【正文】 設(shè)定曲軸的轉(zhuǎn)速 n rad/s，仿真時間為 t 秒，開始仿真。分析了零部件的工作條件，總結(jié)應(yīng)滿足的設(shè)計要求，合理選擇材料，以滿足強度和剛度的 校核 。 在此基礎(chǔ)上，又進行了動力學(xué)方面的理論分析，重點分析 了活塞的運動規(guī)律。 第 4章 活塞的建模 25 圖 創(chuàng)建頂部凹槽及活塞環(huán)結(jié)束語 26 結(jié)束語 本文以柴 油機 作為參照，確定了相關(guān)參數(shù)，以便進行下一步的設(shè)計計算。 （ 3）運用【旋轉(zhuǎn)工具】，【去 除材料】，創(chuàng)建氣環(huán)槽和油環(huán)槽。 第 4章 活塞的建模 23 圖 創(chuàng)建凸臺 鏡像生成整個活塞 （ 1）選取整個模型，鏡像生成整個活塞 （ 1）運用【旋轉(zhuǎn)工具】，【去除材料】，旋轉(zhuǎn)角度為 “ 360” ，創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)剪切特征。 （ 4）對生成的活塞銷孔邊和凸臺邊分別進行倒圓角。 （ 2）選取草繪平面，運用【拉伸工具】，拉伸方式為【至曲面】，生成 凸臺。 柴油機改進 —— 活塞組的設(shè)計 22 圖 創(chuàng)建活塞 4/1輪廓 創(chuàng)建活塞銷孔 （ 1） 運用【拉伸工具】創(chuàng)建銷座模型并拉伸出通孔 ， 結(jié)果如圖 。 （ 5） 創(chuàng)建各部分的倒圓角。 （ 3） 創(chuàng)建活塞的頂部凹槽特征。 第 4章 活塞的建模 21 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稱部分，由列表曲線 創(chuàng)建活塞的 1/4 輪廓。 （ 4） 活塞裙部的軸截面應(yīng)制成鼓形，活塞裙部的橫截面應(yīng)制成橢圓形。 （ 3） 活塞的裙部在活塞做直線往復(fù)運動時起導(dǎo)向作用。 （ 1） 活塞頂部外表面設(shè)計成凹面形，以利于燃燒室內(nèi)的氣體形成渦流，使燃料與空氣混合得更均勻，燃燒得更充分。 活塞的建模 活塞的特點分析 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)直線運動的。用 Pro/E 創(chuàng)建的三維參數(shù)化零件模型，不但可以在屏幕上自由的翻轉(zhuǎn)動態(tài)觀察結(jié)構(gòu)形體，更可以進行方便的動態(tài)修改和調(diào)整。 Pro/E 更是以其基于特征的參數(shù)化設(shè)計、單一數(shù)據(jù)庫下的全相關(guān)性等新概念而聞名于世。 柴油機改進 —— 活塞組的設(shè)計 20 第 4章 活塞的建模 對 Pro/E軟件基本功能的介紹 Pro/E 軟件是美國 PTC 公司推出的大型 CAD/CAM/CAE 一體化軟件。 套裝 應(yīng)力 活塞環(huán)往活塞上套裝時，要把切口扳得比自由狀態(tài)的間隙還大，對于均壓環(huán)，此時的正對切口處的最大套裝彎曲應(yīng)力為： 20m a x)1(311?????tDtSEm ?? （ ） 式中 ： m — 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 2~1 ，一般取 ?m ，則 第 3章 活塞組的設(shè)計 19 M P ) ()311( 25m a x ???????? ?? 因環(huán)的套裝時在常溫下進行的，承受的應(yīng)力時間甚短，所以套裝應(yīng)力的許用值大于工作應(yīng)力的許用值 %30~10 ，所以校核合格。活塞環(huán)的平均半徑與徑向厚度之比 tr/0 一般都大于 5，所以可按直桿彎曲正應(yīng)力公式計算 [9]?；钊h(huán)的徑向厚度 t ，一般推薦值為：當(dāng)缸徑 D 為 mm100~50 時， ~?Dt ，取 mmDt ?? 。 活塞環(huán)的主要尺寸為環(huán)的高度 b 、環(huán)的徑向厚度 t 。 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，活塞向上運動時潤滑效果好。 第一道活塞環(huán)為桶形扭曲環(huán)，材料為球墨鑄鐵，表面鍍鉻。 驗算比壓力 銷座比壓力為： )(2 0 Plld Pq ?? ? )(222 ???? ? ][q? （ ） 一般 MPaq 60~40][ ? 。銷座應(yīng)當(dāng)有足夠的強度和適當(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。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 MPa220~120][ ?? ，那么校核合格。 活塞銷強度和剛度計算 由運動學(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 ? 。活塞銷的外直徑 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。 活塞銷的設(shè)計 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。 第 3章 活塞組的設(shè)計 15 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，相對的一面稱為次推力面）偏移了 mm2~1 ，這是因為，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，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。 取 mmDH 2 5 8 ???? 。 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。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。 缸徑小于 mm100 的裙部開槽的活塞，橢圓度（ ? ）的大小，一般為~?? 。在設(shè)計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。 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。當(dāng)然間隙也不能留得過大，否則又會產(chǎn)生敲缸現(xiàn)象。在這些因素中，機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。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。首先，活塞受到側(cè)向力的作用。所以裙部的設(shè)計要求，是保證活塞得到良好的導(dǎo)向，具有足夠的實際承壓面積，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。 活塞裙部的設(shè)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。D 、 D 的圓環(huán)形板，沿內(nèi)圓柱面固定，要精柴油機改進 —— 活塞組的設(shè)計 12 確計算固定面的應(yīng)力比較 復(fù)雜，可以將其簡化為一個簡單的懸臂梁進行大致的計算 。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度極限或疲勞極限時，岸根有可能斷裂，專門的試驗表明，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。一般氣環(huán) ?? = 毫米，油環(huán)的 ?? 則更大些，如圖 所示 。 （ 3） 環(huán)岸和環(huán)槽 環(huán)岸和環(huán)槽的設(shè)計應(yīng)保持活塞、活塞環(huán)正常工作，降低機油消耗量，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，減小向上竄機油的可能性?；钊h(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。正確設(shè)計環(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。)~(39。 （ 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。 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 和受熱，活塞頂表面應(yīng)光潔，在個別情況下甚至拋光。專門的實驗表明，對無強制冷卻的活塞來說，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油的僅占 10%左右。實際統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明