【正文】 塞工作時在銷軸方向尺寸伸長相對較多，為使裙部在工作時具有比較均勻的間隙，不致在銷孔附近卡住，在設計時把裙部做成長軸位于垂直銷鈾方向，短軸位于平行銷軸方向的橢圓形（圖 24a,b）。 修正公式 e0 = 4dD? [(1cos2? )+25? (1cos4? )] 式中 ? = 活塞裙的配合間隙 活塞裙部和氣缸套配合標準間隙為 ~ 毫米。 18 3 180F 柴油機活塞銷和活塞銷座的選型設計 活塞工作時頂部承受很大的氣壓力，它們?nèi)客ㄟ^銷座傳給活塞銷，再傳到連桿。其中活塞銷的剛度有著關鍵意義，如果縱向剛度不足，則引起負荷分布不均勻，使銷座疲勞破壞，導致活塞縱向開裂橫向剛度不足，使銷的失圓變形過 大，潤滑油膜遭受破壞，引起活塞銷咬住 [8]。 如圖 :根據(jù) 180F 系列柴油機活塞銷的工作條件 故 180F 系列柴油機活塞銷設計 選 d1 == 毫米； d2 = =48 毫米； l== 毫米； l1 = = 毫米； B1 = = 毫米； B? =B1 +2= 毫米； 公式 1? = 得 R1 = 毫米； e= 毫米。 活塞銷的縱向彎曲應力可表示為 ? 1=34)1( ??? zp（牛頓 /毫米 2 ） 活塞銷的橫向彎曲應力 2? = ?zp * 2)1(1???? （牛頓 /毫米 2 ） 由于總彎曲應力 ? = 2221 ?? ? ，因此 ?=)1( 43 ??? zp 2242 ])1( )1)(1([1 ? ?? ? ????=295（牛頓 /毫米 2 ） 算出的總應力應在 200~400 牛頓 /毫米 2 范圍內(nèi)。 21 活塞銷座的設計 活塞工作時頂部承受很大的氣壓力，它們?nèi)客ㄟ^銷座傳給活塞銷，再傳到連桿。其中活塞銷的剛度有關鍵意義，如果縱向剛度不足，則引起負荷分布不均勻，使銷座疲勞破壞，導致活塞縱向開裂橫向剛度不足，使銷的失圓變形過大，潤滑油膜槽受破壞，引起活塞銷咬住。它決定于銷座軸線到活塞頂?shù)木嚯x，即 活塞壓縮高度 H1 ； （ 2）活塞銷座的結構和它的壁厚比； （ 3）活塞材料及其狀態(tài)。本次設計選用鋁合金做材料。一是負荷 很大而承壓面積很?。欢沁\轉時活塞銷與銷座 (或連桿襯套 )之間只在不大的角度內(nèi)相對擺動，無法形成充分的油膜；三是溫度可達到 150? C 左右，潤滑油性能下降；四是由于前面分析過的變形，壓力分布很不均勻。 承壓面積 一般銷的全長實 際上為 l=(~)D, 本次 180F 柴油機活塞 銷選L== 毫米，因此 銷座的承壓面積 22 F1 = d1 = 毫米 2 連桿襯套承壓面積 F2 = d1 = 毫米 2 配合間隙和潤滑 活塞銷和連桿襯套配合標準間隙為 ~ 毫米。摩擦速度較小，潤滑間隙也較小，不需要大量機油進行潤滑，只要能維持薄層油膜就行。但是實際上銷座的負荷是向外逐漸減小的，所以在銷座長度內(nèi)活塞銷的壁厚可以向外逐漸減小，而不致使失圓變形超出允許值，因此，為了減輕重量，柴油機活塞銷內(nèi)孔應制成錐形的 (圖3— 2b)，但是錐孔部分不應該延伸到活塞銷中央，而應只比銷座支承長度稍深一些，銷端部的最小壁厚可以減小到原壁厚的一半。制作工藝使用冷擠壓的加工工藝。按其功用不同，活塞環(huán)可分為氣環(huán)與油環(huán)兩類。在實現(xiàn)密封的條件下，環(huán)的另一作用是將活塞頭部熱量導出。所以對氣環(huán)的根本要求就是保證密封。 活塞環(huán)的工作情況 活塞環(huán)的密封作用 圖 41 活塞環(huán)所承受力 圖 42 通過環(huán)系的漏氣通路 Pr— 徑向不平衡力 Pa— 軸向不平衡力 氣環(huán)要有良好的密封作用，首先應以一定彈力 P0 與氣缸壁壓緊，形成所謂第一密封面 (圖 4— 1)，使氣體不 易通過環(huán)周與氣缸之間， 而鉆入環(huán)與環(huán)槽間的空間。這就是環(huán)式 密封系統(tǒng)所以能成功地應用，并使往復 活塞式發(fā)動機具有強大生命力的重要因素之一。 )最合理。 活塞環(huán)的不正常運動 —— 顫振 圖 43 a)直角口 b) 階梯形 c) 斜口 d) 、 e)帶防轉銷釘槽 活塞環(huán)在環(huán)槽內(nèi)的運動十分復雜，至今尚未研究得很清楚，一般認 為其基本運動有： （ 1）上、下運動 活塞環(huán)隨同活塞的上升、下降，在環(huán)槽內(nèi)作上、上運動。 （ 2）徑向運動 由于加工、磨損、緊固、溫差等引起的氣缸錐度和橢圓度，使活塞環(huán)在上下運動時，必然同時在環(huán)槽內(nèi)作一張 —— 縮的徑向運動。 （ 3）回轉運動 它與發(fā)動機的轉速、氣缸的喇叭狀磨損、變形等密切關連。 除上述基本運動外，活塞環(huán)還存在不規(guī)則的鈾向和徑向振動 ，以及扭曲振動，它們使漏氣量加大，磨損加劇，并造成斷環(huán)。 （ 4）增加環(huán)的軸向不平衡，氣壓力 (圖 4— 2) 圖 44 環(huán)的扭曲和壓力分布 a)不扭曲， PA ? 900牛頓 b)反扭曲， PA =0 c)正扭曲， PA ? 1800牛頓 故本次設計采用扭曲環(huán)等辦法來解決顫振現(xiàn)象； 活塞環(huán)的計算 活塞環(huán)計算的第一項任務為使活塞環(huán)置于氣缸后環(huán)周即對缸壁產(chǎn)生必需的壓力，環(huán)在置入氣缸前的自由狀態(tài)該是什么形狀？環(huán)的第二項計算是 確定活塞環(huán)的結構參數(shù)。 均壓環(huán)的自由形狀 均壓活塞環(huán)從自由狀態(tài)變到工作狀態(tài)，就是梁在外周均布負荷作用下的一種彎區(qū) 26 (圖 43)。 圖 45 均壓環(huán)的彎距圖 為確定環(huán)任意斷面 BB 中的彎矩，可把環(huán)看成在開口對面的對稱斷面 AA 固定的懸臂梁，因為這一斷面在環(huán)變形時不發(fā)生旋轉。因此環(huán)從 ? ＝ ? 到 ? ＝ ? 一段上的壓力對斷面 BB 的總彎矩為 M )(? =???dM=p1 br0 2 ? ??? ?? )sin(d? =p1 br0 2 (1+cos? )=158N/mm 把公式（ 42）帶入（ 4— 1），即得活塞環(huán)自由狀態(tài)下的中線（簡稱自由型線）上任一點的曲率半徑公式 27 ? =21 )cos1(1 ?? ?? ?tD = （ 4— 3） 式中 ? =23 Ep0 tD（tD1） 2 由此可見，對于 t＝常數(shù)的均壓環(huán)來說 ,自由型線曲率半徑 ? 隨位置 (? )而變， 所以活塞環(huán)自由形狀不是圓形。 活塞環(huán)的彈力、應力與結構參數(shù)的關系 (1)活塞環(huán)的彈力與結構參數(shù)的關系 環(huán)的工作性能與它在工作狀態(tài) 下的彈力有很大關系。 當活塞環(huán)從自由狀態(tài)變?yōu)楣ぷ鳡顟B(tài)時，長度為 dS=r0 d? 的單元 AB（圖 45）的曲率半徑由于彎矩 M 的作用以 ? 減小到 r0 ，這時 B 點繞 A 點轉過一角度 ? d? =d? d 1? =d? (1 ?0r )=r0 (01r ?1 )d? = EIdMr ??)(0 圖 46 活塞環(huán)自由端距的計算 據(jù)公式（ 42）。 按徑向壓力不同，可將活塞環(huán)分為三類：①高壓環(huán)。③低壓環(huán) ②確定自由端距 S0 。 ③確定徑向厚度 t。 ④環(huán)的軸向?qū)挾?b。 ⑤裝配端隙 d? 。 （ 2）活塞環(huán)彈力的檢驗 檢驗力 Q1 = =2bDQ2= Q2 =21 bDp0 = 活塞環(huán)材料的檢驗 環(huán)材料抗彎 強度為 ? =3btP （ D/t1） =82 N/mm 30 活塞環(huán)斷面形狀的設計 根據(jù)活塞環(huán)的工作情況，其斷面形狀的設計要求是： （ 1）增強密封性能，特別是在環(huán)工作條件很不利時也不易漏氣； （ 2）改善磨合性能； （ 3）提高刮油能力； （ 4）提高抗傷性，即避免出現(xiàn)熔著磨損 (活塞環(huán)“拉缸” )等不正常磨損現(xiàn)象的性能 [11]。桶面環(huán)具有下列優(yōu)點： （ 1）保證良好的潤滑。 （ 3）密封性好。 扭曲環(huán) 微錐面環(huán)工藝性較差，而斷面不對稱的環(huán)裝入氣缸后，由于彈性內(nèi)力的作用使斷面扭轉，也可起到同樣作用。 錐面環(huán) 錐面環(huán)和與其類似的倒角環(huán)斜角角度要比光為改善磨合的微錐面環(huán)大，因而可保留錐面到相當一段正常運轉期。 31 0. 25 45 兩端(S R4 7. 5)0. 25 5( 在 ）自由開口12 14（參考）AA鉻層0 . 1 0 0 . 1 8 45 兩端AA( 在 ）自由開口1214（參考）0 . 4 00 . 4 04+1兩邊兩邊 第一道氣環(huán) （桶面環(huán)） 第二道氣環(huán)（錐面環(huán)） 圖 47 活塞組氣環(huán) 32 油環(huán)的設計 在現(xiàn)代高速發(fā)動機中，機油消耗最大常常是一個嚴重的問題 。因此，機油的控制不能不是內(nèi)燃機設計中一項值得注意的問題。 為了保證油環(huán)在高速下的刮油能力，環(huán)的刮油口與缸壁的接觸壓力必須足夠高，同時回油的通道必須暢通。 圖 47 彈簧脹圈油環(huán) a) 裝板彈簧 b) 螺旋彈簧脹圈 c) 軌型脹圈油環(huán) 普通槽孔式油環(huán) 因為油環(huán)基本上沒有環(huán)背氣壓力來幫助密封，其密封能力差不多全靠本身彈力，所以都人為減小環(huán)與氣缸的接觸面積以提高比壓，在環(huán)外圓面上開有環(huán)形槽，形成二道刮油肩，控制滑肩高度即能改變平均壁壓 P。在轉速較高的發(fā)動機中，對油環(huán)的刮油能力要求更高，所有常常把滑肩予以倒角或車成鼻形，進一步減小接觸面積，刮油能力提高。由于其制造成本低，我國目前主要仍采用這種普通油環(huán)。這種油環(huán)可獲得更高的徑向壓力，一船前者 p0 ＝ 6~8 巴，后者 8~12 巴。板彈簧脹圈油環(huán)用于小型發(fā)動機居多。螺旋彈簧脹圈的工作能力不受 活塞環(huán)槽深淺和活塞側擺的影響。板彈簧脹圈的突起與環(huán)背接觸，此處易磨損而引起工作惡化。為此，須將彈簧與環(huán)背間設計成面接觸而非線接觸，并鍍鉻以抗磨。為了保證回油充分通暢及防止彈簧被油渣淤積堵塞而失去作用，它的螺距不能太小。 為了解決上述 脹圈的磨損和積炭，近來發(fā)展和使用了軌型脹圈油環(huán)（圖47c）。這種環(huán)的優(yōu)點是： (1)接觸壓力高，而且分布均勻； (2)鋼片具有柔性，上下兩片刮油片能單獨動作或同時作不同的徑向動作，所以它對失圓的氣缸和活塞的變形、擺動適應性好； (3)回油通路大； (4)重量輕。 34 5 結 束 語 本次 95系列柴油 機活塞組中活塞的設計是本次設計的重要內(nèi)容。同時由于周期性運動中連桿產(chǎn)生擺動，作用在活塞上的力傳給連桿時，活塞還受一個交變側壓力，致使活塞不斷撞擊缸套，常導致活塞裙部變形。 在接受設計的時候 開始我就認真查閱資料學習相關知識，認真對待自己的任務，并且在這設計的時間了鍛煉了自己的動手能力 獨立思考的能力。 通過本次設計，讓我懂得了柴油機活塞組設計的基本步驟，這將對我以后從事有關工作有極大幫助。向所有曾經(jīng)關心和幫助過我的老師、同學和朋友致以誠摯的謝意！ 沒有老師們的監(jiān)督和身體力行的教誨，就沒有我們的畢業(yè)