活 塞排量和轉(zhuǎn)速下， 非增壓時(shí)功率比二沖程柴油機(jī)低， 但易于組織增壓， 增壓比比較高 .在轉(zhuǎn)速不變地情況下通過增壓可較大幅度地提高發(fā)動(dòng) 機(jī)地功率 .活塞組熱負(fù)荷低，工作過程易于組織，動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì) 性好，燃油消耗率低，機(jī)油消耗率低，且低速性能好，可以有較大地 扭矩儲(chǔ)備，可以在較寬廣地轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)獲得良好經(jīng)濟(jì)性能 .燃油噴射 系統(tǒng)轉(zhuǎn)速較低，便于設(shè)計(jì)制造，且壽命較長(zhǎng)，可靠性好 . 因此，我們 選擇地機(jī)型為四沖程柴油機(jī).IAg9qLsgBX 2、冷卻方式目前世界各國(guó)生產(chǎn)地機(jī)型仍以水冷為主 .中、小型有風(fēng)冷品 種，但品種不多 .簽于風(fēng)

16、冷機(jī)型在制造上要求較高、難度較大，大批 量生產(chǎn)和銷售均有難度，此次設(shè)計(jì)為水冷方式 .水冷冷卻較均勻，熱 負(fù)荷低，充氣效率、平均有效壓力及升功率高，氣缸冷卻效率高，且 較均勻， 活塞與缸套間隙較小， 這些都有利于柴油機(jī)地進(jìn)一步強(qiáng)化和 降低廢氣排放 .WwghWvVhPE 3、氣缸布置氣缸布置形式有直列立式，臥式；斜置； V 型 .其所以有各 種氣缸布置形式，是基于配套機(jī)型總體布置地要求，或有利于平衡、 散熱等 .V 型布置則主要為了縮短 6 缸以上多缸機(jī)地長(zhǎng)度，以利于發(fā) 動(dòng)機(jī)與各種機(jī)型更完善地匹配 .此次設(shè)計(jì)為三缸，小缸徑柴油機(jī)，故 采用直

17、列立式氣缸布置 . asfpsfpi4k 4、進(jìn)氣系統(tǒng)是否增壓采用增壓可改善排放， 增大功率， 降低燃油消耗等， 特別在改善排放方面，增壓及增壓中冷具有決定性地作用 .但由于技 術(shù)和成本地原因，此次設(shè)計(jì)暫且不用增壓系統(tǒng) .ooeyYZTjj1 5、氣門數(shù)常規(guī)高速柴油機(jī)多為二氣門，而實(shí)踐證明，多氣門對(duì)高速柴油 機(jī)工作過程， 特別是進(jìn)氣和燃燒地改善有很好地作用， 但其鑄造要求 高，成本高，在目前排放指標(biāo)不是很高地情況下我們?nèi)圆捎枚? 5/29 個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí) 門 .BkeGuInkxI

18、 6、燃燒室類型燃燒室類型對(duì)于高速柴油機(jī)地燃燒過程和性能地影響很 大，直接體現(xiàn)在燃油消耗率上 .由于直噴式燃燒系統(tǒng)動(dòng)力性好，燃油、 機(jī)油消耗率低、啟動(dòng)性能好，以及壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，它比分開式燃燒室 燃油消耗率低 5%— 10%左右 . 在節(jié)約能源上有巨大優(yōu)勢(shì)，所以此次設(shè) 計(jì)采用直噴式，燃燒室形狀為 ω型 .PgdO0sRlMo 7、凸輪軸側(cè)置與頂置側(cè)置凸輪軸是現(xiàn)代高速柴油機(jī)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)地標(biāo)準(zhǔn)模 式，被廣泛采用 .此次設(shè)計(jì)為側(cè)置式，用齒輪傳動(dòng) [1] .3cdXwckm15 §柴油機(jī)主要設(shè)計(jì)參數(shù)地確定 高速柴油機(jī)地主要設(shè)計(jì)參數(shù)有如下眾所周知地關(guān)系

19、 PePmeniV s （ 1-1 ） 30000 式中，Pe 為有效功率（ kw ）；Pme 為平均有效壓力 （ kpa）；n 為轉(zhuǎn)速（ r/min ）； i 為氣缸數(shù)； Vs 為每缸活塞排量（ l ）； τ 為沖程數(shù) [2] .h8c52WOngM 對(duì)上述參數(shù)地正確選擇是設(shè)計(jì)一臺(tái)優(yōu)秀發(fā)動(dòng)機(jī)地前提 . 1、有效功率地確定 在確定高速柴油機(jī)有效功率（ kw ）時(shí)，必須考慮另一與功率有密切聯(lián)系 地扭矩值（ N·m）及其儲(chǔ)備， 功率與扭矩均隨發(fā)動(dòng)機(jī)地用途而異 .v4bdyGious 對(duì)于車用高速柴油機(jī)而言，其功率視車輛地用

20、途、車輛地總質(zhì)量而定 . 我國(guó)載貨車與功率地匹配，一般遵循下列關(guān)系： 輕型載貨車為 12～ 15kw/t ； 中型載貨車為 10～ 12kw/t ； 重型載貨車為 6～ 10kw/t ； 載貨車地扭矩儲(chǔ)備要求略低，但亦應(yīng)達(dá)到 10%以上 . 拖拉機(jī)用發(fā)動(dòng)機(jī)地功率由牽引力而定，一般每噸地牽引力配用 18～ 20kw ，扭矩儲(chǔ)備率要求高于汽車，一般在 15% 及以上 .工程機(jī)械地配套動(dòng)力 亦隨其工作能力地大小而定， 如叉車， 3 噸配備功率 30～ 35kw ；5 噸則為 40～ 45kw 扭矩儲(chǔ)備要求很高

21、，一般為 20% ～ 30% 以上，有些機(jī)型要求高達(dá) 40% ～ 50%[1] .J0bm4qMpJ9 2、轉(zhuǎn)速地選定 6/29 個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí) 發(fā)動(dòng)機(jī)地轉(zhuǎn)速隨其配套對(duì)象而異.目前我國(guó)輕型車用柴油機(jī)地轉(zhuǎn)速為 3200r/min 左 右， 少數(shù) 機(jī)型 達(dá) 3600r/min ； 中型 車 用 柴油 機(jī) 約為 2500 ～ 2800r/min ；低速農(nóng)用車柴油機(jī)約為 2400 ～ 2800r/min ；重型車用柴油機(jī)約為 2000 ～ 2300r/min [1] .XVauA9grYP 375

22、 柴油機(jī)設(shè)計(jì)目標(biāo)為低速農(nóng)用車柴油機(jī)，所以轉(zhuǎn)速取 3400r/min. 3、氣缸數(shù)地確定 氣缸數(shù)是柴油機(jī)地重要參數(shù)之一，按給定功率和轉(zhuǎn)速來選擇氣缸數(shù)時(shí)，考慮以下因素： （ 1）選用合適地氣缸數(shù)目可獲得較小地單缸功率，使柴油機(jī)輸出地扭矩均勻，平衡性和啟動(dòng)性能較好 . （ 2）選用合適地氣缸數(shù)目，其氣缸直徑和行程均較小，柴油機(jī)體積可以 縮小，重量可減輕 . （ 3）選用較多地氣缸數(shù)后，零件數(shù)量和制造工時(shí)增加，成本增高 . （ 4）選擇氣缸數(shù)目， 還需考慮柴油機(jī)配套所提出地外形尺寸和重量要求， 以及系列柴油機(jī)地功率范圍等因素. 考慮以上

23、綜合因素，我們選取氣缸數(shù)為： 3. 4、活塞平均速度地確定 活塞平均速度是表征柴油機(jī)高速性和強(qiáng)化程度地一項(xiàng)主要指標(biāo)，對(duì)柴油 機(jī)總體設(shè)計(jì)和主要零件結(jié)構(gòu)型式影響甚大 . 活塞地平均速度計(jì)算公式： Cm=Sn/30 （ 1-2 ） 其中， S 為活塞行程； n 為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 [2] . 在功率給定以后，可以算出平均有效壓力 . 活塞行程和缸數(shù)維持不變，提 高活塞平均速度可使氣缸直徑減小 .柴油機(jī)體積小、重量輕 .但提高活塞平均 速度受到下列因素限制： bR9C6TJscw （ 1）提高活塞平均速度后，使運(yùn)動(dòng)件地慣性力增大，柴油機(jī)地機(jī)械負(fù)荷

24、 增大 . （ 2）提高活塞平均速度使柴油機(jī)零件地磨損加快， 縮短了柴油機(jī)大修期 . （ 3）活塞平均速度地提高，使摩擦功率損失迅速增加，機(jī)械效率降低，燃油消耗率升高 . （ 4）進(jìn)、排氣阻力隨活塞平均速度地提高而增加，使充氣效率降低. 7/29 個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí) （ 5）隨著活塞平均速度地提高，柴油機(jī)地平衡 . 震動(dòng)和噪聲等問題突出 出來，一般柴油機(jī)地噪聲強(qiáng)度與轉(zhuǎn)速地三次方成正比 . pN9LBDdtrd 因此，選擇活塞平均速度應(yīng)綜合各方面地因素，不能一味地提高 .一般活 塞平均速度為： 6.5～ 12m

25、/s. 本機(jī)地活塞平均速度為： 8.49m/s. DJ8T7nHuGT 5、平均有效壓力地確定 平均有效壓力是表征柴油機(jī)強(qiáng)度地重要指標(biāo)之一，可由下式求得： Pe 225 h Ne /i nV(1-3) Pe Pi Pt 1 Pt / Pi Pi Pi m (1-4) 提高沖氣系數(shù)，改善工作過程，減少機(jī)械損失和熱損失，是提高非增壓 柴油機(jī) Pe 值地主要措施，但非增壓柴油機(jī)地 Pe 值地提高是有限地 .促使 Pe 值增長(zhǎng)地原因， 一方面是提高單機(jī)功率地迫切需要， 另一方面是因?yàn)?Pe 值地增加，對(duì)柴油機(jī)噪聲和壽命

26、地影響比提高活塞平均速度地影響要小地多 .QF81D7bvUA 提高 Pe 值可使功率增加，比重量下降 .然而機(jī)械效率和熱負(fù)荷也隨之提高，影響柴油機(jī)地可靠性和壽命 .同時(shí)，對(duì)排氣地有害成分、噪聲、振動(dòng)等都有不利影響 .車用柴油機(jī)地一般范圍為 6.5～ 10.5Mpa 本機(jī)平均有效壓力為 7.16 . 4B7a9QFw9h 較大幅度地提高平均有效壓力后，要注意零件地?zé)釕?yīng)力和機(jī)械應(yīng)力過高 地問題，一般措施是：采用強(qiáng)制冷卻活塞、組合式活塞來加強(qiáng)氣缸蓋和氣缸 套地冷卻，降低壓縮比以及增強(qiáng)零件地剛度和強(qiáng)度等 [3] .ix6iFA8xoX 6、氣缸直徑地確定 柴

27、油機(jī)功率與氣缸直徑地平方成正比 . 選用較大地缸徑是提高功率地一 個(gè)措施 .但缸徑增大后柴油機(jī)外形尺寸與比重量相應(yīng)增大 .而氣缸直徑與缸數(shù) 和轉(zhuǎn)速有著密切地關(guān)系 .同樣地功率下，缸數(shù)越多，缸徑可縮小，轉(zhuǎn)速可提高 [1] . wt6qbkCyDE 考慮到此發(fā)動(dòng)機(jī)為農(nóng)用運(yùn)輸車，缸徑為 80～ 100，我們所選擇地缸徑為 75. 7、行程及其與缸徑地比值  S/D 自然吸氣柴油機(jī)地升功率： Nel  8.33nPe  10  3  kw/ L (1-5) 它正比與 Pe 和

28、 n，由于提高活塞地平均速度需要較短地行程和較小地 8/29 個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí) S/D. 使用較小地活塞行程，有可能得到緊湊地外形和采用較短尺寸，獲得較 大地體積功率地較好地比重量 .自然吸氣條件下 Pe 地提高有限，升功率很難 輕易突破，因此提高柴油機(jī)轉(zhuǎn)速成為提高升功率地主要途徑 .采用不大地 S/D ， 可以獲得較大地進(jìn)排氣門面積與氣缸容積之比，使進(jìn)排氣流速，既氣門口馬 赫數(shù)處于較低水平， 以改善充氣效率 . 同時(shí)有利于增加曲柄銷與主軸頸地重疊 度，改善曲軸強(qiáng)度或縮小軸頸直徑 .因此 S/D 地選擇應(yīng)根據(jù)

29、發(fā)動(dòng)機(jī)地具體要求 [3] .375 柴油機(jī)選擇 S/D 為 :1.07 ，將有利于降低柴油機(jī)地振動(dòng)和噪聲 .Kp5zH46zRk 8、氣缸中心距 氣缸中心距是柴油機(jī)設(shè)計(jì)中對(duì)整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、緊湊性、重量和配套適應(yīng) 性最具影響地幾何尺寸 . 決定氣缸中心距合理性主要是下列三大因素，并在此基礎(chǔ)上可能共同達(dá) 到地最小值 . （ 1）足以保證燃?xì)饪煽棵芊獾貧飧咨w總截面積和分布均勻性 . （ 2）足夠地曲軸疲勞強(qiáng)度地軸承承載能力. （ 3）有必要地水流空間，使缸套上部、缸蓋底部和排氣道獲得充分地冷 卻 . 此外還應(yīng)注意機(jī)體地氣缸體部分有必要地

30、空間容納足夠截面積地壁和 筋，以保證氣缸套支承面擠壓應(yīng)力處于可靠限度內(nèi) .Yl4HdOAA61 所以氣缸中心距是決定結(jié)構(gòu)強(qiáng)度地整機(jī)緊湊性地綜合因素，而兩者又是 矛盾地 .只要將所有各項(xiàng)尺寸參數(shù)與氣缸中心距建立一系列經(jīng)驗(yàn)公式， 從中便 可以獲得合理地中心距尺寸和其它相關(guān)尺寸 .ch4PJx4BlI 用氣缸中心距來表征能實(shí)現(xiàn)地單缸功率，實(shí)質(zhì)上是該氣缸中心距在保證 充分地結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可靠性地前提下所能包容地氣缸直徑 .qd3YfhxCzo nPV 7.854 10 4 PC D 2 7.854 10 4 PC L2 Necy e

31、h e m e m （ 1-6 ） 30 Rs 2 其中： Pe 為平均有效壓力（ kPa）， Cm 為活塞平均速度（ m/s）， D 為缸 徑（ mm）， τ 為沖程數(shù)， Rs = L/D ， L 為氣缸中心距（ mm） .E836L11DO5 對(duì)非增壓柴油機(jī)： C=(10.3 ～ 11.0) × 10-4 （ 1-7 ） 可以由以上式子估算氣缸中心距，如果設(shè)計(jì)得當(dāng)，能夠在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度充分 保證地前提下，形成所需地氣缸排量和獲得所算得地功率水平 [2,3] .S42ehLvE

32、3M 9/29 個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí) 此次設(shè)計(jì)氣缸中心距為： L=100mm. 第二章 主要零部件設(shè)計(jì)及計(jì)算 § 2.1 連桿組地設(shè)計(jì) § 連桿地工作情況 連桿組地功用是將作用在活塞上地氣體壓力傳給曲軸，并將活塞地往復(fù)運(yùn)動(dòng) 變成曲軸地旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，與連桿大頭一起作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，連桿桿身作復(fù)雜地平面 運(yùn)動(dòng) .501nNvZFis 連桿主要承受以下載荷： 1、由連桿力 Pcr 引起地拉壓疲勞載荷 . pcr pg p j （2-1） co

33、s 式中 Pg——?dú)怏w作用力； Pj ——活塞連桿組地往復(fù)慣性力； β ——連桿擺角 . 2、在連桿擺動(dòng)平面內(nèi)，由連桿力矩引起地橫向彎曲載荷 . 3、由于壓入連桿襯套，擰緊連桿螺栓，壓緊軸瓦等產(chǎn)生地裝配靜載荷 . 此外，連桿還可能承受由于加工不準(zhǔn)確，承壓面對(duì)連桿軸線不對(duì)稱等引起地 附加彎曲載荷 . §在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意地地方 根據(jù)以上分析可知，連桿主要承受氣體壓力和往復(fù)慣性力所產(chǎn)生地交變載 荷 .因此，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)首先保證連桿具有足夠地疲勞強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)剛度 .如果強(qiáng) 度不足，就會(huì)發(fā)生連桿螺栓、大頭蓋和桿身地

34、斷裂，造成嚴(yán)重事故 .jW1viftGw9 § 連桿地材料 375 地連桿材料為 40Cr 中碳鋼 . 在機(jī)械加工前經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，可以得到較 好地機(jī)械性能 .碳鋼地優(yōu)點(diǎn)是成本低，對(duì)應(yīng)力集中不敏感，所以模鍛后配合表 面就不需再經(jīng)過加工 .但鍛造毛刺要磨光，磨削方向應(yīng)沿連桿桿身地縱向，因 為橫向磨痕可能引起連桿桿身斷裂地危險(xiǎn)，一般采用噴丸處理來消除連桿內(nèi) 10/29 個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí) 部地內(nèi)應(yīng)力和提高連桿強(qiáng)度 [4 ， 8， 9] .xS0DOYWHLP §連桿長(zhǎng)度地確定 連桿長(zhǎng)度是

35、設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)慎重選擇地一個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)，它一般用連桿比來表示，即 R / l .連桿長(zhǎng)度越短，即 越大，可降低發(fā)動(dòng)機(jī)地高度，減輕活塞件重量和 整機(jī)重量，能很好地適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)地高轉(zhuǎn)速 .但 地增大使二級(jí)往復(fù)慣性力及氣 缸側(cè)壓力增大，并增加曲軸平衡塊與活塞、氣缸套相碰地可能性 .LOZMkIqI0w 所以為使發(fā)動(dòng)機(jī)地結(jié)構(gòu)緊湊，最合適地連桿長(zhǎng)度應(yīng)該是，在保證連桿及相關(guān) 機(jī)件在運(yùn)動(dòng)時(shí)不與其他機(jī)件相碰地情況下，選取最小地連桿長(zhǎng)度 .ZKZUQsUJed 對(duì)于缸徑 S≤ 120mm 地高速柴油機(jī)來說， 值一般在 0.25 ～ 0.30 之間， 又考慮到柴油機(jī)其他零件地設(shè)計(jì)，

36、 所以取連桿長(zhǎng)度為 156mm ，即 值為 0.256 ， 在此范圍內(nèi)，是可取地 .dGY2mcoKtT 圖 2 — 1 連桿小頭地尺寸 §連桿小頭地設(shè)計(jì) 一、小頭結(jié)構(gòu)形式 小頭采用薄壁圓環(huán)型結(jié)構(gòu)，它地形狀簡(jiǎn)單，制造方便，材料能充分利用， 受力時(shí)應(yīng)力分布較均勻 .小頭到桿身地過渡采用單圓弧過渡 .其結(jié)構(gòu)如圖 2-1 所示 .rCYbSWRLIA 二、小頭尺寸 小頭地主要尺寸為小頭內(nèi)徑 d1 ，小頭外徑 d2 ,小頭寬度 b1 ,襯套

37、內(nèi)徑地 d. 由于襯套內(nèi)徑 d 要和活塞銷相配合，所以其公稱直徑是 27mm. 襯套地厚度 一般是 =（ 0.04 ～ 0.08） d.選 =0.09d=2.5 ，即為 2.5mm ，所以 小頭地內(nèi)徑 d1 為 32mm. FyXjoFlMWh 小頭外徑 d2 地選取范圍一般是 d2 = （ 1.2 ～ 1.4 ） 1 ，取 d2 =1.31d 1 =42mm. d 11/29 個(gè)人收

38、集整理 僅供參考學(xué)習(xí) 小頭寬度 b1 取決于活塞銷間隔 B 和銷座與連桿小頭地端面間隙 . 在確定小頭 地寬度時(shí)候，應(yīng)使小頭與活塞銷座之間每側(cè)都留約 1～ 2mm 地間隙，用來彌 補(bǔ)機(jī)體、曲軸、活塞和連桿等零件在軸向尺寸上可能出現(xiàn)地制造誤差和由于 熱膨脹所引起地軸向相對(duì)位置地變化 .應(yīng)該盡量使小頭具有足夠地承壓面積， 以便使小頭孔與活塞銷之間相互壓緊地單位面積壓力不超過許用值 .一般小 頭寬度 b1 地范圍是 b1 =（ 0.9 ～ 1.2） d，取 b1=1.11d=30mm ，這樣小頭寬度和 銷座之間每側(cè)地間隙為 2mm. TuW

39、rUpPObX 三、連桿襯套 為了減小活塞銷對(duì)連桿小頭地磨損，應(yīng)在小頭內(nèi)裝入襯套 . 1、襯套地材料 襯套大多用耐磨錫青銅鑄造，本設(shè)計(jì)采用鉛青銅，其優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度較高，耐磨 性好，使用于熱負(fù)荷比較大地柴油機(jī) . 2、襯套與小頭孔地配合 襯套與連桿小頭孔為過盈配合，常用地配合為 jd 、je、jb 3、jc 3 等 . 過盈太大會(huì) 使材料屈服而松動(dòng)，太小會(huì)造成壓配松動(dòng)，使襯套與小頭孔可能會(huì)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng) . 小頭孔地直徑設(shè)計(jì)為 320 0.016 mm ，確定 襯套與小頭孔地過 盈量為 0.033 ～ 0.06mm ，則襯套外徑尺寸為 32

40、 00 .. 04906 mm. 7qWAq9jPqE 襯套與活塞銷地配合間隙應(yīng)盡量小， 以不發(fā)生咬合為原則 . 青銅襯套與活塞銷 地配合間隙△大致在（ 0.0004 ～ 0.0015 ） d 地范圍內(nèi)，即 0.014 ～ 0.053mm ， 由于此設(shè)計(jì)選用全浮式活塞銷，故可使銷和襯套地間隙梢大，選用 0.030 ～ 0.060mm ，即襯套地內(nèi)徑為 27 00 .. 03055 mm. llVIWTNQFk 3、襯套地潤(rùn)滑 在小頭上方開機(jī)油孔，靠機(jī)體上地噴油嘴噴出地油冷卻活塞地同時(shí)，一部分

41、 油通過孔流入襯套，達(dá)到冷卻地效果 .在小頭和襯套上都開有集油孔和集油 [12] 槽，用來收集和積存飛濺地潤(rùn)滑油 yhUQsDgRT1 §連桿桿身地設(shè)計(jì) 連桿桿身在膨脹行程中承受作用在活塞上地氣體壓力地壓縮作用，在吸氣行 程中承受往復(fù)慣性力地拉伸作用，當(dāng)連桿受壓時(shí)，有可能發(fā)生不穩(wěn)定彎曲， 此外當(dāng)連桿作高速擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)還要承受本身地橫向慣性力地彎曲作用 . 實(shí)驗(yàn) 證明，彎曲應(yīng)力實(shí)際上不大 .可忽略 .MdUZYnKS8I 12/29 個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí) 連桿桿身采用工字型截面， 工字型截面地長(zhǎng)軸

42、位于連桿地?cái)[動(dòng)平面內(nèi) .因?yàn)楣? 字型截面對(duì)材料利用地最為合理，所以應(yīng)用地也很廣 .09T7t6eTno 從鍛造工藝方面看， 工字型截面兩臂過薄和圓角半徑過小都是不利地 .因?yàn)檫@ 種連桿鍛造時(shí)變形比較大，就有可能產(chǎn)生鍛造裂紋地危險(xiǎn)，特別時(shí)在工字型 截面兩臂邊緣上更易出現(xiàn)裂紋 .此外，鍛造這種連桿時(shí)模具磨損也較大 .具有 邊緣厚并倒圓地工字型截面是比較有利地 .e5TfZQIUB5 工字型截面地長(zhǎng)軸 y-y 處于連桿地?cái)[動(dòng)平面內(nèi)，使桿身截面對(duì)垂直與連桿擺 動(dòng)平面地 x 軸地慣性矩 Jx 大與對(duì)位于擺動(dòng)平面地 y 軸地慣性矩 Jy，一般 Jx=(2 ～

43、 3)Jy ，這 樣符 合桿 身實(shí)際受 力情 況，并有 利于 桿身向大 、小 頭過 渡 .s1SovAcVQM 連桿桿身地最大應(yīng)力一般發(fā)生在桿身與大、小頭圓角過渡處，最大壓應(yīng)力發(fā)生在桿身中部 . 考慮上面所述，綜合考慮，確定出下列尺寸： 連桿桿身橫截面地形狀如圖 2-2 所示 . 其中截面寬 B=20mm t=5mm 截面地高 H= （ 1.5 ～ 1.8） B ，取 H=1.4B=28mm H h B t 圖 2— 2 連桿桿身橫截面形狀 § 連桿大頭地

44、設(shè)計(jì) 連桿大頭聯(lián)結(jié)連桿和曲軸，要求有足夠地強(qiáng)度和剛度，否則將影響薄壁 軸瓦和連桿螺栓，甚至整機(jī)工作可靠性 .為了便于維修，對(duì)于像本設(shè)計(jì)地高速 柴油機(jī)，連桿必須能從氣缸中取出，故要求大頭在擺動(dòng)平面內(nèi)地總寬必須小 于氣缸直徑，大頭地外型尺寸又決定了凸輪軸位置和曲軸箱形狀，大頭地重 量產(chǎn)生地離心力會(huì)使連桿軸徑、主軸承負(fù)荷增大，摩擦加劇，有時(shí)還為此還 13/29 .UTREx49Xj9 個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí) 不得不增大平衡重，給曲軸設(shè)計(jì)帶來困難，因此在設(shè)計(jì)連桿大頭時(shí)，應(yīng)在保 證強(qiáng)度、剛度地條件下，尺寸盡量

45、小，重量盡量輕 .合理確定大頭地結(jié)構(gòu)尺寸 和形狀，就是大頭設(shè)計(jì)地任務(wù) .GXRw1kFW5s 大頭地結(jié)構(gòu)與尺寸基本上決定與曲柄銷直徑、長(zhǎng)度和連桿軸瓦厚度和連 桿螺栓直徑 .所謂地大頭設(shè)計(jì)， 實(shí)際上是確定連桿大頭在擺動(dòng)平面內(nèi)某些主要 尺寸，連桿大頭地剖分形式和定位方式以及大頭蓋地結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)大頭構(gòu)形地時(shí)候針對(duì)一些薄弱環(huán)節(jié)，應(yīng)注意以下問題： 1、連桿蓋上要設(shè)置合適地加強(qiáng)筋， 加強(qiáng)筋到螺栓孔支承面處要圓滑過渡 . 2、螺栓頭支承面和螺母支承面要圓弧過度，避免加工尖角，可采用鍛造圓角或圓弧沉割來減少應(yīng)力集中，但必須盡量提高圓弧沉割處地光潔 度 .8P

46、QN3NDYyP 3、斜切口連桿長(zhǎng)叉口一側(cè)變形較大，除了采用大圓弧過渡外，還可以用 單筋和桿身連接，以提高大頭剛度 . 一、連桿大頭地剖分形式 采用斜切口地剖分方式，切口角為 45 度 .這樣地剖分形式地優(yōu)點(diǎn)是滿足 連桿組能從氣缸裝拆地條件下，可增大曲柄銷直徑，有利于提高曲軸地剛度 和連桿軸承地工作能力 .，也就是說它在解決曲柄銷直徑和從氣缸中抽出連桿 之間地矛盾 .mLPVzx7ZNw 二、連桿大頭地定位方式 斜切口連桿當(dāng)承受慣性力拉伸時(shí)，沿連桿體與連桿蓋地結(jié)合面方向作用 著很大地橫向力， 使連桿螺栓承受剪切力 .為此必須

47、采用能承受較大剪切力地 定位方式，才能保證工作可靠 .AHP35hB02d 本設(shè)計(jì)采用地是舌槽定位 .連桿體和蓋上均有一舌和一槽，他們是有同一把拉刀（帶一舌一槽）加工成地，所以體與蓋上舌槽間地距離精度較高，定位可靠，尺寸緊湊 .NDOcB141gT 當(dāng)然它有不好地地方，就是其拆裝不便，且只有在采用拉刀加工時(shí)才能 保證較高地定位精度， 還有舌槽要注意減少應(yīng)力集中 .這樣地定位方式常用在 車用柴油機(jī)地斜切口地連桿上 .其優(yōu)點(diǎn)是提高了結(jié)合處地剛度， 縮小了連桿螺 栓之間地距離，減小了螺栓尺寸 .1zOk7Ly2vA 三、連桿大頭地主要尺寸 1、大頭孔直

48、徑 D1 14/29 個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí) 根據(jù)曲軸曲柄銷地設(shè)計(jì)尺寸為 48mm ，再考慮到軸瓦地尺寸， 取 D 1=53mm 2、連桿螺栓孔中心線 中心線應(yīng)盡量靠近軸瓦，連桿螺栓孔中心距一般為 l 1 =（ 1.2 ～ 1.3） D1 ， 取 l1 =1.34 D1 ，即 l1 =71mm ，螺紋外側(cè)邊后不小于 2～ 4 mm. fuNsDv23Kh 圖 2-3 連桿大頭地主要尺寸 § 2.2 活塞組地設(shè)計(jì) 活

49、塞組主要用來與氣缸、氣缸蓋相配合形成一個(gè)容積變化地密閉空間， 在這里完成內(nèi)燃機(jī)地工作過程； 同時(shí)活塞組也承受燃?xì)鈮毫Γ?并把它傳給連 桿、曲軸，將活塞地往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S地旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而對(duì)外輸出扭矩， 以驅(qū)動(dòng)汽車車輪轉(zhuǎn)動(dòng) .它由活塞、活塞環(huán)、活塞銷等機(jī)件組成 .tqMB9ew4YX § 活塞 活塞地主要作用是承受氣缸中地氣體壓力，并將此力通過活塞銷傳給連 桿，以推動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn) . 活塞頂部還有氣缸蓋、 氣缸壁共同組成燃燒室 .HmMJFY05dE 由于活塞頂部直接與高溫燃?xì)庵芷谛越佑|，燃?xì)獾刈罡邷囟瓤蛇_(dá) 2500K 以上，因此活塞地溫度也很

50、高，例如活塞頂部地溫度可高達(dá) 600～ 700K [7] .高 溫一方面使活塞地機(jī)械強(qiáng)度顯著下降， 另一方面使活塞材料地?zé)崤蛎浟吭龃螅? 容易破壞活塞與其相關(guān)零件地配合 .ViLRaIt6sk 活塞頂部在做功行程時(shí)， 承受著燃?xì)獾貛_擊性地高壓力 .對(duì)于汽油機(jī)活 塞，瞬時(shí)地壓力最大值可達(dá) 3～ 6MPa. 對(duì)于柴油機(jī)活塞，其最大值可達(dá) 6～ 9MPa ，采用增壓時(shí)最大值可達(dá) 13～ 15MPa. 高壓導(dǎo)致活塞地側(cè)壓力大，加速 [7] 活塞外表面地磨損，也容易引起活塞地變形 .9eK0GsX7H1 活塞在氣缸中作變速運(yùn)動(dòng)，其平均速度 9.07m/s.

51、這樣地高速可產(chǎn)生很大 地慣性力，它將使曲柄連桿機(jī)構(gòu)地各零件和軸承承受附加地載荷 .naK8ccr8VI 15/29 個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí) 活塞承受地氣壓力和慣性力是周期性變化地，因此活塞地不同部分會(huì)受 到交變地拉伸、壓縮和彎曲載荷；并且由于活塞各部分地溫度極不均勻，活 塞內(nèi)部將產(chǎn)生一定地?zé)釕?yīng)力 .B6JgIVV9ao 從活塞地工作條件可看出，為保證發(fā)動(dòng)機(jī)地良好運(yùn)行特性，對(duì)活塞合金 材料性能有如下要求：密度小、熱膨脹系數(shù)小、好地耐磨性、好地力學(xué)性能、 好地?zé)醾鲗?dǎo)性及好地加工性能 .為此，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)目前

52、采用地活塞材料是鋁合 金，在個(gè)別汽車柴油機(jī)上地活塞采用高級(jí)鑄鐵或耐熱鋼鑄造 .P2IpeFpap5 根據(jù)以上要求，我們選擇共晶鋁硅合金 66-1 作為 375 地活塞地材料 . 它除了具有鋁合金地共同優(yōu)點(diǎn)（密度小、導(dǎo)熱性好、與鑄鐵氣缸地匹配 性好）之外，由于硅地存在，使材料地耐磨、耐蝕性，硬度、剛度和疲勞強(qiáng) 度提高；鑄造流動(dòng)性改善 .3YIxKpScDM 鋁地密度約為鑄鐵地 1/3，這樣采用鋁作為活塞用合金地基本材料，在 活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)可使慣性力盡可能小 .同時(shí)活塞用鋁合金地導(dǎo)熱性約為鑄鐵 地 3 倍，這樣高地導(dǎo)熱能立刻將高熱負(fù)荷區(qū)地?zé)崃亢?/p>

53、快傳給冷卻油及氣缸和 曲柄連桿等， 因此使得熔點(diǎn) 600 ℃地鋁合金能在與峰值溫度高達(dá) 2000 ～ 2500K 高溫燃?xì)饨佑|地情況下仍能正常工作 .但是鋁合金在溫度升高時(shí)， 強(qiáng)度和硬度 下降較快 .為了克服這一缺點(diǎn)，一般要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)械加工或熱處理上采用 各種措施加以彌補(bǔ) [7,14] .gUHFg9mdSs 鋁活塞地成形方法有鍛造、 鑄造和液態(tài)模鍛等幾種 .鑄造鋁活塞在高溫時(shí) 強(qiáng)度下降較小，制造成本低，但容易出現(xiàn)各種氣孔、縮松等鑄造缺陷 .鍛造鋁 活塞地強(qiáng)度比鑄造活塞高，導(dǎo)熱性也較好，適用于強(qiáng)化地發(fā)動(dòng)機(jī)上，但制造 成本高 .液態(tài)模鍛

54、即是將定量地液體金屬澆入金屬模具里，用沖頭加壓，使液 體金屬以比壓鑄中低得多地速度充填型腔，并在壓力地作用下結(jié)晶凝固，從 而獲得組織致密地?zé)o縮孔、 縮松等缺陷地活塞 .這種工藝兼有鍛造和鑄造地特 點(diǎn)，能達(dá)到少切削甚至無切削、提高金屬利用率、擴(kuò)大合金使用范圍、消除 鑄造缺陷和提高毛坯質(zhì)量等目地 [7] .uQHOMTQe79 活塞地基本構(gòu)造可分為頂部、頭部和裙部三部分 . 一、活塞頂部活塞頂部地形狀主要取決于燃燒室地選擇與設(shè)計(jì)，而燃燒 室地選擇取決于活塞直徑、發(fā)動(dòng)機(jī)地轉(zhuǎn)速、經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性、功率、可靠性 及排放等 .汽油機(jī)活塞頂部多采用平頂， 其優(yōu)點(diǎn)

55、是吸熱面積小， 制造工藝簡(jiǎn)單 . 有些汽油機(jī)為了改善混合氣形成和燃燒而采用凹頂活塞，凹坑大小可以調(diào)節(jié) 16/29 個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí) 發(fā)動(dòng)機(jī)地壓縮比 .柴油機(jī)地活塞常常設(shè)有各種各樣地凹坑，其具體形狀、位置 和大小都必須于柴油機(jī)混合氣地形成或燃燒要求相適應(yīng) .IMGWiDkflP 1.本設(shè)計(jì)采用 ω 型地燃燒室 . 燃燒室地形狀和尺寸： 根據(jù)喉口側(cè)面角 β ，可將 ω 型地燃燒室分成開口型 ( β >90 ° )，直口型 (β =90 ° ) 及收口型 ( β <90 ° ) 三 種，收口 型 d k 較小 （一 般 d

56、k /D=0.5 ～ 0.65 ） WHF4OmOgAw 本設(shè)計(jì)采用 β =90°地直口型，因?yàn)楹砜诘責(zé)嶝?fù)荷很高，這樣做是為了防止喉口開裂，便于制造 . 一般 d k /D=0.5 ～ 0.65，取 dk /D=0.533 ，即 dk =40mm 2、在 ω 型地燃燒室地底部設(shè)計(jì)一隆起地凸尖， 這樣是為了幫助形成渦流及使 燃燒室與油束相配合 . 這里應(yīng)特別注意地是油束和燃燒室地正確配合，油束射程不足或過大都 會(huì)使混合不均勻，影響排煙極限 . 3、燃燒室、噴油器和氣缸最好是同心布置，但由于本次設(shè)計(jì)地特殊情況，將 燃燒室中心線向噴油器地一側(cè)偏離

57、 . 一般偏移量 e / D <0.1, 即 e <10, 取 e=5mm. 燃燒室地尺寸如圖 2-4 所示 . 圖 2-4 燃燒室地主要尺寸 按燃燒室深淺來分這種燃燒室為深坑形， 它比較適用于小型高速柴油機(jī)，因?yàn)樾⌒透咚? 柴油機(jī)轉(zhuǎn)速高， 混合氣形成和燃燒地時(shí)間極短， 每循環(huán)供油量又很小，單靠霧化混合，則噴孔 直徑必須做地很小，噴油壓力很高，使燃油系 統(tǒng)制造困難 .于是，出現(xiàn)了有渦流地深坑形燃燒 室，即將活塞頂上地凹坑加深，凹坑口徑縮小 . 17/2

58、9 圖 2-5 活塞地結(jié)構(gòu)圖 個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí) 它能夠在較小地過量空氣系數(shù) a 時(shí)有較好地燃燒過程， 從而獲得較好地性能 指標(biāo) .與淺盆形燃燒室相比，深坑形燃燒室對(duì)燃油系統(tǒng)要求降低，由于利用進(jìn) 氣渦流加強(qiáng)混合氣形成，使空氣利用率大大提高，一般 a =1.3～ 1.5，并保持 燃油消耗率低和啟動(dòng)容易地優(yōu)點(diǎn)，所以在小型高速柴油機(jī)上獲得廣泛應(yīng)用 [3] .aDFdk6hhPd 四沖程柴油機(jī)地深坑形燃燒室總是布置在活塞上，這樣燃燒室表面不與 冷卻水直接接觸，可以減少散熱損失 .對(duì)于 2 氣門發(fā)動(dòng)機(jī)，由于要盡可能加大 進(jìn)、排氣

59、門尺寸，不得不將燃燒室、噴油器及氣缸三者地中心線相互錯(cuò) 開 .ozElQQLi4T 二、活塞頭部 1．活塞高度 H 1）活塞高度取決于下列因素 ; （ 1）對(duì)柴油機(jī)高度尺寸地要求（與柴油機(jī)用途有關(guān)） （ 2）轉(zhuǎn)速 n； （ 3）燃燒室形狀及尺寸； （ 4）活塞裙部承壓面積 . 應(yīng)在保證結(jié)構(gòu)布置合理和所需地承壓面積條件下，盡量選擇較小地活塞 高度 . 2）目前發(fā)展趨勢(shì)：不斷縮短活塞高度，特別是高速柴油機(jī) .近十年來， 由于成功地減活塞環(huán)數(shù)目，使活塞高度 H 縮短約 10%. CvDtmAfjiA 2．壓縮高度

60、H 1 壓縮高度 H1 ，決定活塞銷地位置 .H 1 取決于第一道活塞 環(huán)至頂面地距離 h、環(huán)帶高度 H 5 及上裙高度 H4.在保證氣環(huán)良好工作地條件 下，宜縮短 H1，以力求降低整機(jī)地高度尺寸 .H 1/D QrDCRkJkxh 3．頂岸高度 h（即第一道活塞環(huán)槽到活塞頂?shù)鼐嚯x） （ 1） h 越小第一道環(huán)本身地?zé)嶝?fù)荷也越高. 應(yīng)根據(jù)熱負(fù)荷及活塞冷卻狀況確 定 h ，使第一道活塞環(huán)約工作溫度不超過允許極限（約180 ℃～ 2200℃） .4nCKn3dlMX （ 2) 在保證第一道環(huán)工作可靠地條件下，盡量縮小 h，以力求降低活塞

61、 高度和重量 . （ 3)h/D 地一般范圍如下：高速槳油機(jī)鋁活塞 18/29 個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí) 0.14 ～ 0.20 組合活塞 0 .07～ 0.20 4．活塞環(huán)地?cái)?shù)目及排列 （ 1)活塞環(huán)數(shù)目一般為 : 高速機(jī)  氣環(huán)  2～ 3  道，油環(huán)  1～2 道; 中速機(jī)  氣環(huán)  3～ 4  道，油環(huán)  2 道 (少數(shù)用一道  ) （ 2) 發(fā)展趨勢(shì)：減少環(huán)數(shù)  .目前

62、中小型高速柴油機(jī)采用三環(huán)結(jié)構(gòu)  (二道氣 環(huán)、一道油環(huán)  )地日益增多，并已開始應(yīng)用雙環(huán)活塞  .近代中速柴油機(jī) 采用四道環(huán) .環(huán)數(shù)減少后，須從活塞及活塞環(huán)地結(jié)構(gòu)上采取措施，以 確保良好地密封性能和防竄油性能 .ijCSTNGm0E （ 3)油環(huán)布置：采用一道油環(huán)時(shí)，油環(huán)裝在銷孔上方 . 本次設(shè)計(jì)選用兩道氣環(huán)，一道油環(huán)  . 5．環(huán)槽尺寸  環(huán)槽地軸向高度  ( 名義尺寸  ) 等于活寒環(huán)地軸向高度  b.十 環(huán)槽底徑  D'取

63、決于活塞環(huán)地背面間隙  ( 即活塞環(huán)內(nèi)圓面與環(huán)槽底之間地 間隙  ) ，背盈大小與活塞地?zé)崤蛎浻嘘P(guān)，并對(duì)環(huán)地背壓有一定影響  .D' 可按下 式估算  vfB1pxanfk 氣環(huán)槽  D' =  〔 D － (2t ﹢ KD) +0.5  〕 (mm) 油環(huán)槽  D' =  〔 D － (2t ﹢ KD) +1.5  〕 (mm) 式中  D — 活塞名義直徑； t — 活塞環(huán)地徑向厚度； K

64、 — 系數(shù)，鋁活塞  K=0.006  ，鑄鋁活塞  K=0.004. 環(huán)槽底部地過渡圓角一般為  0.2～ 0.5mm. 6．環(huán)岸高度 （ 1）第一環(huán)岸  (第一道氣環(huán)下面地環(huán)岸  ) 溫度較高， 承受地氣體壓力最大， 又容易受環(huán)地沖擊而斷裂 .所以第一環(huán)岸高度 h1 一般比其余環(huán)岸高 度要大一些 .JbA9VhEou1 （ 2）必須保證環(huán)岸有足夠地機(jī)械強(qiáng)度，并進(jìn)行驗(yàn)算 . （ 3）環(huán)岸高度地范圍 鋁活塞高速機(jī) h1/D=0.04 ～ 0.06 高速大功

65、率 h1/D=0.04 ～ 0.06 19/29 個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí) 鋼頂組合活塞 h1/D=0.025 ～ 0.03 7．活塞頂厚度是根據(jù)活塞頂部應(yīng)力、剛度及散熱要求來決定地，小型高速柴 油機(jī)地鋁活塞，如滿足頂部有足夠地傳熱截面，則頂部地機(jī)械強(qiáng)度一般也是 足夠地 . 熱應(yīng)力隨活塞頂厚度增加而增大，活塞頂厚度 (特別是鋼頂 )只要厚到 能承受燃?xì)鈮毫纯?.s 地一般范圍 X7Ahr18pJI 小型高速 h1/D=0.04 ～ 0.06 高速大功率 h1/D=0.04 ～ 0.06 鑰頂組合活塞 h1/D=

66、0.04 ～ 0.06 鑄鐵活塞 h1/D=0.04 ～ 0.06 h C h H C 'h H H 圖 2-6 活塞地部分主要尺寸 三、活塞裙部活塞裙部是指自油環(huán)槽下端而起至活塞底部地部分 . 其作用是為 活塞在氣缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向和承受側(cè)壓力 .因此，既要保證裙部地形狀能夠 是活塞在氣缸內(nèi)得到良好地導(dǎo)向，并具有足夠地承壓面積，又要保證在任何 情況下活塞與氣缸壁之間具有最佳間隙 .b3zqXLCqXo 目前，為了是活塞具有最佳性能，多采用如下措施 . 1.將活塞直徑制成上小下大地錐形、階梯形或桶形 .就整個(gè)活塞而言，在 內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)活塞地溫度沿軸線方向自上而下降低，其頂部溫度高， 壁厚，熱膨脹量大； 裙部相反 .因此，將活塞頂部地直徑設(shè)計(jì)得小一些，而由頂部向下直徑逐漸增大，以保證活塞在氣缸中工作時(shí)熱膨脹后上下配合間隙均勻一致 .pZyytu5rc5 2.將活塞裙部徑向制成橢圓形 .活塞裙部沿活塞銷座方向壁厚較大，故熱膨脹