【文章內(nèi)容簡介】 知在直徑為100mm時，鑄造鋁活塞的重量是最輕的，所以從這減輕活塞組重量的角度考慮，選用鑄造鋁活塞是合理的。(3)從經(jīng)濟上考慮，組合活塞的成本為簡單整體活塞的數(shù)倍。從經(jīng)濟角度出發(fā)，選擇熱膨脹控制活塞是最經(jīng)濟的。(4)根據(jù)柴油機強化程度，即平均有效壓力與活塞平均速度的乘積(PmeCm值)考慮是否鑲?cè)?。對于缸徑小?50mm的各種柴油機活塞的統(tǒng)計結構表明：PmeCmm/s時不鑲?cè)Γ籔meCm=～m/s時鑲?cè)εc不鑲?cè)Ω髡家话?；PmeCmm/s時一般鑲?cè)Γ挥袠O少數(shù)不鑲?cè)?。該柴油機的PmeCm==m/s，根據(jù)以上原則，該柴油機的活塞應該鑲?cè)Α?5)使用條件對活塞結構選型的影響。對噪聲要求嚴格的汽車柴油機活塞，往往選用熱膨脹控制活塞。從以上5點選用原則可知，該柴油機活塞選用熱膨脹控制活塞，并且在環(huán)帶應鑲?cè)?，且在裙部應鑲筒形鋼片，鋼片選用低碳優(yōu)質(zhì)鋼板，～，在本設計中選取厚度2mm。3 活塞基本設計活塞設計有如下要求：①在保證活塞強度、剛度及散熱良好的前提下，盡量縮短活塞總高度，減輕活塞重量。②保證密封良好并盡量減少摩擦損失。③減少活塞頂吸收的熱量，并良好冷卻，將活塞吸收的熱量迅速導出，使活塞各部位的溫度不超過下列極限數(shù)值：活塞頂，375oC；第一道環(huán)槽，180220 oC；活塞頂內(nèi)表面，250 oC；振蕩冷卻油腔內(nèi)側(cè)，220 oC；活塞銷座，180 oC。④保證導向部分潤滑可靠，同時防止?jié)櫥蜕细Z，盡可能降低潤滑油耗量。⑤活塞環(huán)槽與活塞環(huán)、銷孔與活塞銷應具有良好耐磨性，特別是第一道環(huán)槽。⑥活塞裙部與氣缸壁之間的接觸面積要盡可能大，且有良好抗拉缸性能。⑦活塞與氣缸的配合間隙小，以減少對氣缸的撞擊和噪聲，以及使變工況適應性好。⑧易于制造，成本低[2]。 活塞的主要尺寸活塞主要尺寸由沖程、缸徑、連桿長度和氣缸高度決定。在《新型鋁活塞》（國防工業(yè)出版社）中的圖21和表21給出了活塞的主要尺寸及選用范圍。 活塞銷直徑與銷座間距①活塞銷直徑BO活塞銷孔直徑一般就是活塞銷直徑(除銷孔加襯套外)，銷孔大小決定銷座與連桿小頭所承受的比壓大小及活塞銷工作的應力值。為提高活塞銷抗彎能力及降低銷座與連桿小頭的比壓，希望活塞銷外徑盡量大些。但過分加大其外徑將使慣性力加大，帶來許多不利。活塞銷直徑數(shù)據(jù)范圍參考《新型鋁活塞》（國防工業(yè)出版社）圖28和表21選取。由表21可知，BO/D=～，BO的范圍為30～40mm；由圖28可知，BO的范圍為31～41mm。參考表23初步選定活塞銷直徑BO=32mm，最終尺寸將在活塞銷設計一節(jié)中確定。②活塞銷座間距AA在考慮活塞銷座承壓面積或長度時，必須同時考慮連桿小頭襯套要有足夠承壓面積或長度。由于襯套承受負荷能力高于銷座，且連桿小頭溫度較低，因此要把活塞銷承壓面積或長度與連桿小頭襯套的承壓面積或長度定為9:8。為避免加工誤差與熱膨脹引起連桿小頭側(cè)面與銷座相碰，兩者之間要留2～5mm間隙。銷座間距數(shù)據(jù)范圍參考《新型鋁活塞》（國防工業(yè)出版社）圖29和表21選取。由表21可知，AA/D=～，AA的范圍為30～42mm；由圖29可知，AA的范圍為31～50mm。初步選定活塞銷座間距AA=36mm，最終尺寸將在活塞銷座設計一節(jié)中確定。 壓縮高KH壓縮高影響內(nèi)燃機總高度，而且影響氣缸、機體的尺寸和重量。壓縮高由環(huán)區(qū)高度hf(即頂岸高度F加環(huán)帶高度)和上裙高度構成，其數(shù)據(jù)范圍參考《新型鋁活塞》（國防工業(yè)出版社）圖23和表21。由表23可知，KH的范圍為50～80mm；由圖23可知，KH的范圍為53～82mm。從減少活塞尺寸的角度出發(fā)，初步選定KH=63mm。①頂岸高度F頂岸(第一環(huán)槽上端至活塞頂端距離)越小，第一環(huán)本身的熱負荷越高。應根據(jù)熱負荷及活塞冷卻情況確定F，使第一環(huán)槽溫度不超過允許極限。頂岸高度數(shù)據(jù)范圍參考《新型鋁活塞》（國防工業(yè)出版社）圖24和表21選取。由圖24可知，F(xiàn)的范圍為14～22mm；由表21可知，F(xiàn)/D=～，F(xiàn)的范圍為10～20mm?？紤]到該柴油機為中功率，初步選定F=12mm。②環(huán)帶高度環(huán)帶高度取決于活塞環(huán)數(shù)目與高度及環(huán)岸高度，參考《新型鋁活塞》（國防工業(yè)出版社）圖25選取。高速柴油機一般裝2～3道氣環(huán)，1～2道油環(huán)。發(fā)展趨勢是盡量減少活塞環(huán)數(shù)，目前中小型高速柴油機采用三環(huán)結構日益增多。中小功率柴油機的氣環(huán)高度為2～3mm,油環(huán)為4～6mm。第一環(huán)岸溫度較高，承受的氣體壓力最大，且易受環(huán)的沖擊，因此更易斷裂。所以第一環(huán)岸要比其余環(huán)岸高一些，其高度推薦值參考《新型鋁活塞》（國防工業(yè)出版社）圖26。其余環(huán)岸高度可設計得小些，%4%。因此，該柴油機選用2道氣環(huán)，1道油環(huán)。由圖26選取第一環(huán)岸高度為6mm，其余環(huán)岸為4mm,氣環(huán)高度為3mm，油環(huán)高度為5mm。由此可知環(huán)岸高度=3+6+3+4+5=21mm。③上裙高度選取上裙高度一般是使油環(huán)槽的位置能處于銷座上方，目的是保證銷座強度不因開槽而消弱，且避免油環(huán)槽開在厚度不均的銷座處，使環(huán)槽產(chǎn)生不均勻變形。考慮到活塞銷直徑BO初選為32mm，為了使油環(huán)槽的位置處于銷座上方，初步選定上裙高度為30mm。 裙部長度SL根據(jù)裙部功用對不同類型內(nèi)燃機活塞裙長應考慮如下三點：①裙部應有一定長度和足夠的承壓面積，使裙部比壓QS（最大側(cè)壓力與裙部投影面積之比）～。②銷孔上下兩部分裙長要有一定比例，防止活塞工作時發(fā)生傾斜造成局部劇烈磨損。③裙長確定后，還應從整體布置角度對尺寸進行校核。如：活塞在下止點時，裝在下裙的油環(huán)不應露出氣缸，及連桿和曲軸的平衡塊不要和下裙相碰。裙長SL由上下裙長構成，其數(shù)據(jù)范圍參考《新型鋁活塞》（國防工業(yè)出版社）圖27和表21選取。此外，裙部剛度也很重要，它取決于裙部壁厚。一般柴油機活塞的裙部壁厚取活塞直徑的3%，在本設計中，取裙部壁厚為4mm。由圖27可知，SL的范圍為40～80mm；由表21可知，SL/D=～，SL的范圍為50～90mm。初步選定SL的范圍為63mm，根據(jù)計算，裙部比壓QSmax= PNmax/（）=，～，滿足要求①。 活塞總長GL活塞總長是壓縮高和下裙長之和，高速柴油機的發(fā)展趨勢是不斷縮短活塞總長?；钊傞L的選取范圍參考《新型鋁活塞》（國防工業(yè)出版社）表21和圖22。由圖22可知，GL=80～150mm；由表21可知，GL/D=～，GL的范圍為90～130mm。在本設計中，活塞總長初步選取值為：GL=KH+SL上裙長=63+6330=96mm?？梢娝踹x的各尺寸基本正確，較好的滿足了設計要求。 活塞頭部設計 活塞頂形狀與厚度活塞頂形狀主要取決于燃燒室的選擇與設計，而燃燒室的選擇取決于活塞直徑、轉(zhuǎn)速、經(jīng)濟性、功率、可靠性和公害等，詳參考《新型鋁活塞》（國防工業(yè)出版社）表22。柴油機活塞頂部選型要點如下：①活塞直徑D200mm，轉(zhuǎn)速n1000r/min的大型增壓柴油機幾乎都采用開式燃燒室。②D100mm，n3000～3500r/min的高速柴油機為降低油耗，改善起動性，有廣泛采用直噴式燃燒室的趨向。③分開式燃燒室具有對轉(zhuǎn)速不敏感、高速性好、噪聲及排氣污染低等優(yōu)點，在D100mm的小型高速柴油機上仍廣泛應用。④在160D200mm的增壓大功率柴油機上，直噴式和預燃室均有應用。因此，根據(jù)本設計中D=100mm，n=3200r/min的條件，以及該柴油機用于車用，對起動性能要求較高，所以選取的活塞頂形狀為半開式ω型燃燒室，具體形狀參考圖211第16圖?；钊敽穸圈母鶕?jù)強度、剛度和散熱條件來確定，對于鋁活塞δ值，柴油機一般為(～)D，即10～20mm，在活塞零件圖繪制過程中，將按此范圍選取合適的值。在繪圖過程中，選取δ=12mm。 活塞頭部截面形狀活塞頭部截面形狀將影響活塞熱流及溫度分布，具體溫度分布可參考《新型鋁活塞》（國防工業(yè)出版社）圖212。從而可知ω型燃燒室的活塞頂最高溫度較圖212(e)高，所以，對于ω型燃燒室，對活塞的冷卻十分必要。本設計的活塞頭部截面形狀可以參考圖211第16圖。