活塞結構設計與加工工藝說明書

課程設計任務書一、設計題目：活塞結構設計與加工工藝二、設計參數：五十鈴6120、排量2.0L、為120135、轉速1300rmin頂岸高度F、活塞銷直徑BO、裙長SL、銷座間距A、總長GL、最大爆發(fā)壓力、活塞銷校核三、設計要求：1用計算機繪制活塞總裝配圖一張〔A1圖〕、零件圖〔加工工件〕一張〔A2圖〕2設計說明書一份〔包括零件圖分析、定位方案確定、定位誤差計算等內容；最好能寫出整個工藝過程〕四、進度安排：第一周：查找課程設計所需要的書籍，資料。第二周：對活塞進行尺寸設計計算。第三周：強度校核第四周：繪圖并書寫說明書。第五周：應用制圖軟件繪制零件圖及裝配圖并完善課程設計說明書。五、總評成績及評語：指導教師簽名日期年月目錄TOC\o"1-3"\u前言11活塞的概述21.1活塞的功用及工作條件21.2活塞的材料21.3活塞結構2活塞頂部2活塞頭部3活塞裙部32活塞的結構參數43活塞最大爆發(fā)壓力的計算53.1熱力過程計算53.2柴油機的指示參數83.3柴油機有效效率104活塞銷的受力分析115活塞的加工工藝13參考文獻：14本文由閏土效勞機械外文文獻翻譯成品淘寶店整理前言內燃機的不斷開展，是建立在主要零部件性能和壽命不斷改良和提高的根底上的，尤其是隨著發(fā)動機強化程度的提高、功率的增大和轉速的增加，零部件尤其是直噴式柴油機活塞的工作環(huán)境變得更加惡劣了。活塞的結構直接影響活塞的溫度分布和熱應力分布，因此就有必要對活塞的結構和性能作出預測和評價?；钊莾热紮C上最關鍵的運動件，它在高溫高壓下承受反復交變載荷，被稱為內燃機的心臟，特別是坦克、艦艇和軍用車船用內燃機活塞那么要求更高，它已成為制約內燃機開展的一個突出問題。本次課程設計的題目是發(fā)動機鋁活塞的結構及工藝設計，選擇利用適宜的機床加工發(fā)動機活塞，通過這次課程設計，要求熟練掌握并能在實際問題中進行創(chuàng)新和優(yōu)化其加工工藝過程。1活塞的概述1.1活塞的功用及工作條件活塞是曲柄連桿機構的重要零件煤氣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，推動曲軸旋轉對外作功。此外，活塞又是燃燒室的組成局部?；钊莾热紮C中工作條件最嚴酷的零件。作用于活塞上的氣體壓力和慣性力都是周期變化的，燃燒瞬時作用于活塞上的氣體壓力很高，如增壓內燃機的最高燃燒壓力可達14—16MPa。而且活塞還要承受在連桿傾斜位置時側壓力的周期性沖擊作用，在氣體壓力、往復慣性力和側壓力的共同作用下，可能引起活塞變形，活塞銷座開裂，活塞側部磨損等。由此可見，活塞應有足夠的強度和剛度，而且質量要輕?；钊敳恐苯优c高溫燃氣接觸，活塞頂部的溫度很高，各部的溫差很大，柴油機活塞頂部常布置有凹坑狀燃燒室，使頂部實際受熱面積加大，熱負荷更加嚴重。高溫必然會引起活塞材料的強度下降，活塞的熱膨脹量增加，破壞活塞與氣缸壁的正常間隙。另外，由于冷熱不均勻所產生的熱應力容易使活塞頂部出現(xiàn)疲勞熱裂現(xiàn)象。所以要求活塞應有足夠的耐熱性和良好的導熱性，小的線膨脹系數。同時在結構上采取適當的措施，防止過大的熱變形?；钊\動速度和工作溫度高，潤滑條件差，因此摩擦損失大，磨損嚴重。要求應具良好的減摩性或采取特殊的外表處理。1.2活塞的材料現(xiàn)代內燃機廣泛使用鋁合金活塞。鋁合金導熱性好〔比鑄鐵大3-4倍〕，密度小〔約為鑄鐵的1/3〕。因此鋁活塞慣性力小，工作溫度低，溫度分布均勻，對改善工作條件減少熱應力延緩機油變質有利。目前鋁活塞廣泛采用含硅12%左右的共晶鋁硅合金制造，外加銅和鎳，以提高熱穩(wěn)定性和高溫機械性能。鋁活塞毛胚可采用金屬模鑄造，鍛造和液壓模鍛等方法生產。為了提高鋁活塞的強度和硬度，并穩(wěn)定形狀尺寸，必須對活塞進行淬火和時效熱處理。1.3活塞結構活塞按部位不同，分為頂部，頭部和裙部三局部。1.3.1活塞頂部活塞頂部是燃燒室的組成局部，其形狀與燃燒室形狀和壓縮比有關，一般有平頂，凸頂和凹頂三種。1.3.2活塞頭部活塞頭部是指由活塞頂部到油環(huán)下端面之間的局部。在活塞頭部加工有用來安裝氣環(huán)和油環(huán)的氣環(huán)槽和油環(huán)槽。在油環(huán)槽的低部還加工有回油孔或橫向切槽?；钊^部有足夠的厚度，從活塞頂部到環(huán)槽區(qū)的斷面要盡可能的圓滑，過度圓角半徑應足夠大，以減少熱流阻力，便于熱量從活塞頂部經活塞環(huán)傳給氣缸壁，使活塞環(huán)的溫度不至于過高。1.3.3活塞裙部活塞頭以下的局部為活塞裙部，活塞銷座位于裙部。裙部起導向作用，并承受側壓力。因此，活塞裙部的形狀保證活塞在氣缸得到良好的導向，氣缸與活塞之間在任何工況下都能保證均勻，適宜的間隙，并有一定的承壓面積。2活塞的結構參數發(fā)動機選取為6120型柴油機，參數設計參照《新型鋁活塞》活塞缸徑D=120mm〔一〕壓縮高度KH=80mm〔二〕頂岸〔第一環(huán)槽至活塞頂端距離〕F=17mm〔三〕采用三道環(huán)〔其中兩道氣環(huán)，一道油環(huán)〕氣環(huán)高度取5mm，油環(huán)高度取7mm第一道環(huán)岸高度為6mm第二道環(huán)岸高度略小于第一道環(huán)岸高度，為5mm〔四〕活塞銷直徑為BO=44mm頂環(huán)槽寬為3mm〔五〕群長SL=100mm下裙長為65mm〔六〕銷座間距AA=44mm〔七〕活塞重量系數X=0.9—1.4取X=1.23,(八)頂部厚度S=15mm總長=80+65=145mm燃燒室鋁的線性膨脹系數為活塞頭部的最大溫度為350攝氏度，所以其變形量為活塞裙部最大溫度為200攝氏度，所以其形變量為3活塞最大爆發(fā)壓力的計算最大爆發(fā)壓力計算參考《內燃機原理》環(huán)境壓力環(huán)境溫度幾何壓縮比有效壓縮比燃燒過量空氣系數參與廢棄系數參與非其溫度增壓空氣壓力最大燃燒壓力Z點熱利用系數B點熱利用系數燃燒室掃其系數燃料質量分數燃料低3.1熱力過程計算充氣過程系數增壓器后空氣溫度：式中，去增壓器內平均多變壓縮指數壓縮始點溫度式中，——新氣預熱度，=5K;比熱修正系數，=1.11壓縮始點壓力充氣系數平均多變壓縮指數〔1〕式中，a，b—常數，對于空氣〔忽略剩余廢氣〕，a=19.26，b=0.0025第一次試算，式〔1〕等號右端代入=1.37,第二次試算，式〔1〕等號右端代入=1.369,壓縮終點溫度壓縮終點壓力燃料燃燒所需理論空氣量燃燒所需的實際空氣量理論分子變化系數實際分子變化系數Z點燒去的燃料質量分數Z點處分子變化系數Z點燃燒產物的平均摩爾比定容熱容式中，b點燃燒產物的平均摩爾比定容熱容式中，z點燃燒產物的平均摩爾比定壓熱容燃料發(fā)熱量壓力升高比Cyz段的燃料燃燒公式，就最大燃燒溫度簡化后得〔2〕第一次試算，取式〔2〕等號右端的=2000K得第二次試算，取式〔2〕等號右端的=2200K得第三次試算，取式〔2〕等號右端的=2196K得最后取膨脹過程參數：初膨脹比后膨脹比求多變膨脹指數及膨脹終點溫度，zb膨脹線上的后燃公式，〔3〕〔4〕將式子〔3〕與式子〔4〕聯(lián)立，得〔5〕第一次試計算，取=2000K得，第二次試計算，取2189K得，K最后取〔23〕膨脹終點壓力3.2柴油機的指示參數理論平均指示壓力〔以有效行程為準〕實際平均指示壓力〔以全行程為準〕式中，————示功圖飽滿系數，=0.98指示油耗指示效率增壓器中絕熱壓縮功增壓器中絕熱效率式中，k比熱容比，=1.4，;多變指數，，。增壓器實際壓縮功式中，增壓器機械效率，=0.96增壓器的相對作功率3.3柴油機有效效率柴油機總機械效率式中，；增壓器相對功率；。柴油機平均有效壓力柴油機有效油耗有效功率活塞形成容積比例尺代表;壓力比例尺代表0.1Mpa。壓縮容積：=18.4代表壓縮終點壓力：代表壓縮始點容積代表壓縮始點壓力代表最大壓力的容積代表，計算壓縮曲線ac上各點壓力，即式中，，在1至之間選定。計算膨脹曲線zb上各點壓力，即式中，x在1至之間選定。根據以上兩式，計算出壓縮曲線和膨脹曲線各點坐標參數兵列表如下:表3-1序號壓縮線上的膨脹線上的1234567891011123456789101118994.563.047.337.831.527.023.621.018.917.212.574.476.618.9511.4813.217.019.923.026.23.368.615.022.230.138.644.457.112.003.014.025.036.047.048.059.0628.4638.763.590.18118.6171.9200.4229.1257.8根據上表畫出示功圖圖3-16120型柴油機計算示功圖Fig.3-1Tableof6120dieselenginecalculateexploitshow4活塞銷的受力分析活塞受力分析：曲軸在10度轉角時產生最大爆發(fā)壓力，如下圖：60sin10=200sinα所以sin=600.1736/200=0.0521所以α=3度圖4-1Fig..4-1其中：D——活塞直徑R——曲軸半徑mj——往復運動質量連桿比λ=R/l=60/200=0.3n=1300r/min曲軸轉速對活塞銷的校核：1、畫出活塞銷的Q、M圖圖4-2Fig.4-2活塞銷外徑44mm，內徑do=0.25d=11mm= 選活塞銷材料為45號鋼，調質處理，得所以該活塞銷符合強度。5活塞的加工工藝表5-1活塞加工工藝過程Tablet.5-4pistonmachiningtechnicsprocess工序號工序名稱定位基準及技術條件設備工裝0毛坯鍛造按活塞鍛造工藝進行1粗車底面B止口φ110粗基準是毛坯外圓，金屬模液壓鍛造，壁厚均勻〔有的用內腔做為基準〕車床三角卡盤自動定心2粗鏜活塞銷孔φ44下端面B，內止口及毛坯銷孔，活塞頂部壓緊鏜床鏜刀3粗車頂面C，圓φ120及環(huán)槽下端面B內止口銷孔處半自動車床，液壓、仿型、多刀專用刀具4鉆銷座油空頂面C定位下斷面銷孔定位方向臺鉆鉆模5精車下端面B，內止口φ110精基準：外圓面環(huán)槽端平面車床專用夾頭6精車：①環(huán)槽②外圓面③頂面精基準：下端面B內止口銷孔拉緊仿型、多刀車床專用刀具7精車燃燒室基準“統(tǒng)一原那么”同工序6車床成形刀8銑裙部圓弧外圓面活塞銷孔專用銑床銑刀9精細鏜活塞銷孔頂面圓柱銷孔專用鏜床精鏜銷孔夾具10車鎖環(huán)槽銷孔定位車鎖環(huán)車床鏜刀11液壓銷孔銷孔定位液壓銷孔車床液壓器12精磨裙部外圓外圓面定位仿型磨床參考文獻：［1］劉達利,齊丕驤編著.新型鋁活塞.北京:國防工業(yè)出版社，1999.8〔專著〕［2］劉永長主編.內燃機原理.武漢：華中科技大學出版社，2001.6〔專著〕［3］吳建華，常綠主編.汽車發(fā)動機原理.北京：機械工業(yè)出版社，2005.7〔專著〕［4］甘永立主編.幾何量與課程設計.上海：