活塞設(shè)計(jì)說明書

1、汽油機(jī)活塞設(shè)計(jì)說明書 ： ：一、活塞設(shè)計(jì)要求 活塞是曲柄連桿機(jī)構(gòu)的重要零件，主要功用是承受燃燒氣體壓力和慣性力，并將燃燒氣體壓力通過活塞銷傳給連桿，推動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)對外作功。此外，活塞又是燃燒室的組成部分?；钊莾?nèi)燃機(jī)中工作條件最嚴(yán)酷的零件。作用于活塞上的氣體壓力和慣性力都是周期變化的，燃燒瞬時(shí)作用于活塞上的氣體壓力很高，如增壓內(nèi)燃機(jī)的最高燃燒壓力可達(dá)1416MPa。而且活塞還要承受在連桿傾斜位置時(shí)側(cè)壓力的周期性沖擊作用，在氣體壓力、往復(fù)慣性力和側(cè)壓力的共同作用下，可能引起活塞變形，活塞銷座開裂，活塞側(cè)部磨損等。由此可見，活塞應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，而且質(zhì)量要輕。本次課程設(shè)計(jì)的目的是設(shè)計(jì)四沖程汽油機(jī)

2、的活塞，根據(jù)某些現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù)，確定活塞直徑D=73mm。二、活塞材料活塞材料常用灰鑄鐵和鋁合金，然而由于鑄鐵材料密度大，產(chǎn)生的往復(fù)慣性力也很大，所以目前只用于大中型、低速柴油機(jī)上，故采用鋁合金活塞。為了使活塞擁有較好的熱導(dǎo)率、高溫強(qiáng)度、可鍛性以及較小的熱膨脹系數(shù)，所以才用鋁硅銅合金。三、活塞的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)活塞按部位不同可以分為頂部、頭部和裙部。1.活塞頂部設(shè)計(jì)活塞頂部形狀對于四沖程內(nèi)燃機(jī)取決于燃燒室形狀，一般有平頂、凸頂和凹頂，此處選用平頂活塞?；钊?shù)暮穸仁歉鶕?jù)強(qiáng)度、剛度及散熱條件來確定，在滿足強(qiáng)度的條件下值盡量取小。對于鋁合金材料的活塞值，汽油機(jī)為（0.060.10）D,柴油機(jī)為（0.10

3、.2）D。則：=（0.060.10）*73=（4.387.3）mm 取=5.00mm2.活塞頭部設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)要求活塞頭主要功用是承受氣壓力，并通過銷座把它傳給連桿，同時(shí)與活塞環(huán)一起配合氣缸密封工質(zhì)。因此，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，以免開裂和產(chǎn)生過大變形，因?yàn)榄h(huán)槽的變形過大勢必影響活塞環(huán)的正常工作； 2）保證溫度不過高，溫差小，防止產(chǎn)生過大的熱變形和熱應(yīng)力，為活塞環(huán)的正常工作創(chuàng)造良好條件，并避免頂部熱疲勞開裂； 3）尺寸盡可能緊湊，因?yàn)橐话銐嚎s高度H1縮短1單位，整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)高度就可以縮短25.1單位，并顯著減輕活塞重量。而H1則直

4、接受頭部尺寸的影響。2.2壓縮高度H1的確定壓縮高度為活塞銷中心到活塞頂?shù)母叨?，壓縮高度H1是由火力岸高度h1、環(huán)帶高度h2和上裙高度h3構(gòu)成的,即：H1= h1+ h2+ h3在保證氣環(huán)有較好的工作條件的前提下，應(yīng)該盡量縮短壓縮高度。2.2.1火力岸高度 為了盡可能地縮小壓縮高度H1，則火力岸高度h1也要盡量地取小，對于一般汽油機(jī)而言，火力岸高度：h1=（0.060.08）D，即此處火力岸高度h1=（0.060.08）*73=（4.385.84）mm，取h1=5.5mm。2.2.2環(huán)帶高度 該發(fā)動(dòng)機(jī)采用三道活塞環(huán)，其中2道氣環(huán)，1道油環(huán)。在小型高速內(nèi)燃機(jī)上，一般氣環(huán)高b=23mm，油環(huán)高b=

5、46mm,取b1=3mm，b2=3mm，b3=4mm。 環(huán)岸高度主要根據(jù)機(jī)械強(qiáng)度來確定，由于第一環(huán)岸承受的氣壓力較大且工作溫度較高，故其高度往往可稍大于其他環(huán)岸。第一環(huán)岸高度c1=24mm，取c1=4mm。又c2=（12）b1=36mm，且小于c1，則取c2=3mm 因此，環(huán)帶高度h2= b1+ b2+ b3+ c1+ c2 =3+3+4+4+3+=17mm。 2.2.3上裙高度壓縮高度最后由上裙高度來確定，對于一般汽油機(jī)而言，H1=（0.450.6）D=（0.4506）*73=32.8543.8mm所以可以先確定壓縮高度再確定上裙高度，取壓縮高度H1=40mm則h3= H1- h1- h2=

6、40-5.5-17=17.5mm2.3活塞頭部側(cè)壁活塞頭部需要安裝活塞環(huán)，所以側(cè)壁必須加厚以保證強(qiáng)度等要求，一般而言側(cè)壁厚為（0.050.1）D=（0.050.1）*73=3.657.3mm，取壁厚為6.5mm?；钊麄?cè)壁與頂部之間要采用較大的過渡圓角，一般去圓角半徑為（0.050.1）D=（0.050.1）*73=3.657.3mm，取圓角半徑為5mm。3.活塞裙部設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，正圓形的裙部與氣缸在活塞銷方向上經(jīng)常發(fā)生拉毛現(xiàn)象，主要是由于活塞側(cè)向力、活塞頂爆發(fā)力和慣性力聯(lián)合作用以及溫度升高引起的熱膨脹導(dǎo)致裙部橫截面變成“橢圓”形。為了防止裙部變形，可以進(jìn)行反橢圓設(shè)計(jì)，選擇膨脹系數(shù)小的材料（

7、比如本次課程設(shè)計(jì)所選擇的鋁硅銅合金材料）、采用絕熱槽隔離活塞頂傳下的熱量、銷座采用恒范鋼片等等。如若采用反橢圓設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)時(shí)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。常用的橢圓形狀是按下列公式設(shè)計(jì)的：=(1-cos2)缸徑小于100mm的裙部開槽的活塞，橢圓度（）的大小，一般為0.10.25mm，取=0.2mm。D=73，則d=D-=73-0.2=72.8mm，則裙部橢圓長短軸分別為73和72.8，由此可用繪出橢圓形狀。活塞裙部其余各尺寸可根據(jù)下列公式算出：裙長H2=（0.60.8）D=（0.60.8）*73=43.858.4mm，取H2=55mm銷孔高度

8、h4=（0.450.55）D=（0.450.55）*73=32.8540.88=35mm活塞銷直徑d=（0.250.3）D=（0.250.3）*73=18.2521.9=20mm銷座間距B=(0.350.4)D=(0.350.4)*73=25.5529.2=28mm三、活塞的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.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。表面加工精度及粗糙度要求極高，高溫下熱穩(wěn)定性好。2.活塞銷的結(jié)構(gòu)活塞銷的結(jié)構(gòu)為一圓柱體，為減小質(zhì)量以及有效地利用材料，一般活塞銷都制成空心。對于一般發(fā)動(dòng)機(jī)而言，活塞銷的固定方式采用浮式銷，為防止浮式銷在活塞銷座內(nèi)發(fā)生軸向竄動(dòng)，可采用擋圈結(jié)構(gòu)來固定。3.活塞銷的尺寸活塞