【文章內容簡介】 與銷座和連桿小頭軸承邊緣處承受剪切力，表面遭到強烈的磨損，因此要求活塞銷有一定的強度和剛度表面有很高的硬度，但芯部應堅韌。 為了提高活塞銷的抗彎能力，增強剛度、減小變形，防止活塞銷和銷座的局 17 部邊緣接觸而引起活塞裙部裂紋、活塞變形、甚至活塞銷卡死，增加活塞銷的外徑是有利的。增大外徑還能提高銷座與連桿小頭 襯套的承載能力。但過大的活塞銷外徑使活塞的高度和重量都增加，慣性力有較大的增長。 在結構上，活塞銷外徑的增大受到氣缸直徑和活塞銷長 度的限制，往往為了保證銷座和活塞銷有足夠的長度，外徑不宜過大。 為了減輕活塞組的重量，應盡量加大銷的內孔直徑；但當外徑一定時，內孔直徑過大會降低銷的強度和剛度。 活塞銷的外徑 d=(～ )D=*200=80 mm 活塞銷的長度 l=(～ )D=*200=170 mm 活塞銷內孔 0d =(～ )d=32～ 48=35 mm （ 14） 活塞裙部及其側表面形狀的設計 活塞裙部及其側表面形狀的設計的 關鍵，在于保證裙部有足夠的貼合面積和良好的潤滑條件，以及保證發(fā)動機在不同工況下度具有最小的 活塞間隙。 下裙結構一般為完整的筒形，近代柴油機力求結構緊湊，總是盡量縮短連桿長度，但此時需要避免活塞裙部與曲軸平衡塊或機體的主軸承座圈相碰，所以一般 將裙部下端銑去兩塊，這種裙部 即避免干涉，又使活塞的重量減輕，并不影響活塞的導向長度。 裙部實際情況下為橢圓，本設計中將其簡化為圓形。 活塞組 的 建模 激活軟件：執(zhí)行【開始】＞【所有程序】＞【 】命令即可進入 主界面。在主界面中建立一個新文件夾，系統(tǒng)進入集成環(huán)境入口模塊。為了方便建模，我們通過自行設定顯示哪些工具條以及每個工具條中的哪些圖標：單擊【工具】＞【自定義】，彈出自定義對話框在其中勾選與自己建模相適應的各個模塊。 18 圖 37 選擇建模模塊的 操作界面 進一步設置每個菜單選項下的子菜單，進入如上圖界面后，單擊所需設置的菜單選項，如【插入】＞【直接建?！浚覔粼撨x項彈出對話框，選擇【添加或移除】按鈕，再在彈出的對話框 中選擇所需的工具： 圖 38 選擇所需的工具的操作界面 系統(tǒng)環(huán)境設置：選擇【文件】＞【實用工具】＞【用戶默認設置】按鈕，在彈出的【用戶默認設置】對話框中設置系統(tǒng)的工作方式、主窗口大小、尺寸、可見性、精度等參數(shù)。 19 圖 39 系統(tǒng)環(huán)境設置 創(chuàng)建草圖：選擇【工具】＞【草圖】命令或者單擊【成型特征】工具條上的圖標 ，系統(tǒng)進入草圖平面功能?！緞?chuàng)建草圖平面】工具條將出現(xiàn)在繪圖區(qū)域的左上方。從工具條中可以看出，可以附著在坐標平面、基準平面、實體平面上創(chuàng)建草圖。選擇一個坐標平面作為草圖平面，指定草圖平面后在草圖工 具欄中的文本框 中輸入草圖名稱，建立草圖平面后，可以在草圖工作平面建立草圖對象，選擇【草圖曲線】工具條中的圖標，可以在草圖平面中直接繪制和編輯草圖曲線。這些圖標包括基本曲線、點、圓、矩形、倒圓角、橢圓、樣條曲線和編輯曲線等。 草圖約束包括尺寸約束、幾何約束、定位約束，草圖的尺寸約束是限制草圖對象的大小。選擇【工具】＞【創(chuàng)建約束】＞【尺寸】命令，利用該對話框中提供的選項可以為草圖添加尺寸約束，修改其尺寸參數(shù)數(shù)值來改變對象的大小。 20 圖 310 草圖約束操作界面 幾何約束是限制草圖對象的形狀，確定草圖對象之 間的相互位置關系。 UG提供了 3 種為草圖對象添加幾何約束方式： 1 手工創(chuàng)建約束 ，是指由用戶對選取的對象指定某種約束。 ，是在繪制草圖對象時，系統(tǒng)根據(jù)鼠標移動的位置自動地顯示可能的集合約束符號，從而定義相應的幾何約束。定位約束是確定草圖相對于實體邊緣線或特征點的位置。 圖 311 定位約束操作界面 在草圖繪制過程中如何能夠使所畫的草圖達到全約束是一個比較麻煩的事情，簡單的圖形所需要的約束少，就可以很好的達到，這里我介紹一個在自己繪圖中的簡單方法：簡單圖形時可以通過 按照設計圖紙大致勾畫出 相似的模型，然后在根據(jù)圖紙的要求分別進行相應的尺寸和定位約束，很快就能達到全約束的要求；圖形比較繁瑣的時候，上面的方法就顯得捉襟見肘了，當你畫完大致 21 的圖形時，便會發(fā)現(xiàn)很難在達到全約束，此時，就需要你在繪圖初期時便要在每一步的時候一一達到全約束，這樣的話，就不用等到最后的時候在約束而約束不全了。根據(jù)上面的步驟繪制的 活塞 截面曲線圖如 圖 312 所示 ； 接著通過旋轉和拉伸并開銷孔，參照設計圖紙的各個細節(jié)部分分別處相應的處理，如：面倒圓、倒角等，可得到活塞的基本模型 ； 圖 312 活塞 本 體 的草圖 圖 313 活塞 本體模型 同樣的建模處理方法繪制出 活塞組其他 的三維模型如圖所示： 圖 314 活塞銷 的模型 圖 315 第一道氣環(huán) 的模型 圖 316 第二（三）道氣環(huán) 的模型 圖 317 油環(huán) 的模型 22 裝配 質量 裝配就是在裝配的過程中建立零件之間的配對關系。通過配對條件在零件之間建立約束關系進而確定部件的位置。系統(tǒng)可以根據(jù)裝配信息自動生成零件的明細表，明細表的內容隨 著裝配信息的變化而自動更新。用戶在裝配模型生成后就可以建立爆炸圖，并且可以將爆炸圖引入到裝配圖中。 UG 中提供了 3 種裝配方法建立模型： ，顧名思義就是先建立好裝配所需的零件再進行裝配； ，在裝配上下文件的過程中建立新的零件； ，將上兩種方法綜合起來的裝配方法。本文中選用第一種裝配方法。自底向上裝配實際上就是真實裝配的再現(xiàn)，首先設計好裝配中的零部件，再將部件添加到裝配中，裝配的關鍵是部件的定位， UG 組中用的定位方法有兩種，即絕對坐標定位方式和配對定位方式。本為采用配對定位方式。 配對條件是指組件的裝配關系，用于確定組件在裝配中的位置。裝配中兩個組件的位置關系為關聯(lián)和非關聯(lián)。關聯(lián)關系實現(xiàn)了裝配的參數(shù)關系，當一個部件得位置變化時，其關聯(lián)部件位置也將發(fā)生變化，進而保持相對位置不變。 裝配結果如下： 圖 316 活塞組的裝配圖 利用 UG 計算重量 ，在打過已經(jīng)裝配好的文件，設置材料性能后，分析得： 23 圖 317 活塞組的 質量 所以活塞組的總質量 m= Kg 本章小結 本章內容是本論文的關鍵部分， 根據(jù) 6L20/27 柴油機性能特點，嚴格按照《柴油機設計手冊》，進行該柴油機 活塞組 的設計，選定了 活塞 的結構型式、 氣環(huán)、油環(huán)和活塞銷 的尺寸， 在 設計出 活塞組 尺寸的基礎上，運用 UGNX 建立 活塞組 的模型。在建立好 活塞組 的各個部件之后，再進行 活塞組的裝配， 這一部分是下章 活塞 有限元分析及強度校核的基礎 24 第四章 柴油機 活塞強度計算 材料特性 活塞形狀為縮口 ω 圓型柴油機活塞，其材料硅鋁合金，常溫 下 彈性模量E=7100MPa，泊松比 μ =，密度 ρ =2700kg/ 3m ， 導熱系數(shù)λ =163 K)W/(m2 ? ，熱線性膨脹系數(shù)為 β =179。 510? ℃ /K，材料抗拉強度 = MPa。，抗壓強度 = MPa。 柴油機熱參數(shù)的 計算 本計算工況取 600kW， 1000r/min， Pk= （ 1） 流通能力系數(shù)η vφ s取 （ 2） 平均機械損失壓力 Pm M PaCmPeDPm])([])([41???????????? （ 3） 機械效率η m（參閱 文獻 ??11 ， 四沖程中速增 壓 η m= ～ ） ????? PmPe Pem? （ 4） 環(huán)境條件： P0=100kPa， T0=27176。 C 換氣過程計算 （ 1） 充量系數(shù)η v 1 0 0010271 0 296296????????????????? nnv? （ 2） 殘余廢氣系數(shù)： ? r= （ 參閱文獻 ??11 ， ? r=0～ ；或 參閱文獻 ??16 ，四沖程增壓 ? r=0～ ） （ 3） 進氣終了溫度 Ta 25 KTTTsTarrr ?? ????? ???? ? ? 式中：有中冷增壓柴油機，參照中冷器出口溫度 KKTs 328~318)55~45(273 ??? 取 Ts=320K 新鮮空氣預熱溫度： △ T=20176。 C 殘余廢氣溫度： Tr=845K （ 4） 進氣終點壓力 Pa（按 文獻 ??11 ） M P aM P aTsTaPsParv)(320 )1(1??????????? ???? 9 8 ??PsPa （四沖程增壓 Pa=（ ～ ） Pk） （ 5） 排氣壓力 Pr 四沖程增壓 : M P aM P aP k ~)~( )~(Pr ??? ? （ 6） 柴油機所需的總空氣流量 Gk skgskgminR TsP s V sGsvk /????????? ?? 壓縮過程計算 （ 1） 平均多變指數(shù) n1，忽略殘余廢氣，可用下式估算： )1( 11 1 ????? nav bTn ?? 式中：α v、 b為干空氣的平均等容摩爾比熱式 Cvm=α v +bT 中的常數(shù) α v = ， b= 上式可用試算法求出： 第一次試算，先假定一個 n1值 ,假定 n1=,帶入等式右邊，得 )( 11 ??????? ?nn 26 試算值與假設值不符，將新求得的 n1值代入等式右邊計算。 第 二次試算， n1=，計算得 n11= 第三次試算， n1=，計算得 n11= 最后得 n1= （ 參閱文獻 ??11 ， n1=～ ） （ 2） 壓縮終點壓力 Pc 與溫度 Tc KKTTc M P aM P aPPc nana 11???? ???? ???? 燃燒過程計算 （ 1） 壓力升高比λ 10 ??? czPP? （ 2） 燃燒過量空氣系數(shù)α（按 文獻 ??11 表格 28 項公式計算） ??? ????? ese vsgTP P ?? 式中 ge 的單位為 （ 3） 燃料熱化學計算 ①計算理論空氣量 L0 kgk m olkgk m olgggL OHC/) ( 1)32412( 10??????? ②新鮮空氣量 M1 kgk mo lkglmo lLM /???? ? ③完全燃燒時燃燒 產(chǎn)物的摩爾數(shù) M2 kgk mo lkgk mo lggMM OH /)/(12 ?????