【正文】 心距，而 b 是凸輪的寬度。發(fā)動機(jī)不工作時，氣門在彈簧的作用下處半開半閉的樣子。周而循環(huán)，一直運動工作。而 4120柴油機(jī) 則 采用龍門式，龍門式的曲軸箱的主軸承座 是 一 個 整體結(jié)構(gòu)， 和 曲軸箱 的 橫隔板連成一體。氣缸體的頂部 還裝有氣缸蓋螺栓，用 來 固定 氣 缸蓋。 氣缸體 氣缸體 部分作用是用來安裝氣缸套及其附件，要求其對氣缸套有可靠的冷卻條件。氣缸套嵌 在 機(jī)體內(nèi)， 而 在氣缸套與機(jī)體壁 的 行程冷卻水套， 并 通過機(jī)體平面上的孔 和 氣缸蓋的水套相通。 在 柴油機(jī) 的右面設(shè)置 了 齒輪 的 傳動機(jī)構(gòu)，皮帶輪依靠V 帶 的來 帶動發(fā)電機(jī) 的 旋轉(zhuǎn)。 在自由端下方。 在 機(jī)體的一側(cè) 還 裝有凸輪軸， 而在 凸輪軸的前端裝有正時齒輪， 由 裝在機(jī)體前端的齒輪， 通過 曲軸驅(qū)動凸輪軸 的 轉(zhuǎn)動?；钊貧飧滋?的 內(nèi)孔 做 上下運動 ，通過連桿 使 曲軸旋轉(zhuǎn)， 從而 構(gòu)成 了 柴油機(jī)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)。 720176。 曲軸轉(zhuǎn)角 曲軸位置 各缸工作過程 0176。 假設(shè)， 多缸柴油機(jī)有 i 個氣缸， 那么， 間隔 的 角度應(yīng)為： i ??720? 則四缸柴油機(jī)為： ??? 18 04/72 0? ， 為 多缸柴油各缸發(fā)火順序，可 用氣缸編號中間以短橫線連接起來表示。而 4120的 柴油機(jī)的壓縮比， 為 18?? 。 如果 壓縮比越大， 則可 表示氣體在氣缸 中 壓縮 的很 厲害， 由此， 壓力 及 溫度也 上 升 的 越大 ，并且 壓縮比也 可 表明燃?xì)馀蛎洉r體積變化 的 倍數(shù)。一般 用字母 S 表示 行程 。連桿 是 兩端帶有孔的一 個 直桿，一端與活塞 銷 相連 ，而 另一端與 曲 軸相連接 。 1 4120柴油機(jī) 的 工作原理 : 如圖 1. 所示 ，是 柴油機(jī) 的 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 和 原理。而共軌是指由公共的油管同時提供相同的壓力，質(zhì)量的燃油，使的性能更好（ 2）中冷技術(shù)，還有尾氣再循環(huán)技術(shù)的應(yīng)用等。目前，柴油機(jī)化的趨勢越來越明顯，比如，在歐美 %90 的商業(yè)用車以及 %33 的轎車用的是柴油，而在日本也有 % 的轎車。能更好的滿足工作要求。 4120 柴油機(jī)活塞連桿組的優(yōu)化設(shè)計 摘要： 活塞是發(fā)動機(jī)的心臟，活塞的工作情況非常惡劣，通常是在高速，高溫，高壓，的情況下，活塞在工作中與高溫氣體直接接觸，使得溫度急劇上升，并且分布不均，活塞頂部在工作中承受著很大的壓力，尤其在做功時，使活塞產(chǎn)生沖擊，并且兩側(cè)受側(cè)壓力的作用。 (400) 關(guān)鍵詞： 基本數(shù)據(jù)： 直列，四缸，四沖程，氣缸直徑為 D=120mm, 轉(zhuǎn)速 n=2200r/min mep = 緒論 : 研究背景和研究意義 柴油機(jī)作為一種動力機(jī)械的應(yīng)用越來越廣泛，而柴油機(jī)的效率比較高，但是由于技術(shù)的原因，柴油機(jī)的熱效率也不好提高，但是換一種想法，如果能夠減少柴油機(jī)的機(jī)械損失，那么柴油機(jī)的功率會增加，能提高柴油機(jī)的性能，根據(jù)資料表面，在柴油機(jī)的機(jī)械損失中，活塞連桿組結(jié)構(gòu)的摩擦損失是非常大的，占了機(jī) 械損失的 %70~%60 ，如此高的損失，使得人們對機(jī)械如何減少活塞連桿組的摩擦損失進(jìn)行了研究，通過各種各樣的方法，進(jìn)行實驗，比較，試驗，無論是在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面，燃料燃燒方面都進(jìn)行了多方面的研究，研究的意義是通過對結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，計算，材料的選擇，能夠提高活塞連桿組的強(qiáng)度，延長機(jī)構(gòu)的使用壽命，從而減少這些方面的摩擦損失，再者減少燃油的消耗，提高柴油機(jī)的動力性，減少成本。并且，這個比例是不斷加大的。 在國內(nèi)，柴油機(jī)的發(fā)展比較晚，技術(shù)明顯趕不上國外，在大型的車輛及船運中柴油運用的比較多 ，但在小型車，如轎車的應(yīng)用上比較少，做的比較好的是玉柴，還有錫柴等。 工作時， 活塞只 是 沿氣缸 做 直線往復(fù)運動。它 便 隨著活塞 的直線 移動和曲軸 的 旋轉(zhuǎn) 運動 而進(jìn)行擺動。 當(dāng) 曲軸轉(zhuǎn)動半圈（即 ?180 ），活塞 則移動一個沖程。 壓縮比是內(nèi)燃機(jī)的一個重要 的 參數(shù)。 四沖程的工作過程如圖 ，現(xiàn)在用單缸表示工作過程： 由單缸可推出多缸的工作， 多缸四沖程柴油機(jī) 的 工作原理 ：首先，多缸是指有兩個及以上的氣缸，所有的活塞連桿組都與曲軸連接，此次的 4120 柴油機(jī)是由四氣缸組成的，每個活塞連桿組都與曲軸連接，但對于單個缸體來說，又可形成一個完整的單氣缸。 4110 型柴油機(jī)發(fā)火順序為 2431 ??? 。 180176。（ 0176。在 每個氣缸套 的 上端 都 裝有一個單體式 的 氣缸蓋，將氣缸套 的 頂端密封， 從而 構(gòu)成柴油機(jī) 的 工作容積。隨著凸輪 的 行程的變化， 并 通過挺柱 來 推動推桿上下 運 動，又由推桿 來 推動氣門搖臂 來 控制著進(jìn) 氣門和 排 氣門的開啟與關(guān)閉。油底殼內(nèi) 油由 油泵壓出，經(jīng)單向閥 ， 調(diào)壓閥 ， 機(jī)油冷卻器 以及 機(jī)油濾清器，經(jīng) 過 主油道， 在 通過機(jī)體內(nèi)的油路，送往各摩擦 的 表面， 從而 構(gòu)成 了 本 次 柴油機(jī)的潤滑系統(tǒng) 。 而 柴油機(jī)的后面 安 置 了 機(jī)油冷卻器，機(jī)油濾清器 和 進(jìn) 氣道以及 排氣管道。 在 機(jī)體前端的箱體內(nèi) 要 安裝傳動齒輪和潤滑油泵；后端 是 動力 的 輸出端。 4120 型柴油機(jī)采用水冷式柴油機(jī)氣缸體 ，依靠流經(jīng)氣缸體內(nèi)部的冷卻水 來 進(jìn)行冷卻。為 了 保證氣缸蓋 能 可靠地密封， 并 防止螺栓 的 松脫，氣缸蓋 的 螺栓與氣缸體的連接都 要 采用鎖緊措施 來 固定。曲軸 的 安裝是從機(jī)體 的 軸向端面穿入 的 。 配氣的結(jié)構(gòu)方式 一般的配氣方式有以下幾種，第一種是側(cè)置氣門，這種方式，結(jié)構(gòu)比較簡單，但是效率太低，而且傳播的距離叫長，現(xiàn)在，很少有這種方式。但是這種方式也有很大的缺點，成本太高，反應(yīng)的速度比較慢，沖擊力大，氣門的壽命短。推桿的剛度要好，且質(zhì)量要小，并且直線度的公差不超過 ，還應(yīng)空心鋼管的結(jié)構(gòu)。氣門桿的長度 L,一般來說，氣門桿的長度受限于氣門彈簧的安裝高度，應(yīng)盡量減少氣門的長度，從而減少柴油機(jī)的高度， DL )~(? ,所以， ?? DL 132mm。 3 活塞組的設(shè)計 基本參數(shù)確定： 活塞行程與缸徑之比 DS/ ,活塞行程與缸徑之比是柴油機(jī)設(shè)計的最重要的條件，當(dāng)行程比確定后，氣缸的工作容積也就定下來了。功率的計算 ?30 nvipp hmee ???? ，其中mep 是平均有效壓力， MPa ， i 為氣缸數(shù)，四缸，所以 i=4，又因為此柴油機(jī)是四沖程，所以 ? =4，n 為轉(zhuǎn)速是 2200r/min。 活塞的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷 活塞在工作中承受很高的熱負(fù)荷，活塞在缸中承受變化的最高燃?xì)鈮毫Φ淖饔?，活塞與熱氣體直接接觸，受到劇烈的加熱作用，熱量通過對流的方式傳給活塞頂，所以，活塞頂?shù)臏囟群芨?，整個活塞的溫度分布不均勻，從而形成熱應(yīng)力，使得活塞頂?shù)谋砻姘l(fā)生開裂。而活塞環(huán)組在高速滑動時，活塞裙部還承受側(cè)壓力的作用。 （ 1） 在強(qiáng)度和剛度足夠大的情況下使得重量最小 （ 2） 具有良好的密封性能 （ 3） 受熱少并且便于散熱 （ 4） 磨損要小 （ 5） 常見的活塞材料一般為灰鑄鐵，鋼，還有鋁合金?；诣T鐵活塞比重大，導(dǎo)熱性差逐漸被鋁合金代替，現(xiàn)在的灰鑄鐵只用于一些大型，中低速柴油機(jī)。鋁合金缺點是當(dāng)溫度升高時，硬度和強(qiáng)度下降快，產(chǎn)生變形，因此，加適量合金元素改善，可以加硅，根據(jù)含硅量的不同，可以分為亞共晶 (含 硅 10%~8% )，共晶 (含硅 %13~%11 )，過共晶（含硅 %26~%16 ）。如圖 710，活塞高度與環(huán)帶高度，頂岸高度，以及裙部高度有關(guān)系。如圖 713 壓縮高度是活塞銷的中心到活塞頂高度的距離，將決定活塞銷的位置。而頂岸高度mmh ??? (3)而頂岸高度 h1,頂岸的高度確定了第一氣環(huán)的位置， h1 在保證工作溫度不超過溫度極限的情況下，盡可能的小，取小可以減少活 塞 的 重 量 ， 而 且 可 以 降 低 HC 的排放。 （ 1） 選擇合適的頂岸高度 （ 2） 當(dāng)活塞運行到頂點時，使得第一環(huán)的位置處于冷卻水套中。 類別 D/? 備注 鋁活塞小型高速 ~ ~ 鋁活塞高速大功率 ~ 鋁頂組合活塞 ~ 鑄鐵 ~ 活塞頂?shù)?選擇 活塞頂 選擇有凹頂?shù)?。如圖 36 第一道氣環(huán)，第一道氣環(huán)的形狀采用桶面梯形，因為在工作工程中活塞受到側(cè)壓力的交替作用下，環(huán)在環(huán)槽內(nèi)徑向運動，使得側(cè)隙時大時小，容易把環(huán)槽中的結(jié)膠擠出，所以可以防止在熱負(fù)荷很高時，使第一環(huán)結(jié)與缸壁接觸從而造成拉缸。有時還在環(huán)的表面鍍 Cr,使得有高的粘 3性， 活塞第二氣環(huán)一般采用錐面環(huán)如圖 37，這樣可以提高表面的接觸應(yīng)力，活塞能形成油膜，有利于密封。提高抗腐蝕性及耐磨性。軸向間隙，第一氣環(huán) : ,~ mm?? 取 ?? ；第二道氣環(huán)：2? =~，取 2? =；油環(huán) 2? =~,取2? =。 活塞組的比重量為 ?3DG~ 2cm ,又據(jù)圖 746所示，得出活塞組的重量為 2020g. 3 活塞的應(yīng)力分析與校核 : 活塞的平均速度為 Cm= smsn / 2 0 01 3 230 ??? ,而平均有效壓力M P aCiDpp meme 2 32 ???? ????? ? ,由表 219 查出，最高爆發(fā)壓力為 zP =82 2/cmkgf 。 所以總應(yīng)力 。 22 ?????????? ? ? Mpa450~40039。2 / 1 496422 821 2 0439。 ?? Rg GGp Pj 所以 p= jpN ?max == 所以， M P ad p 2 1)( )( 0 8 6 )1( )1( 42 242 2m a x ??? ????? ??? ? ???M p atD DSEp )( 1 2 0/ 0 01 4 )1/( /1 4 330 ??????? 選擇 20Cr 作為活塞銷 的材料。 cmk gfdd dDpba z ?? ?????????? 橫向上 彎曲應(yīng)力： 22220022 /)2442(9616 )2442()(16 )(3 cmk gfddl ddDp z ???? ?????? ???? ?? 總應(yīng)力： ? = 222222 /39。通過動力學(xué)分析，?cos jgc FFF ?? N，其中， gF 是氣體的作用力 N， jF 是活塞連桿組上的往復(fù)慣性力， ? 是連桿的擺腳。 （ 5） 易造，錢少。 （ 2） 球墨鑄鐵，硬度在 210~250HBW，還有 300~500N/m 2m 得抗彎硬度。 小頭的孔徑 d1， d1 的大小由活塞銷來確定， d1=d+2 1? ,其中， d是活塞銷的直徑， 1? 是襯套的厚度，我選擇的是錫青銅襯套，1? =3mm，所以 d1=42+2 1?? =48mm,錫青銅的襯套與活塞銷的配合間隙： d)00 ~(?? ，選取 mmd 0 0 ??? ，小頭的寬度 b,在確定 b 時，要注意小頭與活塞銷座的每側(cè)要留有1~2mm 的間隙 ,這個用來補(bǔ)償其他零件的制造誤差，還有熱膨脹引起的位置的變化，合理的設(shè)計小頭的寬度，保證有強(qiáng)的承受面積。而且工字鋼可以節(jié)省材料，減少重量。 連桿大小頭質(zhì)量的換算 根據(jù)實驗經(jīng)驗數(shù) 據(jù)，可以初步判定，桿身的質(zhì)量為 300g,現(xiàn)在進(jìn)行大 小 頭 的 質(zhì) 量 估 算 ， 連 桿 的 小 頭 質(zhì) 量 G1= gH HLM 4 52 2 01 6 02 2 02 0 0 0 ????? ， 則 大 頭 的 質(zhì) 量G2==。 d1 是小頭的內(nèi)徑， d1=48mm。 ?E 是青銅的襯套的抗拉彈性模數(shù)， ????E 。 活塞最大的往復(fù) 慣性力： 連桿的小頭在進(jìn)排氣過程中要受到活塞組的往復(fù)慣性力的作用，并且在上止點的附近會產(chǎn)生最大的慣性力 max39。 22 ?????? ?? 截面彎曲和法向力： 在對小頭進(jìn)行應(yīng)力分析時，把它簡化為固定于桿身截面處，所以固定角為 c? ， ???????????? ?? c o s9022c o s90 121rdrHc? 其中 ,H 為 截 面 寬 ， H=38mm ， r 為 小 頭 的 平 均 半 徑 ，r= mmdd 58484 21 ???? 。)c os1( m a x00 ??? 法向力： N= )c o s( s in39。666 ?????? ???? SEES ES 小頭的承受最大的壓力： cp 22m a x2 / 8 5 2 64 39。 小頭截面的慣性矩 :J= 233 cmhb ??? 小頭橫向減少量： 1? ? ?EJdp cmj623m a x1 10 9039。 cmk gfpJlCSp cxc ?????? 2222 / 1799 1600 87439。1 ?????? mk ??????? ，所以，桿身安全合格。對于鋼來說， ~?C , 取?C 。G