【正文】 設(shè)定曲軸的轉(zhuǎn)速 n rad/s，仿真時(shí)間為 t 秒，開(kāi)始仿真。分析了零部件的工作條件，總結(jié)應(yīng)滿(mǎn)足的設(shè)計(jì)要求，合理選擇材料，以滿(mǎn)足強(qiáng)度和剛度的 校核 。 在此基礎(chǔ)上，又進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)方面的理論分析，重點(diǎn)分析 了活塞的運(yùn)動(dòng)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(yǔ) 26 結(jié)束語(yǔ) 本文以柴 油機(jī) 作為參照，確定了相關(guān)參數(shù)，以便進(jìn)行下一步的設(shè)計(jì)計(jì)算。 （ 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。 第 4章 活塞的建模 23 圖 創(chuàng)建凸臺(tái) 鏡像生成整個(gè)活塞 （ 1）選取整個(gè)模型，鏡像生成整個(gè)活塞 （ 1）運(yùn)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(duì)生成的活塞銷(xiāo)孔邊和凸臺(tái)邊分別進(jìn)行倒圓角。 （ 2）選取草繪平面，運(yùn)用【拉伸工具】，拉伸方式為【至曲面】，生成 凸臺(tái)。 柴油機(jī)改進(jìn) —— 活塞組的設(shè)計(jì) 22 圖 創(chuàng)建活塞 4/1輪廓 創(chuàng)建活塞銷(xiāo)孔 （ 1） 運(yùn)用【拉伸工具】創(chuàng)建銷(xiāo)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(duì)稱(chēng)部分，由列表曲線(xiàn) 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(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)起導(dǎo)向作用。 （ 1） 活塞頂部外表面設(shè)計(jì)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(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(xiàn)運(yùn)動(dòng)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(dòng)態(tài)觀察結(jié)構(gòu)形體，更可以進(jìn)行方便的動(dòng)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(jì)、單一數(shù)據(jù)庫(kù)下的全相關(guān)性等新概念而聞名于世。 柴油機(jī)改進(jìn) —— 活塞組的設(shè)計(jì) 20 第 4章 活塞的建模 對(duì) Pro/E軟件基本功能的介紹 Pro/E 軟件是美國(guó) 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(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： 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(jì) 19 M P ) ()311( 25m a x ???????? ?? 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 %30~10 ，所以校核合格?；钊h(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(jì)算 [9]。活塞環(huán)的徑向厚度 t ，一般推薦值為：當(dāng)缸徑 D 為 mm100~50 時(shí)， ~?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(yùn)動(dòng)時(shí)潤(rùn)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(yàn)算比壓力 銷(xiāo)座比壓力為： )(2 0 Plld Pq ?? ? )(222 ???? ? ][q? （ ） 一般 MPaq 60~40][ ? 。銷(xiāo)座應(yīng)當(dāng)有足夠的強(qiáng)度和適當(dāng)?shù)膭偠龋逛N(xiāo)座能夠適應(yīng)活塞銷(xiāo)的變形，避免銷(xiāo)座產(chǎn)生應(yīng)力集中而導(dǎo)致疲勞斷裂；同時(shí)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(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 MPa220~120][ ?? ，那么校核合格。 活塞銷(xiāo)強(qiáng)度和剛度計(jì)算 由運(yùn)動(dòng)學(xué)知，活塞銷(xiāo)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(xiāo)長(zhǎng)度 mml ? ，連桿小頭高度 mml ? ，活塞銷(xiāo)跨度 mmlP ? 。活塞銷(xiāo)的外直徑 Dd )~(1 ? ，取 mmDd ?? ， 活塞銷(xiāo)的內(nèi)直徑 12 )~( dd ? ，取 mmdd 12 ?? 活塞銷(xiāo)長(zhǎng)度 Dl )~(? ，取 mmDl 7 8 ?? 活塞銷(xiāo)的材料 活塞銷(xiāo)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(xiāo)的設(shè)計(jì) 活塞銷(xiāo)的結(jié)構(gòu)、材料 活塞銷(xiāo)的結(jié)構(gòu)和尺寸 活塞銷(xiāo)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(jì) 15 銷(xiāo)孔的位置 活塞銷(xiāo)與活塞裙軸線(xiàn) 不相交，而是向承受膨脹側(cè)壓力的一面（稱(chēng)為主推力面，相對(duì)的一面稱(chēng)為次推力面）偏移了 mm2~1 ，這是因?yàn)?，如果活塞銷(xiāo)中心布置，即銷(xiāo)軸線(xiàn)與活塞軸線(xiàn)相交，則在活塞越過(guò)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(guò)來(lái)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(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。為保證活塞裙表面能保持住必要厚度的潤(rùn)滑油膜，其表面比壓 q 不應(yīng)超過(guò)一定的數(shù)值。 缸徑小于 mm100 的裙部開(kāi)槽的活塞，橢圓度（ ? ）的大小，一般為~?? 。在設(shè)計(jì)時(shí)把裙部橫斷截面制成長(zhǎng)軸是在垂直與活塞銷(xiāo)中心線(xiàn)方向上，短軸平行于銷(xiāo)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(huì)卡死。當(dāng)然間隙也不能留得過(guò)大，否則又會(huì)產(chǎn)生敲缸現(xiàn)象。在這些因素中，機(jī)械變形影響一般來(lái)說(shuō)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(xiāo)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(xiāo)座的跨度內(nèi)發(fā)生彎曲變形，使整個(gè)活塞在銷(xiāo)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(xiāo)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(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(rùn)滑油膜，既不因間隙過(guò)大發(fā)生敲缸，引起噪音和加速損傷，也不因間隙過(guò)小而導(dǎo)致活塞拉傷。 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。D 、 D 的圓環(huán)形板，沿內(nèi)圓柱面固定，要精柴油機(jī)改進(jìn) —— 活塞組的設(shè)計(jì) 12 確計(jì)算固定面的應(yīng)力比較 復(fù)雜，可以將其簡(jiǎn)化為一個(gè)簡(jiǎn)單的懸臂梁進(jìn)行大致的計(jì)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(huì)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(guò)鋁合金在其工作溫度下的強(qiáng)度極限或疲勞極限時(shí)，岸根有可能斷裂，專(zhuān)門(mén)的試驗(yàn)表明，當(dāng)活塞頂上作用著最高爆發(fā)壓力 maxp 時(shí)， 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(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(xiàn)垂直，以保證環(huán)工作時(shí)下邊與缸桶接觸，減小向上竄機(jī)油的可能性?；钊h(huán)岸銳邊必須有適當(dāng)?shù)牡菇牵駝t當(dāng)岸部與缸壁壓緊出現(xiàn)毛刺時(shí)，就可能把活塞環(huán)卡住，成為嚴(yán)重漏氣和過(guò)熱的原因，但倒角過(guò)大又使活塞環(huán)漏氣增加。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(duì)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(guò)渡圓角，一般取 Dr )~(? ，取 為 和受熱，活塞頂表面應(yīng)光潔，在個(gè)別情況下甚至拋光。專(zhuān)門(mén)的實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)無(wú)強(qiáng)制冷卻的活塞來(lái)說(shuō)，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。實(shí)際統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明