【文章內(nèi)容簡介】 塞 壓縮高度 1H =（ ~)D。四行程發(fā)動機活塞壓縮高度 1H =（ ~)D。我們要設計的發(fā)動機是二沖程發(fā)動機，前面的設計中我們已經(jīng)知道了發(fā)動機的D=36mm，取 1H ==18mm。 2．火力岸 高度 4H 火 力岸高度 4H 決定第一道環(huán)的熱負荷。 4H 應根據(jù)活塞的熱負荷決定，使第一環(huán)的工作溫度不超 過允許極限值。同時，在保證第一環(huán)工作可靠的條件 下，盡量縮小 4H ，以求降低活塞的高度和質量。 四沖程發(fā)動機： 4H =（ ~） D； 二沖程發(fā)動機： 4H =(~)D。 二行程發(fā)動機火力岸高度比四行程發(fā)動機小，是為了保證發(fā)動機有足夠大的有效行程，然而將導致第一環(huán)熱負荷的加重，這是設計中應該特別注意的。則4H ==*32mm=2mm 3．環(huán)帶 高度 3H 環(huán)帶高度 3H 取決于環(huán)的數(shù)目及環(huán)的軸向高度。四行程發(fā)動機采用二道氣環(huán)一道油環(huán)，二行程發(fā)動機多數(shù)采用二道氣環(huán)，有的甚至采用一道氣環(huán)。環(huán)的軸向高度氣環(huán)為 ~，高強化的汽油機有的為 ~。油環(huán)的高度為2~。 環(huán)岸的高度 b 要求有足夠的強度。一般取 b1＝ (~)1c ． b2＝ (1~2)2c 。因為是二沖程發(fā)動機，我們只采用兩道氣環(huán)， 1c =2c =，而 b1=? =.那么環(huán)帶高 3H =。 4． 活塞總高度 H 活塞的總高度 H決定于活塞的質量以及往復運動的慣性力，影響活塞裙部的承壓面積。四行程汽油機 H=(~)D，二行程汽油機 H=(~)D。此發(fā)動機的 H==32mm。 重慶理工大學本科生畢業(yè)設計 600w 便攜式發(fā)電機組設計 14 活 5． 塞頂部厚度 ? 活塞項部厚度應根據(jù)活塞頂?shù)膽Α偠纫约吧嵋髞頉Q定。 ? ＝(~)D。二行程發(fā)動機熱負荷高， ? 取上限。四行程發(fā)動機機 ? 值大多數(shù)取下限。 此發(fā)動機 ? ＝ =。 活塞頂?shù)?設計首要原則是有足夠的傳熱截面。這 — 原則滿足后頂部的機械強度 — 般 也是 足夠的。摩托車汽油機活塞頂部的設計追求 熱流型 ，其作用是控制活塞的熱流分規(guī)律， 控 活塞的溫度的分布規(guī)律，使活塞各部位的溫度均在 允許的極限 之內(nèi)。熱流 型活塞的形狀通常是從中央到四周厚度逐漸加大，且具有足夠大的過渡圓角。 6． 活塞環(huán)槽設計。 活塞環(huán)槽設計包括環(huán)槽斷面形狀設計和選擇活塞環(huán)與環(huán)槽的配合間隙。 活塞環(huán)槽的斷面形狀見圖 22,。 環(huán)槽底部設計圓角 R=~，我們?nèi)A角 R= 圓角尺寸不僅要保證圓角處不產(chǎn) 生過大的應力集中，又要保證活塞環(huán)在環(huán)槽中有徑向 運動的空間。環(huán)槽必須有適當?shù)牡菇?，一般為?~） ? ?45 ，取倒角為 ?? 。倒角過小，當環(huán)岸出現(xiàn)毛刺時可能卡住活塞環(huán)，引起漏氣量增加。倒角過大會使活塞環(huán)漏氣量加大。環(huán)槽的行為精度 也會影響發(fā)動機的漏氣量。環(huán)槽上下兩平面 ?aR 。第一環(huán)槽平面的平面度在全部圓周上不大于 ，其他 環(huán)槽平面的平面度在全部圓周上不大于 ?；钊h(huán)槽 平面母線對裙部 軸線 的垂直度 ： 當環(huán)槽呈蝶形 向上傾斜時不大于 25： ；當環(huán)槽呈傘形向下傾斜時不大于 25： (梯形環(huán)槽除外 )。環(huán)槽平面對裙 部軸線的圓跳動不大于 。底徑表面對裙部軸線的圓跳動不大于 。 重慶理工大學本科生畢業(yè)設計 600w 便攜式發(fā)電機組設計 15 圖 22活塞環(huán)槽斷面形狀。 環(huán)槽的側隙 39。39。? 過大，會加劇環(huán)對環(huán)槽的沖擊，加劇環(huán)槽的磨損，影響活塞的可靠性從壽命。側隙過大還 將引起發(fā)動機漏氣量增加。側隙過小，環(huán)槽內(nèi)油泥將積存引起活塞粘著燒壞。側隙 39。39。? 的參考值見表 21。 由于此發(fā)動機為強制風冷，缸徑為 32mm,則第一道氣環(huán)側隙取 ，第二道氣環(huán)側隙取 。背隙取為 。 表 21 環(huán)槽 側隙 參考值 環(huán)槽的背隙 39。39。? 比較大，以免環(huán)與槽底圓角干涉。一般氣環(huán)約為 左右，油環(huán)更大生。 發(fā)動機的漏氣量還與活塞頭部與氣缸之 間的間隙有關 ?；钊^部配缸 間隙 應盡量小， 但 又不希望在大負荷 工作時頭部與氣缸接觸。 重慶理工大學本科生畢業(yè)設計 600w 便攜式發(fā)電機組設計 16 活塞的裙部設計 活塞裙部是指活塞頭部最低一個環(huán)槽以下的那部分活塞?；钊娜共吭O計應保證裙部的貼合面積和良好的潤滑條件，應保證發(fā)動機在不同工況下具有最小的活塞間隙。 1． 活塞橫截面形狀 活塞在氣體壓力和側壓力作用下的變形，以及活塞溫度場的不均勻而產(chǎn)生的熱變形，均使 活塞裙部沿活寒銷軸線方向變長，如圖 4— 3 所示。同 時，氣缸在側壓力的作用 下 的變形是沿活 塞銷軸線方向縮短。為了適應這種變形，需要將活塞裙 部設計成橢圓，保證活塞有足夠的承壓面積，防止活塞被拉毛或過度磨損。 常用的橢圓規(guī) 律有 ： 圖 23 活塞裙部變形 重慶理工大學本科生畢業(yè)設計 600w 便攜式發(fā)電機組設計 17 圖 24 活塞裙部單橢圓規(guī)律 (1)單橢圓規(guī)律 單橢圓規(guī)律可以下式 設計。單橢圓規(guī)律活塞裙部形狀如圖 2— 4 所示。 )2c os1(4 ???? dDe 式中符號見圖 24 e 為裙部削薄量； ? 為裙部橢圓度。 dD??? 。 （ 2）雙橢圓規(guī)律 雙橢圓規(guī)律按式下式 設計 ? ? ? ?? ??? 4c os12c os14 ????? kdDe 式中 k 修正系數(shù)。 修正系數(shù) k 的作用是為了調(diào)整活塞裙部橫截面的形狀。當 k ＝ 0 時，裙部 形狀為單橢圓規(guī)律。當 k ＞ 0時，裙部削薄量增加，活塞變瘦。當 k ＜ 0時 ，裙部削薄量減少，活塞變胖。 （ 3）橢圓度 橢圓度的具體數(shù)值對于不同的發(fā)動機很不相同， 推薦為 ~ 左右。橢圓度與氣缸間隙也有關系，設計中應該仔細選取。 裙部 橢圓度不足，可能導致活塞卡死。 橢圓度過大會使活塞裙部與氣缸的實際接觸面 積減小，磨損拉毛的傾向加大。 活塞橢圓度沿高度有變化和不變化兩種。如圖 2 圖 24所示。橢圓度不變的活塞， 工 藝及檢驗均簡單，但在圓周上接觸寬度不等。通用機 發(fā)動機活塞大多數(shù)采用變橢圓活塞。 此處活塞采用變橢圓活塞，在這個圓周范圍內(nèi)我們只需計算一個 0 ~ 090 范圍內(nèi)來考慮 ， 在 0 ~ 060 時我們?nèi)?橢圓度為 ， 060 ~ 090 時我們?nèi)E圓度為 。計算 單橢圓規(guī)律來計算，計算結果如下。 ? e （ mm ） 0 重慶理工大學本科生畢業(yè)設計 600w 便攜式發(fā)電機組設計 18 010 020 030 040 050 060 070 080 090 2． 活塞側表面形狀 活塞側表面形狀的設計需要合理地解決以下問題： 1)適應活塞工作時沿高度方向不同的熱膨脹，使活 塞工作中有良好的熱態(tài)形狀。 2)適應活塞的住復運動，使活塞工作中在裙部與氣缸間 形成一雙向楔形油膜，楔形油膜將產(chǎn)生流體動壓力，使壁面間油壓開高，裙部具有較高的承載能力和良好的潤滑條件，改善裙 部與 氣缸間的摩擦與磨損。 3)使活塞與氣缸間有較小而又安全的配缸間隙，保證活塞與氣缸能夠穩(wěn)定可靠地工作。 圖 2— 3 描述了活塞形狀的設計思想及形狀的演變過程。圖中 a 所示活塞火力岸形狀為一 正圓柱 ，環(huán) 區(qū)為正圓柱，裙部為橢圓柱，而且橢圓度沿高度沒有變重慶理工大學本科生畢業(yè)設計 600w 便攜式發(fā)電機組設計 19 化。 b、 c 所示活塞頭部為一正圓臺，裙部為橢圓柱，不向的是 b 中橢圓度沒有變化， c 中 橢圓 度是變化的。 D 中活塞頭部為正圓臺，裙部形狀為凸形，且 橢 圓度是變化的。圖中虛線表示銷孔軸線方向形狀．實 線 表示 垂直 于銷孔 軸線方向形狀。 活塞側表面形狀設計首先必須研究活塞側表面溫度 沿高度方向的分布規(guī)律。 如果已知活塞裙 部上端的溫度，且假定溫 度沿 活塞裙部 高 度方向不變，那么，活塞裙部側表面 形狀則 為 a。 由于實際活塞裙部上端的溫度比下端的溫度高，按照這種溫度分布設計的活 塞裙 部的配缸間隙一定比較大。 如果已 知 活塞裙部上端與下端的溫度，且假定 溫度 分布規(guī)律為線性變化。那么，活塞側表面的形狀為 b。這種 溫度 分布規(guī)律 與 a比較 實際溫度分布規(guī)律較為接近。其 配缸間隙可以小些。 圖 25活塞型線實例 重慶理工大學本科生畢業(yè)設計 600w 便攜式發(fā)電機組設計 20 圖 26 活塞側表面形狀設計 如果活塞縱向的溫度分布規(guī)律用下式表示： mheTT ??? ?T 為活塞裙部上端 0?h 的溫度。這種溫度分布規(guī)律比較接 近實際情況。如果認為鋁合金上的線膨脹系數(shù)在 120~250C? 內(nèi)變化不大，則活塞的膨脹量僅與溫度成正比。 令活塞裙部上端處的徑向縮減量為 ?? ，則 mhh e????? 式中 h? 為裙長 h 處的活塞徑向縮減量。 系數(shù) m值與活塞的溫度分布規(guī)律有關。要準確的知道 m 值，只有深入地研究活塞的溫度分布規(guī)律。 按上式 所示的規(guī)律，活塞工作 時在熱負荷的作用下將變成正圓柱 。假定氣缸在工作 時沒有變形，也為正圓柱。根據(jù)流體動力潤滑理論，此時，活塞裙部與氣缸間不 能形成楔形油膜，實現(xiàn)流體動力潤滑。因此，活塞側表 面 形狀設 計中應使活塞在工作中也呈凸形，保證裙部 有良好的潤滑條件及較高的承載能力。 考慮流體動力潤滑效應后活塞側表面形狀如 d 所示 。這種形狀 可以在 上 式 中加以修正， 得到理想的裙部型線；也可以用拋物線近似，圖 2— 5 所示。 采用 凸形變橢圓活塞裙部可以把活塞的配缸間隙控制 在較小的滿意范圍之內(nèi)。 3． 活塞與氣缸的配合間隙 重慶理工大學本科生畢業(yè)設計 600w 便攜式發(fā)電機組設計 21 活塞各部位與氣缸 之間的間隙是不同 的。 最重要的是活塞頂部大的間 隙和 垂直銷孔上的裙部間隙。減小活塞頂部的間 隙 可以 降低 活塞頭部及第一環(huán)的熱負荷， 減小 裙部 的間隙可以降 低發(fā)動機的噪 聲；但是，設計 中如果間隙過小，也容易引起 活塞的損 傷和拉 缸。 活塞間 隙與發(fā)動機的強化程度、 活塞的熱負荷、活塞的材料 、熱處 理 規(guī)范及活塞外形等因素 有關 。 活塞頂部 間隙： 共 晶鋁 合金約為 過共晶鋁 合金約為 活塞裙部 間隙： 風冷鑄鐵氣缸約為 (~ 1 67) D 鑲鑄鐵缸套的鋁 缸約為 (~) D 鍍鉻鋁 氣缸約為 (~)D 活塞采用過共晶 鋁硅合金時取下限值。式 中 D 為汽缸直徑 。 此發(fā)動機材料我們選共晶鋁合金，則其活塞頂部間隙為 =。我們?nèi)?。活塞裙部間隙取為 =，我們?nèi)? 活塞的配缸間隙是活塞設計中 的難題。必須 經(jīng)過 反復以驗，才能確定最 佳的配 缸間隙 。 活塞銷座與活塞銷的設計 活塞工作時頂部 承受很大的氣壓力，這些力通過銷座傳給活塞銷，再傳給連桿?；钊N座和活塞銷的設計必須保證足夠的強度、足夠 的承壓強度和耐磨 性。 1． 活塞銷與銷座的結構設計 典型的汽油機活塞銷座設計方案如圖 26所示。 重慶理工大學本科生畢業(yè)設計 600w 便攜式發(fā)電機組設計 22 圖 26 活塞銷座設計方案 活塞銷座 在裙部的位置一般為 2H ＝ (~)H。發(fā)動機轉速不斷提高，而活塞的總高 和壓縮高度又不斷的降低， 使活塞銷座外側 上邊緣至 活塞 頂面的距離越 來越小。設計中應盡量加大這一距離，提高 銷座的柔度和承載能力。 此處我們?nèi)?2H == ? 20mm 。 活 塞 銷 的 外 直 徑 Dd )~(1 ? ，取mmd ??? ， 活 塞 銷 的 內(nèi) 直 徑 12 )~( dd ? ，取mmdd 12 ???? 活塞銷長度 Dl )~(? ，取mmDl ???? 銷座的外徑等于 銷座內(nèi)徑的 ~ 倍 ,取 mmdd 0 ???? 。 銷座與頂部間 設置加強筋，減少活塞裙部的變形。加強筋多采用 雙 筋支 撐，雙筋支撐斜角等 于 連桿的最大 擺動角。加 強筋尺寸如圖 46所示。二行程發(fā)動機銷座承受較大