465汽油機(jī)活塞的優(yōu)化設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　題 目 465汽油機(jī)活塞的優(yōu)化設(shè)計(jì) </p><p>　　院 （系） 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院 </p><p>　　專(zhuān)業(yè)班級(jí) 熱動(dòng)普2010-03 </p>&

2、lt;p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱(chēng) 講 師 </p><p>　　評(píng)閱教師 職稱(chēng) 高 工 </p><p>　　201_年 6 月 日 &

3、lt;/p><p>　　學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明 </p><p>　　本人以信譽(yù)聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是在導(dǎo)師徐妙俠的指導(dǎo)下進(jìn)行的設(shè)計(jì)（研究）工作及取得的成果，設(shè)計(jì)（論文）中引用他（她）人的文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)、圖件、資料均已明確標(biāo)注出，論文中的結(jié)論和結(jié)果為本人獨(dú)立完成，不包括他人成果及為獲得重慶科技學(xué)院的學(xué)位或證書(shū)而利用其材料。與我一同工作的同志對(duì)本設(shè)計(jì)（研究）所做的任何貢獻(xiàn)

4、均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。 </p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）作者（簽字）： </p><p>　　年 月 日</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本文介紹了活塞式發(fā)

5、動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)方法和過(guò)程，并按照對(duì)465汽油機(jī)活塞的三維建模和有限元分析的實(shí)際應(yīng)用體現(xiàn)出計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)早期的優(yōu)越性：即是說(shuō)一方面創(chuàng)建一種基本的計(jì)算機(jī)分析模型，對(duì)活塞進(jìn)行仿真模擬，以指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計(jì)；另一方面建模參考和提供一些規(guī)范和實(shí)證的虛擬分析平臺(tái)，也促進(jìn)了企業(yè)的技術(shù)開(kāi)發(fā)和創(chuàng)新能力，并奠定了基礎(chǔ)。在本文中，或在計(jì)算機(jī)輔助工程建模和仿真技術(shù)應(yīng)用于活塞的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證的例子，三維建模和有限元分析方法的使用，創(chuàng)造了一個(gè)適合活塞的數(shù)字模型

6、，為了預(yù)測(cè)產(chǎn)品的強(qiáng)度和生活水平，提升設(shè)計(jì)的效率和科學(xué)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：汽油機(jī) 活塞設(shè)計(jì) 有限元分析</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This paper introduces the design method and process of the piston engine, and a

7、ccording to the actual application of three-dimensional modeling of engine piston 465 gasoline and finite element analysis shows the superiority of computer aided engineering technology in the early product design: that

8、is to say the analysis model on the one hand to create a basic computer, simulate the piston, in order to guide product design; on the other hand modeling reference and provides a virtual platform some</p><p&g

9、t;　　Key words: Gasoline engine Piston design Finite element analysis</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b

10、>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1課題研究的目的和意義1</p><p>　　1.2活塞有限元分析研究的發(fā)展現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2.1活塞有限元模型2</p><p>　　1.2.2邊界條件的確定3</p><p>　　1.2.3活塞有限元分析研究4</

11、p><p>　　1.3本課題的主要內(nèi)容和主要研究方法4</p><p>　　1.3.1課題的主要內(nèi)容4</p><p>　　2 活塞的設(shè)計(jì)和活塞的建模5</p><p><b>　　2.1 概述5</b></p><p>　　2.2活塞的設(shè)計(jì)要求5</p><p>　

12、　2.3活塞材料的選取6</p><p>　　2.4基本設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核6</p><p>　　2.4.1本文所需設(shè)計(jì)的汽油機(jī)性能參數(shù)6</p><p>　　2.4.2活塞的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)7</p><p>　　2.4.3活塞裙部及其側(cè)表面形狀的設(shè)計(jì)9</p><p>　　2.4.4活塞銷(xiāo)的設(shè)計(jì)10</p&g

13、t;<p>　　2.4.5活塞環(huán)設(shè)計(jì)12</p><p>　　2.5活塞組的建模15</p><p>　　2.6.1 Pro/E軟件簡(jiǎn)介15</p><p>　　2.6.2活塞組的建模15</p><p>　　2.6本章小結(jié)25</p><p>　　3 汽油機(jī)活塞的有限元分析27</p&

14、gt;<p>　　3.1活塞傳熱邊界條件的確定27</p><p>　　3.1.1活塞頂部換熱系數(shù)和燃?xì)獾钠骄鶞囟?7</p><p>　　3.1.2活塞側(cè)面的換熱系數(shù)和環(huán)境溫度27</p><p>　　3.2活塞應(yīng)力場(chǎng)三維有限元分析28</p><p>　　3.2.1活塞邊界條件的處理28</p>&l

15、t;p>　　3.2.2活塞載荷及約束的處理29</p><p>　　3.3活塞的有限元分析29</p><p>　　3.3.1設(shè)置活塞的材料29</p><p>　　3.3.2設(shè)置活塞的約束條件及載荷30</p><p>　　3.3.3定義并運(yùn)行分析33</p><p>　　3.3.4獲取分析結(jié)果33

16、</p><p>　　3.4本章小結(jié)35</p><p><b>　　4 結(jié)論36</b></p><p>　　4.1全文總結(jié)36</p><p>　　4.2本設(shè)計(jì)重要成果36</p><p>　　4.3 不足及展望36</p><p><b>　　參考

17、文獻(xiàn)37</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1課題研究的目的和意義</p><p>　　活塞組用于發(fā)動(dòng)機(jī)，在很大程度上影響其工作條件下的耐久性和可靠性的發(fā)動(dòng)機(jī)?；钊M要求有可靠的密封，確?；钊桨l(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行。</p><p>　　活塞組包括活塞、 活塞銷(xiāo)和活塞

18、環(huán)。 這其中活塞的設(shè)計(jì)是本次設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。由于活塞組零件的工作條件都是在高溫條件下，也告訴滑動(dòng)在非常高的機(jī)械滿(mǎn)足。在時(shí)間為連桿擺動(dòng)的周期運(yùn)動(dòng)一樣，在力的作用在活塞連桿，活塞也由交流側(cè)壓力的影響，使活塞缸連續(xù)沖擊，往往使活塞裙部變形。 一般情況下活塞設(shè)計(jì)要在確保強(qiáng)度和剛度的時(shí)候，向著結(jié)構(gòu)輕巧、簡(jiǎn)單、且截面變化處的過(guò)度要圓滑，從而達(dá)到降低應(yīng)力集中的目的。</p><p>　　發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性一直是發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)問(wèn)題最關(guān)心

19、的，和之間的可靠性主要取決于結(jié)構(gòu)，發(fā)動(dòng)機(jī)配件，材料和配件，配套技術(shù)。汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的未來(lái)發(fā)展方向是高功率輸出和低燃油消耗，所以保持在同一時(shí)間，光的高可靠性，減少摩擦損失。畢業(yè)設(shè)計(jì)，熟悉活塞溫度場(chǎng)測(cè)量方法，優(yōu)化設(shè)計(jì)的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)活塞。這可以提高系統(tǒng)的可靠性，高壽命，發(fā)動(dòng)機(jī)的排放和經(jīng)濟(jì)性。</p><p>　　早期的單一研究，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)活塞通常被簡(jiǎn)化為一個(gè)對(duì)稱(chēng)分量，以1 / 2或1 / 4的網(wǎng)格和有限元模型的

20、分析，不僅可以節(jié)省計(jì)算時(shí)間，而且可以得到的結(jié)果更現(xiàn)實(shí)。但是，對(duì)稱(chēng)模型只適用于那些沒(méi)有冷卻的中、小功率發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的活塞冷卻油道，非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的空腔，1 / 4或1 / 2的簡(jiǎn)化模型是不正確的。因此，使用對(duì)稱(chēng)性，內(nèi)燃機(jī)活塞的三維實(shí)體模型，將有限元分析所需要的。然而，唯一的缺點(diǎn)是太浪費(fèi)CPU時(shí)間。因此，活塞的對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，可以使用1 / 2或1 / 4模型簡(jiǎn)化計(jì)算，可以節(jié)省CPU時(shí)間，而不影響計(jì)算精度；與活塞的非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，以確保準(zhǔn)確的模型是以對(duì)稱(chēng)性

21、。</p><p>　　活塞組的熱傳導(dǎo)分析過(guò)程當(dāng)中，因?yàn)橛?jì)算的簡(jiǎn)便使得穩(wěn)態(tài)傳熱的方法得到了普遍應(yīng)用。在邊界條件的計(jì)算，通過(guò)計(jì)算第三種邊界條件通常。用穩(wěn)態(tài)法相比，瞬態(tài)熱傳導(dǎo)分析更可靠，更接近于實(shí)際情況。在瞬態(tài)研究當(dāng)中，每循環(huán)在實(shí)際工況下，因?yàn)榛钊倪\(yùn)動(dòng)，活塞的有限元計(jì)算網(wǎng)格是隨時(shí)間的變化自動(dòng)生成新的有限元網(wǎng)格；而且對(duì)應(yīng)每個(gè)邊界條件都得做一次有限元分析，這對(duì)計(jì)算機(jī)和軟件的要求都很高。</p><p

22、>　　這種研究在國(guó)內(nèi)是以簡(jiǎn)化模型為基礎(chǔ)的，用經(jīng)驗(yàn)公式擬合相應(yīng)的利用穩(wěn)態(tài)傳熱研究的瞬態(tài)問(wèn)題。汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的未來(lái)發(fā)展方向是高功率輸出和低燃油消耗，所以保持在同一時(shí)間，光的高可靠性，減少摩擦損失?；钊狡桶l(fā)動(dòng)機(jī)，將目前國(guó)內(nèi)外鍛鋁活塞裙部作為未來(lái)發(fā)展的目標(biāo)和方向。</p><p>　　1.2活塞有限元分析研究的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　在汽車(chē)市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，促使制造商的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期大大縮

23、短；另一方面，發(fā)動(dòng)機(jī)還向壓力，高功率，重量輕的方向迅速發(fā)展，研究人員更加重視對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)度的研究。從而使不少新的研究方法運(yùn)用于其中，用來(lái)解決發(fā)動(dòng)機(jī)所遇到的工作可靠性問(wèn)題。對(duì)活塞承受如此大熱負(fù)荷的發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵零件，它的熱負(fù)荷和熱強(qiáng)度是影響發(fā)動(dòng)機(jī)耐久性、經(jīng)濟(jì)性可靠性和可靠性的關(guān)鍵問(wèn)題。尤其是在發(fā)動(dòng)機(jī)的方向趨勢(shì)，高壓力，高強(qiáng)度開(kāi)發(fā)的活塞，只考慮機(jī)械負(fù)荷是不夠的。發(fā)動(dòng)機(jī)更高的性能在實(shí)際操作中的局部熱負(fù)荷太高，超出了軸承材料限制，通過(guò)熱裂解和燃燒引起

24、的，所以熱力計(jì)算和計(jì)算機(jī)輔助優(yōu)化設(shè)計(jì)已成為一個(gè)重要的研究課題是傳熱和內(nèi)燃機(jī)的熱。熱負(fù)荷程度經(jīng)常利用零件工作的最高溫度、局部差別方向的溫度梯度及對(duì)應(yīng)的熱應(yīng)變、熱應(yīng)力和零件局部承受的高頻和低頻熱疲勞來(lái)評(píng)價(jià)。所以，活塞的熱強(qiáng)度和熱負(fù)荷分析與有限元方法的重要意義，一個(gè)高溫活塞的快速發(fā)展，高強(qiáng)度能適應(yīng)汽車(chē)工業(yè)。</p><p>　　它擁有內(nèi)燃機(jī)活塞的有限元研究擁有重要意義，它能夠用于內(nèi)燃機(jī)整體改進(jìn)提供可靠的參考，通過(guò)類(lèi)型的

25、仿真，對(duì)差別模型的模擬過(guò)渡，最終實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)。關(guān)于活塞的有限元分析研究，世界上早已開(kāi)展了許多卓有成效的研究工作，并提出了許多新的研究方法和手段，但國(guó)內(nèi)的科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)對(duì)這些項(xiàng)目的研究起步很晚，資本投資和關(guān)注的不足，與國(guó)外相比還有一定的差距。</p><p>　　1.2.1活塞有限元模型</p><p>　　建立有限元模型是解決該問(wèn)題的有限元分析方法的前提，在解決的過(guò)程，它通常具有最大的工

26、作量。在某種意義上，精度將直接影響建立有限元模型的結(jié)果。目前，內(nèi)燃機(jī)活塞有限元網(wǎng)格模型的生成主要有以下三個(gè)：</p><p>　　(l)取部分活塞創(chuàng)建對(duì)稱(chēng)網(wǎng)格模型</p><p>　　在過(guò)去，由于計(jì)算機(jī)硬件是不好的，計(jì)算速度慢，和有限元分析軟件問(wèn)題解決能力弱，所以在活塞的有限元分析，活塞通常簡(jiǎn)化幾何模型。根據(jù)實(shí)際形狀的局部進(jìn)行簡(jiǎn)化，活塞通過(guò)軸銷(xiāo)孔中心線(xiàn)的平面和軸和垂直于銷(xiāo)孔中心線(xiàn)的平面是對(duì)

27、稱(chēng)的，忽視了橢圓。所以只需要1 / 4或1 / 2活塞有限元模型的建立，很大程度減少了計(jì)算量。例如，彰化1 / 4的活塞，應(yīng)力和變形分析是進(jìn)行408節(jié)點(diǎn)，227節(jié)點(diǎn)塊單元8；他秉初1 / 2活塞，應(yīng)力場(chǎng)分析與2734個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行，385節(jié)點(diǎn)六面體單元20。</p><p>　　事實(shí)上，活塞的幾何形狀是不對(duì)稱(chēng)的，但溫度場(chǎng)的計(jì)算是不小功率發(fā)動(dòng)機(jī)活塞冷卻油通道，燃燒室是沒(méi)有偏見(jiàn)的，因?yàn)椴煌幕钊膶?shí)際溫度分布在圓周較小，

28、可以忽視的，而且這種轉(zhuǎn)移活塞主要取決于活塞環(huán)，活塞銷(xiāo)座遠(yuǎn)離熱源有限，而忽略的小活塞銷(xiāo)座的熱效應(yīng)引起的誤差。</p><p>　　(2)取活塞整體創(chuàng)建非對(duì)稱(chēng)網(wǎng)格模型</p><p>　　事實(shí)上，自偏置，雙閥發(fā)動(dòng)機(jī)活塞燃燒室形狀復(fù)雜，避免閥孔和活塞銷(xiāo)座，所有活塞不具有軸對(duì)稱(chēng)性質(zhì)。因此，為了使結(jié)果更可靠，非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，將所有的活塞制造網(wǎng)格模型。凌經(jīng)緯3185節(jié)點(diǎn)，2211節(jié)點(diǎn)六面體等參元與8955

29、2度的自由度，應(yīng)力和應(yīng)變分析網(wǎng)格模型集成的縮頸四角型活塞，得到了較為理想的結(jié)果。</p><p>　　(3) 活塞組（組合活塞，缸套和活塞銷(xiāo)）創(chuàng)建的三維網(wǎng)格模型</p><p>　　對(duì)稱(chēng)網(wǎng)格模型只有一個(gè)活塞和非對(duì)稱(chēng)的網(wǎng)格模型，沒(méi)有考慮油膜和油膜和缸套和活塞和其他組件之間的相互作用，并對(duì)模型的邊界條件是非常困難的決定，只有假定燃燒室壁面平均溫度作為邊界條件，把計(jì)算一定的誤差分析。近年來(lái)，隨著

30、計(jì)算機(jī)硬件的飛速發(fā)展，持續(xù)改進(jìn)的有限元分析和功能軟件，分析耦合模型的活塞，活塞銷(xiāo)，連桿和氣缸套已逐步實(shí)現(xiàn)。在研究過(guò)程中，他們通常把CFD（計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)）和FEA（有限元分析）的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)零件傳熱耦合方法。通過(guò)CFD的制冷劑溫度與活塞和缸套冷卻水溫度和傳熱系數(shù)的傳熱系數(shù)的計(jì)算，在有限元分析中的第三類(lèi)邊界條件。中國(guó)開(kāi)始嘗試分析活塞的耦合模型，但還沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　1.2.2邊界條件的確定&l

31、t;/p><p>　　在有限元分析的方法，確定邊界條件是最重要的，也是最難的。從數(shù)學(xué)的角度來(lái)看，這個(gè)問(wèn)題的邊界條件，它解決的唯一性，仿真的合理與否直接影響解的合理性。邊界條件的方法可以分為解析法，測(cè)試方法，測(cè)試方法和三種類(lèi)型的。該方法簡(jiǎn)單，準(zhǔn)確，已經(jīng)收到了極大的關(guān)注，分析方法和邊界條件已方向。它的測(cè)試方法是很難用解析法確定的邊界條件，它是一種有用的方法；但測(cè)試值通常高于所確定的值可以反映實(shí)際工作狀態(tài)。我們也能按照數(shù)學(xué)

32、回歸分析方法，通過(guò)計(jì)算建立類(lèi)似的測(cè)試值的經(jīng)驗(yàn)公式，為邊界條件的解析方法的基礎(chǔ)。對(duì)于難以分析判斷，很難測(cè)試的邊界條件，可以通過(guò)假設(shè)和一個(gè)值作為試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值吻合良好，邊界條件的確定。</p><p>　　1.2.3活塞有限元分析研究</p><p>　　在有限元分析中的穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)的活塞，活塞，熱應(yīng)力的計(jì)算和應(yīng)變分析，應(yīng)力和應(yīng)變力學(xué)分析已經(jīng)成熟，已經(jīng)有很多的成果和文獻(xiàn)報(bào)道。在活塞的瞬態(tài)

33、傳熱分析，多物理場(chǎng)耦合問(wèn)題，多相多態(tài)介質(zhì)耦合問(wèn)題，特別是多尺度模型的耦合問(wèn)題，沒(méi)有成熟的理論，還處于摸索階段。</p><p>　　此外，許多專(zhuān)家和學(xué)者進(jìn)行的研究和應(yīng)用進(jìn)行了深入的活塞。例如：美國(guó)浙江大學(xué)的王醫(yī)生義診，在熱沖擊試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在有限元應(yīng)力分析和計(jì)算活塞，溫度響應(yīng)和熱低頻矩形熱沖擊模型。聶軍，杜發(fā)榮，彈性動(dòng)力學(xué)理論和有限元分析方法的基礎(chǔ)上，計(jì)算了汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的膨脹沖程19瞬時(shí)結(jié)構(gòu)的活塞和下的位移，應(yīng)力，

34、應(yīng)變條件下，連桿機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。張偉，偉春源等對(duì)內(nèi)燃機(jī)鋁合金活塞的彈塑性有限元計(jì)算的基礎(chǔ)上，活塞使用壽命的預(yù)測(cè)方法，鋁合金的高溫蠕變的影響下，給出了較為準(zhǔn)確預(yù)測(cè)壽命公式。</p><p>　　1.3本課題的主要內(nèi)容和主要研究方法</p><p>　　1.3.1課題的主要內(nèi)容 </p><p>　　首先通過(guò)《汽油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》和《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)》等資料選

35、出465型汽油機(jī)活塞的材料和計(jì)算出活塞的主要結(jié)構(gòu)尺寸。具體尺寸和設(shè)計(jì)有活塞高度、壓縮高度、頂岸高度、環(huán)槽尺寸、環(huán)岸高度、活塞頂厚度、裙部厚度、活塞銷(xiāo)直徑、活塞銷(xiāo)座間隔和活塞環(huán)數(shù)目及排列、活塞環(huán)設(shè)計(jì)、活塞頭部設(shè)計(jì)、活塞銷(xiāo)設(shè)計(jì)、活塞裙部及側(cè)表面形狀的設(shè)計(jì)計(jì)算；</p><p>　　其次，運(yùn)用pro/e對(duì)活塞組進(jìn)行三維模型的創(chuàng)建。其具體情況包括活塞本體建模、活塞銷(xiāo)建模、第一道氣環(huán)、第二、三道氣環(huán)、油環(huán)建模、活塞銷(xiāo)建模及

36、活塞組裝配；</p><p>　　最后，去做465汽油機(jī)活塞的有限元分析和強(qiáng)度校核。有限元分析的大體步驟有活塞邊界條件的確定、活塞邊界條件的處理、活塞載荷及約束處理、活塞應(yīng)力場(chǎng)有限元分析。</p><p>　　1.3.2課題的主要研究方法</p><p>　　首先，根據(jù)《汽油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》和《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)》等資料，將活塞的基本尺寸計(jì)算出來(lái)，而后再利用三維軟件Pro/E進(jìn)

37、行活塞的三維建模，繪出活塞環(huán)、活塞銷(xiāo)、油環(huán)及活塞模型圖，并進(jìn)行裝配。同時(shí)利用CAD軟件繪制活塞的二維圖形。最后進(jìn)行活塞邊界條件、活塞載荷及約束的處理，得出應(yīng)力場(chǎng)的有限元分析，根據(jù)該結(jié)果的分析，看該活塞的設(shè)計(jì)是否符合要求。</p><p>　　2 活塞的設(shè)計(jì)和活塞的建模</p><p><b>　　2.1 概述</b></p><p>　　活塞組

38、由活塞，活塞銷(xiāo)，活塞環(huán)等零件，其主要作用是：由燃燒室，承受的氣體力，并把它傳給連桿，密封筒，防止氣體泄漏、潤(rùn)滑油進(jìn)入燃燒室，該活塞接收熱到氣缸壁上，而后轉(zhuǎn)移到冷卻介質(zhì)；側(cè)壓力連接桿氣缸壁。活塞組的工作條件：</p><p><b>　?。?）機(jī)械負(fù)荷</b></p><p>　　活塞組遭受氣體壓力P、往復(fù)慣性力Pj及側(cè)壓力Pn的周期性沖壓力的作用目前，加強(qiáng)汽油機(jī)的最高

39、爆發(fā)壓力Pz已達(dá)140kg/cm2，活塞產(chǎn)生很大的機(jī)械應(yīng)力和變形。</p><p><b>　?。?）熱負(fù)荷</b></p><p>　　活塞頂直接遭受高溫燃?xì)庵芷谛缘募訜幔矔r(shí)最高燃?xì)鉁囟冗_(dá)180℃～260℃，活塞頂面度高達(dá)340℃左右?；钊麥囟忍邔a(chǎn)生下列不良影響：</p><p>　　活塞的熱應(yīng)力和變形過(guò)大。</p>&l

40、t;p>　　溫度高出300～350℃時(shí)，鋁活塞材料的強(qiáng)度迅速下降。</p><p>　　第一環(huán)槽的溫度超過(guò)180 ~ 220℃，容易引起結(jié)冷膠變質(zhì)油，活塞環(huán)。</p><p>　　活與氣缸的直徑和平均有效壓力和壓力活塞熱負(fù)荷增加?；钊麩嶝?fù)荷太高，必須采取降溫措施，將傳遞給活塞?；钊焖偌訜幔瑴囟冉档皆试S范圍。</p><p>　?。?）高速滑動(dòng)，潤(rùn)滑不良<

41、;/p><p>　　高速機(jī)床的平均速度已達(dá)到1300萬(wàn)/ s的高，為1.5 ~ 1.6倍的平均速度，瞬時(shí)最大速度?；钊俣鹊脑龈咧率够钊M的磨擦損失增大，一般，活塞組的磨擦系數(shù)損失約占發(fā)動(dòng)機(jī)全部磨擦損失的50%以上。摩擦是激烈的，潤(rùn)滑條件差，易使活塞環(huán)磨損得更快，導(dǎo)致失敗。</p><p><b>　?。?）交變的側(cè)壓力</b></p><p>　

42、　由于活塞沖程當(dāng)活塞壓力的變化的表面，所以側(cè)向力不斷改變方向，使側(cè)向承載交替工作，所以有以下成果：</p><p>　　活塞側(cè)拍，引發(fā)機(jī)體振動(dòng)，從身體表面噪聲。因?yàn)楦F人的潤(rùn)滑摩擦磨損大。裙部變形，壓縮垂直銷(xiāo)軸，銷(xiāo)軸變長(zhǎng)。缸體表面振動(dòng)，容易造成缸套穴蝕。</p><p>　　2.2活塞的設(shè)計(jì)要求</p><p>　　根據(jù)工作條件，在活塞的設(shè)計(jì)，首先要求：</p&

43、gt;<p>　　采取熱強(qiáng)度，散熱性好，膨脹系數(shù)低，耐磨性好的原材料，以減少摩擦。形狀和厚度是合理的，吸收熱量少，散熱性能好，強(qiáng)度，剛度符合要求，盡量避免應(yīng)力集中，用最好的缸。密封性好，磨擦損失小。重量輕。確?？煽繚?rùn)滑引導(dǎo)部分，同時(shí)為防止?jié)櫥偷牧鲃?dòng)，降低潤(rùn)滑油消耗。抗拉缸性能好和易于制造，成本低。</p><p>　　2.3活塞材料的選取</p><p>　　活塞設(shè)計(jì)應(yīng)從發(fā)

44、動(dòng)機(jī)的加工條件、強(qiáng)化指標(biāo)和利用要求等方面綜合考慮，起初制定出技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上最合理的活塞結(jié)構(gòu)計(jì)劃，繼而再進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)?；钊x型要點(diǎn)下面：</p><p>　　據(jù)單元活塞面積功率或平均有效壓力，選取適合的活塞結(jié)構(gòu)，確保活塞能承受所規(guī)定的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷。</p><p>　　密度小以減輕活塞的重量和往復(fù)慣性力。</p><p>　　大的熱傳導(dǎo)系數(shù)，以降低活塞頂溫度，加熱

45、條件下改進(jìn)的活塞。</p><p>　　線(xiàn)膨脹系數(shù)小，為了降低從氣缸活塞的熱變形，但不冷不熱，敲。</p><p>　　在高溫 下能保持良好的機(jī)械性能。</p><p>　　具有良好的減摩性能，以降低磨擦損失且擁有充足的熱穩(wěn)定性及耐磨性。</p><p>　　易于鑄造或模壓，易于加工。</p><p>　　擁有較好的耐

46、腐蝕性。</p><p>　　制造活塞的材料應(yīng)有小的密度、高的熱導(dǎo)率、充足的高溫強(qiáng)度、低的線(xiàn)脹系數(shù)和良好的耐磨性。經(jīng)常利用材料為鋁硅合金。共晶鋁硅合金擁有滿(mǎn)意的綜合性能，工藝性良好，應(yīng)用最為普遍。過(guò)共晶鋁硅合金中的初生硅晶體使耐熱性、耐磨性改進(jìn)，膨脹系數(shù)減小，但加工工藝性惡化。過(guò)共晶鋁硅合金普遍用于高熱負(fù)荷活塞。</p><p><b>　　2.4基本設(shè)計(jì)</b>&l

47、t;/p><p>　　2.4.1本文所需設(shè)計(jì)的汽油機(jī)性能參數(shù)</p><p>　　設(shè)計(jì)參數(shù)：缸徑：65.5mm；沖程：72mm；壓縮比：8.8:1；排量：970ml；額定功率：35.5kw；最大扭矩：≥72N.m（3000~3500r/m）；額定轉(zhuǎn)速：5000r/min。</p><p>　　2.4.2活塞的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　活塞的主

48、要結(jié)構(gòu)尺寸圖下面</p><p>　　圖2—1 活塞結(jié)構(gòu)尺寸</p><p>　　活塞高度H 活塞頂海拔高度和銀行的高度，高度和環(huán)的高度。總的原則是，盡可能選取一個(gè)較小的值，可降低往復(fù)運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量，降低汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的高度。H=1D；</p><p><b>　　選取H=83mm。</b></p><p>　　(2)壓縮高度

49、H1 壓縮高度為活塞銷(xiāo)中心到活塞頂?shù)母叨?，確定了活塞銷(xiāo)的位置，它與頂岸高度、環(huán)帶高度及上裙高度相關(guān)。在確保氣環(huán)有較好的工作條件下，應(yīng)該盡量縮短壓縮高度可使內(nèi)燃機(jī)高度降低。</p><p><b>　　H1=0.5D；</b></p><p>　　選取H=41.5mm。</p><p><b>　　(3)火力岸高度h</b

50、></p><p>　　h=0.07D=5.81mm；</p><p><b>　　選取h=6mm。</b></p><p><b>　　(4)環(huán)帶高度</b></p><p>　　現(xiàn)代四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)一般采取兩個(gè)氣環(huán)和一個(gè)油環(huán)。氣環(huán)的厚度一般為2.0～3.0mm(《汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)》p308)。&

51、lt;/p><p>　　環(huán)需要足夠的強(qiáng)度，使最大壓力不被損壞。</p><p>　　第一環(huán)圈高度B1一般是1.5 ~ 2.5c（C環(huán)槽高度），第二個(gè)環(huán)圈高度B2 1 ~ 2C。第一環(huán)岸高 C1=0.03～0.04D=0.04*83=3.32mm 取4mm；</p><p>　　環(huán)高b1 為2.0～3.0mm取2.0mm；</p><p>　　環(huán)

52、高b2 為2.0～3.0mm取2.0mm；</p><p>　　環(huán)高b3 油環(huán)為4.0～6.0mm取4.0mm；</p><p>　　環(huán)岸高C2 為2b1取4.0mm；</p><p>　　b1=2,b2=2, b3=4,C1=4, C2=4；</p><p>　　則環(huán)帶高度為16mm。</p><p>　　(5)活塞

53、頂部厚度δ</p><p>　　為0.06~0.10D；</p><p>　　δ=0.08D=6.64；</p><p>　　取δ＝8mm。 </p><p>　　(6)活塞側(cè)壁厚度及內(nèi)部過(guò)渡圓角</p><p>　　一個(gè)活塞頭安裝活塞環(huán)，側(cè)壁應(yīng)加厚，和（0.05 ~ 0.1）D，0.1D，厚度為8mm。<

54、/p><p>　　為了提升散熱，活塞頂部和側(cè)壁之間的圓角應(yīng)利用過(guò)大，通常R = 0.05 ~ 0.1D。</p><p>　　則圓角半徑取為8mm。</p><p><b>　　(7)活塞銷(xiāo)座間距</b></p><p>　　B=0.35-0.40D；</p><p>　　取0.4則活塞銷(xiāo)座間距為34

55、mm。</p><p>　　有關(guān)活塞的尺寸設(shè)計(jì)結(jié)果：</p><p>　　2.4.3活塞裙部及其側(cè)表面形狀的設(shè)計(jì)</p><p>　　活塞裙部及其側(cè)表面形狀設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，在于確保裙部有充足的貼切合面積和良好的潤(rùn)滑條件，和確保發(fā)動(dòng)機(jī)在差別工況下都擁有最小的活塞空隙。</p><p><b>　　(1)裙部橢圓</b><

56、/p><p>　　1)將裙部設(shè)計(jì)成橢圓。 </p><p>　　2)將銷(xiāo)座附近的裙部外側(cè)部位設(shè)計(jì)成凹陷狀。</p><p><b>　　裙部橢圓的規(guī)律：</b></p><p>　　為了使活塞在正常工作溫度下于氣缸壁之間保持右比較勻稱(chēng)的空隙，不至于在氣缸內(nèi)卡死或是引起局部磨損，必須在常溫下預(yù)先把活塞裙部的橫斷面加工成橢圓形，

57、其長(zhǎng)軸垂直于活塞銷(xiāo)軸線(xiàn)方向，其矩軸于長(zhǎng)軸的差值視發(fā)動(dòng)機(jī)的差別而差別，一般為0.08～0.025mm。</p><p>　　為了處理鋁合金活塞在工作狀態(tài)下（熱）附近的一個(gè)圓柱，損害了小活塞大相似錐。其錐度視發(fā)動(dòng)機(jī)的差別而差別，一般為0.05～0.1mm。</p><p>　　實(shí)際取Δ：活塞下部和頭0.1mm；在中央0.08mm活塞裙</p><p><b>

58、　　(2)配缸空隙</b></p><p>　　為了處理鋁合金活塞在工作狀態(tài)下（熱）附近的一個(gè)圓柱，損害了小活塞大相似錐。其錐度視發(fā)動(dòng)機(jī)的差別而差別，一般為0.05～0.1mm。</p><p>　　活塞頂部空隙：0.240mm（活塞銷(xiāo)中心平面內(nèi)）；0.210mm垂直于活塞銷(xiāo)中心線(xiàn)平面內(nèi)</p><p>　　活塞裙部空隙：0.09mm（活塞銷(xiāo)中心平面內(nèi)）

59、；0.04mm垂直于活塞銷(xiāo)中心線(xiàn)平面內(nèi)</p><p>　　(3)活塞頭的質(zhì)量計(jì)算</p><p>　　活塞被簡(jiǎn)化為一個(gè)計(jì)算幾何尺寸，從而計(jì)算出的體積與質(zhì)量。一個(gè)簡(jiǎn)化圖下面。</p><p>　　活塞的質(zhì)量在估算時(shí)，將活塞當(dāng)作薄壁圓筒處理。</p><p>　　活塞 </p><p>　　其中D——為活

60、塞的外徑，D=84mm</p><p>　　t——為活塞的厚度， t=8mm</p><p>　　H——為活塞的高度，H=(0.8~1.0)D=83mm</p><p>　　——為活塞的密度，在此處用共晶鋁硅合金66-1，密度為2.7g/cm3</p><p>　　故可知活塞的質(zhì)量為m活塞=215g</p><p>　

61、　2.4.4活塞銷(xiāo)的設(shè)計(jì)</p><p>　　當(dāng)活塞在頂部的大氣壓力下，力通過(guò)銷(xiāo)座，活塞銷(xiāo)，而后轉(zhuǎn)移到連桿。于是活塞銷(xiāo)和活塞銷(xiāo)座的設(shè)計(jì)必須確保充足的強(qiáng)度、充足的承壓面積和耐磨性。</p><p><b>　　(1)活塞銷(xiāo)的材料</b></p><p>　　活塞銷(xiāo)一般用低碳鋼或低碳合金鋼（如20Cr）鑄造，經(jīng)表面參碳淬火處理，以提升表面硬度和強(qiáng)度

62、，使得中心擁有一定的沖擊韌性。表面需進(jìn)行精磨和拋光。</p><p>　　(2)活塞銷(xiāo)與銷(xiāo)座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　d=（0.25~0.3）D=0.3D=24.9mm；</p><p><b>　　取25mm。</b></p><p>　　d0=(0.6~0.79)d=0.6d=15mm；</p>

63、<p>　　l=(0.8~0.9)D=0.9D=74.；7</p><p><b>　　取75mm。</b></p><p>　　活塞銷(xiāo)的直徑D = 25，D = 15；活塞銷(xiāo)孔。活塞銷(xiāo)的長(zhǎng)度L = 75mm。</p><p>　　(3)活塞銷(xiāo)與銷(xiāo)座的配合</p><p>　　氣體壓力活塞頂銷(xiāo)和活塞連桿的活塞銷(xiāo)

64、。由于結(jié)構(gòu)上的限制，活塞銷(xiāo)的直徑d不可能超過(guò)0.4D，活塞銷(xiāo)的長(zhǎng)度不可能超過(guò)0.85D，所以活塞銷(xiāo)總的承壓面積極其有限，同時(shí)銷(xiāo)座和連桿小端襯套之間合理分配活塞。所以，無(wú)論引腳之間，或之間的銷(xiāo)和連桿，軸承面積很小，表面壓力很高。加上活塞銷(xiāo)與銷(xiāo)座或活塞銷(xiāo)與連桿襯套之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度很低，液體潤(rùn)滑油膜不容易構(gòu)成。在高速條件下，以確保可靠的液體潤(rùn)滑，工作間隙盡可能小。經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)活塞銷(xiāo)與活塞銷(xiāo)與連桿小端襯套工作條件（熱）的差距（1 ~ 3）10-

65、4d，能可靠地工作。所以，在裝配狀態(tài)（冷），銷(xiāo)和（1 ~ 3）在10-4d，以彌補(bǔ)鋁合金活塞銷(xiāo)孔的熱膨脹高的工作。為了穩(wěn)定地保持極小的空隙而又轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，活塞銷(xiāo)孔、活塞銷(xiāo)外圓和連桿小頭襯套孔都應(yīng)該有很高的加工精度。不僅尺寸公差嚴(yán)格，特別是保證嚴(yán)格的圓度和表面粗糙度。如果尺寸過(guò)大，和圓度和表面粗糙度值是足夠小，可以根據(jù)分組和確?？障秾?duì)理想的方式匹配的大小。</p><p>　　(4)活塞銷(xiāo)質(zhì)量m3</p>

66、<p><b>　　m=300g</b></p><p>　　(5)活塞銷(xiāo)剛度和強(qiáng)度的校核</p><p>　　為確?；钊N(xiāo)座和銷(xiāo)的可靠工作，需校核活塞銷(xiāo)的彎曲和失圓變形，銷(xiāo)座上的表面壓力和活塞銷(xiāo)的應(yīng)力。</p><p>　　Δ=d/D=25/86=0.29</p><p>　　δ=d2/d1=0.6<

67、;/p><p>　　活塞銷(xiāo)的彎曲變形： </p><p><b>　　許用變形：</b></p><p><b>　　符合要求。</b></p><p><b>　　失圓變形：</b></p><p><b>　　許用失圓變形：</b>

68、</p><p><b>　　符合要求。</b></p><p>　　作用在銷(xiāo)孔上的表面壓力：</p><p>　　低于極限值560bar，滿(mǎn)足要求。</p><p>　　活塞銷(xiāo)的縱向彎曲應(yīng)力：</p><p>　　活塞銷(xiāo)的橫向彎曲應(yīng)力：</p><p><b>

69、　　所以總彎曲應(yīng)力：</b></p><p>　　=354.4N/mm2</p><p>　　許用應(yīng)力為200到400 N/mm2之間，符合要求。</p><p>　　經(jīng)過(guò)以上的計(jì)算可以得到設(shè)計(jì)的活塞銷(xiāo)符合剛度和強(qiáng)度要求。</p><p>　　2.4.5活塞環(huán)設(shè)計(jì)</p><p>　　活塞和活塞環(huán)在一起，防

70、止高壓氣瓶流入曲軸箱，而活塞接收熱到氣缸壁上的很大一部分，活塞環(huán)被稱(chēng)為氣環(huán)。此外，還創(chuàng)建了一個(gè)特殊的油環(huán)，氣缸壁上多余的油刮回油底殼在活塞向下，降低油量上升。一般要求0.5%通過(guò)氣體泄漏環(huán)組不超過(guò)總攝入量的0.5%，石油消費(fèi)量不超過(guò)燃料消耗。</p><p>　　(1)活塞環(huán)的密封機(jī)理</p><p>　　活塞和汽缸內(nèi)燃機(jī)之間有一彈性金屬環(huán)實(shí)現(xiàn)往復(fù)密封。為了防止泄漏大，通常利用多個(gè)活塞環(huán)的

71、形成與迷宮式密封。</p><p>　　為了降低活塞與氣缸之間的泄漏路徑，周?chē)幕钊h(huán)表面必須基于彈性缸和緊密，第一密封表面形成。由此看來(lái)，缸內(nèi)氣體不能短路直接通過(guò)環(huán)周與氣缸之間，而是進(jìn)入環(huán)與環(huán)槽之間，一方面軸向不平衡力將環(huán)向環(huán)槽的側(cè)面壓緊，構(gòu)成第二密封面，與此同時(shí)，徑向作用的氣體壓力環(huán)回不平衡力大大提高的第一密封表面。雖然環(huán)回圈的彈性壓力有時(shí)比本身更多，但效果依然是關(guān)鍵。如果降低到零，即之間的周壁裂縫（俗稱(chēng)活塞

72、環(huán)“漏”），該第一密封面損壞，氣體直接從短路泄漏間隙，任何環(huán)回壓和FR創(chuàng)建不起來(lái)。只要全部外圍是左即使一個(gè)很小的彈性，密封氣會(huì)去幫助密封，氣體壓力和密封高，附加的密封力更大。能夠得到，擁有這種自適應(yīng)特性的簡(jiǎn)單環(huán)式密封系統(tǒng)，是往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)有強(qiáng)大生命力的結(jié)構(gòu)確保之一。</p><p>　　必須指出，活塞組的密封作用不但取決于活塞環(huán)，而且與活塞的設(shè)計(jì)有很大關(guān)系?；钊麘?yīng)確?；钊h(huán)的工作溫度不太高。樂(lè)隊(duì)的差距部分和缸應(yīng)

73、盡可能小。環(huán)槽應(yīng)準(zhǔn)確，并在工作中不發(fā)生過(guò)大變形。環(huán)槽，環(huán)權(quán)之間的差距。</p><p><b>　　(2)氣環(huán)的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1)氣環(huán)的斷面形狀</b></p><p>　　根據(jù)活塞環(huán)的密封機(jī)理，形狀簡(jiǎn)單、加工方便的矩形(斷面)環(huán)完全能夠符合要求。但是這個(gè)戒指是不好的，作用在活塞環(huán)上的應(yīng)力和密封

74、面密封不理想。</p><p>　　在直徑相等的球面直徑的外周面桶形環(huán)中，其特點(diǎn)是適應(yīng)活塞擺動(dòng)，并能形成對(duì)活塞的上游和下游的外周面在循環(huán)潤(rùn)滑膜，摩擦表面不易燃燒。氣缸和環(huán)接觸比壓大，面積小，密封性好。桶面環(huán)普遍用作高速、高負(fù)荷的強(qiáng)化內(nèi)燃機(jī)的第一環(huán)。</p><p>　　錐形環(huán)外表面的角很?。ㄒ话悖?，新的缸線(xiàn)接觸，運(yùn)行速度快，向下刮效果好。安裝不上下，否則油流量增加。這枚戒指是適用于第二，三

75、氣環(huán)。</p><p>　　梯形環(huán)兩側(cè)面夾角多為150。氣缸中的活塞環(huán)裝配工作的橫向位移時(shí)，環(huán)與環(huán)槽側(cè)面之間的差距是不斷變化的，可以防止環(huán)槽油膠甚至炭化，汽油機(jī)適用于更高的熱負(fù)荷作為第一環(huán)。</p><p>　　扭曲環(huán)采取內(nèi)切或者倒角造成斷面相對(duì)彎曲中性軸不對(duì)稱(chēng)，使得環(huán)裝入氣缸發(fā)生彎曲變形后發(fā)生不超過(guò)10的盤(pán)狀正扭曲。它也有類(lèi)似的效果與錐環(huán)，但加工容易，但扭曲環(huán)扭角沿周向不均勻。</

76、p><p>　　反向扭轉(zhuǎn)環(huán)扭曲成錐形，外圓，具有很強(qiáng)的密封和刮油能力，是用于封閉油氣環(huán)。</p><p>　　2)氣環(huán)的尺寸參數(shù) </p><p>　　確保密封活塞環(huán)數(shù)的前提下，應(yīng)盡可能的小，因?yàn)榄h(huán)下數(shù)可以降低活塞的高度，減少活塞質(zhì)量，降低整體發(fā)動(dòng)機(jī)的高度，減少發(fā)動(dòng)機(jī)的摩擦損失?，F(xiàn)代高速發(fā)動(dòng)機(jī)主要是采用氣環(huán)（2和1油環(huán)），重強(qiáng)化汽油機(jī)3氣環(huán)。</p>&l

77、t;p>　　氣環(huán)主環(huán)徑向厚度尺寸參數(shù)，軸向高度和無(wú)環(huán)的形狀和自由開(kāi)放的結(jié)束偏移量S0。</p><p>　　減小環(huán)高b有利于縮短活塞高度，減小環(huán)的顫振傾向，目前已達(dá)到1mm左右的極限。太小難以加工環(huán)與環(huán)槽。</p><p>　　徑向厚度較大的環(huán)彎曲剛度大，對(duì)氣缸表面畸變的跟隨性差，但耐磨性相對(duì)較好。剛性環(huán)在小端的距離，可以得到的平均徑向壁壓力，但在適合活塞頭容易折斷。對(duì)合金鑄鐵的活塞

78、環(huán)來(lái)說(shuō)，=0.1~0.2MPa，。</p><p>　　環(huán)槽深度取0.9d=76mm</p><p><b>　　3)活塞環(huán)的材料</b></p><p>　　活塞環(huán)是內(nèi)燃機(jī)中磨損最快的零件，所以適當(dāng)選取材料和表面處理工藝十分重要。</p><p>　　活塞環(huán)一般是由合金鑄鐵鑄造，高強(qiáng)度環(huán)用球墨鑄鐵，經(jīng)過(guò)熱處理加以改進(jìn)材

79、料的熱穩(wěn)定性。少數(shù)活塞環(huán)用合金鋼制造。</p><p>　　通過(guò)經(jīng)常使用各種電鍍或涂層活塞環(huán)的工作面，以提高其耐磨性，耐腐蝕性和提高性能的運(yùn)行。最經(jīng)常利用的耐磨層為鍍鉻和噴鉬。松孔鍍鉻硬度高，耐磨性和耐腐蝕性，和存儲(chǔ)，劃傷，廣泛應(yīng)用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和自然吸氣式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。鉬的熔點(diǎn)高，噴鉬層磨損，耐磨性能好，可適應(yīng)缸氣在高溫環(huán)境下工作。噴涂的方法可能會(huì)導(dǎo)致一些多孔的，也有一定的存儲(chǔ)容量。噴鉬環(huán)主要用于第一環(huán)增壓強(qiáng)化汽油

80、機(jī)。</p><p>　　所有活塞環(huán)磷化，罐裝或氧化處理，提高磨礦和防銹。</p><p><b>　　(3)油環(huán)的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　油環(huán)的作用是把飛濺到氣缸壁上的多余潤(rùn)滑油刮下來(lái)，回到油底殼，以降低發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)油消耗量。</p><p>　　為了在高速運(yùn)動(dòng)中對(duì)油動(dòng)壓刮油液，只留下一層薄薄的油，油環(huán)壁壓力應(yīng)

81、該足夠大。由于油環(huán)無(wú)環(huán)回壓來(lái)壓氣缸壁，本身的彈簧力的壁壓力。單體鑄鐵油環(huán)，材料的強(qiáng)度是有限的，只有通過(guò)減少氣缸工作區(qū)的接觸來(lái)提高壁壓力，可以達(dá)到約0.5MPa。如高強(qiáng)度材料的使用，徑向厚度，壁的壓力可能會(huì)進(jìn)一步提高，但環(huán)剛度差后，汽缸變形，刮油能力不好。切線(xiàn)彈性李寧螺旋鐵油彈簧圈可使管壁壓力高于0.8MPa，即使該耐磨環(huán)的外圓，壁壓力相對(duì)穩(wěn)定，由于壁面壓力主要是由彈簧產(chǎn)生的力。這個(gè)環(huán)厚度小，靈活性好，可刮油在氣缸的大變形條件下。油環(huán)是一

82、個(gè)非常廣泛的應(yīng)用，特別是在高速汽油機(jī)。鑄鐵環(huán)表面鍍。</p><p>　　以上兩種單體的油環(huán)和環(huán)槽的側(cè)隙必然在環(huán)，軸向運(yùn)動(dòng)或撲動(dòng)懸浮在中間的環(huán)槽，油可能通過(guò)竄槽的側(cè)隙。這種效應(yīng)在高速度較大，因此現(xiàn)代高速汽油機(jī)采用無(wú)側(cè)隙組合鋼板型油環(huán)。</p><p>　　為了有效地進(jìn)行油環(huán)刮油，除油環(huán)結(jié)構(gòu)，也應(yīng)注意活塞的協(xié)調(diào)。為一個(gè)單一的油環(huán)的環(huán)槽側(cè)間隙必須保持盡可能的小，這意味著環(huán)槽加工精度高，變形小。

83、還應(yīng)注意的環(huán)槽必須有足夠的排水溝道區(qū)，為了避免回油節(jié)流過(guò)高引起的動(dòng)態(tài)壓力，使油環(huán)浮。在油環(huán)槽底和槽一般希望處理大量泄油孔，使油流。</p><p>　　(4)活塞環(huán)強(qiáng)度校核</p><p>　　為了確定BB任意截面的彎矩，活塞環(huán)為對(duì)稱(chēng)懸臂固定開(kāi)口AA相對(duì)的平面，因?yàn)閺淖杂蔂顟B(tài)AA部分工作狀態(tài)不轉(zhuǎn)動(dòng)活塞環(huán)。彎矩和單元中環(huán)線(xiàn)單元DP = p0br0d截面BB產(chǎn)生的作用可以寫(xiě)為</p>

84、;<p>　　環(huán)從=到段上的壓力對(duì)BB斷面的總彎矩M為</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　材料確定后常數(shù)為E，P0也為常數(shù)，對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)D一定的均壓環(huán)，自然狀態(tài)的曲率半徑ρ隨α而變，所以活塞環(huán)在自由狀態(tài)下不是圓形。</p><p><b>　　2.5活塞組的建模</b></p

85、><p>　　2.5.1 Pro/E軟件簡(jiǎn)介</p><p>　　Pro/Engineer操作軟件是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件。Pro/E軟件的參數(shù)是已知的，是參數(shù)化技術(shù)最早的應(yīng)用，三維建模軟件中占有重要的地位。Pro/Engineer作為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣，是現(xiàn)今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一

86、，尤其是占據(jù)國(guó)內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一個(gè)重要的位置。另外，它采用模塊化方式，用戶(hù)可以根據(jù)自己的需要選擇，無(wú)需安裝的所有模塊。Pro/E基于特征方式，能夠?qū)脑O(shè)計(jì)到生產(chǎn)全過(guò)程集成到一起，實(shí)現(xiàn)并行工程設(shè)計(jì)。和Pro／E用模塊可以單獨(dú)，草圖，裝配設(shè)計(jì)，零部件制造，金屬板的設(shè)計(jì)，加工，確保用戶(hù)可以根據(jù)自己的需要選取。在Pro／E的兩大特點(diǎn)：</p><p>　　1． 參數(shù)化設(shè)計(jì)和特征功能</p><p>

87、;　　Pro/Engineer是采取參數(shù)化設(shè)計(jì)的、基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計(jì)人員采取擁有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，你可以自由的素描，容易變化模型。此功能的工程設(shè)計(jì)提供了設(shè)計(jì)從不簡(jiǎn)單靈活。</p><p>　　2． 單一數(shù)據(jù)庫(kù) Pro/Engineer是創(chuàng)建在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫(kù)上，不象一些傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)創(chuàng)建在多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)上。單一數(shù)據(jù)庫(kù)，是工程信息全部來(lái)自一個(gè)庫(kù)，

88、以便在產(chǎn)品建模工作的每個(gè)用戶(hù)，不管他是哪個(gè)部門(mén)。換句話(huà)說(shuō)，在任何的變化，設(shè)計(jì)的全過(guò)程，還可以在全部設(shè)計(jì)過(guò)程的響應(yīng)后。例如，一旦項(xiàng)目細(xì)節(jié)已經(jīng)改變，數(shù)控（NC）的刀具路徑將自動(dòng)更新；組裝工程圖如有任何變動(dòng)，也完全同樣反應(yīng)在全部三維模型上。這種獨(dú)特的數(shù)據(jù) 結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計(jì)的完整的結(jié)合，使得一件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)。這一優(yōu)點(diǎn)，使得設(shè)計(jì)更優(yōu)化，成品質(zhì)量更高，價(jià)錢(qián)也更便宜，產(chǎn)品能更好地推向市場(chǎng)。</p><p>　　2.5.2活

89、塞組的建模</p><p><b>　　1.活塞的建模思路</b></p><p>　　為了準(zhǔn)確而又快速地創(chuàng)建活塞模型，首先選取活塞模型中的對(duì)稱(chēng)部分，由列表曲線(xiàn)創(chuàng)建活塞的1/4輪廓，而后鏡像生成活塞的全部輪廓。在此之后創(chuàng)建活塞的頂部凹槽特征。再創(chuàng)建活塞頭部的氣環(huán)槽和油環(huán)槽。最后創(chuàng)建各部分的倒圓角。</p><p><b>　　2.活塞

90、的建模步驟</b></p><p>　　（1）創(chuàng)建活塞的1/4輪廓</p><p>　　單擊工具欄上的【新建】按鈕或者選取下拉菜單中的“文件”“新建”命令，在打開(kāi)的“新建”對(duì)話(huà)框中，選取“類(lèi)型”為“零件”，“子類(lèi)型”為“實(shí)體”，取消“利用缺省模板”復(fù)選框，而后單擊【確定】按鈕，在打開(kāi)的“新文件選項(xiàng)”對(duì)話(huà)框中選取模板“mmns-part-solid”，單擊【確定】按鈕。</

91、p><p>　　而后單擊特征工具欄上的【旋轉(zhuǎn)工具】按鈕，單擊【位置】按鈕，再單擊【定義】按鈕，彈出“草繪”對(duì)話(huà)框，選取“TOP”基準(zhǔn)平面為草圖繪制平面，“RIGHT”基準(zhǔn)平面為參照平面，方向?yàn)椤坝摇?，單擊【草繪】按鈕，繪制下面圖所示的截面。然后單擊工具欄上的[完成]功能按鈕。在“旋轉(zhuǎn)”功能控制面板選擇旋轉(zhuǎn)角度為“90”。單擊【確定】按鈕，結(jié)果下面圖所示。</p><p><b>　　

92、創(chuàng)建活塞銷(xiāo)孔</b></p><p>　　單擊工具欄上的旋轉(zhuǎn)刀具的特點(diǎn)[ ]按鈕，單擊[位置]按鈕，然后單擊【定義】按鈕，彈出“草圖”對(duì)話(huà)框中，單擊[草圖]按鈕，繪制剖面圖下面所示。而后單擊【完成】按鈕。然后在“旋轉(zhuǎn)”的特征選擇在控制面板的旋轉(zhuǎn)角度為“90”，單擊“刪除”按鈕單擊[材料]，[確定]按鈕，結(jié)果下面圖所示：</p><p>　　在工具欄上的繪圖工具[特性]按鈕，單擊

93、該按鈕并單擊[地點(diǎn)]，[定義]按鈕，彈出“草圖”對(duì)話(huà)框中，單擊[草圖]按鈕，繪制剖面圖下面所示。而后單擊特征工具欄上的【完成】按鈕。最后在“拉伸”特征操控面板內(nèi)單擊拉伸方式為【至曲面】按鈕，選取適當(dāng)?shù)那妫瑔螕簟敬_定】按鈕，結(jié)果下面圖所示：</p><p>　　在工具欄上的繪圖工具[特性]按鈕，單擊該按鈕并單擊[地點(diǎn)]，[定義]按鈕，彈出“草圖”對(duì)話(huà)框中，單擊[草圖]按鈕，繪制剖面圖下面所示。然后單擊工具欄上的[

94、完成]功能按鈕。在“拉伸”的功能控制面板按鈕，單擊【去除材料】按鈕，點(diǎn)擊[確認(rèn)]去除材料，按鈕，結(jié)果如圖所示。</p><p>　　先新建一個(gè)基準(zhǔn)平面與“FRONT”面平行。然后單擊工具欄上的繪圖工具功能[ ]和[ ]按鈕旋轉(zhuǎn)工具按鈕操作。然后在“旋轉(zhuǎn)”控制面板，選擇“90”[ ]按鈕點(diǎn)擊移除材料的旋轉(zhuǎn)角度，單擊[確定]按鈕，結(jié)果。</p><p><b>　　創(chuàng)建倒圓角及固定孔

95、</b></p><p>　　在工具欄上的繪圖工具[特點(diǎn)]按鈕，然后材料去除特性[ ]和[ ]工具欄上的孔工具的結(jié)果。 </p><p><b>　　鏡像構(gòu)成全部活塞</b></p><p>　　用鼠標(biāo)單擊模型樹(shù)的“huo-sai”選取全部模型，而后單擊特征工具欄上的【鏡像工具】按鈕，而后選取基準(zhǔn)

96、平面“RIGHT”為鏡像參照平面。單擊【確定】按鈕，得出結(jié)果。同理再鏡像一次，即可得出全部活塞。</p><p>　　創(chuàng)建頭部氣環(huán)槽和油環(huán)槽</p><p>　　使用工具欄[ ]和[陣列工具旋轉(zhuǎn)工具]，在“旋轉(zhuǎn)”功能選擇在旋轉(zhuǎn)角度的控制面板的“360”[ ]按鈕，單擊“刪除”材料，單擊[確定]按鈕，即可得出結(jié)果。</p><p><b>　　創(chuàng)建頂部凹槽

97、</b></p><p>　　利用特征工具欄上的【拉伸工具】按鈕和【旋轉(zhuǎn)工具】按鈕，即可得出結(jié)果。</p><p><b>　　創(chuàng)建油孔</b></p><p>　　先新建一個(gè)基準(zhǔn)平面與“FRONT”面平行。然后選擇菜單欄的“插入”“掃描”“剪切”命令，然后單擊【完成】按鈕，繪制草圖。先完成一個(gè)油孔，而后利用特征工具欄上的【陣列工具

98、】來(lái)完成其余的油孔。</p><p><b>　　圖下面所示:</b></p><p><b>　　活塞</b></p><p><b>　　3.油環(huán)和氣環(huán)建模</b></p><p><b>　　圖下面所示:</b></p><p&g

99、t;<b>　　氣環(huán)</b></p><p><b>　　油環(huán)</b></p><p><b>　　活塞銷(xiāo)的建模</b></p><p><b>　　圖下面所示：</b></p><p><b>　　5.活塞組裝配</b></p

100、><p><b>　　裝配圖下面所示：</b></p><p><b>　　活塞組裝配圖</b></p><p><b>　　2.6本章小結(jié)</b></p><p>　　本章內(nèi)容是本論文的關(guān)鍵部分，根據(jù)465汽油機(jī)的性能特點(diǎn)，嚴(yán)格按照《汽油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》，進(jìn)行該汽油機(jī)活塞組的設(shè)計(jì)，定

101、下了活塞的結(jié)構(gòu)形式、油環(huán)、氣環(huán)和活塞銷(xiāo)的尺寸，在設(shè)計(jì)出活塞組尺寸的基礎(chǔ)上,運(yùn)用Pro/E創(chuàng)建活塞組的模型，在創(chuàng)建好活塞組的各個(gè)部件后，活塞組的裝配，這部分為下一章的基礎(chǔ)上，檢驗(yàn)有限元分析和強(qiáng)度。</p><p>　　汽油機(jī)活塞的有限元分析</p><p>　　3.1活塞傳熱邊界條件的確定</p><p>　　活塞的不穩(wěn)定場(chǎng)的有限元計(jì)算溫度場(chǎng)屬于三維不穩(wěn)定，這三場(chǎng)計(jì)算

102、比較復(fù)雜。在穩(wěn)態(tài)條件下的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，在一個(gè)工作循環(huán)中的巨大變化，活塞頂部氣體溫度的變化，但這個(gè)時(shí)間很短，在熱慣量，在活塞的頂表面的溫度范圍是非常薄的是活塞面積廣闊的波動(dòng)，活塞的溫度基本上是穩(wěn)定的，它被認(rèn)為是活塞溫度場(chǎng)不隨時(shí)間改變的是一個(gè)穩(wěn)定的溫度場(chǎng)，在活塞的溫度場(chǎng)計(jì)算的邊界條件，通常有第三種，即外部介質(zhì)溫度T0給定的邊界條件和傳熱系數(shù)。</p><p>　　3.1.1活塞頂部換熱系數(shù)和燃?xì)獾钠骄鶞囟?lt;/p&

103、gt;<p>　　在一個(gè)工作循環(huán)時(shí)，氣體溫度和氣體對(duì)活塞頂部的傳熱系數(shù)是短暫的，瞬時(shí)放熱系數(shù)采取艾歇公式博格來(lái)計(jì)算。</p><p><b>　　式中</b></p><p>　　—活塞平均溫度，單位為m/s.</p><p>　　—?dú)怏w瞬時(shí)壓力，單位為MPa.</p><p>　　—?dú)怏w瞬時(shí)溫度，單位為K

104、.</p><p>　　燃?xì)鈱?duì)活塞頂部平均放熱系數(shù)，和燃?xì)馄骄鶞囟劝聪旅婀接?jì)算</p><p>　　3.1.2活塞側(cè)面的換熱系數(shù)和環(huán)境溫度</p><p>　　該活塞缸套冷卻水通過(guò)熱邊界條件按下列公式的側(cè)表面，冷卻水溫度為環(huán)境溫度。</p><p>　　式中：、、分別為氣缸壁活塞環(huán)、活塞環(huán)和空隙內(nèi)油或氣的導(dǎo)熱系數(shù)；由于氣缸壁之間的傳熱系數(shù)，

105、和水，為水平均溫度的熱導(dǎo)率，水套的當(dāng)量直徑，為Nusair特?cái)?shù)。為努賽爾特準(zhǔn)則數(shù)。由上面的公式計(jì)算得出熱邊界條件。</p><p>　　3.2活塞應(yīng)力場(chǎng)三維有限元分析</p><p>　　汽油機(jī)增壓后，缸內(nèi)燃?xì)獾谋l(fā)壓力平均溫度及平均溫度提升，機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷增大。高的熱負(fù)荷，熱應(yīng)力的增加會(huì)導(dǎo)致燃燒室壁，閥座表面和活塞表面潮濕的裂縫；發(fā)生活塞環(huán)結(jié)碳、空隙變化、潤(rùn)滑油高溫結(jié)焦和油耗增高等故障

106、。M增加機(jī)械負(fù)荷，不僅使活塞與氣缸的磨損加劇，還容易造成損傷，因此對(duì)活塞渦輪增壓汽油引擎的設(shè)計(jì)，需要檢查活塞的強(qiáng)度。</p><p>　　3.2.1活塞邊界條件的處理</p><p>　　作用在活塞上的機(jī)械負(fù)荷有燃?xì)獗l(fā)壓力、活塞組的往復(fù)慣性力、銷(xiāo)座孔內(nèi)表面的支反力和裙部的側(cè)壓力。考慮到在整個(gè)工作過(guò)程中活塞，當(dāng)氣體爆炸壓力達(dá)到最大時(shí)，活塞的力，在穩(wěn)定的速度條件和變形是最嚴(yán)重的，而活塞強(qiáng)度尤

107、為突出的那一刻，所以本文選取了465個(gè)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸最高爆發(fā)壓力作為氣體活塞的機(jī)械應(yīng)力和變形分析案例。</p><p>　　活塞頂部氣體的作用力</p><p><b>　　=108499N</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　—為缸內(nèi)氣體對(duì)活塞頂部的總作用力，單

108、位兆牛頓；</p><p>　　—為缸內(nèi)氣體的絕對(duì)壓強(qiáng)，單位為兆帕MPa；</p><p>　　—為曲軸箱內(nèi)氣體的絕對(duì)壓強(qiáng)，單位為兆帕MPa；</p><p>　　—為活塞頂?shù)耐队懊娣e，D為氣缸直徑，單位為mm；</p><p>　　在進(jìn)行活塞機(jī)械應(yīng)力的有限元分析時(shí)，取=12MPa，=0.15MPa，D=108mm，代入相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算的=108

109、499N</p><p>　　活塞組件的往復(fù)慣性力</p><p>　　活塞組件包括活塞環(huán)、活塞、活塞銷(xiāo)卡環(huán)和活塞銷(xiāo)，均一起沿氣缸軸線(xiàn)以加速</p><p>　　j做變速往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。記活塞、活塞環(huán)、活塞銷(xiāo)和活塞銷(xiāo)卡環(huán)的質(zhì)量總和為，則活塞組的往復(fù)慣性力等于活塞組件質(zhì)量與加速度j的乘積，方向與加速度方向相反：</p><p>　　汽油機(jī)活塞組件

110、的總質(zhì)量=600g，代入相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算得=-82930N</p><p><b>　　活塞的側(cè)推力</b></p><p>　　活塞裙部與氣缸直接接觸，因?yàn)檫B桿的擺動(dòng)，裙部受到側(cè)壓力為：</p><p>　　代入相關(guān)數(shù)據(jù)得5903N</p><p><b>　　活塞銷(xiāo)座得支反力</b></p&g

111、t;<p>　　作用在活塞銷(xiāo)座上的支反；力有類(lèi)似的力和活塞組件的活塞頂部氣體的慣性力，分別向上的方向在兩個(gè)銷(xiāo)孔的形成。</p><p><b>　　191429N</b></p><p>　　3.2.2活塞載荷及約束的處理</p><p>　　活塞頂部和環(huán)岸區(qū)得爆發(fā)壓力按勻稱(chēng)分布處理如果在76%年底在第一圈的氣體壓力，25%煤氣余

112、壓在第一環(huán)和第二環(huán)槽下面，20%煤氣余壓在第二圈槽，第二環(huán)槽下面的氣體壓力的影響很小，可忽視。</p><p>　　在活塞銷(xiāo)孔的力的活塞銷(xiāo)座形成在接觸表面，根據(jù)參考數(shù)據(jù)，應(yīng)力分布按余弦規(guī)律在環(huán)向上120°角范圍內(nèi)，沿軸向方向相似三角形分布，沿軸向則相似按三角形分布，壓力分布曲線(xiàn)為：</p><p>　　式中L為活塞銷(xiāo)與銷(xiāo)座孔接觸長(zhǎng)度，L=0.05m ，銷(xiāo)座圓孔半徑r=0.0225

113、m，Q為作用在活塞銷(xiāo)座上的支反力合力，前面已計(jì)算得Q=191429N，代入上式計(jì)算得123.6MPa，則活塞銷(xiāo)座孔上表面120°角范圍內(nèi)任一點(diǎn)（x，0）上的分布載荷為：</p><p>　　（3）對(duì)活塞裙部活塞側(cè)推力的影響最大，并根據(jù)活塞裙部線(xiàn)型分布?，F(xiàn)在，假設(shè)所有的功能在活塞上的推力活塞裙部60°角范圍和分布的主要推力側(cè)根據(jù)公式：</p><p>　　其中上面已經(jīng)計(jì)算

114、得5903N，L為活塞裙部長(zhǎng)度0.11288m，D為活塞裙部直徑0.108m，經(jīng)計(jì)算得123.6MPa。分布式負(fù)載活塞側(cè)推力在活塞裙部的主要推力側(cè)60°角度范圍</p><p>　　（4）對(duì)活塞銷(xiāo)座孔內(nèi)側(cè)一邊各點(diǎn)使，，，，，另一邊各點(diǎn)，，，（活塞中心線(xiàn)朝上為Y，銷(xiāo)孔軸線(xiàn)方向?yàn)閄，垂直X，Y所構(gòu)成平面的方向?yàn)閆），結(jié)果表明，該限制不引入額外的負(fù)荷，是合理的。 </p><p>　　

115、3.3活塞的有限元分析</p><p>　　3.3.1設(shè)置活塞的材料</p><p>　?。?）依次選取“應(yīng)用程序”→“Mechanica”命令，出現(xiàn)信息提示框，單擊【Conitinue】按鈕，如圖3-1出現(xiàn)“模型類(lèi)型”對(duì)話(huà)框，接受默認(rèn)的Structure選項(xiàng)，如圖3-1單擊【確定】按鈕，進(jìn)入Mechanica模塊。</p><p><b>　　圖3-1&