活塞设计项目新版说明书.docx

汽油机活塞设计说明书 ： ：一、活塞设计要求 活塞是曲柄连杆机构关键零件，关键功用是承受燃烧气体压力和惯性力，并将燃烧气体压力经过活塞销传给连杆，推进曲轴旋转对外作功。另外，活塞又是燃烧室组成部分。活塞是内燃机中工作条件最严酷零件。作用于活塞上气体压力和惯性力全部是周期改变，燃烧瞬时作用于活塞上气体压力很高，如增压内燃机最高燃烧压力可达1416MPa。而且活塞还要承受在连杆倾斜位置时侧压力周期性冲击作用，在气体压力、往复惯性力和侧压力共同作用下，可能引发活塞变形，活塞销座开裂，活塞侧部磨损等。由此可见，活塞应有足够强度和刚度，而且质量要轻。此次课程设计目标是设计四冲程汽油机活塞，依据一些现有发动机参数，确定活塞直径D=73mm。二、活塞材料活塞材料常见灰铸铁和铝合金，然而因为铸铁材料密度大，产生往复惯性力也很大，所以现在只用于大中型、低速柴油机上，故采取铝合金活塞。为了使活塞拥有很好热导率、高温强度、可锻性和较小热膨胀系数，所以才用铝硅铜合金。三、活塞结构设计活塞按部位不一样能够分为顶部、头部和裙部。1.活塞顶部设计活塞顶部形状对于四冲程内燃机取决于燃烧室形状，通常有平顶、凸顶和凹顶，此处选择平顶活塞。活塞顶厚度是依据强度、刚度及散热条件来确定，在满足强度条件下值尽可能取小。对于铝合金材料活塞值，汽油机为（0.060.10）D,柴油机为（0.10.2）D。则：=（0.060.10）*73=（4.387.3）mm 取=5.00mm2.活塞头部设计2.1设计要求活塞头关键功用是承受气压力，并经过销座把它传给连杆，同时和活塞环一起配合气缸密封工质。所以，活塞头部设计关键点是：1）确保它含有足够机械强度和刚度，以免开裂和产生过大变形，因为环槽变形过大势必影响活塞环正常工作；2）确保温度不过高，温差小，预防产生过大热变形和热应力，为活塞环正常工作发明良好条件，并避免顶部热疲惫开裂；3）尺寸尽可能紧凑，因为通常压缩高度H1缩短1单位，整个发动机高度就能够缩短25.1单位，并显著减轻活塞重量。而H1则直接收头部尺寸影响。2.2压缩高度H1确实定压缩高度为活塞销中心到活塞顶高度，压缩高度H1是由火力岸高度h1、环带高度h2和上裙高度h3组成,即：H1= h1+ h2+ h3在确保气环有很好工作条件前提下，应该尽可能缩短压缩高度。2.2.1火力岸高度 为了尽可能地缩小压缩高度H1，则火力岸高度h1也要尽可能地取小，对于通常汽油机而言，火力岸高度：h1=（0.060.08）D，即此处火力岸高度h1=（0.060.08）*73=（4.385.84）mm，取h1=5.5mm。2.2.2环带高度 该发动机采取三道活塞环，其中2道气环，1道油环。在小型高速内燃机上，通常气环高b=23mm，油环高b=46mm,取b1=3mm，b2=3mm，b3=4mm。 环岸高度关键依据机械强度来确定，因为第一环岸承受气压力较大且工作温度较高，故其高度往往可稍大于其它环岸。第一环岸高度c1=24mm，取c1=4mm。又c2=（12）b1=36mm，且小于c1，则取c2=3mm 所以，环带高度h2= b1+ b2+ b3+ c1+ c2 =3+3+4+4+3+=17mm。 2.2.3上裙高度压缩高度最终由上裙高度来确定，对于通常汽油机而言，H1=（0.450.6）D=（0.4506）*73=32.8543.8mm所以能够先确定压缩高度再确定上裙高度，取压缩高度H1=40mm则h3= H1- h1- h2=40-5.5-17=17.5mm2.3活塞头部侧壁活塞头部需要安装活塞环，所以侧壁必需加厚以确保强度等要求，通常而言侧壁厚为（0.050.1）D=（0.050.1）*73=3.657.3mm，取壁厚为6.5mm。活塞侧壁和顶部之间要采取较大过渡圆角，通常去圆角半径为（0.050.1）D=（0.050.1）*73=3.657.3mm，取圆角半径为5mm。3.活塞裙部设计发动机运转时，正圆形裙部和气缸在活塞销方向上常常发生拉毛现象，关键是因为活塞侧向力、活塞顶爆发力和惯性力联合作用和温度升高引发烧膨胀造成裙部横截面变成“椭圆”形。为了预防裙部变形，能够进行反椭圆设计，选择膨胀系数小材料（比如此次课程设计所选择铝硅铜合金材料）、采取绝热槽隔离活塞顶传下热量、销座采取恒范钢片等等。如若采取反椭圆设计，在设计时把裙部横断截面制成长轴是在垂直和活塞销中心线方向上，短轴平行于销轴方向椭圆形。常见椭圆形状是按下列公式设计：=(1-cos2)缸径小于100mm裙部开槽活塞，椭圆度（）大小，通常为0.10.25mm，取=0.2mm。D=73，则d=D-=73-0.2=72.8mm，则裙部椭圆长短轴分别为73和72.8，由此可用绘出椭圆形状。活塞裙部其它各尺寸可依据下列公式算出：裙长H2=（0.60.8）D=（0.60.8）*73=43.858.4mm，取H2=55mm销孔高度h4=（0.450.55）D=（0.450.55）*73=32.8540.88=35mm活塞销直径d=（0.250.3）D=（0.250.3）*73=18.2521.9=20mm销座间距B=(0.350.4)D=(0.350.4)*73=25.5529.2=28mm三、活塞结构设计1.活塞销材料活塞销材料为低碳合金钢，表面渗碳处理，硬度高、耐磨、内部冲击韧性好。表面加工精度及粗糙度要求极高，高温下热稳定性好。2.活塞销结构活塞销结构为一圆柱体，为减小质量和有效地利用材料，通常活塞销全部制成空心。对于通常发动机而言，活塞销固定方法采取浮式销，为预防浮式销在活塞销座内发生轴向窜动，可采取挡圈结构来固定。3.活塞销尺寸活塞销外直径d已经确定为20mm，活塞销内径d=(0.650.75)d=(0.650.75)*20=1315mm=14mm。活塞销长度l=(0.80.9)D=(0.80.9)*73=58.465.7mm=60mm。四、活塞结果图活塞ug工程图活塞ug三维模型