毕业设计（论文）-1.6升汽油机机体设计(含全套CAD图纸)

优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763本科毕业设计说明书题 目： 1.6L 汽油机机体设计 院 （系）： 机械工程学院 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 教师职称： 优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763摘 要机体是构成发动机的骨架，是发动机各机构和各系统的安装基础，其内、外安装着发动机的所有主要零件和附件，承受各种载荷。因此，机体必须要有足够的强度和刚度。机体有汽缸体和汽缸盖组成。 气缸体是发动机各个机构和系统的装配基体，是发动机中最重要的一个部件。气缸体一般与上曲轴箱铸成一体。气缸体上部拍了出所有气缸，气缸周围的空腔相互连通构成水套。下半部分是用来支承曲轴的曲轴箱。 气缸体有直列、V 形和水平对置三种形式，在汽车上常用直列和 V 形两种。气缸体下部的结构有一般式、龙门式、和隧道式三种形式风冷式气缸体和曲轴箱采用分体式结构，气缸体和曲轴箱分开铸造，然后再装配到一起。气缸体和气缸盖外表面铸有许多散热片来保证充分散热，缸体的材料一般用灰铸铁，为提高气缸的耐磨性，有时在铸铁中加入少量合金元素如镍、钼、铬、磷等。但是，实际上除了与活塞配合的气缸壁表面外，其他部分对耐磨性要求并不高。为了材料上的经济性，广泛采用缸体内镶入气缸套来形成气缸工作表面。这样，缸套可用耐磨性较好的合金铸铁或合金钢制造，以延长气缸使用寿命，而缸体可用价格较低的普通铸铁或铝合金材料制造。 气缸盖的主要作用是封闭气缸上部，与活塞顶部和气缸壁一起构成燃烧室。一般水冷式发动机气缸盖内铸有冷却水套，缸盖下端面与缸体上端面向所对应的水套是相通的，利用水的循环来冷却燃烧室壁等高温部分；发动机的气缸盖上应有进排气门座导管孔和进排气通道等。汽油机气缸盖还应有火花塞孔，而柴油机则设有安装喷油器的做孔。关键词：机体，气缸体，气缸盖，燃烧室，优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载IIIAbstractThe body is composed of the engine is installed base skeleton, each mechanism of each system and the engine, the engine, installed in all the main parts and accessories, loads. Therefore, the body must have sufficient strength and rigidity. The cylinder body and the cylinder cover.The cylinder block is the engine assembly matrix organizations and systems, is a most important part in engine. The cylinder block and crankcase is cast in one piece. The upper cylinder body took out all the cylinder, the cavity surrounding the cylinder water jacket are communicated with each other. The lower half part is used for supporting a crankshaft crankcase.The cylinder body is straight, V shaped and horizontally opposed three forms, commonly used in the car on the straight and V - two. The lower part of the structure of cylinder body general type, Longmen type, and the tunnel type three kind of forms of air-cooled type cylinder block and crankcase with a split type structure, the cylinder block and crankcase cast separately, and then assembled together. The cylinder body and the cylinder cover the outer surface of cast many radiating fins to ensure the full heat, cylinder material is usually made of grey cast iron, in order to improve the wear resistance of the cylinder, sometimes adding a small amount of alloy elements such as nickel, chromium, molybdenum, phosphorus in cast iron. But in fact, in addition to the cylinder wall and piston surface matched with the outer, other part of the wear resistance is not high. Thus, the cylinder can be used better wear resistance alloy cast iron or alloy steel, to prolong the service life of the cylinder, the cylinder can be used to lower prices of ordinary cast iron or aluminum alloy material.The main function of the cylinder cover is closed the upper part of the cylinder, and the piston and cylinder wall together constitute the combustion chamber. General water-cooled engine cylinder head casting with cooling water jacket, cylinder head and cylinder end face to the water jacket of the corresponding are interlinked, using water cycle cooling of high temperature combustion chamber wall and other parts; cylinder head of engine exhaust valve seat should be in the guide hole and the exhaust passage. Gasoline engine cylinder cover should be the spark plug hole, while the diesel engine is provided with mounting holes injector to do.Keywords: body, cylinder block, cylinder head, a combustion chamber,优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载IV优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载V目录1 前言.12 汽油机结构形式的设计.22.1 汽缸数和气缸布置的选择.2 2.2 冷却方式.42.3 发动机主要结构参数.43 热力学计算.54 动力学计算.65 运动学计算.96 机体的设计.106.1 机体主要尺寸设计.106.1.1 机体长度的确定.106.1.2 汽缸体尺寸的确定.116.1.3 气缸盖尺寸的确定.116.2 机体强度的计算.116.2.1 汽缸体强度的计算.116.2.2 汽缸盖的强度计算.147 活塞设计.158 活塞销的设计.199 活塞环设计.2110 工作循环参数.2411 小结.2712 参考文献.2813 附表.46优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载11 前言随着现代科技的发展，进行新型发动机的设计己不可避免，目前发动机的种类很多，而发动机设计的好坏主要是靠发动机实验台来检验。然而制造厂家都希望在尽可能短的时间内将产品投放市场，尤其是在其它竞争者之前能够开发市场，获得良好的投资效益。另外，随着计算机技术的发展，CAE 在发动机设计和试验中的应用使一部分设计工作正逐步脱离经验设计阶段，并提供了一个快速而准确的设计手段。随着社会与技术的日益进步，发动机设计必须日臻完善以满足许多严格的要求，诸如废气排放、噪音、燃油经济性、可靠性、耐久性和制造的廉价性.既不搞保险(过安全)设计，也不能搞欠安全设计，必须是高度精炼而又准确的设计，这只有利用计算机模型和计算机分析、设计技术才可能达到。利用计算机通讯技术，设计者可在不同的地方使用不同的软件进行并行设计，从而缩短设计周期。利用快速原型技术，可非常迅速地制造出零件原型，以减少整个研制开发时间。例如，采用快速原型可在几天内制造出一个复杂零件，而凭借传统的方法和设备常需要几个月的时间。目前发动机工作过程模拟在发达国家已经普遍用于发动机的设计和开发，并产生了可观的效益。例如，国外从开始设计到售出第一台发动机所需的时间，己由原来的 8年减少到 4 年。道依茨公司的 BFM1015 系列只用了 42 个月，美国西南研究院从接受任务到设计定型只用了 18 个月。我国开展发动机工作过程模拟研究的时间并不晚，而且也取得了一些有特色的研究成果，但这些研究工作仅局限于高等院校内，还不能很好地服务于发动机的设计和开发领域。为了满足国内市场对柴油机的更高要求，特别是为了适应国际市场的竞争，柴油机制造企业迫切需要改进现有产品和发展新产品。因此，建立计算速度快、预测精度能满足要求而且尽可能廉价的柴油机工作过程模型是十分必要的。自 1965 年提出虚拟现实的概念以来，动态仿真分析技术始终是与 CAD. 3D 图形和虚拟现实技术同步发展的。并且，随着大型的仿真计算软件的日渐成熟和计算结果的可视化程度越来越高，使得一些以往无法想象的设计任务以一种面向图形的虚拟方式在计算机中进行成为可能。动态仿真分析技术(又称虚拟样机技术)，是 20 世纪 80 年代随着CAD/CAE 技术的发展而迅速发展起来的一项新技术，其核心是系统运动学和动力学仿真技术，同时还包括三维 CAD 建模技术、有限元分析技术、机电液控制技术、最优化技术等相关技术。运用动态仿真分析技术，可以大大简化机械产品的设计开发过程，大幅度缩优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载2短产品开发周期，大量减少产品开发费用和成本，明显提高产品质量，提高产品的系统级性能，获得最优化和创新的设计产品。本课题对实际的发动机机体进行设计，来加深学生对专业知识的理解程度，研究意义如下:(1 ) 意义：通过 1.6 升汽油机机机体设计明白汽油机发动机的结构组成以及工作原理(2 ) 掌握查阅收集资料，了解有关于 EMD 技术的工作原理(3 ) 了解并运用 CAD UG 等三位制图软件的初步应用(4 )将所学理论知识与工程实际密切地结合起来，提高理论实践水平。发动机是汽车的心脏，汽车的行使速度、加速性、爬坡度、牵引力决定于发动机；汽车常见故障大部分来源于发动机；汽车的然有经济性和经常费用也主要决定于发动机。为了实现汽车的设计目标，根据发动机的重要性，汽车方案设计对发动机的型式和主要参数、指标是作了规定的。所以发动机设计是一个重要的阶段，其中包括结构空间、总质量、功率、环境保护、生产成本、使用成本等指标。通过这次我们亲身的设计实践，让我们对这些专业课的基础知识和基本理论能有进一步的理解和掌握，使我们在分析、计算、设计、绘图、运用各种标准和规范、查阅各种设计手册与资料以及计算机应用能力等各个方面得到进一步的提高，能够全面地检验并巩固我们以前所学的专业课知识，并通过结合实际情况，让我们能从一个全新的角度重新学习、认识以前学过的专业课知识。除此之外，此次课程设计还为我们下学期的毕业设计奠定了坚实的基础，为我们将来走上工作岗位埋下了铺路石。我们要充分利用这次课程设计的机会，了解国内外发动机的发展现状，并尽可能发挥我们的能力，保质保量地完成此次课程设计。本设计主要工作任务是四行程汽油机活塞组的设计。我们学习了一些基础制图知识和汽车以及发动机的整体知识框架后所给我们的一次很好的锻炼，众所周知现代汽车工业发展越来越快，而作为汽车心脏的发动机自然也成为了发展的重中之重，发动机的结构和性能对汽车起着决定性的影响，比如汽车的行使速度、加速性能、爬坡度、牵引力等等都取决于发动机，因此来说设计发动机是汽车设计的重中之重，而发动机的设计又对我们的想象能力，制图能力，分析计算能力，查阅各种工具书的能力无疑是一次很好的锻炼，因此，我们要充分利用这次课程设计的机会，认真对待，做好充分的准备 ，保证高质量的去完成，这也为以后学习打下了优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载3一个很好的基础。2 汽油机结构形式的设计2.1 汽缸数和气缸布置的选择 直列 4 缸内燃机的气缸数和气缸布置方式，对其结构紧凑性、外形尺寸比例、平稳性及制造使用成本都有很大影响。目前小轿车各轻型车除最小排量的车型用 2 缸或 3 缸外，绝大多数用 4 缸机，少数高级轿车用 6 缸机或八缸机。至于气缸布置，不超过 6 缸的内燃机绝大数是单列的，单列式发动机结构简单，工作简单，成材本低，使用维修方便，能满足一般要求，而且以各气缸线所在平面与地面优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载4垂直居多。结合国内制造使用成本，生产条件及运转平衡性等，初步选用直列 4 缸机。优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载5目前汽车发动机多采用直列 4 缸、6 缸和 8 缸的结构。根据现有的国产汽油发动机的功率和汽缸数目的匹配关系，设计 1.6 升的汽油发动机，所要匹配的汽缸数目定为直列4 缸机。2.2 冷却方式水冷 常用的冷却方式有水冷和风冷两种，水冷式发动机由于冷却较好而且均匀，强化的潜力要比风冷式发动机大，因此在汽车发动机上至今大多数还是水冷式发动机。参考文献5在条件相同时，主要由于充量系数的差别，水冷机比风泠机高 5%10%。此外风冷发动机功率和燃料消耗受气温变化影响较大，不如水冷发动机指标稳定。综合以上各因素，本设计冷却方式选用水冷方式。2.3 发动机主要结构参数根据设计任务书所提供的设计条件：所要设计的汽油发动机的排量为 1.6L平均有效压力： Mpap2.180活塞平均速度：根据内燃机学的基本计算公式：其中 为发动机的有效功率， 为发动机的平均有效压力，依题为 .取 1.1MPaMpa2.180为汽缸的工作容积，依题为 0.5L为发动机的汽缸数目 ，依题为为 4为发动机的转速为活塞的平均速度，依题为 取 16m/s 为发动机活塞的行程smC )3(*4230)1(*2 SDVnviVpPsmsesm18优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载6为发动机汽缸直径为发动机的行程数，依题为 4根据以上的条件代入公式（1） ， （2） ， （3）得：D=90mm S=77mm Pe=112kw带回原式可以确定 n=6200 r/min 所以基本参数得以确定。3 热力学计算压缩始点的压强 Pa=0.80.9P0 ； 取 Pa=0.085MPa3.1 多变指数的选择压缩过程： 取压缩冲程终点（设为 B 点） ，从 A 点（压缩过程始点）到 B 点的压缩过程看作是多变的压缩过程，压缩多变指数范围为 n1=1.281.35， 取 n1=1.28膨胀过程：取定容增压的终点（设为 C 点） ，从 B 点到 C 点看作为定容压缩过程，膨胀多变指数范围为 n2=1.301.40 取 n2=1.35由 P1V1n=P2V2n 可计算得到压缩终点压力为：Pc=1.415 MPa3.2 压力升高比的选择查得压力升高比 =Pc/Pa； 在 69 之间。取 =6 则ppPz= *Pc=6*1.415MPa=8.492MPa，p圆整后 Pgmax=（Pz-Pc） *2/3+Pc=6.13MPa3.3 绘制（理想）PV 图得到未调整的 P-V 图(数据见附表 3)优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载7图 13.4 PV 图的调整发动机实际过程比较复杂，所以在得到的 PV 图上要修正得到，最高压力不在上止点，还有点火提前角，排气提前角的修正，显然实际的边界条件是不可能得到的，所以要做一些适当的修正。调 整 后 的 燃 气 压 力 （ MPa）0.0001.0002.0003.0004.0005.0006.0007.0000.0000 100.0000200.0000300.0000400.0000500.0000600.0000V（ mL）P（MPa）调 整 后 的 燃 气 压 力 （ MPa）图 24 动力学计算由曲柄连杆机构的受力分析计算：P=Pg+Pj=Pg-mjr2(cos +cos2 ) =Pg-mjj （m j 为机构往复惯性质量）活塞质量 mP=214.94g优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载8连杆小头质量.m4= =81.66g4)1(512dDB连杆质量 m=0.00063(D-80)2+0.0476(D-80)+0.21491.05kg估算 mj=mP+m3+m4387.22gP 在连杆小头处即活塞销孔处分解为 Pn 和 P1，而 P1 又在两岸大头分解为 K 和 t，又根据汽车发动机设计有Pn=P*tg Pl= cosk= Pl cos( +)=cos)(p（数据见附表 4）cos)in(t优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载9优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载105 运动学计算=1/3-1/5 取 =0.2925.1 活塞位移X= r（ 1- ）+ （数据见附表 2）cos4)2cos1(5.2 活塞速度v= （ + ） （数据见附表 2）rsin2i优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载115.3 活塞加速度j = r （数据见附表 2）)2cos(26 机体的设计机体是发动机的重要组成部分，主要由汽缸体和汽缸盖等部分组成。机体是构成发动机的骨架，是发动机各机构和各系统的安装基础，其内、外安装着发动机的所有主要零件和附件，承受各种载荷。由于受力比较复杂并且需要实验来指导，因此设计时应综合考虑。6.1 机体主要尺寸设计6.1.1 机体长度的确定机体长度由体比 来说明，而 =r/l， 值越大，机体越短，则发动机的总高度越小。优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载12参考杨连生版内燃机设计设计， 值范围为 1/3.21/3.8 。取 =0.292，则l=42mm/0.292=442mm6.1.2 汽缸体尺寸的确定汽缸体位于汽油机机体内腔，尺寸大、轴承比压高、温度较高。本次设计汽油机的机体材料选取为铝合金，密度 =7.85g/cm .3汽缸体的厚度，参考杨连生版内燃机设计设计， S /D=0.250.3， 取1S =0.3D=22mm， 16.1.3 气缸盖尺寸的确定汽缸盖的结构与尺寸基本上决定了汽缸体、活塞等等，对汽缸体的强度、刚度和承压能力有很大的影响。气缸盖的外形尺寸又决定了凸轮轴位置和曲轴箱形状，汽缸盖的大小决定了整个汽油机的耗能，如果选用不如意会使汽缸体设计带来困难，因此在设计汽缸盖时，应在保证强度和刚度的条件下，尺寸尽量小，重量尽量轻。汽缸盖内径，参考杨连生版内燃机设计设计，S2/D=0.550.65， 取S2=0.59D=23mm6.2 机体强度的计算6.2.1 汽缸体强度的计算衬套过盈配合的预紧力及温升产生的应力 p)S-(1)S-(1t212EEd式中 汽缸盖厚度，为 23mm；2汽缸体内径，为 22mm；1汽缸盖材料的线膨胀系数，对于铝合金，可取 =1.8 1/ ； 510c汽缸体材料的线膨胀系数，对于铝合金可取 =1.0 10 （1/ ） ；优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载13, 泊桑比，一般可取 = =0.3；E汽缸体材料的弹性模数对于铝合金，E=2.2 N/mm510衬套材料的弹性模数，对于青铜， =1.15 N/mm E计算得 0.065mm.t计算可得： MPap51.2把汽缸体视为内压厚壁圆筒，在压力 P 的作用下外表面的切向应力为内表面 = =102.5 N/mm2iDd21-外表面 =80.03 N/mm2pa21经检验小于 100-150 N/mm2汽缸体应力的校核当发动机处于额定工况时，气缸体的最大拉伸作用力为： 93.568)1(21maxRPj N当发动机处于起动工况时 j 2.)(22ax固定角 94.1/arcos901DHmdr8.3421在 的截面上0 (0.572 3215.641NmaxjP)08.N =2.47Mj 297.3(r m计算 截面拉伸力引起的法向力和弯矩为： NPNj 02.86)cos(sin5.0cosmax优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载14mNrPrNMj 38.45)cos(sin5.0)cos1(max 汽缸体壁厚为 ； dh2412b261 FEK4.0由拉伸作用在外表上产生的应力为： MpahbKNhrMaj 478.1)2(6 取点火提前角为： 5汽缸体的合力为： NmRDpPza 285)cos(4)(22max 计算截面中由压缩力引起的法向力和弯矩： NPNa 73.192)0.5.(81092cossin2si1 cos2i)c1(1aarM= =)02.58.10.13.065.892 mN4.1=hbKNrha 111)(MPa649.2不对称循环的最大与最小应力为： Paaj5.98max31in平均应力及应力幅： MPam9476.2minaxa531i又由 n maz优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载15材料在对称循环下的拉压疲劳极限，取 =200z1 z1MPa应力幅；a平均应力；m考虑表面加工情况的工艺系数，其值在 0.40.6 之间，取a a4.0角系数，aa12材料在对称循环下的弯曲疲劳极限，对于铝合金，0 01)6.4(则取 a43.算得 n=2.299 1.5 则汽缸体合格6.2.2 汽缸盖的强度计算汽缸盖受惯性力拉伸载荷： mNrgGrgGPj 54.1028)1(322max 式中 、 、 、 分别是活塞组、连杆组往复部分、连杆旋转部分及汽缸盖下半部 23分的重量。取 40则弯曲应力为： 1max4.0)/(23.FJZlPjN.1846式中 计算断面的抗弯曲断面模数，取 3910.5mZ计算圆环的曲率半径，计算可得1l 1l7、 汽缸盖及轴承中央截面面积，计算可得F 20176.F查杨连生内燃机设计 的值在 1500020000Nm 之间，合格。优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载167 活塞设计7.1 活塞的材料共晶硅铝合金制造活塞的材料应有小的密度 、足够的高温强度 、高的热导率 、低的线胀系数a以及良好的摩擦性能(减摩性和耐磨性 )。常用材料为铝硅合金， 。共晶铝硅合金具有满意的综合性能，工艺性良 好，应用最为广泛。过共晶铝硅合金中的初生硅晶体使耐热性、耐磨性改善，膨胀系数减小，但加工工艺性恶化。过共晶铝硅合金广泛用于高热负荷活塞。7.2 活塞主要尺寸设计7.2.1 活塞高度 HH=0.8D选择 H=75mm7.2.2 压缩高度 H1优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载17H1=0.5D选择 H =45mm7.2.3 火力岸高度 hh=0.07D=6.3mm选取 h=7mm7.2.4 环带高度现代四行程发动机一般采用二道气环和一道油环。气环的厚度一般为2.03.0mm(汽车发动机设计p308)。环岸要求有足够的强度，使其在最大气压下不致被损坏。第一道环的环岸高度 b1 一般为 1.52.5c （c 指环槽高度） ，第二道环的环岸高度 b2 为 12c。第一环岸高 C1=0.030.04D=0.04*90=3.6mm 取 4mm环高 b1 为 2.03.0mm 取 2.0mm环高 b2 为 2.03.0mm 取 2.0mm环高 b3 油环为 4.06.0mm 取 4.0mm环岸高 C2 为 2b1 取 4.0mmb1=2,b2=2, b3=4,C1=4, C2=4。则环带高度为 16mm7.2.5 活塞顶部厚度 为 0.060.10D=0.08D=6.72取 8mm。 7.2.6 活塞侧壁厚度及内部过渡圆角活塞头部要安装活塞环，侧壁必须加厚，一般取（0.050.1）D，取 0.09D，厚度则为 8mm为改善散热状况，活塞顶与侧壁之间应该采用较大的过度圆角，一般取 R=0.050.1D则圆角半径取为 8mm优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载187.2.7 活塞销座间距B=0.35-0.40D取 0.4 则活塞销座间距为 36mm有关活塞的尺寸设计结果：名称 数值 单位压缩高度取 H1 45 mm环带高度 H3 16 mm火力岸高度 H4 7 mm总高度 75 mm壁厚 4 mm内圆直径 D 82 mm外圆直径 D 90 mm第一道环的环岸高度 b1 2 mm第二道环的环岸高度 b2 2 mm第一道环槽高度 C1 4 mm第二道环槽高度 C2 4 mm环槽深度 8 mm7.3 活塞裙部及其侧表面形状的设计活塞裙部及其侧表面形状设计的关键，在于保证裙部有足够的贴切合面积和良好的润滑条件，以及保证发动机在不同工况下都具有最小的活塞间隙。7.3.1 裙部椭圆1） 、将裙部设计成椭圆。 2） 、将销座附近的裙部外侧部位设计成凹陷状。裙部椭圆的规律：e 0=(D-d)(1-cos)/4为了使活塞在正常工作温度下于气缸壁之间保持右比较均匀的间隙，不至于在气缸内卡死或是引起局部磨损，必须在常温下预先把活塞裙部的横断面加工成椭圆形，其长轴优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载19垂直于活塞销轴线方向，其矩轴于长轴的差值视发动机的不同而不同，一般为0.080.025mm。为了视铝合金活塞在工作状态下（热态）接近一个圆柱形，害必须把活塞做成上小下大的近似圆锥形。其锥度视发动机的不同而不同，一般为 0.050.1mm。实际取 ：对活塞下下部和头部取 0.1mm；对活塞裙中部取 0.08mm7.3.2 配缸间隙为了视铝合金活塞在工作状态下（热态）接近一个圆柱形，害必须把活塞做成上小下大的近似圆锥形。其锥度视发动机的不同而不同，一般为 0.050.1mm。活塞顶部间隙：0.240mm（活塞销中心平面内） ；0.210mm 垂直于活塞销中心线平面内活塞裙部间隙：0.09mm（活塞销中心平面内） ；0.04mm 垂直于活塞销中心线平面内7.4 活塞头的质量计算对活塞进行简化变成可计算体积的几何体，从而计算出其体积和质量。简化图如下。H4H3DH DH2H1活塞销孔轴线V VVminl优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载20活塞 m= (m)其中 D为活塞的外径，D=90mm为活塞的厚度，=4mmH为活塞的高度，H=(0.81.0)D=75mm为活塞的密度，在此处用共晶铝硅合金 66-1，密度为2.7g/cm3故可知活塞的质量为 m 活塞 =333g8 活塞销的设计活塞工作时顶部承受很大的大气压力，这些力通过销座传给活塞销，再传给连杆。因而活塞销座和活塞销的设计必须保证足够的强度、足够的承压面积和耐磨性。8.1 活塞销的材料活塞销一般用低碳钢或低碳合金钢（如 20Cr）制造，经表面参碳淬火处理，以提高表面硬度，使中心具有一定的冲击韧性。表面需进行精磨和抛光。8.2 活塞销与销座的结构设计d=（0.250.3）D=0.3D=27mmd0=(0.60.79)d=0.6d=16.2mm 取 d0=16mml=(0.60.8)D=0.8D=72mm优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载21活塞销外径 d =27mm,活塞销内径 d =16mm，活塞销长度 l=72mm。128.3 活塞销与销座的配合活塞顶所承受的气压力通过活塞销座和活塞销传给连杆。由于结构上的限制，活塞销的 直径 d 不可能超过 0.4D(表 11-1)，活塞销的长度不可能超过 0.85D，因此活塞销总的承压面积极为有限，还要在活塞销座与连杆小头衬套之间合理分配。所以，不论在销与销座之间，还是在销与连杆之间，承压面积都很小，表面比压很高。加上活塞销与销座或活塞销与连杆衬套之间相对运动速度很低，液体润滑油膜不易形成。在这种高压低速条件下，要保证可靠的液体润滑，配合副的工作间隙要尽可能小。经验表明，当活塞销与销座以及活塞销与连杆小头衬套之间的工作状态(热态)间隙在(13) 10-4d 时，可以可靠工作。于是，在装配状态(冷态)，销与销座则有(13) 10-4d 的过盈，以补偿铝合金活塞销孔在工作时较大的热膨胀。为了稳定地保持极小的间隙而又转动灵活，活塞销外圆、活塞销孔和连杆小头衬套孔都应有极高的加工精度。不但尺寸公差要严格，尤其要保证严格的圆柱度和表面粗糙度。如果尺寸公差偏大，而圆柱度和表面粗糙度值足够小，则可以按尺寸分组选配的办法保证配合副的理想间隙。8.4 活塞销质量 m3m=168.5g8.5 活塞销刚度和强度的校核为保证活塞销和销座的可靠工作，需校核活塞销的弯曲变形，失圆变形，销座上的表面压力和活塞销的应力。=d 1/D=27/90=0.3=d 2/d1=0.6活塞销的弯曲变形： f=4.5(1- 2)3/2pzD/ 4(1- 2)*10-8=4.5*(1-0.292)3/2*90.5*90/0.34(1-0.62)=0.0336许用变形：HtDm*4221优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载22f0.0004D=0.036满足要求。失圆变形：d=4.7p zD/(1- 2)1/2*(1+) 3/(1-) 3*10-8=0.014mm许用失圆变形：d0.012*(1+0.01D)=0.0228mm满足要求。作用在销孔上的表面压力：q=1.58pz/(1- 2)1/2=273.8小于极限值 560bar，满足要求。活塞销的纵向弯曲应力： 1=0.093pz/ 3(1- 4)=196.3N/mm2活塞销的横向弯曲应力： 2=0.0685pz(1+)/(1-) 2=113.3N/mm2所以总弯曲应力：21=226.7N/mm2在许用应力 200 到 400 N/mm2之间，满足要求。经以上计算可知设计的活塞销满足刚度和强度要求。9 活塞环设计活塞与活塞环一起防止气缸内的高压气体下窜到曲轴箱，同时把很大一部分活塞顶接收的热量传给气缸壁，起这种作用的活塞环称为气环。此外，还设置专门的油环，在活塞下行时把气缸壁上多余的机油刮回油底壳，以减少上窜机油量。一般要求通过环组的窜气量不超过总进气量的 0.5%，机油消耗量不超过燃油消耗量的 0.5%。9.1 活塞环的密封机理内燃机活塞组与气缸之间应用带开口的弹性金属环实现往复式密封。由于开口的存在，漏气通路不可能完全消除。为了防止大量漏气，一般采用多个活塞环形成随活塞运动的优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载23迷宫式密封。为减小活塞组与气缸之间的漏气通路，活塞环的外周面必须以一定的弹力 op与气缸壁紧密贴合，形成第一密封面(图 11-8)。这样一来，缸内气体不能短路直接通过环周与气缸之间，而是进入环与环槽之间，一方面轴向不平衡力 AF将环向环槽的侧面压紧，形成第二密封面，同时，作用在环背的气压力造成的径向不平衡力 R又大大加强了第一密封面。尽管环背气压力有时大大超过环本身弹力 op，但 o的作用仍是关键。如果 op降到零，即环周与缸壁之间出现缝隙(一般称为活塞环“漏光”)，第一密封面被破坏，气体就直接从缝隙处短路外泄，任何环背压力和 FR 都建立不起来。只要在整个环周上还剩下一个哪怕是很小的弹力，被密封气体就会自行帮助密封，而且要密封的气体压力越高，附加的密封力也越大。可以认为，具有这种自适应特性的简单环式密封系统，是往复活塞式内燃机有强大生命力的结构保证之一。必须指出，活塞组的密封作用不仅取决于活塞环，而且与活塞的设计有很大关系。活塞应保证活塞环工作温度不会过高。环带部分与气缸的间隙应尽可能小。环槽应加工精确，且在工作中不发生过大变形。环槽与环之间的间隙要合适。9.2 气环的设计9.2.1 气环的断面形状根据活塞环的密封机理，形状简单、加工方便的矩形(断面)环完全可以满足要求。但这种环磨合性较差，作用在活塞环上的力及其密封面密封性不理想。桶面环(图 11-9b)的外周面是直径等于缸径的球面的中段，其特点是能适应活塞的摆动，并且活塞上行和下行时均能在环的外周面上形成润滑油膜，摩擦面不易烧伤。环与气缸接触面积小，比压大，密封性好。桶面环广泛用作高速、高负荷的强化内燃机的第一环。优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载24图 119 常用的活塞环断面形状a)矩形环 b)桶面环 c)锥面环。d)梯形环 e)内切正扭曲环 f)锥面内倒角反扭曲环锥面环(图 11-9c)外周面具有很小的斜角(一般为 063)，它新装入气缸时与气缸线接触，磨合快，下行时有良好的刮油作用。安装时不能上下装反，否则使窜机油加剧。这种环适用于第二、三气环。梯形环(图 119d)两侧面夹角多为 150 左右。装这种环的活塞在气缸中工作时的侧向位移使环与环槽侧面间的间隙不断变化，可防止环槽中机油结胶甚至碳化，适用于热负荷较高的柴油机作为第一环。扭曲环(图 11-9e)采用内切或倒角造成断面相对弯曲中性轴不对称，使环装入气缸发生弯曲变形后发生不超过 10 的盘状正扭曲。它有与锥面环类似的作用，但加工容易些，不过扭曲环的扭曲角沿环周是不均匀的。反扭曲环(图 119f)工作时扭曲成盖子状，配合外圆的锥面，具有很强的密封性和刮油能力，常用于紧挨油环的那道气环。 9.2.2 气环的尺寸参数 在保证密封的前提下，活塞环的数目应尽可能少，因为减少环数可缩小活塞高度，减轻活塞质量，减小发动机总高度，降低发动机摩擦损失。现代高速内燃机大多采用 2道气环( 另有 1 油环) ，重型强化柴油机则用 3 道气环。气环的尺寸参数主要有环的径向厚度 t、轴向高度 b(图 11-8)以及环的自由状态形状和自由开口端距 S0。减小环高 b 有利于缩短活塞高度，减小环的颤振倾向，目前 min已达到 1mm 左右的极限。过小的 使环和环槽的加工困难。径向厚度 t较大的环弯曲刚度大，对气缸表面畸变的跟随性差，但耐磨性相对较好。刚性环在较小的端距 S0 下就可得出要求的平均径向壁压 0p，但在套装到活塞头部上时易优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载25于折断。对合金铸铁的活塞环来说 253tD， 0p=0.10.2MPa， 7.350tS。环槽深度取 0.9d=81mm9.2.3 活塞环的材料活塞环是内燃机中磨损最快的零件，因此适当选择材料和表面处理工艺十分重要。活塞环一般是由合金铸铁铸造，高强度环用球墨铸铁，经热处理以改善材料的热稳定性。少数活塞环用合金钢制造。活塞环的工作表面通常用各种镀层或涂层，以提高其耐磨性、耐蚀性或改善磨合性。最常用的耐磨层为镀铬和喷钼。松孔镀铬不仅硬度高，耐磨耐蚀，而且储油，抗胶合，广泛用于汽油机和自然吸气柴油机。钼熔点高，喷钼层抗胶合、抗磨损性能好，能适应高温下工作。喷涂法能造成一定多孔性，也有一定储油能力。喷钼环主要用于增压强化柴油机的第一环。所有活塞环都要进行磷化、镀锡或氧化处理，以改善磨合性和防锈。9.3 油环的设计气缸与活塞运动副用飞溅的机油润滑。油环的作用是把飞溅到气缸壁上的多余润滑油刮下来，回到油底壳，以减少发动机的机油消耗量。为了能在高速运动中对抗机油的流体动压力刮下机油，只留下很薄的油膜，油环工作面的着壁压力应足够大。因为油环没有环背气压力帮助压向气缸壁，着壁压力完全靠本身的弹力产生。单体铸铁油环(图 11-10a)，由于材料强度所限，只能通过减小与气缸接触的工作面积来提高壁压，最高只能达到 0.5MPa 左右。如用高强度材料，用较大的径向厚度 t，壁压可能进一步提高，但环刚性大，对气缸变形的追随性差，刮油能力不好。用具有切向弹力的螺旋衬簧的铸铁油环(图 11-10b)可使壁压达到 0.8MPa 以上，即使环的外圆磨损，壁压也比较稳定，因为壁压主要由衬簧产生。这种环厚度 t小，柔性好，在气缸变形较大的条件下也能很好地刮油。这种油环目前应用很广，尤其在高速柴油机上。铸铁环表面要通体镀铬。上述两种单体油环与环槽不可避免地有侧向间隙，在环正常轴向移动或颤振而悬浮在环槽中间时，机油可能通过侧隙上窜。这种影响在高转速时更大，所以现代高速汽油机常用无侧隙钢片组合式油环。优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载26为了使油环刮油有效，除了油环结构外，还应注意活塞的配合。用单体油环时必须保持环槽侧隙尽可能小，这意味着环槽加工精度要高，变形要小。还应注意环槽须有面积足够的泄油通道，以免回油受节流造成过高动压，使油环浮起。一般希望在油环槽底和槽下都加工出很多泄油孔，使泄油通畅。9.4 活塞环强度校核为了确定任意断面 BB 中的弯矩，可把活塞环看成是开口对面的对称面 AA 固定的悬臂梁，因为活塞环从自由状态变到工作状态时 AA 断面不发生旋转。于是作用在单元环上 rd 的单元力 dp=p0br0d 对断面 BB 产生的弯矩可写成 0sin()dMprd环从 = 到 段上的压力对 BB 断面的总弯矩 M 为0 0sin()1/4()1cos)MdpbrbpDt1*2(co)Dtk式中： 203*(1pEt材料确定后 E 为常数，P 0 也为常数，对结构参数 D 一定的均压环，自然状态的曲率半径 随 而变，故活塞环在自由状态下不是圆形10 工作循环参数10.1 发动机指示指标10.1.1 理论平均指示压力)1()1( 121 2 nnPinG )10(375.1)0(5.639. 1375.25.1 MPa16.式中： 为理论平均指示压力，MPa；其余参数如前所述。i10.1.2 汽油机平均指示压力优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载27由文献【7】取丰满系数 ，则：97.0nMPaPii 13.6.1 10.1.3 汽油机指示效率37.0849.205.196.430 rkuiiHl式中： 为汽油机指示效率； 为平均指示压力，MPa； 为过量空气系数； 为所iiP0l需理论空气量；其余符号如前所述。10.1.4 汽油机指示燃料消耗率hKWgHgiui /2437.096.43360式中： 为指示燃料消耗率，g/KW.h；其余符号如前所述。ig10.2 发动机有效指标10.2.1 机械损失的平均压力据文献【7】有 mmvP0152.49.0MPa52.03. 式中： 为机械损失平均压力，MPa；其余符号如前所述。m10.2.2 汽油机平均有效压力和机械效率平均有效压力： mPie798.052.048.1式中： 为平均有效压力，MPa；其余符号如前所述。eP机械效率： %6.171084.79iemP优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载28式中： 为机械效率；其余符号如前所述m10.2.3 汽油机有效效率和有效燃烧效率有效效率： mie%31.26