【正文】 ............................................... 8 活塞總長 GL ............................................... 8 活塞頭部設(shè)計(jì) ............................................... 8 活塞頂形狀與厚度 ......................................... 8 活塞頭部截面形狀 ......................................... 9 提高活塞頭部可靠性 ....................................... 9 活 塞銷座設(shè)計(jì) ............................................... 9 銷座結(jié)構(gòu) ................................................ 10 活塞銷在銷孔中的定位 .................................... 10 銷座強(qiáng)度驗(yàn)算 ............................................ 10 活塞銷孔潤滑 ............................................ 10 活塞銷設(shè)計(jì) ................................................ 10 活塞銷結(jié)構(gòu) .............................................. 11 活塞銷強(qiáng)度驗(yàn)算 .......................................... 11 活塞裙部設(shè)計(jì) .............................................. 11 裙部橢圓 ................................................ 11 活塞側(cè)表面形狀 .......................................... 12 裙部強(qiáng)度驗(yàn)算 ............................................. 12 氣環(huán)與油環(huán)設(shè)計(jì) ............................................ 12 氣環(huán)設(shè)計(jì) ................................................ 12 油環(huán)設(shè)計(jì) ................................................ 13 配合間隙 .................................................. 13 活塞與氣缸間的間隙 ...................................... 13 活塞環(huán)與環(huán)槽間的間隙 .................................... 14 活塞銷與銷孔間的間隙 .................................... 14 4 活塞鑲?cè)Φ脑O(shè)計(jì) .............................................. 15 鑲?cè)Φ谋匾? .............................................. 15 鑲?cè)Φ慕Y(jié)構(gòu)形式 ............................................ 15 5 活塞冷卻 .................................................... 16 活塞冷卻的必要性 .......................................... 16 活塞冷卻方式 .............................................. 16 6 三維實(shí)體建模 ................................................ 17 7 結(jié)論 ........................................................ 20 參考文獻(xiàn) ...................................................... 21 遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計(jì) 1 1 設(shè)計(jì)參數(shù) 給定參數(shù) CY4100ZLQ 柴油機(jī)，活塞直徑 D=100mm，工作行程 S=118mm，連桿長度 L=178mm，四沖程，水冷，直接噴射方式 ,發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速 n=3200r/min，額定功率 Pe=70kW，最大扭矩Ttqmax=(1600r/min),幾何壓縮比 ε =，最大燃燒壓力 PZ=，增壓空氣壓力PK=。 計(jì)算參數(shù) 增壓比 k? =Pk/P0=； 平均有效壓力 Pme=(30Ttqτ)/(VSi9550)= ，從《汽車發(fā)動機(jī)原理》（吳建華主編）中表 112 可知，該柴油機(jī)為汽車用柴油機(jī) [1]。 活塞運(yùn)動學(xué) (1) 活塞的位移 活塞上止點(diǎn)對應(yīng)的曲柄位置作 為曲軸轉(zhuǎn)角 α的起點(diǎn)，此時活塞的位移等于零（圖 11）。曲柄 OB 以 O 點(diǎn)為圓點(diǎn)作等速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，活塞（ A 點(diǎn)）沿氣缸中心線作往復(fù)直線運(yùn)動，其速度與加速度呈周期性變化?；钊麖纳现裹c(diǎn) A1 到下止點(diǎn) A2 的距離，稱為活塞行程 S， λ為曲軸半徑 R 與連桿長度 L 的比值。在本設(shè)計(jì)中， R=59mm， L=178mm， λ=59/178=。 從 《新型鋁活塞》（國防工業(yè)出版社） 圖 11 可看出，活塞位移 x 為： x=R(1cosα+λsin2α/2) (11) 即本設(shè)計(jì)中，活塞位移 x=59(1 cosα+)，也 就是說活塞位移是隨曲軸轉(zhuǎn)角 α值和 λ值的改變而變化的。 (2) 活塞的速度 ① 活塞平均速度 活塞平均速度 Cm是表示單位時間內(nèi)，活塞來回運(yùn)動所經(jīng)過的路程。 2 ( / )30m S S nC m st ??? 式中， S— 活塞行程 （ m） ； t— 活塞運(yùn)行一周所需時間 （ s） ； n— 內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速 （ r/min） 。0 . 1 1 8 3 2 0 0 1 2 . 5 9 ( / )30mC m s??? Cm=4～ 6m/s 為低速， Cm=6～ 9m/s 為中速， Cm9m/s 為高速。所以由該柴油機(jī)的Cm=，從表 11 中可知 ，該柴油機(jī)為轎車用柴油機(jī)。 黃永波：柴油 機(jī)活塞建模與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2 ② 活塞瞬時速度 活塞速度是指活塞瞬時速度，所以按式 (11)對時間微分，便可求得活塞速度 V： V=Rω(sinα+λsin2α/2) (12) 式中的 ω=2nπ/60=，即在本設(shè)計(jì)中，活塞速度 V=19761(sinα+λsin2α/2)，當(dāng)活塞處于上、下止點(diǎn)位置，活塞速度等于零。 (3)活塞的加速度 按式 (12)對時間微分，便可求得活塞的加速度： a=Rω2(cosα+λcos2α) (13) 所以在本設(shè)計(jì)中，活塞的加速度為 a=6618508(sinα+λsin2α/2)，其最大值為 amax= Rω2(1+λ)=8803m/s2。 活塞動力學(xué) (1)往復(fù)慣性力 內(nèi)燃機(jī)的往復(fù)運(yùn)動質(zhì)量為活塞質(zhì)量 mp 和連桿組往復(fù)質(zhì)量 m1 之和。按前面計(jì)算所得的加速度，即可求得往復(fù)慣性力 Pj，它作用在氣缸中心線上，其變化規(guī)律和活塞加速度相同，只是方向恰好與加速度相反： Pj=mja=(Gp+G1) a/g (14) 式中， mj— 往復(fù)運(yùn)動慣性質(zhì)量； a— 加速度； Gp— 活塞組重量； G1— 連桿組小頭重量。 在計(jì)算中，活塞組重量參考表 21 選取， Gp=～ ，可知 GP=～ ，初步選取活塞組重量 GP=；連桿小頭重量 G1根據(jù)查找資料選取，初步選取 G1=。經(jīng)計(jì)算可知， Pjmax=(+)8803=。 (2)氣體作用力 內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，不 斷變化的燃?xì)鈮毫ψ饔糜诨钊?，通過活塞、連桿傳遞給曲軸而輸出功率。作用在活塞上的作用力 Pg 為： Pg=πD2(PP’)/4 (15) 式中， P— 氣缸內(nèi)氣體壓力； P’— 內(nèi)燃機(jī)曲軸箱內(nèi)氣體壓力； D— 內(nèi)燃機(jī)活塞直徑。一般 P’為常數(shù)， Pg 完全取決于氣缸內(nèi)的氣體壓力。給定參數(shù)中，給出了最大燃燒壓力PZ=，經(jīng)計(jì)算可知， Pg=6100000/4=47885N。 (3)活塞上的總作用力 遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計(jì) 3 在活塞中心處，同時作用著氣缸內(nèi)氣體壓力 Pg 和往復(fù)慣性力 Pj，由于作用力的方向都是沿著氣缸中心線，故可求得合力 PΣ： PΣ=Pg+Pj (16) 由此可知，合力 PΣmax= Pg+Pjmax =47885+=。 (4)總作用力的分解與傳遞 活塞上總作用力 PΣ 可分解為沿連桿方向上的連桿作用力 Pk 和垂直于氣缸避的側(cè)作用力 PN(見 《新型 鋁活塞》（國防工業(yè)出版社） 圖 12)。 Pk=PΣ/cosβ