毕业设计（论文）-YG390汽油机活塞连杆、曲轴飞轮总成设计(含全套CAD图纸)

毕 业 设 计 说 明 书YG390汽油机活塞连杆、曲轴飞轮总成设计专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 班 级 B 机制 学 号 全学号 指导教师 完成日期 2014 年 月 日 YG390 汽油机活塞连杆、曲轴飞轮总成设计IIYG390汽油机活塞连杆、曲轴飞轮总成设计摘 要：1882 年德国人狄赛尔（Rudolf Diesel）提出了汽油机工作原理，1896 年制成了第一台四冲程汽油机。一百多年来，汽油机技术得以全面的发展，应用领域越来越广泛。大量研究成果表明，汽油机是目前被产业化应用的各种动力机械中热效率最高、能量利用率最好、最节能的机型。本文主要介绍了 YG390 型汽油机活塞连杆、曲轴飞轮总成的设计，其中活塞的设计包括：活塞头部的设计，活塞销座的设计，活塞裙部及其侧面形状的设计。连杆（组）的设计包括连杆体、大头盖、连杆螺栓、轴瓦和连杆小头衬套等。曲轴组的设计包括：曲柄销，主轴颈，曲柄，平衡重，油孔的位置和尺寸的设计以及飞轮的设计。本次设计过程中首先是分析了内燃机的发展现况及存在的问题，找出汽油机活塞连杆、曲轴飞轮总成的设计中应注意的问题，接着分析了 YG390 型汽油机活塞连杆、曲轴飞轮总成的结构特点，然后对各组成部件进行设计与校核，最后应用AutoCAD 绘图软件绘制了各总成和主要零部件图纸。关键词：汽油机，活塞，连杆，曲轴，飞轮优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763YG390 gasoline engine piston connecting rod, crankshaft flywheel assembly designAbstract：1882 German Di Saier (Rudolf Diesel) raised gasoline engine works, in 1896 made the first four-stroke gasoline engine . One hundred years, the gasoline engine technology to fully develop applications more widely. A large number of studies show that gasoline is currently a variety of power machinery in the industrial application of the highest thermal efficiency , energy efficiency best, most energy-efficient models.This paper describes the YG390 gasoline engine piston connecting rod , crankshaft flywheel assembly design , including design of the piston comprises: a piston head design, piston pin design, the side of the piston skirt and the shape of the design . Rod ( set ) design includes linkage body , large head cover , connecting rod bolts, bearings and connecting rod small end bushing and so on. Crankshaft Design group comprising: a crank pin , the main journal , a crank , a counterweight , the position and size of the hole and the design of the flywheel design .The design process is to analyze the development of the first current situation and problems of the internal combustion engine to find gasoline engine piston connecting rod, crankshaft flywheel assembly design should pay attention to the problem , and then analyzes the YG390 gasoline engine piston connecting rod , crankshaft flywheel assembly of structural features , and then each of the components for the design and verification, the final application of AutoCAD drawing software to draw the main components of each assembly and drawings .Keywords: Gasoline engine, Piston, Connecting rod, Crankshaft, FlywheelYG390 汽油机活塞连杆、曲轴飞轮总成设计IV目 录1 绪论 .11.1 选题背景及意义 .11.2 国内（外）发展概况及存在的问题 .11.3 设计中应注意的问题 .32 总体设计 .42.1 结构分析 .42.1.1 活塞 .42.1.2 连杆 .42.1.3 曲轴飞轮组 .52.2 方案设计 .52.2.1 设计参数要求 .52.2.2 方案选定 .53 活塞连杆组设计 .63.1 活塞组的设计 .63.1.1 活塞的材料 .63.1.2 活塞主要尺寸设计 .63.1.3 活塞裙部及其侧表面形状的设计 .83.1.4 活塞头的质量计算 .83.2 活塞销的设计 .93.2.1 活塞销的材料 .93.2.2 活塞销与销座的结构设计 .93.2.3 活塞销与销座的配合 .93.2.4 活塞销质量 m3.103.2.5 活塞销刚度和强度的校核 .103.3 活塞环设计 .113.3.1 气环的设计 .113.3.2 油环的设计 .13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 13041397633.3.3 活塞环强度校核 .133.4 连杆的设计 .143.4.1 连杆主要尺寸的设计 .143.4.2 连杆强度的计算 .154 曲轴飞轮组设计 .194.1 曲轴设计 .194.1.1 曲轴主要尺寸的确定 .194.1.2 曲轴材料选择及毛坯制造 .204.1.3 曲轴的平衡 .204.1.4 曲轴疲劳强度校核 .224.2 飞轮设计 .284.3 主轴承的设计 .304.3.1 轴承材料选定 .304.3.2 轴瓦结构设计与主要尺寸的确定 .305 结 论 .32参考文献 .33致 谢 .34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 13041397631 绪论1.1 选题背景及意义活塞式内燃机自 19 世纪 60 年代问世以来，经过不断改进和发展，已是比较完善的机械。它热效率高、功率和转速范围宽、配套方便、机动性好，所以获得了广泛的应用。全世界各种类型的汽车、拖拉机、农业机械、工程机械、小型移动电站和战车等都以内燃机为动力。海上商船、内河船舶和常规舰艇，以及某些小型飞机也都由内燃机来推进。世界上内燃机的保有量在动力机械中居首位，它在人类活动中占有非常重要的地位。近年来随着社会的发展，农业经济体制和规模发生了很大改变，交通运输以及城乡物流业的迅速发展，使中小功率汽油机销量持续上升。由于不受爆燃的限制以及汽油自燃的需要，汽油机压缩比很高。热效率和经济性都要好于汽油机，同时在相同功率的情况下，汽油机的扭矩大，最大功率时的转速低，因此，汽油机在配套使用中将更进一步显示出其优越性。到目前为止，汽油机也已成为一种排放清洁、节省能源的动力。在欧洲，汽油车销量已占汽车总销量的 40%多，美国市场的汽油车销量也在逐渐增加。目前我国农用车行业内外环境，包括社会认识、市场供求关系、产品和制造技术，都发生了许多新的变化。农用车是我国一个特色的运输车品种，其投资少、运输能力强、产出大，正好满足建设节约型社会、提高资源使用效率的需求，从整个国家来讲，具有长远的战略意义。目前我国中东部地区对农用车仍然大量需要，并且西部经济有待进一步发展的地区随着发展农民收入的增加，潜在的市场非常大，农村运输工具的不足带动了轻型和低速载货汽车的发展，而汽油机车的经济性拉动了轻型汽油汽车的迅速发展，以及在农村经济发展和国家政策的调整潮流下，国内小型农用工程机械市场前景非常好，产销量迅趋火爆，发展前景广阔。1.2国内（外）发展概况及存在的问题1882 年德国人狄赛尔（Rudolf Diesel）提出了汽油机工作原理，1896 年制成了第一台四冲程汽油机。一百多年来，汽油机技术得以全面的发展，应用领域越来越广泛。大量研究成果表明，汽油机是目前被产业化应用的各种动力机械中热效率最高、能量利用率最好、最节能的机型。装备了最先进技术的汽油机，升功率可达到3050kW/l，扭矩储备系数可达到 0.35 以上，最低燃油耗可达到 198g/kWh，标定功率油耗可达到 204g/kWh；汽油机被广泛应用于船舶动力、发电、灌溉、车辆动力等广阔的领域，尤其在车用动力方面的优势最为明显，全球车用动力“柴油化”趋势业已形成。在美国、日本以及欧洲 100%的重型汽车使用汽油机为动力。 在欧洲，90% 的商用车及 33%的轿车为柴油车。在美国，90%的商用车为柴油车。在日本，38% 的商用车为柴油车，9.2%的轿车为柴油车。据专家预测，在今后 20 年，甚YG390 汽油机活塞连杆、曲轴飞轮总成设计2至更长的时间内汽油机将成为世界车用动力的主流。世界汽车工业发达国家政府对汽油机发展也给予了高度重视，从税收、燃料供应等方面采取措施促进汽油机的普及与发展。 现代高性能汽油机由于热效率比汽油机高、污染物排放比汽油机少，作为汽车动力应用日益广泛。西欧国家不但载货汽车和客车使用柴油发动机，而且轿车采用汽油机的比例也相当大。最近，美国联邦政府能源部和以美国三大汽车公司为代表的美国汽车研究所理事会正在开发的新一代经济型轿车同样将汽油机作为动力配置。经过多年的研究、大量新技术的应用，汽油机最大的问题烟度和噪声取得重大突破，达到了汽油机的水平4。现在，科技的发展日新月异，汽油机新技术的开发和应用所需要的时间也越来越短。 我国汽油机产业起步相对较晚，但是自 20 世纪 80 年代以来有了较快的发展。随着一批先进机型和技术的引进，我国汽油机总体技术水平已经达到国外 80 年代末90 年代初水平，一些国外汽油机近几年开始采用的排放控制技术在少数国产汽油机上也有应用。最新开发投产的汽油机产品的排放水平已经达到欧排放限值要求，一些甚至可以达到欧排放限值要求。但我国汽油机产业的整体发展仍然面临着许多问题，与国外汽油机相比还有一定的差距。我国汽油机产业的整体发展面临着许多问题：（1）汽油机行业投入不足，严重制约了生产工艺水平、规模发展和自主开发能力的提高；（2）柴油品质差、柴油标准的修订严重滞后于汽车工业发展的需要，对汽油机技术的发展及各种新技术、改善汽油机排放措施的应用造成障碍；（3）我国汽油机技术的落后、产品质量差以及车辆使用中维修保养措施不力，导致低性能高排放汽油机在使用中对城市环境和大气质量造成不良的影响。随着环保法规的日益严格，光靠增压中冷技术已不能满足日益严格的环保要求，这就需要更新的汽油机电控喷射技术来支持。现在国内的汽油机电控喷射系统正处在开发阶段。比如上海内燃机研究所、无锡油泵油嘴研究所等正在积极研究之中。无锡油泵油嘴研究所已把部分成果应用到双燃料机上实现了天然气和液化石油气的电控化，目前正进行匹配试验。根据目前我国发动机的状况，提高我国汽油机技术水平急需解决下列的关键技术：（1） 关键零部件技术：如油泵油嘴和增压中冷。（2）燃油品质：优质低硫的柴油是汽油机满足日益严格的排放法规的前提。（3）电控技术：汽油机电控技术对于发动机综合性能的优化和提高至关重要。（4）排放后处理关键技术： 如废气再循环技术（EGR） ，微粒捕集技术以及NOx 催化转化技术。（5）整机开发及匹配技术： 如汽油机燃油、进气及燃烧系统的匹配与优化技术，重型车用及轿车用汽油机技术。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（6）汽油机的制造、工艺及材质等技术。随着中国机械工业的发展，特别是制造工艺水平的提高，相信中国的内燃机工业也会有一个很大的提高。1.3设计中应注意的问题内燃机是一个结构复杂，布置紧凑的机器。它有许多零件组成，各个零件之间不但必须以一定的配合关系联系成一个整体，而且必须在作相对运动的过程中互不干涉。因此，在设计每一个零件时，必须把它看作是整个内燃机的一部分。并注意该零件与其它零件之间的关系。考虑到这一特点，通常内燃机的技术设计要按一定的程序进行，即先从内燃机的全局出发确定出各个局部结构的轮廓尺寸，再根据给定的轮廓尺寸设计各零部件的细节，然后再将各个局部汇合在一起，从总体结构上审查各个局部的设计是否正确。通常这个设计程序分三个阶段：草图设计、工作图设计和绘制装配图。在设计内燃机的过程中需要确定出主要零件的结构，尺寸和材料。在这里考虑问题的主要出发点是保证由这些零件组成的内燃机能够有效的实现将燃料中的热能转化成机械功的过程。这就必须使零件的结构，尺寸和所用材料适应工作过程的需要。除此之外，还要考虑另一方面的问题，这就是：（1）受力问题 零件在工作过程中要承受机械负荷的作用，在力的作用下零件将产生机械应力和变形。机械应力超过一定的限度时零件将发生断裂性的破坏，变形超过一定的限度时零件之间的相互配合关系将被破坏。所有这些都使零件失去工作能力。因此，在设计每一个零件时都要充分了解该零件在工作过程中所受力的大小和力的作用情况。在本次设计中，充分的考虑了这个问题，在必要时进行了力的校核计算。（2）磨损问题内燃机的许多零件在力的作用下相互摩擦运动，如活塞与汽缸壁，轴颈与轴承等。本次设计中比较注意零件的磨损问题，对受到磨损的部位注意正确地供给润滑油和采取其它措施来延长零件的使用寿命。（3）热负荷问题内燃机的许多零件，如活塞，汽缸和汽缸盖等在工作中要与高温气体相接触，在此情况下零件被破坏。本次设计为水冷汽油机，在必要处都布置有冷却水道或利用润滑油进行冷却散热 。5上面这三个问题是在内燃机的过程中经常遇到并必须注意解决的问题,总括起来说就是:零件必须有足够的强度和刚度,以便能够随力的作用必须注意减小零件的磨损和提高耐磨性,以便行长零件的使用寿命;必须澺零件的热强度、热变形与热应力的问题以便使零件能够然高温条件下可靠工作。YG390 汽油机活塞连杆、曲轴飞轮总成设计42 总体设计2.1 结构分析2.1.1 活塞活塞是在恶劣的条件下工作的。首先，它承受着很大的机械负荷。活塞顶上作用有不断变化的气体压力。对于汽油机来说，气体压力的最大值 Pmax 一般是在78MPa 。目前，由于高增压强化，汽油机的最高气体爆发压力已达到1718MPa，有的甚至更高。同时，在高速内燃机中，循环的变化频率很高。这样就使作用在活塞上的载荷是具有冲击性的。活塞在气缸里做高速运动，还会产生很大的往复惯性力。为了减小活塞组的往复惯性力，设计活塞时要尽量减小结构质量，选用密度小、强度高的材料。其次，活塞在工作中承受着很高的热负荷。活塞顶与燃烧室中最高温度为 18002600，热量通过对流以及热辐射等方式传到活塞顶。由于汽油机燃烧的特点，使活塞受热强度分布不均匀，此外还因为在有效燃烧期中气体介质具有较高的密度和紊流的作用，也使得燃气传给活塞的热量增加。为了防止活塞受热部分温度过高，一般都力求减小燃气向活塞的传热量并使流入活塞的热量能很好的散走。再次，活塞沿气缸作高速滑动，活塞裙部受侧向力的作用，在润滑不良的情况下，常常造成活塞、活塞环和气缸之间的剧烈磨檫和磨损。所以，活塞的设计任务就是根据活塞的功用，适应内燃机强化程度提高的需要，从活塞各部分结构尺寸的选定和造型设计、活塞的材料和表面处理、必要的计算和试验等方面入手，正确解决活塞的工作能力、可靠性、寿命和机械负荷、热负荷、磨损之间的矛盾，并在实践中不断加以考核和改进。活塞的设计要点包括：活塞头部的设计，活塞销座的设计，活塞裙部及其侧面形状的设计。2.1.2 连杆连杆（组）一般由连杆体、大头盖、连杆螺栓、轴瓦和连杆小头衬套等组成。连杆把活塞和曲轴连接起来。连杆小头与活塞销连接，并与活塞一起作往复运动；连杆大头与曲轴的曲柄销连接，和曲轴一起作旋转运动；连杆的其余部分作复杂的平面运动。作用在活塞上的力经连杆传给曲轴。连杆主要承受气体压力和往复惯性力所产生的交变载荷。连杆必须具有足够的结构刚度和疲劳强度。也就是说在力的作用下，杆身应该不致被显著压弯；连杆大小头孔不致显著失圆。在设计时候应遵循以下的原则14：（1）在保证具有足够强度和刚度的前提下，尽可能减轻重量，以降低惯性力；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（2）尽量缩短长度，以降低发动机的总体尺寸和总重量；（3）结构简单，尺寸紧凑，可靠耐用；（4）大小头轴承工作可靠，耐磨性好；（5）连杆螺栓疲劳强度高，连接可靠；（6）易于制造，成本低。很显然，为了增加连杆的强度和刚度，不能简单地依靠加大结构尺寸来达到，因为连杆重量的增加使惯性力增加。必须从材料选用、构形设计、热处理及表面强化等方面采取措施。2.1.3 曲轴飞轮组曲轴组由曲轴、飞轮、平衡重以及传动齿轮等构成。曲轴是发动机中最重要的机件之一，是由一个或者多个彼此间错开一定角度的曲柄，加上功率输出端和自由端组成，它是发动机最主要的部件之一。它的尺寸参数在很大程度上不仅影响着发动机的整体尺寸和重量，而且也在很大程度上影响着发动机的可靠性与寿命。曲轴的功用是把活塞的往复运动通过连杆转化成旋转运动以输出汽油机所产生的功率，并驱动汽油机的配气机构、喷油泵、机油泵、水泵及其他的附件。在曲轴的设计方面有几点要注意，首先，因为曲轴在工作中要承受扭转力矩的作用，因此曲轴在设计时必须注意的解决的主要问题是保证轴颈与轴承工作可靠并且耐用，再者要有足够的抗弯刚度，还有在工艺上也应注意，设计尽量简单，只要保证足够的转动惯量的情况下减小飞轮的质量。飞轮的主要功用是储存做功冲程的能量，克服辅助冲程的阻力以保证曲轴旋转运动的均匀性，是内燃机工作平稳。曲轴组的设计要点包括：曲柄销，主轴颈，曲柄，平衡重，油孔的位置和尺寸的设计以及飞轮的设计。2.2 方案设计2.2.1 设计参数要求本次设计的是 YG390 型汽油机活塞连杆、曲轴飞轮总成其参数如下：缸径：88mm行程：64mm排量：389cc功率：13kW/3600rpm扭矩：26.4Nm/2500rpm2.2.2 方案选定根据设计要求选定方案为 YG390 型汽油机的活塞连杆、曲轴飞轮总成YG390 汽油机活塞连杆、曲轴飞轮总成设计63 活塞连杆组设计3.1活塞组的设计3.1.1 活塞的材料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。本次活塞的材料选用共晶硅铝合金。3.1.2 活塞主要尺寸设计优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763（1）活塞高度 H按照上表取 H/D=0.755则 H=0.755D=0.75588=66.44mm，圆整取 H=66.5 mm（2）压缩高度 H1按照上表取 H1/D=0.4则 H1=0.4D=0.488=35.2mm，圆整取 H1=35 mm（3）火力岸高度 h按照上表取 h/D=0.05则 h=0.4D=0.0688=5.28mm，圆整取 h=5mm（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=0.0488=3.52mm 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 2.04.0mm 取 2.8mm环岸高 C2 为 2b1 取 4.0mmb1=2,b2=2, b3=2.8,C1=4, C2=4。则环带高度为 14.8mm（5）活塞顶部厚度 通常汽油机为 0.050.10D=0.05D=0.0588=4.4 ，取 5mm。 （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 0.06D，厚度则为 5.5mm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（7）活塞销座间距B=0.3-0.40D取 0.35 则活塞销座间距为 30.8mm 取 30mm有关活塞的尺寸设计结果：YG390 汽油机活塞连杆、曲轴飞轮总成设计8名称 数值 单位压缩高度取 H1 35 mm环带高度 H3 12.8 mm火力岸高度 H4 5 mm总高度 66.5 mm壁厚 5 mm内圆直径 D 77 mm外圆直径 D 88 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 2 mm第二道环槽高度 C2 2 mm环槽深度 4.4 mm3.1.3 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。（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：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 0.08mm（2）配缸间隙为了使铝合金活塞在工作状态下（热态）接近一个圆柱形，还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3.1.4 活塞头的质量计算优秀毕业论文，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活塞的质量在估算时，将活塞当作薄壁圆筒处理。活塞 HtDm2214其中 D为活塞的外径，D=88mmt为活塞的厚度， t=5mmH为活塞的高度，H=66.5mm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=120.51g3.2活塞销的设计YG390 汽油机活塞连杆、曲轴飞轮总成设计10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。3.2.1 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。3.2.2 活塞销与销座的结构设计d=（0.220.3）D=0.22D=19.36mm 取 20mmd0=(0.60.79)d=0.6d=12mml=(0.80.9)D=0.8D=70.4 取 70mm活塞销外径 d =20,活塞销内径 d =12。活塞销长度 l=70mm。123.2.3 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。3.2.4 活塞销质量 m3ldm2014m=110g3.2.5 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。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 130413976327.081Dd=d2/d1=0.6活塞销的弯曲变形：23/ 823/42 4261.784.5(1)104.5(0.9)0.37() ()zpDf m 许用变形：0.fm满足要求。失圆变形： 338 82 2161.780.674.7()04. 10.29zpDd m 许用失圆变形：0.1.1m满足要求。作用在销孔上的表面压力：2261.71.5834.60.90zpq小于极限值 560bar，满足要求。活塞销的纵向弯曲应力：21343461.70.90.981/.20zp Nm活塞销的横向弯曲应力：222 2161.7.0.6850.8516/90zp所以总弯曲应力：21=354.4N/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。3.3活塞环设计YG390 汽油机活塞连杆、曲轴飞轮总成设计12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%。3.3.1 气环的设计（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。图 11-9 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汽油机作为第一环。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。 （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)，重型强化汽油机则用 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 minb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于折断。对合金铸铁的活塞环来说 253tD， =0.10.2MPa，7.350tS。环槽深度取 0.05d=4.4mm（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汽油机。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汽油机的第一环。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。3.3.2 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，尤其在高速汽油机上。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。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YG390 汽油机活塞连杆、曲轴飞轮总成设计14望在油环槽底和槽下都加工出很多泄油孔，使泄油通畅。3.3.3 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)pbrdbpDt12(co)Dtk式中：203(1pEt材料确定后 E 为常数，P0 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。3.4连杆的设计连杆是发动机的重要组成部分，主要由连杆大头、大头盖、连杆轴瓦及连杆螺栓等部分组成。其作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，并把作用在活塞上的力传给曲轴。连杆小头与活塞一起作往复运动，连杆大头与曲轴一起作旋转运动，连杆杆身作复杂的平面摆动。连杆主要承受气体压力和往复惯性力所产生的交变载荷。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。3.4.1 连杆主要尺寸的设计（1）连杆长度的确定连杆长度由杆比 来说明，而 ， 值越大，连杆越短，则发动机的总高度r1越小。参考杨连生版内燃机设计设计， 值范围为 。取 ，则8.312286.0ml1286.0/3（2）连杆小头尺寸的确定连杆小头位于活塞内腔，尺寸小、轴承比压高、温度较高。本次设计汽油机的优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763连杆材料选取为 45 钢，密度 =7.85g/cm .3连杆小头的内径，参考杨连生版内燃机设计设计， ，取3.025.1Dd， mDd25.01连杆小头的外径，参考杨连生版内燃机设计设计， ，取.1d取 28mm.7.1连杆小头的宽度，参考杨连生版内燃机设计设计， ， 取4.21BmdB5.2.11衬套外径，参考杨连生版内燃机设计设计， ， 取5.01d4.1（3）连杆大头尺寸的确定连杆大头的结构与尺寸基本上决定了曲柄销直径 D2、长度 B2、连杆轴瓦厚度等等，对曲轴的强度、刚度和承压能力有很大的 影响。大头的外形尺寸又决定了凸轮轴位置和曲轴箱形状，大头的重量产生的离心力会使连杆轴承、主轴承负荷增大，磨损加剧，有时还不得不为此而增加平衡重，给曲轴设计带来困难，因此在设计连杆大头时，应在保证强度和刚度的条件下，尺寸尽量小，重量尽量轻。连杆大头内径，参考杨连生版内燃机设计设计，取 Q 取 44mm65.0.2DmD4658.02mD4.85.02连杆大头外径，参考杨连生版内燃机设计设计， 取 D2