活塞組包括活塞、活塞銷和活塞環(huán)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、目錄第1章 活塞組的設(shè)計(jì)151.1 活塞的設(shè)計(jì)15 1.1.1 活塞頭部的設(shè)計(jì)16 1.1.2 活塞裙部的設(shè)計(jì)211.2 活塞銷的設(shè)計(jì)231.2.1 活塞銷的結(jié)構(gòu)、材料231.3 活塞銷座241.3.1 活塞銷座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)241.4 活塞環(huán)設(shè)計(jì)及計(jì)算251.4.1 活塞環(huán)形狀及主要尺寸設(shè)計(jì)251.5 本章小結(jié)26第2章 連桿組的設(shè)計(jì)272.1 連桿的設(shè)計(jì)272.1.1 連桿的工作情況、設(shè)計(jì)要求和材料選用272.1.2 連桿長(zhǎng)度的確定272.1.3 連桿小頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)272.1.4 連桿桿身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)302.1.5 連桿大頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)332.2 連桿螺栓的設(shè)計(jì)352.2.1 連桿螺栓的工作負(fù)荷與預(yù)

2、緊力352.3 本章小結(jié)36第3章 曲軸的設(shè)計(jì)373.1 曲軸的結(jié)構(gòu)型式和材料的選擇373.1.1 曲軸的工作條件和設(shè)計(jì)要求373.1.2 曲軸的結(jié)構(gòu)型式373.2 曲軸的主要尺寸的確定和結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)383.2.1 曲柄銷的直徑和長(zhǎng)度383.2.2 主軸頸的直徑和長(zhǎng)度383.2.3 曲柄393.3 本章小結(jié)47第4章 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的創(chuàng)建484.1 活塞的創(chuàng)建484.2 連桿的創(chuàng)建504.3曲軸的創(chuàng)建52參考文獻(xiàn)66第1章 活塞組的設(shè)計(jì)1.1 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。發(fā)動(dòng)機(jī)的工作可靠性與使用耐久性，在很大程度上與活塞

3、組的工作情況有關(guān)。1.1.1 活塞頭部的設(shè)計(jì)1、設(shè)計(jì)要點(diǎn)活塞頭部，活塞頭部的設(shè)計(jì)要點(diǎn)是：（1）保證它具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度與剛度，以免開(kāi)裂和產(chǎn)生過(guò)大變形，因?yàn)榄h(huán)槽的變形過(guò)大勢(shì)必影響活塞環(huán)的正常工作；2、壓縮高度的確定壓縮高度是由火力岸高度、環(huán)帶高度和上裙尺寸構(gòu)成的，即=+ 為了降低壓縮高度，應(yīng)在保證強(qiáng)度的基礎(chǔ)上盡量壓縮環(huán)岸、環(huán)槽的高度及銷孔的直徑。（1）第一環(huán)位置火力岸高度的選取原則是：在滿足第一環(huán)槽熱載荷要求的前提下，盡量取得小些。一般汽油機(jī)，為活塞直徑，該發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞標(biāo)準(zhǔn)直徑，確定火力岸高度為：（2）環(huán)帶高度 一般氣環(huán)高，油環(huán)高。該發(fā)動(dòng)機(jī)采用三道活塞環(huán)，第一和第二環(huán)稱之為壓縮環(huán)（氣環(huán)），第三環(huán)

4、稱之為油環(huán)。取，。環(huán)岸的高度，應(yīng)保證它在氣壓力造成的負(fù)荷下不會(huì)破壞。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。因此，環(huán)岸高度一般第一環(huán)最大，其它較小。實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)的統(tǒng)計(jì)表明，汽油機(jī)接近下限。則 ， 。因此，環(huán)帶高度。（3）上裙尺寸對(duì)于汽油機(jī)，所以。則 。3、活塞頂和環(huán)帶斷面（1）活塞頂大多數(shù)汽油機(jī)正是采用平頂活塞，汽油機(jī)為，即。活塞頭部要安裝活塞環(huán)，側(cè)壁必須加厚，一般取，取為5.6mm，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，取0.07為5.6mm.為了減少積炭和受熱，活塞頂表面應(yīng)光潔，在個(gè)別情況下甚至拋光。復(fù)雜形狀的活塞頂要特別注意避

5、免尖角，所有尖角均應(yīng)仔細(xì)修圓，以免在高溫下熔化。（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(guò)多地集中在最高一環(huán)，其平均值為。一般該倒角為。（3）環(huán)岸和環(huán)槽活塞環(huán)側(cè)隙在不產(chǎn)生上述損傷的情況下愈小愈好，目前，第一環(huán)與環(huán)槽側(cè)隙一般為0.050.1mm，二、三環(huán)適當(dāng)小些，為0.030.07mm，油環(huán)則更小些，這有利于活塞環(huán)工作穩(wěn)定和降低機(jī)油消耗量，側(cè)隙確定油環(huán)槽中必須設(shè)有回油孔，并均勻地布置再主次推力面?zhèn)龋赜涂讓?duì)降低機(jī)油消耗量有重要意義，（4）環(huán)岸的強(qiáng)度校核專門的試驗(yàn)表明，當(dāng)活塞頂上作用著最高爆發(fā)壓力時(shí)，已知=4.5，則， 環(huán)岸是一個(gè)厚、內(nèi)外圓直徑為、的圓環(huán)形板，沿內(nèi)圓

6、柱面固定，要精確計(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。在通常的尺寸比例下，可假定槽底（岸根）直徑，環(huán)槽深為：于是作用在岸根的彎矩為 （3.1）而環(huán)岸根斷面的抗彎斷面系數(shù)近似等于所以環(huán)岸根部危險(xiǎn)斷面上的彎曲應(yīng)力 （3.2） 同理得剪切應(yīng)力為： （3.3）接合成應(yīng)力公式為： （3.4）考慮到鋁合金在高溫下的強(qiáng)度下降以及環(huán)岸根部的應(yīng)力集中，鋁合金的許用應(yīng)力，校核合格。1.1.2 活塞裙部的設(shè)計(jì)把活塞裙部的橫斷面設(shè)計(jì)成與裙部變形相適應(yīng)的形狀。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中心線方向上，短軸平行于銷軸方向的橢圓形。常用的橢圓形狀是按下列公式設(shè)計(jì)的： （3

7、.4）式中、分別為橢圓的長(zhǎng)短軸缸徑小于的裙部開(kāi)槽的活塞，橢圓度（）的大小，一般為。1、裙部的尺寸裙部單位面積壓力（裙部比壓）按下式計(jì)算： （3.5）式中：最大側(cè)作用力，由動(dòng)力計(jì)算求得，=2410.83活塞直徑，；裙部高度，。取。則 一般發(fā)動(dòng)機(jī)活塞裙部比壓值約為，所以設(shè)計(jì)合適。1.2 活塞銷的設(shè)計(jì)1.2.1 活塞銷的結(jié)構(gòu)、材料1、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。活塞銷與活塞銷座和連桿小頭襯套孔的連接配合，采用“全浮式”?；钊N的外直徑，取，活塞銷的內(nèi)直徑，取活塞銷長(zhǎng)度，取2、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)

8、部沖擊韌性好。表面加工精度及粗糙度要求極高，高溫下熱穩(wěn)定性好。1.3 活塞銷座1.3.1 活塞銷座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 活塞銷座的內(nèi)徑，活塞銷座外徑一般等于內(nèi)徑的倍，取，活塞銷的彎曲跨度越小，銷的彎曲變形就越小，銷銷座系統(tǒng)的工作越可靠，所以，一般設(shè)計(jì)成連桿小頭與活塞銷座開(kāi)擋之間的間隙為，但當(dāng)制造精度有保證時(shí)，兩邊共就足夠了，取間隙為。1.4 活塞環(huán)設(shè)計(jì)及計(jì)算1.4.1 活塞環(huán)形狀及主要尺寸設(shè)計(jì)該發(fā)動(dòng)機(jī)采用三道活塞環(huán)，第一和第二環(huán)為氣環(huán)，第三環(huán)為油環(huán)?；钊h(huán)的主要尺寸為環(huán)的高度、環(huán)的徑向厚度。氣環(huán)，油環(huán)，取，?；钊h(huán)的徑向厚度，一般推薦值為：當(dāng)缸徑為時(shí)，取。1.5 本章小結(jié) 在活塞的設(shè)計(jì)過(guò)程中，分別確定了活

9、塞、活塞銷、活塞銷座和活塞環(huán)的主要的結(jié)構(gòu)參數(shù)，分析了其工作條件，總結(jié)了設(shè)計(jì)要求，選擇合適的材料，并分別進(jìn)行了相關(guān)的強(qiáng)度和剛度校核，使其符合實(shí)際要求。第2章 連桿組的設(shè)計(jì)2.1 連桿的設(shè)計(jì)2.1.1 連桿的工作情況、設(shè)計(jì)要求和材料選用1、工作情況連桿小頭與活塞銷相連接，與活塞一起做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，連桿大頭與曲柄銷相連和曲軸一起做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。因此，連桿體除有上下運(yùn)動(dòng)外，還左右擺動(dòng)，做復(fù)雜的平面運(yùn)動(dòng)。2、設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)連桿的一個(gè)主要要求是在盡可能輕巧的結(jié)構(gòu)下保證足夠的剛度和強(qiáng)度。為此，必須選用高強(qiáng)度的材料；合理的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸。2.1.2 連桿長(zhǎng)度的確定 設(shè)計(jì)連桿時(shí)首先要確定連桿大小頭孔間的距離，即連桿長(zhǎng)度

10、它通常是用連桿比來(lái)說(shuō)明的，通常0.3125，取，則。2.1.3 連桿小頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1、連桿小頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)連桿小頭主要結(jié)構(gòu)尺寸如圖4.1所示，小頭襯套內(nèi)徑和小頭寬度已在活塞組設(shè)計(jì)中確定，。為了改善磨損，小頭孔中以一定過(guò)盈量壓入耐磨襯套，襯套大多用耐磨錫青銅鑄造，這種襯套的厚度一般為，取，則小頭孔直徑，小頭外徑，取。2.1.4 連桿桿身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1、連桿桿身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)連桿桿身從彎曲剛度和鍛造工藝性考慮，采用工字形斷面，桿身截面寬度約等于(為氣缸直徑)，取，截面高度，取。2.1.5 連桿大頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度、剛度計(jì)算1、連桿大頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與主要尺寸連桿大頭的結(jié)構(gòu)與尺寸基本上決定于曲柄銷直徑、長(zhǎng)度、連

11、桿軸瓦厚度和連桿螺栓直徑。其中在、在曲軸設(shè)計(jì)中確定，則大頭寬度，軸瓦厚度，取，大頭孔直徑。連桿大頭與連桿蓋的分開(kāi)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(guò)渡采用盡可能大的圓角。2.2 連桿螺栓的設(shè)計(jì)2.2.1 連桿螺栓的工作負(fù)荷與預(yù)緊力根據(jù)氣缸直徑初選連桿螺紋直徑，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，取。2.3 本章小結(jié)本章在設(shè)計(jì)連桿的過(guò)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?，然后分別確定了連桿小頭、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

12、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。第3章 曲軸的設(shè)計(jì)3.1 曲軸的結(jié)構(gòu)型式和材料的選擇3.1.1 曲軸的工作條件和設(shè)計(jì)要求曲軸是在不斷周期性變化的氣體壓力、往復(fù)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的慣性力以及它們的力矩作用下工作的，使曲軸既扭轉(zhuǎn)又彎曲，產(chǎn)生疲勞應(yīng)力狀態(tài)。3.1.2 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。為了提高曲軸的彎曲剛度和強(qiáng)度，采用全支撐半平衡結(jié)構(gòu)11，即四個(gè)曲拐，每個(gè)曲拐的兩端都有一個(gè)主軸頸，如圖3.1所示：圖3.1 曲軸的結(jié)構(gòu)型式3.2 曲軸的主要尺寸的確定和結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)3.2.1 曲柄銷

13、的直徑和長(zhǎng)度 對(duì)于汽油機(jī)，為氣缸直徑，已知=80.985，則，曲柄銷直徑取為=0.60=48。曲柄銷的長(zhǎng)度是在選定的基礎(chǔ)上考慮的。從增加曲軸的剛性和保證軸承的工作能力出發(fā)，應(yīng)使控制在一定范圍內(nèi)，同時(shí)注意曲拐各部分尺寸協(xié)調(diào)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)/=，取=0.6=28.8。3.2.2 主軸頸的直徑和長(zhǎng)度從曲軸各部分尺寸協(xié)調(diào)的觀點(diǎn)，建議取，取=1.2=57.6。由于主軸承的負(fù)荷比連桿軸承輕，主軸頸的長(zhǎng)度一般比曲柄銷的長(zhǎng)度短，這樣可滿足增強(qiáng)剛性及保證良好潤(rùn)滑的要求。據(jù)統(tǒng)計(jì)，取=0.3mm=24。3.2.3 曲柄為了能最大限度地減輕曲軸的重量，并減小曲柄相對(duì)于主軸頸中心的不平衡旋轉(zhuǎn)質(zhì)量，將曲柄上肩部多余的金屬削去。

14、根據(jù)統(tǒng)計(jì)，曲柄的寬度，取，厚度，取。曲柄臂以凸肩接主軸頸和曲柄銷。凸肩的厚度根據(jù)曲軸加工工藝決定。全加工曲軸的只有0.51，取=1。曲柄銷和主軸頸至曲柄臂凸肩的過(guò)渡圓角對(duì)應(yīng)力集中程度影響最大，加大圓角半徑可使圓角應(yīng)力峰值降低，故宜取大，至少不能小于0.05或2.5，取=3。3.3 本章小結(jié)本章首先分析了曲軸的工作條件和設(shè)計(jì)要求，在合理選擇材料的基礎(chǔ)上，對(duì)曲軸的各個(gè)部分進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行有關(guān)的尺寸校核，使其符合實(shí)際加工的要求，還對(duì)曲軸的一些細(xì)節(jié)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，如油孔的位置以及曲軸的軸向定位等問(wèn)題，給予了合理的解釋，最后對(duì)曲軸進(jìn)行了疲勞強(qiáng)度校核。 第4章 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的創(chuàng)建運(yùn)用ug軟件分別對(duì)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的各個(gè)零件進(jìn)行模型的建立，具體步驟如下：4.1 活塞的創(chuàng)建（1）創(chuàng)建草圖；（2）旋轉(zhuǎn)；（3）打孔；（4）制作倒角；（5