【正文】 36 參考文獻(xiàn) [1].陳家瑞主編 . 汽車構(gòu)造（上冊） [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2021. [2].楊連生主編 . 內(nèi)燃機(jī) .[M]北京：中國農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社， 1984 [3].劉惟信 .汽車設(shè)計 .[M]北京：清華大學(xué)出版社， 2021 [4].機(jī)械設(shè)計手冊編委會 .機(jī)械設(shè)計手冊 .[M]北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2021 [5].陳桂英主編 . 機(jī)械制圖及計算機(jī)繪圖 .[M] 機(jī)械工業(yè)出版社 [6].龔金科 ,劉孟祥 ,賀輝 ,隆曙紅 .180 型柴油機(jī)活塞和活塞環(huán)的設(shè)計與試驗 [J]. 湖南大學(xué)學(xué)報 (自然科學(xué)版 ), 文章編號 : 10002472 (2021) 03004303, 2021 [7].曹志芬 .SL105 系列柴油機(jī)活塞裙部外型面設(shè)計 [J]. 拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車， 2021 年第 2 期 [8].肖秀華 . 汽車發(fā)動機(jī)活塞裙部的外形型面 [J]. 汽車工程 .1980－ 2－ 3. [9].劉佳才 . 活塞裙外形曲線的設(shè)計與分析 [J].內(nèi)燃機(jī)工程 , 1986－ 7－ 2. [10].肖秀華 . 活塞外側(cè)形狀的橢圓度 [J]. 內(nèi)燃機(jī)工程 ,1993－ 14－ 4. [11].蘇洪吉 . 車用柴油機(jī)的活塞設(shè)計研究 [D]. 汽車科技， 1998－ 3－ 27. [12].西安交通大學(xué)編，內(nèi)燃機(jī)設(shè)計 [M].北京：中國工業(yè)出版社， 1998. [13].曹志芬 .增壓柴油機(jī)活塞設(shè)計 [D].《柴油機(jī)設(shè)計與制造》期刊， 2021. [14].曹志芬 .108 柴油機(jī)活塞改進(jìn)設(shè)計 [J].內(nèi)燃機(jī) ,文章編號 : 10006494(2021) 06000802, 2021－ 12. [15].Dr－ Ing， Manfred， D． Rohrle .燒重油柴油機(jī)的組合式活塞設(shè)計 [M]. 《 DIESEL GAS TUR BINE WORLDWIDE》， 1991－ 3－ 21. 。 35 謝 辭 本文是在指導(dǎo)教師鄭忠才教授的悉心指導(dǎo)下完成的，從論文選題、課題調(diào)研、試驗指導(dǎo)、理論分析到論文撰寫，無不傾注了老師的心血和汗水。 本次設(shè)計從 95 系列柴油機(jī)活塞 所處的工作條件入手分析，通過合理的活塞頭部，活塞裙部，活塞銷以及活塞銷座和活塞環(huán)的設(shè)計，完成了 95 系列柴油機(jī)活塞組的設(shè)計。本次活塞設(shè)計在保證強(qiáng)度和剛度的情況下，向著結(jié)構(gòu)簡單、輕巧，且截面變化處的過度要圓滑，從而減少應(yīng)力集中。由于活塞組零件工作的條件都是在高溫情況下，并且在很高的機(jī)械符合下做告訴滑動。 經(jīng)分析， 95 系列柴油機(jī)活塞組設(shè)計選用彈簧漲圈油環(huán)，因為其加強(qiáng)了刮油能力及工作耐久性，能夠滿足其工作要求。 鋼片組合油環(huán) 它是由兩片互相獨(dú)立的刮片和徑向、軸向襯簧組成，刮油片由厚 ~ 毫米帶鋼制成。螺旋彈簧結(jié)構(gòu)適用于缸徑 100 毫米以上的發(fā)動機(jī)。另外，在與環(huán)開口部相接觸的螺旋部分套上耐熱耐油又減摩的聚氟乙烯管。螺旋彈簧脹圈油環(huán)的缺點(diǎn)是鑄鐵環(huán)內(nèi)表面和螺旋彈簧脹圈有相對運(yùn)動，接觸部分的磨損引起工作惡化，特別是在環(huán)的開口部與螺旋彈簧相接觸處。目前這種油環(huán)在國外的發(fā)動機(jī)上已普遍使用。 螺旋彈簧脹圈較板彈簧脹圈更富有柔軟性，因此油環(huán)對氣缸有更好的適應(yīng)性。由于環(huán)背加了彈簧，就可以采用徑向厚度較小的柔性環(huán)，對氣缸失圓的適應(yīng)性好，在環(huán)外圓磨損時，彈力不會急速下降，所以加強(qiáng)了刮油能力及工作耐久性。 33 彈簧脹圈油環(huán) 脹圈油環(huán)是在普通油環(huán)向內(nèi)面安裝板彈簧 (圖 4— 7a)或螺旋彈簧脹圈 (圖47b)。倒角油環(huán)比壓為34 巴。這種普通油環(huán)的比壓為 巴。 目前采用的油環(huán)分為三類：普通槽孔式油環(huán)、彈簧脹圈油環(huán)、鋼片組合油環(huán)?，F(xiàn)代高速發(fā)動機(jī)活塞高度日益縮短，油環(huán)大多減少到一道，因而對油環(huán)設(shè)計提出了更高的要求。如果機(jī)油大量上竄到燃燒空中燒掉，其危害性不僅在機(jī)油損失本身，而且還在于易使火花塞污染，活塞環(huán)膠結(jié)失效，氣缸活塞組積炭，磨損劇增，反過來活塞環(huán)及相關(guān)組件的磨損又嚴(yán)重影響機(jī)油消耗，兩者互為因果。 根據(jù)以上各環(huán)的優(yōu)缺點(diǎn)， 95 系列柴油機(jī)活塞組設(shè)計第一道 氣環(huán)采用桶面環(huán)，材料是球墨鑄鐵；第二道氣環(huán)采用錐面環(huán)，材料是合金鑄鐵；第三道氣環(huán)采用扭曲環(huán)，材料是合金鑄鐵，他能夠有效修復(fù)柴油機(jī)缸體的顫振。這種環(huán)稱為扭曲環(huán)，在發(fā)動機(jī)中應(yīng)用極廣。 （ 4）磨合性好。 （ 2）避免棱緣負(fù)荷。 桶面環(huán) 特點(diǎn)是活塞環(huán)外圓表面制成凸圓弧形，現(xiàn)己在高速高負(fù)荷強(qiáng)化發(fā)動機(jī)上獲得廣泛應(yīng)用。它越小，環(huán)的密封作用越好。選 b=3 毫米。選 t=（ 24~28） /D。選 S0 =8~10%D。②中壓環(huán) (普通環(huán) )。有 28 ?d? =aEItDDpbr 4 )(00 ? (1+cos? )d? 在 B 點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的同時，環(huán)槽 C 點(diǎn)的移動量 C? =AC ? d? 它在 x 方向的投影，即周向位移 dx = C? = ACDC =DC ? d? =r0 (1+cos? )? d? 所以 dx =aEItDDrbp 4 )(200 ? (1+cos? )2 d? = 3 30 4 )(3 Et tDDp ? (1+cos? )2 d? 活塞環(huán)一段總周向位移 x= 43 Ep0 D( tD 1)3 ? ?? ?0 2)cos1(d? = 得環(huán)自由端距 S0 =2x=2? 43 Ep0 D( tD 1)3 ? 23 ? = 于是可知，活塞環(huán)平均彈力（壁壓） p0 與環(huán)的結(jié)構(gòu)參數(shù) S0 /t、 D/t、材料參數(shù) E 之間 有如下的關(guān)系 p0 = ?94 E30)1(/?tDtDtS =30)1(/?tDtDtS = 巴 (2)工作應(yīng)力、安裝應(yīng)力與結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系 活塞環(huán)置入氣缸后，環(huán)周受均勻壓力 p0 ，任意截面所受彎矩如公式 (8— 20)，最大彎矩發(fā)生在環(huán)的切口對面的斷面 ? ＝ 0 處 [圖 4— 3AA 斷面 )， 其值為 Mmax ＝ tD ( tD 1)= 29 所以最大工作應(yīng)力 ? max =aZMmax = bbt tDbDp / )( 20 ? =3p0 tD ( tD 1) 將公式 (825)中的 p0 代入此式，則有 ? max = ?34 E20 )1/( /?tD tS20 )1/( /?tD tS=20)( tDtS?4=152N/mm2 活塞環(huán)參數(shù)的選擇與驗算 (1)參數(shù)的選擇 選擇活塞環(huán)結(jié)構(gòu)參數(shù)的步驟大致如下： ①選擇徑向壓力 p0 。在材料及直徑 D 既定的條件 下，環(huán)彈力與其開口端距 S0 和徑向厚度 t 有關(guān)。知道了曲率半徑變化規(guī)律，曲線本身就完全確定了。于是，作用在單元環(huán)段 rd?上的單元力 dPp0 brd? 對斷面 BB 產(chǎn)生的彎矩為 dM＝ dPr0 sin(? ? )=p1 br0 2 sin(? ? )d? （ 42） 式中 p1 ＝ p0 r/r0 ,為換算到環(huán)中線的環(huán)周壓力。根據(jù)曲梁的彎曲基本方程，自由環(huán)中線某一點(diǎn)的曲率半徑 ? 與它從自由狀態(tài)彎到工作狀態(tài)時所受彎矩 M 之間有如下關(guān)系 01r ?1 =EIM （ 41） 式中 r0 —— 工作狀態(tài)中線曲率半徑， r0 =(Dt)/2； I—— 環(huán)斷面軸慣性矩，對 b? 矩形斷面環(huán)， I=bt3 /12。第三項是驗算既定參數(shù)的環(huán)從自由狀態(tài)收攏裝入氣缸后，所產(chǎn)生的應(yīng)力是否超過材料的許用應(yīng)力值；環(huán)從自由狀態(tài)掰開套過活塞頭部時引起的套裝應(yīng)力。 為提高活塞環(huán)的抗顫振性，可采取以下措施： （ 1）使用開口部分有較高徑向壓力的高點(diǎn)環(huán)； （ 2）減小環(huán)寬 b，以減輕環(huán)本身重量，減少慣性力； （ 3）增大環(huán)厚 t，以增加環(huán)的剛度和彈力 p0 。回轉(zhuǎn)運(yùn)動對防止環(huán)的偏磨、局部過熱或卡死是有利的，但它也可能引起各環(huán)開口的重疊，使工作 25 過程惡化。它是引起環(huán)槽磨損的主要原因。這個運(yùn)動決定于氣壓力、摩擦力及其慣性。因為即使采用較復(fù)雜的形狀如階梯形 (圖 b)，斜口 (圖 c)但環(huán)背漏氣通路仍不變，只要端隙 d? 相同，關(guān)鍵性的最小自由漏氣通路面積就完全相同。 環(huán)端開口的形狀以最簡單的直角形狀 (圖 4— 2。由三個氣環(huán)組成的迷宮式通道 (圖 8— 56)將使氣缸中壓力為 p 的燃?xì)庠诮?jīng)過節(jié)流后，壓力迅速下降，正常情況下，其比例大致是： p1 ＝ 0． 86p, p2 ＝ 0． 20p， p3 ＝ 0． 076p 24 使正常漏氣量只有吸氣量的 o． 2— 1％。油環(huán)的主要作用是使氣缸壁面的潤滑油分布均勻，并避免多余的潤滑油竄入燃燒室，造成積炭和增大潤滑油消耗量。因為活塞環(huán)一旦密封失效，大量高溫燃?xì)鈴幕钊c氣缸間的縫隙中竄出，不但活塞從頂面接受的熱量不能借助活塞環(huán)傳給氣缸壁，而且活塞外圓表面和活塞環(huán)的全部表面還被燃?xì)鈴?qiáng)烈加熱，最后可能導(dǎo)致活塞和活塞環(huán)燒壞 。氣環(huán)的主要作用是與活塞一起密封氣缸工作腔。 0 . 4 0 95系列高速柴油機(jī)活塞銷結(jié)構(gòu) 23 4 180F 系列柴油機(jī)活塞環(huán)的設(shè)計 活塞環(huán)是內(nèi)燃機(jī)關(guān)鍵零件之一，活塞環(huán)工作的好壞直接影響發(fā)動機(jī)性能。 故本次 180F 柴油機(jī)活塞銷設(shè)計，活塞銷的材料選用高級合金鋼。 活塞銷的結(jié)構(gòu)、材料和工藝 活塞銷的結(jié)構(gòu)，正如前面所指出的，為了在最輕的重量下獲得最大的剛度，一 般都呈中空的圓柱形 (圖 3— 2a)，柴油機(jī)活塞銷由于負(fù)荷大，外徑很大，而壁厚考慮到失圓變形問題也不能太薄，因而往往很笨重。本次設(shè)計選配合間隙為 毫米。因此要保證工作可靠，必須在承壓面積、配合間隙、摩擦表面質(zhì)量等方面進(jìn)行詳細(xì)的研究 [10]。 活塞銷和銷座的耐磨性 活塞銷和銷座無疑是發(fā)動機(jī)中工作情況最惡劣的軸和軸承。 活塞的壓縮高度 H1 =56 毫米 活塞的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，首先是改變加強(qiáng)筋的結(jié)構(gòu)形式，另一個結(jié)構(gòu)措施是在銷孔內(nèi)壓入襯套，這就在活塞銷直徑不變的前提下，提高了銷座的實(shí)際承載能力 [9]。 要盡量提高銷座的實(shí)際承裁能力，就須使它適應(yīng)活塞銷的變形，這一適應(yīng)能力與下列三個因素有關(guān)： （ 1）活塞銷座的可變形長度。因而，活塞銷與銷座必須有足夠的強(qiáng)度、足夠的承壓面積和耐磨性。計算 得出在范圍之內(nèi)，所以符合要求。 20 圖 31 柴油機(jī)活塞銷結(jié)構(gòu) 1— 活 塞 2— 活塞銷 3— 連桿 4— 連桿小頭油孔 5— 活塞銷座油孔 （ 2）應(yīng)力計算 活塞銷的應(yīng)力是縱向變形所產(chǎn)生的縱向彎曲應(yīng)力勺銷的橫斷面