【正文】 向組件中添加活塞銷（1）選擇“對(duì)齊”選項(xiàng)，將活塞銷中心軸與活塞銷座孔的中心軸對(duì)齊；（2）選擇“匹配”選項(xiàng)，將活塞銷端面與卡環(huán)端面相匹配，完成活塞銷的裝配。（5）獲取分析結(jié)果。（2）定義伺服電動(dòng)機(jī)。曲軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，連桿做平動(dòng)，活塞是直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 連桿螺栓的創(chuàng)建（1）根據(jù)所選螺栓參數(shù)，運(yùn)用【拉伸工具】創(chuàng)建螺栓的整體輪廓，然后運(yùn)用【螺旋掃描】創(chuàng)建螺紋。（2）運(yùn)用【旋轉(zhuǎn)工具】，新建基準(zhǔn)軸，選擇【去除材料】，創(chuàng)建油孔。（2）運(yùn)用【旋轉(zhuǎn)工具】，選擇【去除材料】，旋轉(zhuǎn)角度為“360”，調(diào)整去除材料方向，完成曲軸后端部分的創(chuàng)建。創(chuàng)建第Ⅱ平衡塊同樣的方法，運(yùn)用【拉伸工具】，完成第Ⅱ平衡塊的創(chuàng)建。 曲軸的建模思路曲軸的曲拐部分是對(duì)稱的，4個(gè)平衡塊特征的疊加完成曲軸大致一半的特征，所以先建立一半曲拐特征，再細(xì)化平衡塊上的特征，然后鏡像生成完整的曲拐，最后再對(duì)曲軸兩端的特征分別創(chuàng)建，即完成特征的操作。 （2）運(yùn)用【旋轉(zhuǎn)工具】，旋轉(zhuǎn)軸為“內(nèi)部CL”，旋轉(zhuǎn)角度為“360”，選擇【除料】，完成小頭孔的特征創(chuàng)建。 曲面拔模設(shè)置 完成曲面拔模特征創(chuàng)建連桿體凹槽運(yùn)用【拉伸工具】，創(chuàng)建連桿體凹槽輪廓，再運(yùn)用【拔模工具】，完成曲面拔模特征，并參照上述步驟，完成槽的另一側(cè)拔模。連桿具有兩個(gè)互相垂直的對(duì)稱面，建模過程中可以利用兩個(gè)對(duì)稱平面，對(duì)局部特征進(jìn)行鏡像和復(fù)制操作，從而快速完成特征創(chuàng)建。創(chuàng)建各處倒圓角 　 創(chuàng)建鏡像特征 連桿的創(chuàng)建 連桿的特點(diǎn)分析（1）連桿有兩個(gè)互相垂直的對(duì)稱面，一個(gè)對(duì)稱面平行于連桿的圓環(huán)形端面，也就是鍛造連桿毛坯的模具分型面；另一個(gè)對(duì)稱面則通過兩端圓孔的軸線。（3）運(yùn)用【旋轉(zhuǎn)工具】，【去除材料】，創(chuàng)建氣環(huán)槽和油環(huán)槽。：（2）再選取整個(gè)模型，再次鏡像生成完整的活塞。（3）運(yùn)用【旋轉(zhuǎn)工具】，選擇【去除材料】，旋轉(zhuǎn)切除截面，創(chuàng)建裙部凹面特征。（3）運(yùn)用【旋轉(zhuǎn)工具】，選擇【去除材料】，創(chuàng)建活塞銷卡環(huán)槽。（5）創(chuàng)建各部分的倒圓角。 活塞的建模思路（1）為了快速準(zhǔn)確地創(chuàng)建活塞模型，先抽取活塞模型中的對(duì)稱部分，由列表曲線創(chuàng)建活塞的1/4輪廓。（3）活塞的裙部在活塞做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)起導(dǎo)向作用。 活塞的創(chuàng)建 活塞的特點(diǎn)分析活塞是在高溫、高壓、高腐蝕的條件下，在汽缸內(nèi)做高速往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的。Pro/E更是以其基于特征的參數(shù)化設(shè)計(jì)、單一數(shù)據(jù)庫下的全相關(guān)性等新概念而聞名于世。然后計(jì)算圓角承受的扭矩： （） （）曲柄銷抗扭截面系數(shù)為： （）圓角名義切應(yīng)力為： （） （）最后得： （） （）計(jì)算結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于許用值，則校核合格。 名義應(yīng)力的計(jì)算應(yīng)力計(jì)算的任務(wù)是求出曲拐上曲柄銷圓角處的名義應(yīng)力幅、和名義應(yīng)力的平均值、。上式中包含，三個(gè)支承處的內(nèi)彎矩，故稱三彎矩方程。由于實(shí)際的曲軸是一個(gè)多支承的靜不定系統(tǒng)，理論上應(yīng)按照連續(xù)梁的概念來求解支承彎矩和支反力，因?yàn)樗紤]了支承的彈性安裝不同心度以及支座彎矩等因素對(duì)曲軸應(yīng)力的影響。從降低曲軸和機(jī)體加工尺寸鏈精度要求出發(fā)，止推軸承設(shè)在中間主軸承的兩邊。故定位銷的布置是不對(duì)稱的或只有一個(gè)。當(dāng)機(jī)油漏入軸與孔之間的間隙中時(shí)，依靠機(jī)油的粘性和螺紋，把機(jī)油像個(gè)螺母一樣地退了回去，不使它漏出機(jī)體外[17]。在曲軸自由端從曲軸箱伸出去額地方必須考慮密封。油道的孔徑一般在左右，取為4。潤(rùn)滑油一般從機(jī)體上的主油道通過主軸承的上軸瓦引入。平衡重的徑向尺寸和厚度以不碰活塞裙底和連桿大頭能通過為限度。沒有平衡重時(shí)，由于離心慣性力的影響，主軸頸表面所受載荷的分布可能很不均勻，一部分軸頸表面所受載荷很大，但另一部分軸頸表面卻完全不承受載荷。這兩個(gè)力偶大小相等、方向相反，所以從整體上講是平衡的，但是這兩個(gè)力偶卻還是作用在曲袖上了，曲軸這兩個(gè)對(duì)稱力偶的作用下可能發(fā)生彎曲變形。凸肩的厚度根據(jù)曲軸加工工藝決定。 曲柄曲柄應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)暮穸?、寬度，以使曲軸有足夠的剛度和強(qiáng)度。 主軸頸的直徑和長(zhǎng)度為了最大限度地增加曲軸的剛度，適當(dāng)?shù)丶哟种鬏S頸，這樣可以增加曲軸軸頸的重疊度，從而提高曲軸剛度，其次，加粗主軸頸后可以相對(duì)縮短其長(zhǎng)度，從而給加厚曲柄提高其強(qiáng)度提供可能。曲柄銷的長(zhǎng)度是在選定的基礎(chǔ)上考慮的。該發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸采用球墨鑄鐵鑄造而成。以鑄代鍛，以鐵代鋼。 曲軸的結(jié)構(gòu)型式曲軸的設(shè)計(jì)從總體結(jié)構(gòu)上選擇整體式，它具有工作可靠、質(zhì)量輕的特點(diǎn)，而且剛度和強(qiáng)度較高，加工表面也比較少。所以在設(shè)計(jì)曲軸時(shí)，要使它具有足夠的疲勞強(qiáng)度，盡量減小應(yīng)力集中現(xiàn)象，克服薄弱環(huán)節(jié)，保證曲軸可靠工作。 本章小結(jié)本章在設(shè)計(jì)連桿的過程中，首先分析了連桿的工作情況，設(shè)計(jì)要求，并選擇了適當(dāng)?shù)牟牧希缓蠓謩e確定了連桿小頭、連桿桿身、連桿大頭的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，并進(jìn)行了強(qiáng)度了剛度的校核，使其滿足實(shí)際加工的要求，最后根據(jù)工作負(fù)荷和預(yù)緊力選擇了連桿螺栓，并行檢驗(yàn)校核。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)連桿螺栓受到兩種力的作用：預(yù)緊力和最大拉伸載荷，預(yù)緊力由兩部分組成：一是保證連桿軸瓦過盈度所必須具有的預(yù)緊力；二是保證發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，連桿大頭與大頭蓋之間的結(jié)合面不致因慣性力而分開所必須具有的預(yù)緊力[15]。連桿大頭與連桿蓋的分開面采用平切口，大頭凸臺(tái)高度，取，取，為了提高連桿大頭結(jié)構(gòu)剛度和緊湊性，連桿螺栓孔間距離，取，一般螺栓孔外側(cè)壁厚不小于2毫米，取3毫米，螺栓頭支承面到桿身或大頭蓋的過渡采用盡可能大的圓角。循環(huán)的應(yīng)力幅和平均應(yīng)力，在連桿擺動(dòng)平面為： （） （）在垂直擺動(dòng)平面內(nèi)為： （） （）連桿桿身的安全系數(shù)為： （）式中：—材料在對(duì)稱循環(huán)下的拉壓疲勞極限，（合金鋼），取；—材料對(duì)應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱的敏感系數(shù)，取=；—工藝系數(shù)。此時(shí)連桿在擺動(dòng)平面內(nèi)的彎曲，可認(rèn)為連桿兩端為鉸支，長(zhǎng)度為；在垂直擺動(dòng)平面內(nèi)的彎曲可認(rèn)為桿身兩端為固定支點(diǎn)，長(zhǎng)度為，因此在擺動(dòng)平面內(nèi)的合成應(yīng)力為： （）式中：—系數(shù)，對(duì)于常用鋼材，?。弧?jì)算斷面對(duì)垂直于擺動(dòng)平面的軸線的慣性矩。為使連桿從小頭到大頭傳力比較均勻，在桿身到小頭和大頭的過渡處用足夠大的圓角半徑。 連桿小頭主要結(jié)果尺寸（1）襯套過盈配合的預(yù)緊力及溫度升高引起的應(yīng)力計(jì)算時(shí)把連桿小頭和襯套當(dāng)作兩個(gè)過盈配合的圓筒，則在兩零件的配合表面，由于壓入過盈及受熱膨脹，小頭所受的徑向壓力為： 　?。ǎ┦街校骸r套壓入時(shí)的過盈，； 一般青銅襯套，取，其中：—工作后小頭溫升,約；—連桿材料的線膨脹系數(shù)，對(duì)于鋼 ；—襯套材料的線膨脹系數(shù)，對(duì)于青銅；、—連桿材料與襯套材料的伯桑系數(shù)，可取；—連桿材料的彈性模數(shù)，鋼[10]；—襯套材料的彈性模數(shù)，青銅；計(jì)算小頭承受的徑向壓力為：由徑向均布力引起小頭外側(cè)及內(nèi)側(cè)纖維上的應(yīng)力，可按厚壁筒公式計(jì)算，外表面應(yīng)力 （）內(nèi)表面應(yīng)力 （）的允許值一般為，校核合格。連桿小頭的強(qiáng)度校核以過盈壓入連桿小頭的襯套，使小頭斷面承受拉伸壓力。材料的選擇 為了保證連桿在結(jié)構(gòu)輕巧的條件下有足夠的剛度和強(qiáng)度，采用精選含碳量的優(yōu)質(zhì)中碳結(jié)構(gòu)鋼45模鍛，表面噴丸強(qiáng)化處理，提高強(qiáng)度。設(shè)計(jì)要求 連桿主要承受氣體壓力和往復(fù)慣性力所產(chǎn)生的交變載荷，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)首先保證連桿具有在足夠的疲勞強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)鋼度。套裝應(yīng)力活塞環(huán)往活塞上套裝時(shí)，要把切口扳得比自由狀態(tài)的間隙還大，對(duì)于均壓環(huán)，此時(shí)的正對(duì)切口處的最大套裝彎曲應(yīng)力為： （）式中：—與套裝方法有關(guān)的系數(shù)，根據(jù)套裝方法的不同，其值為，一般取，則 因環(huán)的套裝時(shí)在常溫下進(jìn)行的，承受的應(yīng)力時(shí)間甚短，所以套裝應(yīng)力的許用值大于工作應(yīng)力的許用值，所以校核合格?；钊h(huán)的徑向厚度，一般推薦值為：當(dāng)缸徑為時(shí)，取。第二道活塞環(huán)為鼻形環(huán)，材料為鑄鐵，鼻形環(huán)可防止泵油現(xiàn)象，活塞向上運(yùn)動(dòng)時(shí)潤(rùn)滑效果好。 驗(yàn)算比壓力銷座比壓力為： （）一般。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： （）已知許用彎曲應(yīng)力；許用剪切應(yīng)力，那么校核合格?；钊N的外直徑，取，活塞銷的內(nèi)直徑，取活塞銷長(zhǎng)度，取活塞銷的材料 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。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，相對(duì)的一面稱為次推力面）偏移了，這是因?yàn)?，如果活塞銷中心布置，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(shí)，活塞從次推力面貼緊氣缸壁的一面突然整個(gè)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。在確定裙部長(zhǎng)度時(shí)，首先根據(jù)裙部比壓最大的允許值，決定需要的最小長(zhǎng)度，然后按照結(jié)構(gòu)上的要求加以適當(dāng)修改。缸徑小于的裙部開槽的活塞，橢圓度（）的大小，一般為。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(huì)卡死。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]。首先，活塞受到側(cè)向力的作用。 活塞裙部的設(shè)計(jì)活塞裙部是指活塞頭部最低一個(gè)環(huán)槽以下的那部分活塞。（4）環(huán)岸的強(qiáng)度校核在膨脹沖程開始時(shí)，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。一般該倒角為。（2）環(huán)帶斷面為了保證高熱負(fù)荷活塞的環(huán)帶有足夠的壁厚使導(dǎo)熱良好，不讓熱量過多地集中在最高一環(huán)，其平均值為。專門的實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)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。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(jiǎn)單的活塞頂形狀，即平頂。綜上所述，可以決定活塞的壓縮高度。因此，環(huán)帶高度。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。在小型高速內(nèi)燃機(jī)上，一般氣環(huán)高，油環(huán)高。為縮小，當(dāng)然希望盡可能小，但過小會(huì)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。而則直接受頭部尺寸的影響。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。因此其慣性小，這對(duì)高速發(fā)動(dòng)機(jī)具有重大意義。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?。湍?、耐蝕；（6）工藝性好，低廉。 活塞的材料根據(jù)上述對(duì)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?；钊粌H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(duì)活塞頂部表面發(fā)生的開裂起了重要作用[9]。此外，在環(huán)槽及裙部還有較大的磨損。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(dòng)的零件，它們是發(fā)動(dòng)機(jī)中工作條件最嚴(yán)酷的組件。其中曲柄的角速度為： （）式中：—曲軸轉(zhuǎn)數(shù)，；已知額定轉(zhuǎn)數(shù)=5800，則；曲柄半徑=，連桿比=~，取=，參照附錄表2：四缸機(jī)工作循環(huán)表，將每一工況的曲軸轉(zhuǎn)角代入式（），計(jì)算得往復(fù)慣性力，： 往復(fù)慣性力計(jì)算結(jié)果四 個(gè) 沖 程/進(jìn)氣終點(diǎn)壓縮終點(diǎn)膨脹終點(diǎn)排氣終點(diǎn)（2）旋轉(zhuǎn)慣性力 （） 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(shí)作用著氣體作用力和往復(fù)慣性力，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 （）。曲柄連桿機(jī)構(gòu)的慣性力把曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量簡(jiǎn)化為二質(zhì)量和后，這些質(zhì)量的慣性力可以從運(yùn)動(dòng)條件求出，歸結(jié)為兩個(gè)力。質(zhì)量與換算到連桿小頭中心的質(zhì)量之和，稱為往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，即。其中，連桿長(zhǎng)度，為連桿重心至小頭中心的距離。 氣壓力計(jì)算結(jié)果四 個(gè) 沖 程/進(jìn)氣終點(diǎn)壓縮終點(diǎn)膨脹終點(diǎn)排氣終點(diǎn)（1）連桿質(zhì)量的換算連桿是做復(fù)雜平面運(yùn)動(dòng)的零件。為此進(jìn)行質(zhì)量換算。由于活塞直徑是一定的，活塞上的氣體作用力取決于活塞上、下兩面的空間內(nèi)氣體壓力差，對(duì)于四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)來說，一般取=，,對(duì)于缸內(nèi)絕對(duì)壓力，在發(fā)動(dòng)機(jī)的四個(gè)沖程中，：則由式（）。由于摩擦力的數(shù)值較小且變化規(guī)律很難掌握，受力分析時(shí)把摩擦阻力忽略不計(jì)。當(dāng)或時(shí)，活塞速度為零，活塞