【正文】 表 往復(fù)慣性力 jP 計(jì)算結(jié)果 四 個 沖 程 jP /N 進(jìn)氣終點(diǎn) 壓縮終點(diǎn) 膨脹終點(diǎn) 排氣終點(diǎn) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 （ 2）旋轉(zhuǎn)慣性力 2?rmP rr ?? （ ） 2 ?????? N 作用在活塞上的總作用力 由前述可知，在活塞銷中心處，同時作用著氣體作用力 gP 和往復(fù)慣性力 jP ，由于作用力的方向都沿著中心線，故只需代數(shù)相加，即可求得合力 jg PPP ??? （ ） 計(jì)算結(jié)果 如 表 所示 。 活塞上的總作用力 ?P 分解與傳遞 如圖 所示， 首先，將 ?P 分解成兩個分力：沿連桿軸線作用的力 K ，和把活塞壓向氣缸壁的側(cè)向力 N ， 其中沿連桿的作用力 K 為： ?cos1??PK （ ） 而側(cè)向力 N 為： ?tan??PN （ ） 表 作用在活塞上的總作用力 ?P 四個沖程 氣壓力 gP /N 往復(fù) 慣性力 jP /N 總作用力 ?P /N 進(jìn)氣終點(diǎn) ? ? 壓縮終點(diǎn) 膨脹終點(diǎn) ? ? 排氣終點(diǎn) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 圖 作用在機(jī)構(gòu)上的力和力矩 連桿作用力 K 的方向規(guī)定如下：使連桿受壓時為正號，使連桿受拉時為負(fù)號，缸 壁的側(cè)向力 N 的符號規(guī)定為：當(dāng)側(cè)向力所形成的反扭矩與曲軸旋轉(zhuǎn)方向相反時，側(cè)向力為正值，反之為負(fù)值。 當(dāng) ? = ?13 時，根據(jù)正弦定理， 可得 ： ?? sinsin rl ? 求得 ?????? 13s i rc s i ns i na rc s i n lr ?? 將 ? 分別代入式（ ）、式（ ），計(jì)算結(jié)果 如 表 所示： 表 連桿力 K 、側(cè)向力 N 的計(jì)算結(jié)果 四個沖程 連桿力 K /N 側(cè)向力 N /N 進(jìn)氣終點(diǎn) ? ? 壓縮終點(diǎn) 膨脹終點(diǎn) ? ? 排氣終點(diǎn) 力 K 通過連桿作用在曲軸的曲柄臂上，此力也分解成兩個力，即推動曲軸旋轉(zhuǎn)的切向力 T ， 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 即 ? ???? c os )s i n()s i n( ???? ?PKT （ ） 和壓縮曲柄臂的徑向力 Z ，即 ? ???? c os )c os ()c os ( ???? ?PKZ （ ） 規(guī)定力 T 和曲軸旋轉(zhuǎn)方向一致為正，力 Z 指向曲軸為正。 求得切向力 T 、徑向力 Z 見 如 表 所示 : 表 切向力 T 、徑向力 Z 的計(jì)算結(jié)果 四個沖程 切向力 T /N 徑向力 Z /N 進(jìn)氣終點(diǎn) ? ? 壓縮終點(diǎn) 膨脹終點(diǎn) ? ? 排氣終點(diǎn) 本章小結(jié) 本章首先分析了曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動情況，重點(diǎn)分析了活塞的運(yùn)動，在此基礎(chǔ)上分析了每個工作過程的氣體壓力變化情況，進(jìn)一步推導(dǎo)出各過程氣體力的理論計(jì)算公式，進(jìn)行了機(jī)構(gòu)中運(yùn)動質(zhì)量的換算，并根據(jù) EA113 型汽油機(jī)的具體結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算出了各過程的氣體力，為后面章節(jié)的動力仿真提供了理論數(shù)據(jù)的依 據(jù)。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 第 3 章 活塞組的設(shè)計(jì) 活塞的設(shè)計(jì) 活塞組包括活塞、活塞銷和活塞環(huán)等在氣缸里作往復(fù)運(yùn)動的零件，它們是發(fā)動機(jī)中工作條件最嚴(yán)酷的組件。發(fā)動機(jī)的工作可靠性與使用耐久性，在很大程度上與活塞組的工作情況有關(guān)。 活塞的工作條件和設(shè)計(jì)要求 活塞的機(jī)械負(fù)荷 在發(fā)動機(jī)工作中 ,活塞承受的機(jī)械載荷包括周期變化的氣體壓力、往復(fù)慣性力以及由此產(chǎn)生的側(cè)向作用力。在機(jī)械載荷的作用下，活塞各部位了各種不同的應(yīng)力：活塞頂部動態(tài)彎曲應(yīng)力；活塞銷座承受拉壓及彎曲 應(yīng)力 ；環(huán)岸承受彎曲及剪應(yīng)力。此外，在環(huán)槽及裙部還 有較大的磨損。 為適應(yīng)機(jī)械負(fù)荷，設(shè)計(jì)活塞時要求各處有合適的壁厚和合理的形狀，即在保證足夠的強(qiáng)度、剛度前提下，結(jié)構(gòu)要盡量簡單、輕巧 ， 截面變化處的過渡要圓滑，以減少應(yīng)力集中。 活塞的熱負(fù)荷 活塞在氣缸內(nèi)工作時，活塞頂面承受瞬變高溫燃?xì)獾淖饔?，燃?xì)獾淖罡邷囟瓤蛇_(dá)CC ?? 2500~2022 。因而活塞頂?shù)臏囟纫埠芨?。活塞不僅溫度高，而且溫度分布不均勻，各點(diǎn)間有很大的溫度梯度， 這 就成為熱應(yīng)力的根源，正是這些熱應(yīng)力對活塞頂部表面發(fā)生的開裂起了重要作用 [9]。 磨損強(qiáng)烈 發(fā)動機(jī)在工作中所產(chǎn)生的側(cè) 向 作用力是較大的，同時，活塞在氣缸中的高速往復(fù)運(yùn)動，活塞組與氣缸表面之間 會 產(chǎn)生強(qiáng)烈磨損 ， 由于此處潤滑條件較差，磨損情況比較嚴(yán)重。 活塞組的設(shè)計(jì)要求 （ 1）要選用熱強(qiáng)度好、耐磨、比重小、熱膨脹系數(shù)小、導(dǎo)熱性好、具有良好減磨性、工藝性的材料； （ 2）有合理的形狀和壁厚。使散熱良好，強(qiáng)度、剛度符合要求，盡量減輕重量，避免應(yīng)力集中； （ 3）保證燃燒室氣密性好，竄氣、竄油要少又不增加活塞組的摩擦損失； （ 4）在不同工況下都能保持活塞與缸套的最佳配合； 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 （ 5）減少活塞從燃?xì)馕盏臒崃?，而已吸收的熱量則能順利地散走； （ 6）在較低的機(jī)油耗條件下，保證滑動面上有足夠的潤滑油。 活塞的材料 根據(jù)上述對活塞設(shè)計(jì)的要求，活塞材料應(yīng)滿足如下要求： （ 1） 熱強(qiáng)度高。即在 C?400~300 高溫下仍有足夠的機(jī)械性能，使零件不致?lián)p壞； （ 2） 導(dǎo)熱性好，吸熱性差。以降低頂部及環(huán)區(qū)的溫度，并減少熱應(yīng)力； （ 3） 膨脹系數(shù)小。使活塞與氣缸間能保持較小間隙； （ 4） 比重小。以降低活塞組的往復(fù)慣性力，從而降低了曲軸連桿組的機(jī)械負(fù)荷和平衡配重； （ 5） 有良好的減磨性能（即與缸套材料間的摩擦系數(shù)較?。?，耐磨、耐蝕； （ 6） 工藝性好，低廉。 在發(fā)動機(jī)中，灰鑄鐵由于耐磨性、耐蝕性好、膨脹系數(shù)小、熱強(qiáng)度高、成本低、工藝性好等原因，曾廣泛地被作為活塞材料。但近幾十年來，由于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速日益提高，工作過程不斷強(qiáng)化，灰鑄鐵活塞因此比重大和導(dǎo)熱性差兩個根本缺點(diǎn)而逐漸被鋁基輕合金活塞所淘汰。 鋁合金的優(yōu)缺點(diǎn)與灰鑄鐵正相反，鋁合金比重小，約占有灰鑄鐵的 1/3，結(jié)構(gòu)重量僅占鑄鐵活塞的 %70~50 。因此其慣性小，這對高速發(fā)動機(jī)具有重大意義。鋁合金另一突出優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)熱性好，其熱傳導(dǎo)系數(shù)約為鑄鐵的 4~3 倍，使活塞溫度顯著下降。對汽油機(jī)來說，采用鋁活塞還為提高壓縮比、改善發(fā)動機(jī)性能創(chuàng)造了重要的條件。 共晶鋁硅合金是目前國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的活塞材料，既可鑄造，也可鍛造。含硅9%左右的亞共晶鋁硅合金，熱膨脹系數(shù)稍大一些，但由于鑄造性能好，適應(yīng)大量生產(chǎn)工藝的要求，應(yīng)用也很廣。 綜合分析， 該發(fā)動機(jī)活塞采用鋁硅合金材料鑄造而成。 活塞頭部的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要點(diǎn) 活塞頭部包括活塞頂和環(huán)帶部分，其主要功用是承受氣壓力，并通過銷座把它傳給連桿，同時與活塞環(huán)一起配合氣缸密封工質(zhì)。因此，活塞頭部 的設(shè)計(jì)要點(diǎn)是： （ 1）保證它具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度與剛度，以免開裂和產(chǎn)生過大變形，因?yàn)榄h(huán)槽的變形過大勢必影響活塞環(huán)的正常工作； （ 2）保證溫度不過高，溫差小，防止產(chǎn)生過大的熱變形和熱應(yīng)力，為活塞環(huán)的正常工作創(chuàng)造良好條件，并避免頂部熱疲勞開裂； （ 3）尺寸盡可能緊湊，因?yàn)橐话銐嚎s高度 1H 縮短 1 單位，整個發(fā)動機(jī)高度就可黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 以縮短 2~ 單位，并顯著減輕活塞重量。而 1H 則直接受頭部尺寸的影響。 壓縮高度 的確定 活塞壓縮高度的選取將直接影響發(fā)動機(jī)的總高度，以及氣缸套、機(jī)體的尺寸和質(zhì)量。盡量降低活塞壓縮高度是現(xiàn)代發(fā)動機(jī)活塞設(shè)計(jì)的一個重要原則，壓縮高度 1H 是由火力岸高度 1h 、環(huán)帶高度 2h 和上裙尺寸 3h 構(gòu)成的，即 1H = 1h + 2h + 3h 為了降低壓縮高度，應(yīng)在保證強(qiáng)度的基礎(chǔ)上盡量壓縮環(huán)岸、環(huán)槽的高度及銷孔的直徑。 （ 1）第一環(huán)位置 根據(jù)活塞環(huán)的布置確定活塞壓縮高度時，首先須定出第一環(huán)的位置，即所謂火力岸高度 1h 。為縮小 1H ，當(dāng)然希望 1h 盡可能小，但 1h 過小會使第一環(huán)溫度過高，導(dǎo)致活塞環(huán)彈性松弛、粘結(jié)等故障。因此火力岸高度的選取原則是：在 滿足第一環(huán)槽熱載荷要求的前提下，盡量取得小些。一般汽油機(jī) Dh )~(1 ? ， D 為活塞直徑，該發(fā)動機(jī)的活塞標(biāo)準(zhǔn)直徑 mmD ? ，確定火力岸高度為： mmDh ???? （ 2）環(huán)帶高度 為減小活塞高度，活塞環(huán)槽軸向高度 b 應(yīng)盡可能小，這樣活塞環(huán)慣性力也小，會減輕對環(huán)槽側(cè)面沖擊，有助于提高環(huán)槽耐久性。但 b 太 小，使制環(huán)工藝?yán)щy。在小型高速內(nèi)燃機(jī)上，一般氣環(huán)高 mmb ~? ，油環(huán)高 mmb 5~2? 。 該發(fā)動機(jī)采用三道活塞環(huán)，第一和第二環(huán)稱之為壓縮環(huán)（氣環(huán)），第三環(huán)稱之為油環(huán)。取 mmb ? ， mmb ? ， mmb 33 ? 。 環(huán)岸的高度 c ，應(yīng)保證它在氣壓力造成的負(fù)荷下不會破壞。當(dāng)然，第二環(huán)岸負(fù)荷要比第一環(huán)岸小得多，溫度也低，只 有在第一環(huán)岸已破壞的情況下，它才可能被破壞。因此，環(huán)岸高度一般第一環(huán)最大，其它較小。實(shí)際發(fā)動機(jī)的統(tǒng)計(jì)表明，Dc )~(1 ? ， 12 )2~1( bc ? ，汽油機(jī)接近下限。 則 mmDc ?? ， mmbc 12 ???? 。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 因此，環(huán)帶高度 mmbcbcbh ??????????? 。 （ 3）上裙尺寸 確定好活塞頭部環(huán)的布 置以后，壓縮高度 H1 最后決定于活塞銷軸線到最低環(huán)槽（油環(huán)槽）的距離 h1。為了保證油環(huán)工作良好，環(huán)在槽中的軸向間隙是很小的，環(huán)槽如有較大變形就會使油環(huán)卡住而失效。所以在一般設(shè)計(jì)中，選取活塞上裙尺寸一般應(yīng)使銷座上方油環(huán)槽的位置處于銷座外徑上面，并且保證銷座的強(qiáng)度不致因開槽而削弱，同時也不致因銷座處材料分布不均引起變形，影響油環(huán)工作。 綜上所述，可以決定活塞的壓縮高度 1H 。對于汽油機(jī) DH )~ 5(1 ? ，所以mmDH ????? 。 則 mmhhHh 7 6 8 9 ??????? 。 活塞頂和環(huán)帶斷面 （ 1）活塞頂 活塞頂?shù)男螤钪饕Q于燃燒室的選擇和設(shè)計(jì)。僅從活塞設(shè)計(jì)角度，為了減輕活塞組的熱負(fù)荷和應(yīng)力集中，希望采用受熱面積最小、加工最簡單的活塞頂形狀，即平頂。大多數(shù)汽油機(jī)正是采用平頂活塞，由于 EA113 5V 發(fā)動機(jī)為高壓縮比 ?? ，因而采用近似于平頂?shù)幕钊?。?shí)際統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，活塞頂部最小厚度，汽油機(jī)為D)~(?? ，即 )( ???? 。活塞頂接受的熱量，主要通過活塞環(huán)傳出。專門的實(shí)驗(yàn)表明，對無強(qiáng)制冷卻的活塞來說，經(jīng)活塞環(huán)傳到氣缸壁的熱量占 70～ 80%，經(jīng)活塞本身傳到氣缸壁的占 10～ 20%，而傳給曲軸箱空氣和機(jī)油的僅占10%左右。所以活塞頂厚度 ? 應(yīng)從中央到四周逐漸加大，而且過渡圓角 r 應(yīng)足夠大，使活塞頂吸收的熱量能順利地被導(dǎo)至第二、三環(huán)，以減輕第一環(huán)的熱負(fù)荷，并降低了最高溫度 [9]。 活塞頭部要安裝活塞環(huán)，側(cè)壁必須加 厚，一般取 D)~( ，取 為，活塞頂與側(cè)壁之間應(yīng)該采用較大的過渡圓角，一般取 Dr )~(? ，取 為 ，活塞頂表面應(yīng)光潔，在個別情況下甚至拋光。復(fù)雜形狀的活塞頂要特別注意避免尖角，所有尖角均應(yīng)仔細(xì)修圓，以免在高溫下熔化。 （ 2）環(huán)帶斷面 為了保證高熱負(fù)荷活塞的環(huán)帶有足夠的壁厚 39。? 使導(dǎo)熱良好，不讓熱量過多地集中黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 在最高一環(huán)，其平均值為 39。)~(39。 t?? 。正確設(shè)計(jì)環(huán)槽斷面和選擇環(huán)與環(huán)槽的配合間隙，對于環(huán)和環(huán)槽工作的可靠性與耐久性十分重要。槽底圓角一般為 ~。活塞環(huán)岸銳邊必須有適當(dāng)?shù)牡菇?，否則當(dāng)岸部與缸壁壓緊出現(xiàn)毛刺時，就可能把活塞環(huán)卡住，成為嚴(yán)重漏氣和過熱的原因，但倒角過大又使活塞環(huán)漏氣增加。一般該倒角為?45)~( ? 。 （ 3） 環(huán)岸和環(huán)槽 環(huán)岸和環(huán)槽的設(shè)計(jì)應(yīng)保持活塞、活塞環(huán)正常工作，降低機(jī)油消耗量，防止活塞環(huán)粘 著卡死和異常磨損，氣環(huán)槽下平面應(yīng)與活塞軸線垂直，以保證環(huán)工作時下邊與缸桶接觸，減小向上竄機(jī)油的可能性?；钊h(huán)側(cè)隙在不產(chǎn)生上述損傷的情況下愈小愈好，目前，第一環(huán)與環(huán)槽側(cè)隙一般為 ~，二、三環(huán)適當(dāng)小些，為 ~，油環(huán)則更小些，這有利于活塞環(huán)工作穩(wěn)定和降低機(jī)油消耗量，側(cè)隙確定油環(huán)槽中必須設(shè)有回油孔，并均勻地布置再主次推力面?zhèn)?，回油孔對降低機(jī)油消耗量有重要意義，三道活塞環(huán)的開口間隙及側(cè)隙 如 表 所示 : 表 活塞環(huán)的開口間隙及側(cè)隙 活塞環(huán) 開口間隙 /mm 側(cè)隙 /mm 第一道環(huán) ~ ~ 第二道環(huán) ~ ~ 第三道環(huán) ~ ~ 活塞環(huán)的背隙 ?? 比較大，以免環(huán)與槽底圓角干涉。一般氣環(huán) ?? = 毫 米 ，油環(huán)的 ?? 則 更 大 些 ， 如 圖 所 示 。 （ 4）環(huán)岸的強(qiáng)度校核 在膨脹沖程開始時，在爆發(fā)壓力作用下，第一道活塞環(huán)緊壓在第一環(huán)岸上。由于節(jié)流作用，第一環(huán)岸上面的壓力 1p 比下面壓力 2p 大得多，不平衡力會在岸根產(chǎn)生很大的彎曲和剪切應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力值超過鋁合金在其工作溫度下的強(qiáng)度極限或疲勞極限時，岸根有可能斷裂，專門的試驗(yàn)表明，當(dāng)活塞頂上作用著最高爆發(fā)壓力 maxp 時，max1 pp ? ， max2 pp ? ， 如圖 所示。 已知 maxp = ，則 M P ap ??? ， M P ap ??? ， 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 圖 環(huán)與環(huán)槽的配合間隙及環(huán)槽結(jié)構(gòu) 圖 第一環(huán)岸的受力情況 [ 1 0 ] 環(huán)岸是一個厚 1c 、內(nèi)外圓直 徑為 39。D 、 D 的圓環(huán)形板，沿內(nèi)圓柱面固定，要精確計(jì)算固定面的應(yīng)力比較復(fù)雜，可以將其簡化為一個簡單的懸臂梁進(jìn)行大致的計(jì)算。在通常的尺寸比例下，可假定槽底（岸根）直徑 mmDD ????? ，環(huán)槽深 t? 為： mmDt ????? 于是作用在岸根的彎矩為 3m a x2221 )(4)( DptDDpp ????? ? （ ） 而環(huán)岸根斷面的抗彎斷面系數(shù)近似等于 DcDc 3121 ??? 所以環(huán)岸根部危險(xiǎn)斷面上的彎曲應(yīng)力 21m a x213m a x )(0 0 2 cDpDcDp ??? （ ） ) ( 2 ???? 2/cmN 同理得剪切應(yīng)力 為： 1m a x ????? cDp? 2/cmN （ ） 接合成應(yīng)力公式 為： 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 2222 ??????? ??? 2/mmN （ ） 考慮到鋁合金在高溫下的強(qiáng)度下降以及環(huán)岸根部的應(yīng)力集中，鋁合金的許用應(yīng)力40~30][ ?? 2/mmN ， ][?? ?? ，校核合格 。 活塞裙部的設(shè)計(jì) 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貧飧淄鶑?fù)運(yùn)動時，依靠裙部起導(dǎo)向作用 ， 并承受 由于連桿擺動所產(chǎn)生的側(cè)壓力 N 。所以裙部的設(shè)計(jì)要求，是保證活塞得到良好的導(dǎo)向，具有足夠的實(shí)際承壓面積，能形成足夠厚的潤滑油膜，既不因間隙過大發(fā)生敲缸，引起噪音和加速損傷，也不因間隙過小而導(dǎo)致活塞拉傷。 分析活塞在發(fā)動機(jī)中工作時裙部的變形情況。首先，活塞受到側(cè)向力的作用。承受側(cè)向力作用的裙部表面，一般只是在兩個銷孔之間的弧形表面。這樣，裙部就有被壓偏的傾向，使它在活塞銷座方向上的尺寸增大；其次，由于加在活塞頂上的爆發(fā)壓力和慣性力的聯(lián)合作用，使活塞頂在活塞銷座的跨度內(nèi)發(fā)生 彎曲變形，使整個活塞在銷座方向上的尺寸變大；再次，由于溫度升高引起熱膨脹，其中銷座部分因壁厚較其它部分要厚，所以熱膨脹比較嚴(yán)重。三種情況共同作用的結(jié)果都使活塞在工作時沿銷座方向漲大，使裙部截面的形狀變成為 “ 橢圓 ” 形，使得在橢圓形長軸方向上的兩個端面與氣缸間的間隙消失，以致造成拉毛現(xiàn)象。在這些因素中，機(jī)械變形影響一般來說并不嚴(yán)重，主要還是受熱膨脹產(chǎn)生變形的影響比較大 [11]。 因此，為了避免拉毛現(xiàn)象，在活塞裙部與氣缸之間必須預(yù)先流出較大的間隙。當(dāng)然間隙也不能留得過大，否則又會產(chǎn)生敲缸現(xiàn)象。解決這個問題的比較合 理的方法應(yīng)該使盡量減少從活塞頭部流向裙部的熱量，使裙部的膨脹減低至最?。换钊共啃螤顟?yīng)與活塞的溫度分布、裙部壁厚的大小等相適應(yīng) [12]。 本文采用托板式裙部，這樣不僅可以減小活塞質(zhì)量，而且裙部具有較大的彈性，可使裙部與氣缸套裝配間隙減小很多，也不會卡死。 把活塞裙部的橫斷面設(shè)計(jì)成與裙部變形相適應(yīng)的形狀。在設(shè)計(jì)時把裙部橫斷截面制成長軸是在垂直與活塞銷中心線方向上，短軸平行于銷軸方向的橢圓形。常用的橢圓形狀是按下列公式設(shè)計(jì)的 ： )2c os1(4 ?? ???? dD （ ） 式中 D 、 d 分別為橢圓的長短軸，如圖 所示 。 缸徑小于 mm100 的裙部開槽的活塞，橢圓度（ ? ）的大小，一般為 ~?? 。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 圖 活塞銷裙部的橢圓形狀 [9] 裙部的尺寸 活塞裙部是側(cè)壓力 N 的主要承擔(dān)者 。為保證活塞裙表面能保持住必要厚度的潤滑油膜，其表面比壓 q 不應(yīng)超過一定的數(shù)值。因此，在決定活塞裙部長度是應(yīng)保持足夠的承壓面積，以減少比壓和磨損。 在確定裙部長度時，首先根據(jù)裙部比壓最大的允許值，決定需要的最小長度，然后按照結(jié)構(gòu)上的要求加以適當(dāng)修改。 裙部單位面積壓力（裙部比壓）按下式計(jì)算： 2maxDHNq? （ ） 式中 ： maxN —最大側(cè)作用力，由動力計(jì)算求得， maxN = D —活塞直徑， mm ； 2H —裙部高度， mm 。 取 mmDH ???? 。 則 ???q MPa 一般發(fā)動機(jī)活塞裙部比壓值約為 ~ ，所以設(shè)計(jì)合適。 銷孔的位置 活塞銷與活塞裙軸線不相交，而是向承受膨脹側(cè)壓力的一面（稱為主推力面，相黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 對的一面稱為次推力面）偏移了 mm2~1 ，這是因?yàn)椋绻钊N中心布置，即銷軸線與活塞軸線相交，則在活塞越過上止點(diǎn)，側(cè)壓力作用方向改變時，活塞從次推力面貼緊氣缸壁的一面突然整個地橫掃過來變到主推力面貼緊氣缸壁的另一面，與氣缸發(fā)生 “ 拍擊 ” ，產(chǎn)生噪音，有損活塞耐久性。如果把活塞銷偏心布置， 則能使瞬時的過渡變成分布的過渡，并使過渡時刻先于達(dá)到最高燃燒壓力的時刻，因此改善了發(fā)動機(jī)的工作平順性 [13]。 活塞銷的設(shè)計(jì) 活塞銷的結(jié)構(gòu)、材料 活塞銷的結(jié)構(gòu)和尺寸 活塞銷的結(jié)構(gòu)為一圓柱體，中空形式，可減少往復(fù)慣性質(zhì)量，有效利用材料?；钊N與活塞銷座和連桿小頭襯套孔的連接配合，采用 “ 全浮式 ” ?；钊N的外直徑Dd )~(1 ? ，取 mmDd ?? ， 活塞銷的內(nèi)直徑 12 )~( dd ? ，取mmdd 12 ?? 活塞銷長度 Dl )~(? ，取 mmDl 7 8 ?? 活塞銷的材料 活塞銷材料為低碳合金鋼，表面滲碳處理，硬度高、耐磨、內(nèi)部沖擊韌性好。表面加工精度及粗糙度要求極高，高溫下熱穩(wěn)定性好。 活塞銷強(qiáng)度和剛度計(jì)算 由運(yùn)動學(xué)知，活塞銷表面受到氣體壓力 gP 和往復(fù)慣性力 jP 的共同作用，總的作用力 NP ?? ，活塞銷長 度 mml ? ，連桿小頭高度 mml ? ， 活塞銷跨度 mmlP ? 。 最大彎曲應(yīng)力計(jì)算 活塞銷中央截面的彎矩為 )(121lllPM P ??? ? （ ） 空心銷的抗彎斷面系數(shù)為 314 )1( dW ??? ， 其中 ??? dd? 所以彎曲應(yīng)力為 WM?? 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 即 )1( )( 431 1?? ???? ? d lllP P （ ） )( )( 43 ??? ?????? ? 最大剪切應(yīng)力計(jì)算 最大剪切應(yīng)力出現(xiàn)在銷座和連桿小頭之間的截面上。橫斷截面的最大剪切應(yīng)力發(fā)生在中性層上 [14]，其值按下式計(jì)算 ： )1( )1( 4212m a x ? ??? ? ??? ?dP （ ） )(22 )( 422? ???? ? 已知許用彎曲應(yīng)力 M Pa500~230][ ?? ； 許用剪切應(yīng)力 M Pa220~120][ ?? ， 那么校核合格。 活塞銷座 活塞銷座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 活塞銷座用以支承活塞，并由此傳遞功率。銷座應(yīng)當(dāng)有足夠的強(qiáng)度和適當(dāng)?shù)膭偠?，使銷座能夠適應(yīng)活塞銷的變形，避免銷 座產(chǎn)生應(yīng)力集中而導(dǎo)致疲勞斷裂；同時要有足夠的承壓表面和較高的耐磨性。 活塞銷座的內(nèi)徑 mmd 220 ?