s195柴油機(jī)整機(jī)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、1緒論 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽2柴油機(jī)工作過(guò)程的熱力學(xué)分析計(jì)算 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽原始參數(shù) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽選取參數(shù) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽計(jì)算參數(shù) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽3柴油機(jī)動(dòng)力計(jì)算及平衡 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽已知數(shù)據(jù) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽動(dòng)力計(jì)算 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽平衡計(jì)算 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽4燃燒系統(tǒng) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽燃燒室的選型 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽渦流室結(jié)構(gòu) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽主燃燒室形狀 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽渦流室鑲塊 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽改善冷啟動(dòng)性能的措施 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽5活塞組的設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽概述 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽活塞的選型 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽活塞的基本設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽活塞的主要尺寸 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽活

2、塞頭部設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽活塞銷座的設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽活塞裙部及其側(cè)表面形狀設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽活塞與缸套配合間隙 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽活塞重量的參考值 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽活塞強(qiáng)度計(jì)算 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽活塞的冷卻 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽活塞的材料及工藝 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽活塞銷的設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽活塞銷的結(jié)構(gòu)及尺寸 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽軸向定位 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽活塞銷和銷座的配合 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽活塞銷的強(qiáng)度校核 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽活塞銷材料及強(qiáng)化工藝 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽6連桿組的設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽概述 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽連桿的結(jié)構(gòu)類型 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽連桿的基本設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽主要尺寸比例 錯(cuò)

3、誤!未定義書(shū)簽連桿長(zhǎng)度 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽連桿小頭設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽連桿小頭結(jié)構(gòu) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽小頭結(jié)構(gòu)尺寸 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽連桿襯套 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽連桿桿身 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽連桿大頭 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽連桿大頭結(jié)構(gòu) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽大頭尺寸 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽連桿強(qiáng)度的計(jì)算校核 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽連桿小頭的校核 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽連桿桿身的校核 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽7配氣凸輪的設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽凸輪外形設(shè)計(jì)得任務(wù)和要求 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽凸輪設(shè)計(jì)主要參數(shù)的選擇和限制條件 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽緩沖曲線設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽凸輪的選型及計(jì)算 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽8機(jī)體的設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽機(jī)體結(jié)構(gòu)形式的選

4、擇 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽機(jī)體材料的選擇 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽機(jī)體外形輪廓尺寸的決定 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽提高機(jī)體剛度與強(qiáng)度的措施 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽9油底殼設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽10氣缸套設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽設(shè)計(jì)要求 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽結(jié)論 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽致謝 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽參考文獻(xiàn) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽1緒論從1860年首臺(tái)內(nèi)燃機(jī)誕生以來(lái)，經(jīng)過(guò)了百余年的發(fā)展，其給人類帶來(lái)的生產(chǎn)力的提高和對(duì)生活得便利使得內(nèi)燃機(jī)工業(yè)業(yè)已成為人類文明中不可替代的部 分。但是，人類追求進(jìn)步的腳步遠(yuǎn)沒(méi)有停止，內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到其頂點(diǎn)， 在動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性方面還在不斷地改進(jìn)。作為動(dòng)力輸出源的內(nèi)燃

5、機(jī)，柴 油機(jī)，其在動(dòng)力性以及油耗性上比汽油機(jī)的優(yōu)越性以使其成為工程機(jī)械、農(nóng)用機(jī)械套動(dòng)力裝置中不二的選擇，因此對(duì)柴油機(jī)的研究和改進(jìn)已成為各大發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn) 商的重大戰(zhàn)略。S195型柴油機(jī)是小型臥式、單缸、四沖程、蒸發(fā)水冷式發(fā)動(dòng)機(jī)。具有結(jié)構(gòu) 輕巧、移動(dòng)方便、安裝簡(jiǎn)單、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、操作簡(jiǎn)易和工作可靠等特點(diǎn)，除基本型 外，還有電起動(dòng)、凝汽水冷卻等多個(gè)變型品種，適宜多種配套?？膳涮资址鐾侠?機(jī)、小四輪拖拉機(jī)、小型排灌、船用機(jī)組、發(fā)電機(jī)組、空壓機(jī)組以及農(nóng)副業(yè)加工 的動(dòng)力裝置，如脫粒機(jī)、碾米機(jī)、磨粉機(jī)、飼料粉碎機(jī)等，在我國(guó)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中 得到廣泛應(yīng)用。本課題在參考國(guó)內(nèi)現(xiàn)有同型號(hào)柴油機(jī)經(jīng)典結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行整機(jī)設(shè)計(jì)，力

6、爭(zhēng)使得柴油機(jī)的性能達(dá)到較好的水平，結(jié)構(gòu)力爭(zhēng)緊湊。2柴油機(jī)工作過(guò)程的熱力學(xué)分析計(jì)算原始參數(shù)原始參數(shù)及已知條件1) 柴油機(jī)型號(hào)：S195;2) 燃燒室型式：渦流式；3) 增壓方式：非增壓；4) 氣缸數(shù)：Z: 1 ；5) 沖程數(shù)：4;6) 氣缸直徑D: 95mm7) 活塞行程S: 115mm8) 排量：；9)標(biāo)定功率Ne：( 12PS；10)標(biāo)疋轉(zhuǎn)速：2000 rpm;11)怠速轉(zhuǎn)速：800 rpm ;12)額定功率時(shí)最低燃油消耗率：13)壓縮比：20；14)冷卻方式：水冷；15)凈質(zhì)量：145kg；16)潤(rùn)滑方式：壓力潤(rùn)滑+飛濺潤(rùn)滑；17)啟動(dòng)方式：電啟動(dòng)；18)燃料重量成分：；19)燃料低熱值

7、比：10140kcal/kg ；20)環(huán)境溫度T。: 293K;21)環(huán)境壓力p0: kgf / cm2 o選取參數(shù)1)最高爆發(fā)壓力2Pz: 75 kgf / cm2)過(guò)量空氣系數(shù)73)殘余廢氣系數(shù)r :4)進(jìn)氣受熱增加溫度 T : 20 C5)排氣溫度Tr :800K;6)排氣管壓力pr : kgf / cm2 ；7)進(jìn)氣系統(tǒng)壓力Ps: kgf /cm2 ；8)壓縮多變指數(shù)m :;9)膨脹多變指數(shù)n2 :；10)熱量利用系數(shù)711）示功圖豐滿系數(shù)12）機(jī)械效率m :；13）掃氣系數(shù)s:;14）壓縮始點(diǎn)壓力Pa : kgf /cm2 ;15）進(jìn)排氣重疊角:計(jì)算參數(shù)d2s0.09520.1153

8、0.000815 m44Vh0.00081530.000043m ；120 11）汽缸工作容積：Vh2）壓縮終點(diǎn)容積：Vc3）燃燒1公斤燃料理論所需空氣量:Lo1 CHO0.21 12432kgmol / kg ；4）進(jìn)氣充量公斤摩爾數(shù)：MjL00.593 kgmol / kg ；5）燃燒產(chǎn)物公斤摩爾數(shù)：M2H oL00.6256 kgmol / kg ；4326）理論分子變更系數(shù)：01.055 ；7）實(shí)際分子變更系數(shù):1.054 ；8）進(jìn)氣系統(tǒng)溫度：Ts T。293K ；9）壓縮始點(diǎn)溫度:TaTs衛(wèi)=326 K；10) 充量系數(shù)：v匹衛(wèi) J 0.784 ；1 Pz Ta 1 r11) 壓縮終

9、點(diǎn)氣缸壓力：pc pa n1 49.3 kgf / cm2 ；12）壓縮終點(diǎn)溫度：Tc Ta n11 973K ；壓力升高比： 匕1.50 ；Pc定容燃燒終點(diǎn)溫度：Ty Tc 1460K ;13)14)15)16)17)18)19)20)21)22)23)24)最高燃燒溫度：tz(Cp2 ) mM1(1 r)(Cpjm 1.986(1) tc 524(d)其中(Cp)m可由圖2-1查得:圖2-1不同值時(shí)，柴油完全燃燒產(chǎn)物平均摩爾比熱(Cp)m值與溫度t的關(guān)系Cp)m=；故tz=2230 K；Pi11 (一)"21 1(1 F)門1 1初期膨脹比：-dzTc1.592 ；燃燒終點(diǎn)氣缸容

10、積：VzVc 0.00007m3 ；膨脹終點(diǎn)氣缸壓力：PbPc(嚴(yán)3.49 kgf / cm2 ；膨脹終點(diǎn)溫度：TbTz(-嚴(yán) 11285K ；理論平均指示壓力：實(shí)際平均指示壓力:Pif Pi29.43 kgf /cm ；平均有效壓力:pcm Pi26.78 kgf / cm ；25)有效功率：N指示熱效率:有效熱效率:PeVh nZ0.912PS ；1.986 M1PiTs0.396 ；Hu v psmi 0.285 ；26)有效燃油消耗率：ge 632000 21ig/PS?h ；Hue27)進(jìn)氣流量：Gs4PsVh 10RT0.0124kg/s。桿軸瓦（兩片），連桿螺釘（兩只），保險(xiǎn)鉛絲

11、（一根）O3柴油機(jī)動(dòng)力計(jì)算及平衡已知數(shù)據(jù)1）氣缸直徑D: 95mm活塞行程S: 115mm曲柄半徑R：； 連桿長(zhǎng)度I : 210mm曲柄半徑與連桿長(zhǎng)度比R0.2738 - I，活塞面積Fp78.65cm2 ；4標(biāo)定功率Ne :(12PS ；標(biāo)定轉(zhuǎn)速：2000 rpm ；2 2 2244100rad2/s2 ；曲軸旋轉(zhuǎn)角速度n 210rad /s30曲軸銷中心的切向速度R 12.075m/s；曲柄銷中心的切向加速度R 22535.75m/s2 ；活塞平均速度Cm m7.67m/s ；2）往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量mj活塞組實(shí)測(cè)重量Gc。其中，活塞，活塞銷，擋圈（兩只），油環(huán)（一只），連桿組質(zhì)量的換算:連桿組實(shí)

12、測(cè)重量Gc=。其中，連桿體（包括連桿蓋、套管及連桿襯套），連將連桿體用稱重法得其重量分配比為。因此，Gca =,Gcb = + + + 三因止匕mj mp mca1 2 =(1.365 0.6) 0.2005(kg?s2/m)gm,0 200522mijj0.00283(kg ?s2 / m/cm2)Fp 70.883) 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量mr曲柄質(zhì)量的換算見(jiàn)圖3-1 :圖中曲柄臂的橢圓部分對(duì)稱于曲軸旋轉(zhuǎn)中心，故不必?fù)Q算。計(jì)算曲柄圖示部分的重量及其重心至曲軸旋轉(zhuǎn)中心線的距離為:圖3-1曲柄質(zhì)量換算用圖G|0.71kg ，|7.6cm ；Gii0.108kg，ii 7.5cm ；Gm0.563kg，川

13、 5.7cm ；其中，1部分表示平衡塊，即Gb0.71kg，7.6 cm。G | | G | |0.5635.7 0.108 7.52故Gb0.276kgR5.75mr1mdmcb(0.2761.535)0.1847kg ?s2/ mg動(dòng)力計(jì)算1)運(yùn)動(dòng)分析及動(dòng)力計(jì)算(1)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算活塞運(yùn)動(dòng)規(guī)律計(jì)算公式：活塞位移：x r1 cos 丄(1 . 12 sin2 )活塞速度：v X r （sin -sin2）活塞加速度：a x (coscos2 )r連桿擺角：arcsin( sin )以上個(gè)參數(shù)具體位置見(jiàn)圖3-2曲柄連桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖所示。計(jì)算活塞在一個(gè)循環(huán)內(nèi)各位置的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，結(jié)果如表3-1所示畫(huà)出活

14、塞運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線圖，如圖3-3所示。圖3-2曲柄連桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖表3-1 S195柴油機(jī)活塞運(yùn)動(dòng)規(guī)律計(jì)算表曲軸轉(zhuǎn)角（）連桿擺角 （）x(mm)v(m/ s)a(m/ s2)0102030405060708090100110120130140150160170180190200210220230240250260270280290300310320330340350360圖3-3 S195柴油機(jī)活塞運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線(2)動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算i.計(jì)算在一個(gè)循環(huán)中活塞連桿曲軸所受的運(yùn)動(dòng)分力。結(jié)果如表3-2所示。繪制PN f(x)的變化曲線，如圖3-4所示；繪制Pgf ( ), Pj f ( ), p f ()的變化

15、曲線，如圖3-5所示；繪制P1 f()，praf()的變化曲線，如圖3-6所示。繪制曲軸輸出扭矩曲線，如圖3-7所示?？梢?jiàn)，單缸柴油機(jī)曲軸的輸出扭矩曲線與其曲柄切向力曲線形狀完全一樣， 只是縱坐標(biāo)值相差RFp倍。表3-2動(dòng)力計(jì)算結(jié)果項(xiàng)PgPjPPNPCrPPraMt目()kgf/ cmikgf/cmfkgf/ cmikgf/cmfkgf/cmikgf/cm2kgf/cmfkgf ?cm00010-81520-147330-185640-190350-162960-111070-46280190907401001123110131812013401301230140103215078816052

16、61702621800190-262200-529210-797220-1054230-1276240-1425250-1463260-1357270-1104280-739290-347300-64310-53320-481330-1429340-2636350-2763360-3E-150370898238010544單39085544006336410476342038464303394440320045030944602962470275048024474902073500165851012305208085304005400550-383560-707570-951580-12075

17、90-1396600-1507610-1420620-1236630-861640-31565033766099067015206801809690178170014217107887200Mtm圖 3-4 Pn圖 3-5pgf( )，Pjf(X)的變化曲線f( ), P f()的變化曲線圖3-6 P f()，Pra f()的變化曲線圖3-7曲軸輸出扭矩曲線M t maxM tm380 時(shí)，Mtmax10544kgf .cm。0.72，則Ni弘 216.67 PS。m 0.72Ni71620n7162016672000597kgf ?cm1054417.675973)飛輪矩Gf Dm2的計(jì)算根

18、據(jù)S195型柴油機(jī)的多種用途,1選取 。杳表501.3。Ne12 PS,n=2000rpmbI16.53104仝 6.53n104亠乩6.3671 3 (2000)31032kg ?s ?mGfDm24gl,4 9.816.36710 32498.4kg ?cm250平衡計(jì)算1) 離心慣性力的平衡平衡塊產(chǎn)生的離心慣性力20.71Prb 2mb 20.076 44100485.2kgfb9.81y柴油機(jī)不平衡的離心慣性力2PrmrR0.1827 2535.76468.4kgf因?yàn)镻rbPr ,故可在校正平衡時(shí)，從平衡塊的邊緣處(0 9.5cm )鉆去適當(dāng)?shù)闹亓縂o OG。(Prb Pr)g20(

19、485.2468.4) 9819.5 4410039g2) 一級(jí)往復(fù)慣性力的平衡2Pjimj R cosPjI A1 B1A AejB1 B1e j1 2A B1m, R2因此，必須采用以角速度正、反轉(zhuǎn)的雙軸平衡裝置，才能把一級(jí)往復(fù)慣性力完全平衡。S195型柴油機(jī)采用的雙軸平衡裝置。其中，每根平衡軸重量為G、旋轉(zhuǎn)半徑為1G - 1.965 5.755.6494kg?cm3) 二級(jí)往復(fù)慣性力的平衡2Pjii mjR cos2Pjii A2 B2B2B2ej21 2A? B2m j R2因此，必須采用以角速度2正、反轉(zhuǎn)的雙軸平衡裝置，才能把二級(jí)往復(fù)慣性力完全平衡。如果在平衡一級(jí)往復(fù)慣性力的雙軸平衡

20、裝置基礎(chǔ)上再增添一對(duì)以2角速度旋轉(zhuǎn)的平衡軸，勢(shì)必會(huì)使機(jī)構(gòu)復(fù)雜化。鑒于農(nóng)用，且二級(jí)往復(fù)慣性力又較小，故在S195型柴油機(jī)上對(duì)二級(jí)往復(fù)慣性力不采取平衡措施。4燃燒系統(tǒng)燃燒室的選型本次設(shè)計(jì)選用渦流室形式。該形式的特點(diǎn)為采用切向連接通道， 產(chǎn)生強(qiáng)力的有規(guī)則的壓縮渦流，促使噴 入渦流室中燃料的分布和混合。在膨脹行程中，渦流室中的混合物噴入主燃燒室 產(chǎn)生二次渦流，與主燃燒室中的空氣進(jìn)一步混合燃燒。渦流室與主燃燒室的最大壓差約為1 2kgf/cm2，最高流速達(dá)100 180m/s。與直噴式相比，渦流室具有 下列特點(diǎn)：1）對(duì)轉(zhuǎn)速不敏感，高速性能好，在 4000rpm的柴油機(jī)上仍有較好的性 能指標(biāo)。2） 采用軸

21、針式噴油器，針閥開(kāi)啟壓力為120 140kgf /cm2，對(duì)燃油系 統(tǒng)的要求較低，噴油器故障較少。3）運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，排氣污染較少。4）易于調(diào)試，使用性能穩(wěn)定，對(duì)農(nóng)村使用條件較容易適應(yīng)。5）渦流室的散熱損失及流動(dòng)損失較大，燃油消耗率較高，冷啟動(dòng)困難，處選用較高的壓縮比外，一般還需啟動(dòng)輔助裝置。6）組成燃燒室零件的熱負(fù)荷較高，渦流室鑲塊容易產(chǎn)生開(kāi)裂、燒損等故障。7）渦流室推薦用于 D<100mm,n=2004500rpm的小型高速柴油機(jī)。渦流室結(jié)構(gòu)渦流室上部為半球形，下部通過(guò)鑲塊的變化獲得各種變形。將渦流室做成平 底，對(duì)壓縮渦流有減弱作用，有利于改善高速性能。結(jié)構(gòu)如圖4-1。圖4-1渦流室結(jié)構(gòu)主

22、燃燒室形狀為了充分利用主燃燒室中的空氣，活塞頂制成如圖4-2所示的鏟擊式圖4-2活塞頂主燃燒室形狀渦流室鑲塊1）采用鑲塊結(jié)構(gòu)，可以使渦流室承受更高的熱負(fù)荷，便于渦流室內(nèi)表面和 通道的加工，以及使渦流室容積易于準(zhǔn)確控制。本設(shè)計(jì)采用圓盤形鑲塊，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單，應(yīng)用較多。2）鑲塊材料選用導(dǎo)熱系數(shù)高，熱 疲勞強(qiáng)度高，彈性模數(shù)小，熱膨脹系數(shù)小 的材料，一般用耐熱鋼或耐熱合金鑄鐵制造。鑲塊結(jié)構(gòu)如圖5-3所示圖4-3鑲塊結(jié)構(gòu)改善冷啟動(dòng)性能的措施1）適當(dāng)加大通道截面積，減少節(jié)流損失。2）開(kāi)啟動(dòng)小孔。5活塞組的設(shè)計(jì)概述活塞組包括活塞、活塞銷和活塞環(huán)等在氣缸里作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的零件，它們是活 塞式發(fā)動(dòng)機(jī)中工作條件最嚴(yán)酷的組

23、件。 活塞組件與氣缸一起保證發(fā)動(dòng)機(jī)工質(zhì)的可 靠密封，否則活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)就不能正常的運(yùn)轉(zhuǎn)?；钊M的作用歸結(jié)為：1）傳力、導(dǎo)向。承受燃燒室內(nèi)氣體的壓力，將壓力傳遞給連桿，并保證活塞在氣缸內(nèi)順暢運(yùn)動(dòng)。2）密封。通過(guò)活塞環(huán)和活塞密封氣體，保證缸內(nèi)工質(zhì)不泄露或者很少泄露。3）傳熱。在密封的基礎(chǔ)上，通過(guò)活塞環(huán)和活塞裙部向缸壁傳遞熱量;4）配氣。完成進(jìn)氣、壓縮和排氣功能，在二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)中還起到配氣潤(rùn)滑作用?；钊倪x型首先從經(jīng)濟(jì)性上考慮，由于整體鋁活塞成本最低且鋁活塞散熱好，故考慮優(yōu) 先采用。其次根據(jù)平均有效壓力：pe= kgf/cm2可知，大大低于鋁活塞的平均有效壓力上限：14 （鑄鋁）17 （鍛鋁）kgf

24、/ cm2。根據(jù)活塞比功率選擇活塞冷卻12Ne方式，由比功率計(jì)算公式Npe0.154 PS / cm2-D2JS/D 9.52 J11.5/9.544其值小于無(wú)油冷方式的上限值PS/cm2，故無(wú)需對(duì)活塞進(jìn)行油冷卻?；钊幕驹O(shè)計(jì)活塞的主要尺寸根據(jù)同類型發(fā)動(dòng)機(jī)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行選取，結(jié)果如表5-1所示。各參數(shù)意義參見(jiàn)圖5-1 。表5-1活塞主要尺寸比例H/DHi/DH/Dh/Dh1/D/Dd/DB/Dg/D圖5-1活塞尺寸參數(shù)活塞頭部設(shè)計(jì)1）活塞頂形狀活塞頂?shù)男螤罡鶕?jù)燃燒系統(tǒng)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。采用鏟擊式燃燒室2）活塞頭部截面形狀活塞頭部截面形狀影響熱流及溫度分布，鋁活塞頭部常設(shè)計(jì)成“熱流型”， 采用大

25、圓弧過(guò)渡，增加從頂部到裙部的傳熱截面?；钊N座的設(shè)計(jì)1）銷座結(jié)構(gòu)的選用采用寬體整體支承筋的剛性銷座，該結(jié)構(gòu)傳力情況好，活塞變形小，鍛造 和鑄造工藝性好，可以避免因凹陷引起的應(yīng)力集中。2）為提高活塞銷座抗裂能力，需將銷孔內(nèi)緣加工成倒角，以減小銷孔內(nèi)緣 的應(yīng)力集中。3） 銷座軸承的潤(rùn)滑圖5-2銷座結(jié)構(gòu) 由于采用浮式活塞銷，其在銷孔中相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，故需要對(duì)銷孔進(jìn)行潤(rùn)滑。其結(jié)構(gòu)如圖5-2所示?；钊共考捌鋫?cè)表面形狀設(shè)計(jì)1）下裙結(jié)構(gòu)采用圓筒形的裙部其與曲軸平衡塊其最小間隙在34mm見(jiàn)圖5-3。2）裙部橢圓活塞在氣體壓力和側(cè)壓力作用下的變形，以及活塞溫度場(chǎng)的不均勻產(chǎn)生的熱變形，均使活塞裙部沿活塞銷軸線方向變長(zhǎng)

26、，為適應(yīng)這種變形，須將裙部加工成 橢圓。圖5-3下裙結(jié)構(gòu)其橢圓形狀采用正矢曲線橢圓（如圖5-4）:e D（1 cos2 ）4此法可使活塞與氣缸有較大的貼合面積，降低比壓，減少磨損。圖中 D1 D2為活塞橢圓度。現(xiàn)有鋁活塞為= mm 取 =1 mm活塞與缸套配合間隙由于活塞側(cè)表面形狀及橢圓的要求，活塞間隙沿高度及圓周方向有不同的數(shù)值，其中重要的是活塞頂部間隙°和垂直銷孔方向的裙部間隙。由統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，對(duì)于共晶鋁硅合金，推薦值為° 0.006，0.0014DD活塞重量的參考值中小功率高速柴油機(jī)的活塞比重量-G30.9 1.4g/cm3D3活塞強(qiáng)度計(jì)算表5-2活塞強(qiáng)度計(jì)算用表項(xiàng)目

27、計(jì)算公式許用值2kgf / cm 活塞頂機(jī)械應(yīng)uD10.68pz(J)20.68 75(")2328鋁合金228力U有筋頂 500第一環(huán)岸鋁合金彎曲應(yīng)力wwD 24.5Pz()2h110 33004009523= 4.5 75 ()10 =2453.52剪切應(yīng)力D3.14pz匸)10 2= 3.14 75 F95-)10 2 =3.52總應(yīng)力J w23 2 =V2452363.62=269裙部比壓Nmax 531G2高速柴油機(jī)58qqi7 c=7.9DH 29.57.1銷座比壓PzPj15316Jq2q2=2114006002dl23.5 3.6注：NmaxD240 Pz952755

28、31.62 kgf40PzD2pz 9.52 75 5316.2 kgf44經(jīng)計(jì)算表明，活塞強(qiáng)度滿足要求?；钊睦鋮s活塞比功率Np 0.154 PS/cm2其值小于無(wú)油冷方式的上限值PS/cm2，故無(wú)需對(duì)活塞進(jìn)行油冷卻。活塞的材料及工藝采用共晶鋁硅合金66-1鑄造，材料的綜合性能較好?；钊N的設(shè)計(jì)活塞銷的結(jié)構(gòu)及尺寸1）結(jié)構(gòu)的選用采用如圖5-5典型結(jié)構(gòu)2）尺寸夕卜徑：d = =35 mm ；內(nèi)徑：do=2O mm長(zhǎng)度：I = 80 mm ;圖5-5活塞銷結(jié)構(gòu)軸向定位由于采用浮式活塞銷，工作時(shí)在銷座內(nèi)有相對(duì)滑動(dòng)，為防止活塞銷軸向串動(dòng)， 擦傷氣缸，用彈性擋圈定位的方式。此法簡(jiǎn)單，廣為應(yīng)用。矩形彈性擋

29、圈按GB1986選用?；钊N和銷座的配合查表可知當(dāng)活塞銷外徑：d = =35 mm；選擇活塞銷和銷座的配合間隙為 5 m活塞銷的強(qiáng)度校核表5-3活塞銷強(qiáng)度計(jì)算用表項(xiàng)目計(jì)算公式許用值彎曲2 2f1 PzD a (2a b)f0.015 D變形60 E(d4 d04)10009一5f1 75 9.52 5.82(25.8 3.3)0.015 100060 2.2 106(3.5424)41.43 10 cm1.07 10 4cm橢圓dPzD2(dd°)0.02510005(D100)變形d"320 El(d d。)375 9.52(3.5 2)31000cccl 1000.5

30、(9.5 100)0.0251000320 2.2 106 85.93 10 5 cm(3.52)313710 5 cm縱向彎曲(2a b)PzD2144d4 d。d3500 5000kgf /cm2應(yīng)力(2 5.8 3.3) 75 9.523.5(3.5424)11467kgf/cm2橫向3 PzD2(dd°)23500 5000kgf /cm2彎曲16 l(d do)2應(yīng)力375 9.52 (3.5 2)168 (3.52)221219kgf/cm2總應(yīng)! 2 2y! 1223500 5000kgf /cm力J14672 121921907kgf /cm2經(jīng)校核，活塞銷強(qiáng)度滿足。

31、活塞銷材料及強(qiáng)化工藝1）材料：20Cr2）強(qiáng)化工藝：冷擠壓成型，雙面滲碳，提高表面光潔度。6連桿組的設(shè)計(jì)概述連桿組在工作時(shí)主要承受下列載荷；1）由連桿力引起的拉壓疲勞載荷；2）在連桿擺動(dòng)平面內(nèi)，由連桿力矩引起的橫向彎曲載荷；3）由于壓入連桿襯套，擰緊連桿螺栓，壓緊軸瓦等產(chǎn)生的裝配靜載荷。 連桿的結(jié)構(gòu)類型1）采用斜切口連桿；2）定位方式：銷套定位；3）連桿材料：45鋼；4）成型方法：精鍛；5）強(qiáng)化工藝：調(diào)質(zhì)，表面噴丸。連桿的基本設(shè)計(jì)主要尺寸比例參考現(xiàn)有柴油機(jī)的尺寸比例，選定參數(shù)如表 6-1所示。各參數(shù)意義參見(jiàn)圖6-1所示。表6-1連桿主要尺寸比例=R/Id/D/dd2/d 1D/Db1/dbMD

32、111/D1ddDH/DB/Ht/H圖6-1連桿尺寸參數(shù)連桿長(zhǎng)度由上表參數(shù) =R/I= 及S=2R可知，1=210 mm。連桿小頭設(shè)計(jì)連桿小頭結(jié)構(gòu)選用圓環(huán)型小頭，如圖6-2所示。該形式構(gòu)型簡(jiǎn)單，制造方便，材料能充分 利用，在小型高速柴油機(jī)上廣泛應(yīng)用。圖6-2連桿小頭結(jié)構(gòu)小頭結(jié)構(gòu)尺寸由bi/d =，得小頭寬度 bi=34 mm，由此可知銷座與連桿小頭的間隙為1 B bi =2 mm。此處需校核小頭軸承的比壓，由公式q P 5316.2447 kgf /cm2，而高速柴油機(jī)的青銅襯套的許用比壓為db13.5 3.4630 kgf /cm2 ，故強(qiáng)度滿足。連桿襯套1）襯套結(jié)構(gòu)如圖6-3所示圖6-3小

33、頭襯套結(jié)構(gòu)2）襯套與小頭孔和活塞銷的配合參見(jiàn)表6-2 （單位：mm表6-2襯套與小頭孔和活塞銷的配合活塞銷連桿襯套連桿襯套連桿小頭活塞銷與襯套與小頭孔外徑d內(nèi)徑外徑孔徑襯套間隙過(guò)盈量35 0.0110.06435 0.02539 0.06839 0.04339。0.0253）襯套的潤(rùn)滑方式在小頭上方開(kāi)集油孔，利用曲軸箱中飛濺的油霧進(jìn)行潤(rùn)滑， 該方式在小型高速柴油機(jī)上應(yīng)用較廣泛4）襯套材料采用錫青銅，ZQSn5-5-5，該材料在中小功率柴油機(jī)上應(yīng)用較廣。連桿桿身1）桿身結(jié)構(gòu)高速柴油機(jī)上廣泛采用工字型截面。形式如圖6-4所示。圖6-4連桿桿身截面連桿大頭連桿大頭結(jié)構(gòu)采用斜切口大頭（如圖6-5所示）

34、：該形式在滿足活塞連桿組能從氣缸裝拆 條件下，可以增大曲柄銷直徑，有利于提高曲軸剛度及連桿軸承的工作能力，切 口角取45。圖6-5連桿大頭結(jié)構(gòu)大頭尺寸1）連桿大頭尺寸主要取決于曲柄銷直徑 D2、長(zhǎng)度L2及連桿軸瓦厚度 和連 桿螺栓直徑dM。D2、L2、 等尺寸，由曲軸和軸承設(shè)計(jì)決定，dM則根據(jù)強(qiáng)度 要求設(shè)計(jì)。2）為使活塞連桿組能從氣缸中裝拆，要求大頭的最大橫向尺寸小于氣缸直 徑。3）連桿螺栓孔中心線應(yīng)盡量靠近軸瓦，連桿螺栓孔中心距一般為1 （1.21.3）D!。螺孔外側(cè)邊厚不小于24mm4）連桿大頭高度 出、H2，對(duì)于斜切口連桿：H,（0.19 0.24）D,;H2（0.41 0.58）D,連

35、桿強(qiáng)度的計(jì)算校核連桿小頭的校核1由襯套過(guò)盈配合及受熱膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力由襯套過(guò)盈配合及受熱膨脹產(chǎn)生的徑向均布?jí)毫? 2d2 didi2tdi2d2di2d2E其中 一襯套壓配過(guò)盈量。=；取最大值。t 襯套小頭熱膨脹不均產(chǎn)生的過(guò)盈量。E 連桿的彈性模量。E 2.2 106kgf/cm2E 襯套的彈性模量。E 1.15 106 kgf/cm2t () tdi (10 51.8 10 5) 100 3.93.12 10 'em代入上式40523.92523.9236.8100.33.923.522 23.923.520.3kgf /cm262.2 101.15 10由p引起的小頭應(yīng)力內(nèi)表面22d

36、2d122 Pd2d1523.92523.9293.8 385.2 kgf /cm2外表面22d1d2d12 3.922 253.993.8291.4 kgf /cm22、由慣性力拉伸時(shí)引起的小頭應(yīng)力各截面的彎矩與法向力按下列公式求得彎矩M。Pj max r(0.00033 c0.0297)法向力N。Pjmax(0.5720.0008 c)其中：H3011.25固定角c290 ar cos 90 ar cos2133r?2511.251)在0的截面上小頭平均半徑r巴空3.9 52.225cm44Pjm ax 活塞組最大慣性力P.Gj max2R(1)1.365(2600 2)20.0575 1

37、.274447.6kg9.8g60計(jì)算得：M0447.62.225 (0.00033133 0.0297)14.2kgf / cmN0447.6(0.5720.0008133)208.4kgf2）當(dāng) 090時(shí)M1 M 0N0r(1 cos ) 0.5Pjmaxr(1 cos )14.2 208.4 2.225(1 cos ) 0.5 447.62.225 (1 cos )34.3 cos20.07Ni NoCOS0.5Pjmax(1 cos )208.4 cos 0.5 447.6 (1 cos )223.8 15.4cos3) 當(dāng) 90M 2 M0 Nor(1 cos ) 0.5Pjmaxr

38、(sincos )14.2 208.4 2.225 (1 cos ) 0.5 447.6 2.225 (sin cos )477.9 34.3cos 498sinN2N0 cos 0.5Pj max (sin cos )208.4 cos 0.5 447.6 (sin cos )223.8si n 15.4cos4) 當(dāng)M ( J 90.3kgf.cmN( c)174.2kgf4) 在任意截面上的應(yīng)力為:外表面aj2M6r hh(2r hjKN內(nèi)表面ij2M6r hh(2r h)KN1b1h其中：小頭壁厚 h d2 d15 3.90.55cm2 2K EF 0.84EF E F小頭截面積 F(

39、d2 d1)b1 1.1 3.4 3.74cm2襯套截面積F2(d1 d)b1(3.9 3.5) 3.4 1.36cm23530 kgf / cm2s 3530kgf/cmPcPzPj max =+= kgfaj max 5.4M ( c)0.45N( c)5.4 90.3 0.45 174.2 566kgf/cm2 s當(dāng) 90時(shí)，內(nèi)表面j達(dá)到最大耳 max 6.38M (90 )0.45N(90 )(6.38) ( 20.7) 0.45 223.8 233kgf /cm2故受拉伸載荷時(shí)滿足要求3、由最大壓縮力引起的小頭應(yīng)力 1）最大壓縮力12）求各截面的彎矩和法向力90時(shí)MiM 0 N0r(

40、1 cos )NiN 0 cos其中M0，N0由圖6-6輔助計(jì)算得NoPcM。Pcr0.0025，則M。0.0025) 4868.62.225 27.08kgfcm故Mi54.14 81.2coskgfcm0.0075，則 N00.0075 4868.636.5kgf圖6-6輔助計(jì)算用圖Ni44.244coskgf當(dāng)90M 2 M 0 N°r(1 cos )Pcr(也sin2cos丄 cos ）N 0 cosN2Pc(Sin-sin3) 壓縮時(shí)的最大應(yīng)力當(dāng) c時(shí)，外表面aj達(dá)到最大aj max5.4M2（ c）0.45N2（ c）5.4 （ 223） 0.45 1241148kgf

41、/ cm2s3530kgf /cm2當(dāng) c時(shí)，內(nèi)表面ij達(dá)到最大ij max 6.38M ( c )0.45N( c )(6.38) ( 223)0.45 1241479kgf /cm2 s3530kgf /cm2故受壓縮載荷時(shí)強(qiáng)度滿足。4、小頭的安全系數(shù)1)僅考慮工藝因素對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響1z其中1Z 材料在對(duì)稱循環(huán)下的拉壓疲勞極限;a 應(yīng)力幅；考慮表面加工情況的工藝因素；平均應(yīng)力;角系數(shù),1 材料在對(duì)稱循環(huán)下的彎曲疲勞極限;0 材料在脈動(dòng)循環(huán)下的彎曲疲勞極限，0= () 12)小頭應(yīng)力按不對(duì)稱循環(huán)變化，在固定角c截面處外表面應(yīng)力變化較大,通常只計(jì)算該處安全系數(shù)循環(huán)最大應(yīng)力maxaaj22循環(huán)

42、最小應(yīng)力minaac應(yīng)力幅maxaminajac2平均應(yīng)力max minm 2ajac 2 a23）在固定角平均應(yīng)力20.4kgf / cm則小頭的安全系數(shù)n1z24008570.80.33 0.42.2查表值45鋼的B =6000 kgf /cmajac 2 a566 ( 1148) 2 291.4，則i (0.45 0.55) B 0.5 60003000kgf /cm2 221z (0.7 0.9)10.8 30002400kgf /cm0(1.4 1.6)11.5 30004500kgf / cm22 102 3000450010.334500截面的外表面處應(yīng)力幅ajac566 ( 1148)2857 kgf / cm小頭的安全系數(shù)不應(yīng)小于，故滿足要求5、小頭橫向直徑的減小量由公式計(jì)算13Pjmaxdm ( c90 )2106EJ其中 dm 2r 2 2.2254.45cm0.55cmd2 d15 3.9b1h31233.4 0.551