【JX17-15】大众EA888 1.8L发动机活塞连杆设计与分析（二维+论文）
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JX17-15
【JX17-15】大众EA888 1.8L发动机活塞连杆设计与分析二维+论文
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【JX17-15】大众EA888 1.8L发动机活塞连杆设计与分析（二维+论文）,JX17-15,【JX17-15】大众EA888 1.8L发动机活塞连杆设计与分析二维+论文
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上海工程技术大学 2017 届毕业设计（论文）立题审核表学院汽车工程学院专业 机械设计制造及其自动化（汽车工程）（中美合作）班级0621131指导教师李聪职称副教授题目名称上汽大众EA888 1.8L发动机活塞连杆设计与分析学生姓名何晓波学号062113110题目类型设计论文题目性质模拟题 实际题 科研题 完成周数181. 题目来源、目的、意义 来源：本课题为设计类题目目的：通过毕业设计，训练学生实际工作能力以及考察其对专业知识的了解程度。意义：发动机活塞连杆总体设计需要综合运用大学期间所学知识，可以对学生进行全面训练，充分锻炼学生的实际设计能力。通过毕业设计，使学生掌握收集资料，借鉴他人成果的方法；熟悉并掌握发动机气缸盖总体设计的一般过程； 掌握技术方案的分析、比较、取舍与综合方法；掌握方案设计方法以及掌握工程设计方法。2. 主要工作内容通过课题使所学的基础课知识，专业基础课知识和专业课知识能理论联系实际，进行综合运用，对上汽大众EA888 1.8L发动机活塞连杆设计计算，以及校核分析。培养学生独立分析问题和解决问题的能力。本课题需要参考文献不少于50篇，其中外文参考文献至少1篇，翻译外文资料单词不少于5000个。3. 主要参考资料(资料名称、刊物名称、年(卷)期号)1 徐兆坤 汽车发动机原理M.清华大学出版社 2010年2 史文库 姚为民汽车构造M. 人民交通出版社 2013年3 王望予汽车设计（第四版）M. 机械工业出版社 2004年4 杨可桢 程光蕴 李仲生 钱瑞明机械设计基础M. 高等教育出版社 2013年5王昆 何小柏 汪信远机械设计课程设计M.高等教育出版社.2010年6 濮良贵 陈国定 吴立言 机械设计 第九版M.高等教育出版社 2013年7赵波 UG CAD教程M.清华大学出版社 2012年8钱杨 陈燕 余启志计算机辅助设计AutoCAD第二版M.上海交通大学出版社 2012年9M. Azadi, A. Mafi, M. Roozban, F. Moghaddam . Journal of Failure Analysis and PreventionJ., 2012, Vol.12 (3), pp.286-2944. 系(教研室)讨论意见 负责人： 日期：5. 学院审核意见 负责人： 日期：上海工程技术大学毕业设计（毕业论文）任务书学 院汽车工程学院专 业 机械设计制造及其自动化 （汽车工程）（中美合作）班级学号0621131 / 062113110学 生何晓波指导教师李聪题目上汽大众EA888 1.8L发动机活塞连杆设 计与分析任务规定进行日期 自2016年 11 月 21 日起，至2017年4月21日止2一、题目来源、目的、意义来源：本课题为设计类题目。目的：通过毕业设计，训练学生的实际工作能力。意义：发动机活塞连杆设计需要综合运用大学期间所学知识，可以对学生进行全面训练，充分锻炼学生的实际设计能力。通过毕业设计，使学生掌握收集资料，借鉴他人成果的方法；熟悉并掌握发动机活塞连杆设计的一般过程； 掌握技术方案的分析、比较、取舍与综合方法；掌握方案设计方法；掌握工程设计方法。二、主要工作内容1、收集上汽大众EA888 1.8L发动机活塞连杆设计与分析相关文献资料，并对其进行整理分析；2、根据设计参数，结合文献资料进行选型以及方案设计；3、完成所有参数的设计计算并对作强度校核；4、整理零件数据；5、绘制相应的零件图 完成毕业设计说明书的撰写；6、建总成三维模型，并对活塞连杆组做仿真分析。三、主要技术指标（或主要论点）缸盖/缸体材料：铝/铁 配气机构：DOHC（顶置双凸轮）供油方式：缸内直喷 缸径：82.5mm活塞行程：84.1mm 压缩比：9.6气缸排列方式：直列四缸 冲程：四冲程四、进度计划11月21日 2月11日：收集相关上汽大众EA888 1.8L发动机活塞连杆的技术资料，并对其整理分析；2月12日 2月31日：据设计参数完成活塞连杆组选型以及方案初步设计；3月1日 3月20日：完成参数的设计计算并校核；3月21日 4月1日：绘制总成装配图以及活塞连杆组零件图；4月2日 4月11日：编写设计计算说明书；4月12日 4月20日：完成论文初稿，并交系里老师中期检查；4月21日 5月15日：修改完善论文，完成二稿、终稿并交至系里检查；5月16日 5月17日：制作PPT，进行答辩准备。五、主要参考资料（外文资料至少一篇）1 徐兆坤 汽车发动机原理M.清华大学出版社 2010年2 史文库 姚为民汽车构造M. 人民交通出版社 2013年3 王望予汽车设计（第四版）M. 机械工业出版社 2004年4 杨可桢 程光蕴 李仲生 钱瑞明机械设计基础M. 高等教育出版社5王昆 何小柏 汪信远机械设计课程设计M.高等教育出版社.2010年6濮良贵 陈国定 吴立言机械设计 第九版M.高等教育出版社 2013年7赵波 UG CAD教程M.清华大学出版社 2012年8 钱杨 陈燕 余启志计算机辅助设计AutoCAD第二版M.上海交通大六、系审批意见 系主任（签名）: 七、院领导审核意见 院领导（签名）: 八、学生实际完成日期 九、同组设计（论文）者 2上海工程技术大学毕业设计（开题报告） 上汽大众EA888 1.8L发动机活塞连杆设计与分析 上汽大众EA888 1.8L发动机活塞连杆设计与分析 开题报告何晓波 062113110 一 选题背景及意义1.1 发动机活塞连杆组：近年来，随着汽车行业的迅猛发展，汽车工业的发展与创新也进入了新的篇章，节能环保的汽车已经逐渐的成为了人们推崇的新式汽车理念，在不久的将来必将成为汽车发展的主流，随着人们环保意识的增强，人们需要的不仅仅是舒适、实用，汽车的节能减排也成为了现代汽车发展的主要趋势。活塞是汽车发动机汽缸体中作往复运动的机件，其往往被成为发动机的心脏，是发动机中最重要的零件之一，其功用是有效的承受气体压力，并通过活塞销传给连杆驱使着曲轴旋转，在发动机工作时，活塞直接与分布不均匀的高温气体相接触，在做功行程的过程中，活塞顶部承受着很大的气体压力。故活塞的工作环境非常恶劣，需承受着高温，高压的热负荷和机械负荷，因此活塞作为汽车发动机上最重要的部件来传递着能量，对其材料也具有一定的要求：、要有足够的刚度和强度，传力可靠。 、导热性好，耐高压、耐高温、耐磨损； 、质量小、重量轻、尽可能减小往复惯性力；、成本低廉。因此活塞在汽车发动机中是一个重要的构件，如果发动机活塞设计不合理，即很难使发动机达到所预期的工作性能。连杆是发动机中的另一重要零件，它连接着活塞和曲轴，它的功用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，并把作用在活塞上的力传递给曲轴用来作为输出功率。连杆在工作中，除要承受燃烧室燃气产生的一定压力外，还要承受纵向和横向的惯性力。因此连杆在一个复杂的工况中进行工作，连杆必须有足够的疲劳强度和结构刚度。疲劳强度不足，往往会造成连杆体或连杆螺栓断裂，进而产生整机破坏的重大事故。若刚度不足，则会造成杆体弯曲变形及连杆大头的失圆变形，导致活塞、汽缸、轴承和曲柄销等的偏磨。发动机活塞连杆组，在发动机工作时承受的工况是最严峻和苛刻的。活塞连杆组各部件的材料的选用和结构的不同，会使发动机的工作状态发生不同的变化。所以，合理地选用各部件的材料以及合理的结构设计对减小热应力、改善工作条件等都有一定的帮助，对发动机的工作效率有显著的提高，在当今汽车节能的发展上也能作出巨大的贡献。1.2 发动机活塞连杆组的工作原理活塞连杆组是发动机的传动件，它把燃烧气体的压力传给曲轴，使曲轴旋转并输出动力。活塞连杆组主要由活塞、活塞环、活塞销以及连杆等组成活塞连杆组把燃烧气体的压力传给曲轴，使曲轴旋转并输出动力；活塞的顶部还与汽缸盖，汽缸壁共同组成燃烧室，活塞的顶部直接与高温燃气接触，活塞的温度也很高，高温使活塞的机械性能下降，热膨胀量增加；活塞在做功行程中，承受燃气的高压冲击，活塞在汽缸中高速运动，平均速度达到812m/s，要求活塞质量小，热膨胀系数小，导热性好和耐磨。二 国内外发动机活塞连杆组研究现状2.1 国内外汽车发动机连杆发展现状 现在裂解连杆常用材料，主要分为锻钢和粉末冶金两种，粉末冶金材料在北美使用较多，国内现在采用的则主要为锻钢材料。两种材料在主要技术指标上，是各有优势的，而在制造成本分布上，则有较大差异，在毛坯制造成本上，锻钢为 41% 左右，粉末冶金为 51% 左右，而在机加工成本上，锻钢在 46% 左右，粉末冶金为 40% 左右。相对于 C70S6 材料，新开发的 36MnVS4 和 46MnVS6 的疲劳性能可提高近 30%，这就意味着现生产的 C70S6 连杆具有很大的降重潜力；与最强的粉末冶金材料 3Cu6C 连杆相比，46MnVS6 的疲劳强度大 20%，这就意味着现生产粉末冶金锻造连杆如采用高牌号的锻钢材料，连杆重量也会适当的降低；对于锻造及粉末冶金材料，两者的材料性能离散率没有大的区别，尽管在数值上锻钢的稍大。汽车技术的发展，对发动机的性能提出的要求越来越高，连杆是发动机的关键零件之一，对连杆的要求是高强度、轻量化、低成本。我国各大汽车集团的主机厂发动机锻钢连杆制造技术与国外差距不大，不论从锻件的强度，表面强化技术，还是尺寸精度及产品的稳定性方面，都接近国外发达国家的水平。配件厂近年技术有所提升，但还存在一些问题，锻件成形及控冷技术落后，产品性能不稳定。在连杆轻量化方面，我国还相当落后。2.2 发动机连杆的发展趋势现阶段汽车发动机连杆材料主要的发展趋势为采用轻质的金属基复合型材料。金属基复合型材料在强度、质量及成本等方面相对于其他连杆材料有着较大的优势。现阶段应重点解决的为金属基复合型材料连杆装置的制造生产工艺的具体成本问题。在具体的生产过程中可以采用粉末烧结锻造制备连杆的方式进行，这在很大程度上能够降低金属基复合型材料的生产成本，与传统的生产工艺相比，粉末锻造烧结的发动机连杆，其总体材料的使用能够降低大约 40%，生产总体的成本能够降低约 10%，在能源消耗的方面也能够降低约 50%，并且能够最大程度上实现发动机连杆的总体轻量化。优化选择合理的热压烧结参数，以上述制备出的金属复合粉末为原料，经预成型压制，在保护气氛中进行加热烧结及做锻造毛坯，然后在压力机上实现一次锻造成型。从汽车发动机发展的现状可以了解到，相较于过去，汽车发动已经获得长远的发展。根据汽车发动机发展的现状，就可以了解到汽车发动机发展趋势。首先，节能、环保发动机随之研发。从全球发展的趋势来看，汽车发动机将朝着节能、环保的方向发展。绿色发动机连杆的出现不仅体现出人与自然的和谐相处，同时也是人们节能环保的重要措施。在绿色发动机连杆中，绿色柴油发动机将成为主要的绿色、环保发动机。无论是从发动机的动力方面来说，还是从节能环保的角度，色柴油机的节油率将高出许多。由此可见，在以后的发展趋势中，绿色发动机连杆将成为汽车发展的主流。从调查中了解到，西方发达国家的绿色柴油机销量持续增长。目前汽车石油逐渐替代生物燃料与燃料电池，并在汽车发展中发挥良好状态。此外，在具体的生产过程当中应当根据实际的生产情况科学选用高能磨球参数，提升基体金属内部的均质性，进一步提升金属连杆的强度。钛合金连杆比钢制连杆的质量可减轻 30，由此可使连杆的往复惯性力大幅度的降低。通过对发动机在各种不同转速下曲轴连杆间最小油膜厚度的测量结果，钛合金连杆和钢制连杆在保持油膜厚度相同的条件下，应用钛合金连杆的发动机转速比用钢制连杆的发动机提高700r/min，由此可使发动机的输出功率大幅度提高。钛合金连杆还可显著地降低发动机的噪声，有利于环保。由于钛合金的成本比较高，目前应用的范围有限，通常是用在一些高性能赛车上。锻钢连杆在降重潜力及成本上具有粉末冶金连杆不可比拟的优势，是未来连杆用材的主要方向。三 主要研究内容3.1发动机活塞整个活塞主要可以分为活塞顶、活塞头和活塞裙3个部分。 图3.1活塞的主要作用是承受汽缸中的燃烧压力，并将此力通过活塞销和连杆传给曲轴。此外，活塞还与汽缸盖、汽缸壁共同组成燃烧室。活塞顶是燃烧室的组成部分，因而常制成不同的形状，汽油机活塞顶多采用平顶或凹顶，以便使燃烧室结构紧凑，散热面积小，制造工艺简单。凸顶活塞常用于二行程汽油机。柴油机的活塞顶常制成各种凹坑。活塞头部是活塞销座以上的部分，活塞头部安装活塞环，以防止高温、高压燃气窜入曲轴箱，同时阻止机油窜入燃烧室；活塞顶部所吸收的热量大部分也要通过活塞头部传给汽缸，进而通过冷却介质传走。活塞头部加工有数道安装活塞环的环槽，活塞环数取决于密封的要求，它与发动机的转速和汽缸压力有关。高速发动机的环数比低速发动机的少，汽油机的环数比柴油机的少。一般汽油机采用2道气环、1道油环；柴油机为3道气环、1道油环；低速柴油机采用34道气环。为减少摩擦损失，应尽量降低环带部分高度，在保证密封的条件下应力争减少环数。活塞环槽以下的所有部分称为活塞裙。其作用是引导活塞在汽缸中作往复运动并承受侧压力。发动机工作时，因缸内气体压力的作用，活塞会产生弯曲变形，活塞受热后，由于活塞销处的金属多，因此其膨胀量大于其他各处。此外，活塞在侧压力作用下还会产生挤压变形。上述变形的综合结果，使得活塞裙部断面变成长轴在活塞销方向上的椭圆。此外，由于活塞沿轴线方向温度和质量的分布都不均匀，导致了各断面的热膨胀是上大下小。3.2发动机活塞销活塞销是装在活塞裙部的圆柱形销子。它的中部穿过连杆小头孔，用来连接活塞和连杆，其作用是把活塞承受的气体作用力传给连杆，或使连杆小头带动活塞一起运动。为了减轻重量，活塞销一般用优质合金钢制造，并作成空心。活塞销与活塞销座孔及连杆小头衬套孔的连接配合有两种方式：“全浮式”安装和“半浮式”安装。活塞销不会作轴向窜动，不需要锁片。当活塞越过上止点时，侧推力作用方向改变，活塞从紧贴次推力面转为紧贴主推力面，与气缸发生拍击，产生噪音，有损活塞耐久性。如果采用活塞销座偏心布置，则能使瞬时的过渡变成分布过渡，并采用活塞过渡时刻先于达到最高燃烧压力的时刻，因此改善了发动机的工作平顺性。但是采用活塞销座偏心布置的方法之后活塞销座的尖角负荷增大，引起这些部位的过渡磨损或变形。活塞销座偏心布置主要用于高速汽油机，可以简化装配过程。活塞销的作用是连接活塞和连杆，并传递活塞的力给连杆，是用低碳钢或低碳合金钢制成的厚壁管状体。有全浮式连接和半浮式连接两种。全浮式是在发动机正常工作温度下活塞销在连杆小头孔和活塞销座孔中都能转动,而半浮式是销与销座孔和连杆小头一处固定一处浮动的。图3.23.3发动机活塞环 活塞环是用于嵌入活塞槽沟内部的金属环，活塞环分为两种：压缩环和机油环。压缩环可用来密封燃烧室内的可燃混合气体；机油环则用来刮除汽缸上多余的机油。活塞环是一种具有较大向外扩张变形的金属弹性环，它被装配到剖面与其相应的环形槽内。往复和旋转运动的活塞环，依靠气体或液体的压力差，在环外圆面和气缸以及环和环槽的一个侧面之间形成密封。 图3.33.4发动机连杆连杆组由连杆体、连杆大头盖、连杆小头衬套、连杆大头轴瓦和连杆螺栓（或螺钉）等组成。连杆组承受活塞销传来的气体作用力及其本身摆动和活塞组往复惯性力的作用，这些力的大小和方向都是周期性变化的。因此连杆受到压缩、拉伸等交变载荷作用。连杆必须有足够的疲劳强度和结构刚度。疲劳强度不足，往往会造成连杆体或连杆螺栓断裂，进而产生整机破坏的重大事故。若刚度不足，则会造成杆体弯曲变形及连杆大头的失圆变形，导致活塞、汽缸、轴承和曲柄销等的偏磨。图3.4四 拟采用的主要研究方法 技术路线： 1. 检索文献资料，市场调研，了解发动机活塞连杆的开发与使用情况； 2. 进行发动机活塞连杆机构（活塞，连杆等）的结构方案分析，确定该汽车发动机活塞连杆机构的结构形式； 3. 根据功能要求，进行发动机活塞连杆机构总体布置设计：根据性能要求，分析确定活塞的型号规格、连杆的结构尺寸等性能结构参数，并进行相关的性能分析计算； 4. 根据活塞连杆机构总体布置设计的结果以及零件的功能与性能要求，进行活塞连杆机构零件的图纸设计；5. 根据活塞连杆机构零件图，绘制活塞连杆机构装配图；6. 编写设计计算说明书，完成毕业设计（论文）。五 课题研究内容1. 活塞连杆机构方案的确定；2. 传动结构、倒档、操纵结构等布置方案选取；3. 轴系、齿轮、同步器等零件的设计与选型；4. 轴尺寸的计算和齿轮强度的校核；5. 活塞环的设计计算；6. 绘制总成装配图、（活塞，连杆）零件图7. 建总成三维模型，并对齿轮啮合做仿真分析六 本论文（设计）预期取得的成果具体来说，为保证活塞连杆机构有良好的工作性能，需要满足下列要求：1. 要有足够的刚度和强度，传力可靠；2. 导热性好，耐高压、耐高温、耐磨损；3. 质量小、重量轻、尽可能减小往复惯性力；七 论文进度安排（1）、11月18日 2月11日：收集相关上汽大众EA888 1.8L发动机活塞连杆的技术资料，并对其整理分析；（2）、2月12日 2月31日：据设计参数完成活塞连杆组选型以及方案初步设计；（3）、3月1日 3月20日：完成参数的设计计算并校核；（4）、3月21日 4月1日：绘制总成装配图以及活塞连杆组零件图；（5）、4月2日 4月11日：编写设计计算说明书；（6）、4月12日 4月20日：完成论文初稿，并交系里老师中期检查；（7）、4月21日 5月15日：修改完善论文，完成二稿、终稿并交至系里检查；（8）、5月16日 5月17日：制作PPT，进行答辩准备。参考文献1 余志生主编.汽车理论第5版M.北京:机械工业出版.2009.2 史文库 姚为民.汽车构造M.人民交通出版社.2013.3 徐兆坤.汽车发动机原理M.清华大学出版社.2010.4 宋新萍.汽车制造工艺学M.北京：清华大学出版社2011.5陈志恒，胡宁主编.汽车电控技术M.北京：高等教育出版社.2008.6 濮良贵 陈国定 吴立言.机械设计 第九版M.高等教育出版社.2013.7刘永峰.热工基础与发动机原理M.北京:机械工业出版社.2013.8陈家瑞.汽车构造M.北京人民交通出版社.2007.9Nguyen Ba Hung, Ock Taeck Lim in Journal of Mechanical Science and Technology.J .2014,4（1545-1557）10 盖彦青.汽车发动机的总体构造J.科技传播.2011（18）：102-103121 论文相似性检测报告 论文相似性检测报告论文相似性检测报告（详细版）论文相似性检测报告（详细版）报告编号：报告编号：ca99234c-cb18-414a-a7a0-a72e015c9d7b原文字数：原文字数：17,315检测日期：检测日期：2017年03月06日检测范围：检测范围：中国学术期刊数据库（CSPD）、中国学位论文全文数据库（CDDB）、中国学术会议论文数据库（CCPD）、中国学术网页数据库（CSWD） 检测结果：检测结果：一、总体结论一、总体结论总相似比：11.59%11.59% (参考文献相似比：0.00%0.00%，排除参考文献相似比：11.59%11.59%)二、相似片段分布二、相似片段分布 注：绿色区域绿色区域为参考文献相似部分，红色区域红色区域为其它论文相似部分。三、相似论文作者（举例7个）三、相似论文作者（举例7个）点击查看全部举例相似论文作者四、典型相似论文（举例14篇）四、典型相似论文（举例14篇） 头部中前部中部中后部尾部序号序号相似比相似比相似论文标题相似论文标题参考文献参考文献论文类型论文类型作者作者来源来源发表时间发表时间13.66%发动机关键零部件选材系统的研究学位论文王丽娟西安工业大学200723.05%汽车发动机连杆材料的现状及发展趋势期刊论文曹正汽车工艺与材料200731.83%锻钢活塞的设计开发及试验验证学位论文宋树峰山东大学200741.83%基于模拟试验装置进行的小型二冲程发动机的缸内摩擦试验研究学位论文钟赛君新疆农业大学20132 论文相似性检测报告 论文相似性检测报告五、相似论文片段（共9个）五、相似论文片段（共9个） 序号序号相似比相似比相似论文标题相似论文标题参考文献参考文献论文类型论文类型作者作者来源来源发表时间发表时间51.83%国外汽车发动机连杆材料最新应用期刊论文李鹏汽车工艺与材料201061.83%论汽车发动机连杆的现状及发展趋势期刊论文王丽丽城市建设理论研究（电子版）201571.83%柴油机缸体建模与活塞有限元技术研究学位论文郑新毅大连交通大学200581.22%CY6110型柴油机的缸套、活塞组的设计研究学位论文曹晓峰天津大学200391.22%对汽油机活塞结构改进设计的理论研究学位论文刘建慧太原理工大学1999101.22%LJ465Q-2A汽油发动机连杆活塞结构有限元分析与增压强化设计学位论文黄荣辉广西大学2009111.22%活塞振荡油腔换热边界条件的试验研究学位论文黄泽辉山东大学2015121.22%4L132柴油机活塞设计及强度分析期刊论文王凯 等柴油机设计与制造2012131.22%X2110CF-15型柴油发动机活塞数字设计探讨期刊论文何冰强 等内燃机2009141.22%活塞烧蚀原因分析期刊论文阎秀丽 等装备制造技术20121 1送检论文片段送检论文片段相似论文片段相似论文片段【1.22%】位置：头部中前部中部中后部尾部来源：对汽油机活塞结构改进设计的理论研究 学位论文刘建慧，1999年 太原理工大学工作情况有关。活塞组件与气缸一起保障发动机工质的可靠密封，否则活塞式发动机就不能正常运转。活塞组件工作情况的共同特点是工作温度很高，并在很高的机械负荷下高速滑动，同时润滑不良，这决定了它们遭受强烈的磨损，并且可能产生滑动表面的拉毛、烧伤等故障。实践经验证明，活塞组件的寿命2 2送检论文片段送检论文片段相似论文片段相似论文片段【1.22%】位置：3 论文相似性检测报告 论文相似性检测报告头部中前部中部中后部尾部来源：活塞振荡油腔换热边界条件的试验研究 学位论文黄泽辉，2015年 山东大学温度很高，并在很高的机械负荷下高速滑动，同时润滑不良，这决定了它们遭受强烈的磨损，并且可能产生滑动表面的拉毛、烧伤等故障。实践经验证明，活塞组件的寿命决定了发动机的修理间隔，在大功率强化发动机中，活塞组的热负荷往往限制了发动机的强化潜力。由此可见，提高活塞组件的工作活塞的工作情况。活塞的工作温度很高，并在很高的机械负荷下高速滑动，同时润滑不良，这决定了它遭受强烈的磨损，并且可能产生滑动表面的拉毛、烧伤等故障。实践经验证明，活塞的寿命决定了柴油机的修理间隔。在大功率强化柴油机中，活塞的热负荷往往限制了柴油机的强化潜力，对活塞3 3送检论文片段送检论文片段相似论文片段相似论文片段【1.83%】位置：头部中前部中部中后部尾部来源：发动机关键零部件选材系统的研究 学位论文王丽娟，2007年 西安工业大学条件下工作。活塞直接与高温气体接触，瞬间温度可达2500K以上。因此，受热严重，而受热条件又差，所以活塞温度都很高，顶部高达600700K，且温度分布不均匀；活塞顶部承受气体压力很大，特别是做功行程最大，一般汽油机可达35 ，这使得活塞产生压力，并产生侧压力的作用；活塞在气缸内以很高的速度（812m/s）往复运动，且速度在不断变化，这就产生了很大的惯性力，是活塞承受很大的附加载荷。如此，活塞在这样恶劣的条件按下工作，会产生变形并加速磨损，还会产生附加载荷和热应力，同时受到受热严重,而散热条件又很差,所以活塞工作时温度很高,顶部高达600-700K,且温度分布很不均匀；活塞顶部承受气体压力很大,特别是做功行程压力最大,汽油机高达3-5MPa,柴油机高达6-9MPa,这就使得活塞产生冲击,并承受侧压力的作用；活塞在气缸内以很高的速度(8-12ms)往复运动,且速度在不断地变化,这就产生了很大的惯性力,使活塞受到很大的附加载荷。活塞在这种恶劣的条件下工作4 4送检论文片段送检论文片段相似论文片段相似论文片段【1.83%】位置：头部中前部中部中后部尾部来源：发动机关键零部件选材系统的研究 学位论文王丽娟，2007年 西安工业大学工作，尤其是第一道环最为困难，长期以来，活塞环一直是发动机上使用寿命最短的零件。活塞环工作时受到气缸中高温高压燃气的作用，温度很高(特别是第一道环温度可高达600K)，活塞环在气缸内随活塞一起作高速运动，加上高温下机油可能变质，使环的润滑条件变坏，难以保证良好的润滑，因而磨损严重。另外，由于气缸壁的锥度和椭圆度，活塞环随活塞往复运动时，沿径向会产生一张一缩运动，使环受到交变应力而容易折断。因此，要求活塞环弹性好，强度高、耐磨损。目前广泛采用的活塞环工作,尤其是第一道环最为困难,长期以来,活塞环一直是发动机上使用寿命最短的零件。活塞环工作时受到气缸中高温高压燃气的作用,温度很高(特别是第一道环温度可高达600K),活塞环在气缸内随活塞一起作高速运动,加上高温下机油可能变质,使环的润滑条件变坏,难以保证良好的润滑,因而磨损严重。另外,由于气缸壁的锥度和椭圆度,活塞环随活塞往复运动时,沿径向会产生一张一缩运动,使环受到交变应力而容易折断。因此,要求活塞环弹性好,强度高、耐磨损。3)活塞销 活塞销的功用是连接活塞和连杆小头,并把活塞4 论文相似性检测报告 论文相似性检测报告5 5送检论文片段送检论文片段相似论文片段相似论文片段【1.22%】位置：头部中前部中部中后部尾部来源：基于模拟试验装置进行的小型二冲程发动机的缸内摩擦试验研究 学位论文钟赛君，2013年 新疆农业大学往复运动时，沿径向会产生一张一缩运动，使环受到交变应力而容易折断。因此，要求活塞环弹性好，强度高、耐磨损。目前广泛采用的活塞环材料是合金铸铁（在优质灰铸铁中加入少量铜、铬、钼等合金元素)，第一道环镀铬，其余环一般镀锡或磷化。活塞环的功能是密封气缸上部和润滑气缸下部，以及将部分燃烧的热量通过气缸气缸壁的锥度和椭圆度，活塞环随活塞往复运动时，沿径向会产生一张一缩运动，使环受到交变应力而容易折断。因此，要求活塞环弹性好、强度高、耐磨损。目前活塞环的材料广泛采用合金铸铁（即在优质灰铸铁中加入少量铜、铬、钼等合金元素），通常第一道环镀铬，其余环一般镀锡或磷化。2.5.2 关于活塞润滑和斯特里贝克润滑6 6送检论文片段送检论文片段相似论文片段相似论文片段【1.83%】位置：头部中前部中部中后部尾部来源：锻钢活塞的设计开发及试验验证 学位论文宋树峰，2007年 山东大学应力分布取决于销座和活塞销两者变形是否相互适应，如果活塞销刚度较大而销座刚度较小，或者活塞销刚度小而销座刚度大，则二者不能相互适应。结果引起销座内孔上侧边缘等处产生严重的应力集中致使销座断裂。因此，活塞销座的设计应与活塞销统一考虑，要求活塞销有较高的刚度，减少活塞销的弯曲变形，而活塞销座能承受很高的压力，又要具有一定弹性，使之适应活塞销的变形。销座的结构有单筋销座、双筋弹性销座、宽型整体支承筋的刚性销座、斜面销座和阶梯销座。因此，在活塞销座的设计中，采用双筋弹性销座，即在销孔的侧上方设置两条支承筋，筋间的凹穴，可以使销座具有良好的弹性，能在一定程度上适应活塞销的变形，从而减少销孔的点的应力集中活塞销座内档的间距。同时还要考虑应力分布,销座的应力分布取决于销座与活塞销两者之间的变形是否相适应,如果活塞销刚度较大而销座刚度较小,或者活塞销刚度小而销座刚度大,则两者之间变形不能相互适应,结果引起销座内孔上侧边缘等处产生严重的应力集中,致使销座开裂。因此销座的设计应与活塞销统一考虑,要求活塞销有足够的刚度,减少活塞销的弯曲变形,而活塞销座能承受很高的压力,又要具有一定的弹性,使之适应活塞销的变形。所以在设计锻钢活塞销座时,充分考虑了这些因素,设计销座形状为弹性销座形式,即在销座上方与活塞顶部留有一定7 7送检论文片段送检论文片段相似论文片段相似论文片段【1.22%】位置：头部中前部中部中后部尾部来源：汽车发动机连杆材料的现状及发展趋势 期刊论文汽车工艺与材料，2007年 曹正粉末冶金连杆：目前，丰田汽车粉末冶金连杆已经商品化。英国、瑞士、德国合作，选用一种成分为Fe-1.5Cr-0.5C的合金粉末试制发动机连杆，并通过零件拉压疲劳性能试验及发动机发动机台架试验。目前,丰田汽车粉末冶金连杆已经商品化。英国、瑞士、德国合作,选用一种成分为Fe1.5C卜0.5C的合金粉末试制发动机连杆,并通过零件拉压疲劳性能试验及发动机5 论文相似性检测报告 论文相似性检测报告台架试验。粉末烧结锻造连杆的特点是经济效益显著，一般认为粉末烧结锻造连杆与锻钢连杆相比，材料节约40%，生产成本可降低10%，能源消耗节约50%。2) 钛合金连杆：钛合金制造发动机台架试验。德国还采用成分为Fe.(0.3 5-0.4 5)c.(0.3-0.4)Mn-(O.1-0.25)C卜(0.2-0.3)Ni粉末冶金连杆,用在Porsche928高性能发动机上。粉末冶金锻造连杆的强度、韧性能达到锻钢连杆的水平,是通过以下两个方面得到保证的,一是通过锻造提高粉坯的密度,二是通过8 8送检论文片段送检论文片段相似论文片段相似论文片段【1.22%】位置：头部中前部中部中后部尾部来源：国外汽车发动机连杆材料最新应用 期刊论文汽车工艺与材料，2010年 李鹏连杆主要考虑的是轻量化，金属钛的密度仅为钢铁材料的58%，因此用钛合金制造汽车发动机连杆，可大幅度地降低连杆的质量。日本采用化学成分为Ti-3Al-2V的钛合金生产连杆，其抗拉强度可达800MPa、屈服强度可达600MPa， 相当于45调质钢的强度水平。钛合金连杆比钢制连杆的质量可减轻30，由此可使连杆的往复惯性力大幅度的降低。通过对发动机在各种不同转速下曲轴连杆连杆事业,有着重大的现实意义。3钛合金材料由于金属钛的密度为4.5 gcm3,仅为钢铁材料的58%,因此用钛合金制造汽车发动机连杆,可大幅度地减轻连杆的质量。日本采用化学成分为Ti.3AI.2V的钛合金生产连杆,其抗拉强度可达800 MPa、屈服强度可达600MPa,相当于45调质钢的强度水平。Ti.3AI.2V易切削钛合金连杆9 9送检论文片段送检论文片段相似论文片段相似论文片段【1.83%】位置：头部中前部中部中后部尾部来源：汽车发动机连杆材料的现状及发展趋势 期刊论文汽车工艺与材料，2007年 曹正调质钢的强度水平。钛合金连杆比钢制连杆的质量可减轻30，由此可使连杆的往复惯性力大幅度的降低。通过对发动机在各种不同转速下曲轴连杆间最小油膜厚度的测量结果，钛合金连杆和钢制连杆在保持油膜厚度相同的条件下，应用钛合金连杆的发动机转速比用钢制连杆的发动机提高700r/min，由此可使发动机的输出功率大幅度提高。钛合金连杆可显著地降低发动机的噪声，而且有利于环保。3.4连杆主要尺寸选择连杆的主要尺寸主要包括：连杆长度、连杆衬套内径、小头宽度、大头宽度等。3.4.1连杆调质钢和800 MPa级的非调质钢的疲劳极限相当。钛合金连杆比钢制连杆的质量可减轻30%,由此可使连杆的往复惯性力大幅度的降低。通过对发动机在各种不同转速下曲轴连杆间最小油膜厚度的测量结果,钛合金连杆和钢制连杆在保持油膜厚度相同的条件下,应用钛合金连杆的发动机转速比用钢制连杆的发动机提高700 rmin,由此可使发动机的输出功率大幅度提高。钛合金连杆还可显著地降低发动机的噪声,有利于环保。由于钛合金的成本比较高,目前应用的范围有限,通常是用在一些高性能赛车上。现状分析汽车技术的发展,对发动机6 论文相似性检测报告 论文相似性检测报告六、全部举例相似论文作者（共7个）六、全部举例相似论文作者（共7个） 查看全文报告请点击说明：1.总相似比送检论文与检测范围全部数据相似部分的字数/送检论文总字数2.参考文献相似比送检论文与其参考文献相似部分的字数/送检论文总字数3.排除参考文献相似比=总相似比-参考文献相似比4.剩余相似比总相似比-典型片段总相似比5.本报告为检测系统算法自动生成，仅供参考序号序号作者作者典型片段总相似比典型片段总相似比剩余相似比剩余相似比1王丽娟3.66%7.93%2曹正3.05%8.54%3宋树峰1.83%9.76%4李鹏1.22%10.37%5刘建慧1.22%10.37%6黄泽辉1.22%10.37%7钟赛君1.22%10.37%上海工程技术大学毕业设计(论文) 大众 EA888 1.8L 发动机活塞连杆设计与分析- 1 -摘要本文主要介绍 EA888 汽油机活塞连杆组的设计。首先根据汽油机的性能指标对汽油机主要的性能参数进行了选择。然后在参照 EA888 汽油机的活塞连杆组进行结构设计。在阐述活塞连杆组设计过程的同时也对主要零部件的设计要点作了总结。本说明书中重点论述了 EA888 发动机活塞连杆组的设计依据与设计过程。关键字：汽油机；活塞连杆；EA888上海工程技术大学毕业设计(论文) 大众 EA888 1.8L 发动机活塞连杆设计与分析- 2 -ABSTRACTThis paper introduces the design of EA888 gasoline engine piston connecting rod group. Firstly, the main performance parameters of gasoline engine are selected according to the performance index of gasoline engine. Then, the structural design of the piston connecting rod group of EA888 gasoline engine is presented. At the same time, the design process of the piston connecting rod group is described. This paper focuses on the design basis and design process of EA888 engine piston connecting rod group.Key words: gasoline engine; piston rod; EA888上海工程技术大学毕业设计(论文) 大众 EA888 1.8L 发动机活塞连杆设计与分析- 3 -目录摘要摘要.1ABSTRACT.2目录目录.31 引言引言.51.1 概述.51.2 设计目的.51.3 预期结果和意义.51.4 主要技术参数.62 活塞组件设计活塞组件设计.72.1 活塞的结构设计.72.1.1 活塞组工作条件和设计要求.72.1.2 活塞销工作条件和设计要求.82.1.3 活塞环工作条件和设计要求.82.2 活塞组件的材料及表面处理.92.2.1 活塞材料及表面处理.92.2.2 活塞销材料及热处理.92.2.3 活塞环材料及热处理.92.3 活塞的结构形式.102.3.1 活塞头部.102.3.2 活塞裙部.102.3.3 活塞销座.112.4 活塞的主要结构参数及其强度校核.112.4.1 活塞主要尺寸选择.112.4.2 活塞强度校核.132.5 活塞销主要结构尺寸及其强度校核.142.6 活塞环主要结构尺寸及其强度校核.153 连杆的设计及校核连杆的设计及校核.183.1 连杆的工作条件和设计要求.183.2 连杆材料.183.3 国内外发展现状.193.4 连杆主要尺寸选择.193.4.1 连杆长度.203.4.2 连杆小头直径与宽度.203.4.3 连杆大头.203.4.4 杆身断面.213.4.5 小头及衬套.213.4.6 大头剖分形式及定位.213.5 连杆主要尺寸及其强度校核.21上海工程技术大学毕业设计(论文) 大众 EA888 1.8L 发动机活塞连杆设计与分析- 4 -3.5.1 连杆小头强度校核.213.5.2 连杆大头强度校核.24总结总结.27参考文献参考文献.28致致 谢谢.29上海工程技术大学毕业设计(论文) 大众 EA888 1.8L 发动机活塞连杆设计与分析- 5 -大众大众 EA888 1.8L 发动机活塞连杆设计与分析发动机活塞连杆设计与分析何晓波 0621131101 引言1.1 概述汽油机的不断发展，是建立在内燃机的改进和创新，对内燃机内主要零部件性能和寿命不断改进和提高的基础上，特别是随着发动机强化程度的提高、功率的增加和转速的增大，使的各种汽油机的使用范围更加广阔，可以适应的环境更加多变。本次设计主要的完成 EA888 汽油机中活塞连杆的设计与校核。发动机的工作可靠性和耐久性，在很大程度上与活塞组的工作情况有关。活塞组件与气缸一起保障发动机工质的可靠密封，否则活塞式发动机就不能正常运转。活塞组件工作情况的共同特点是工作温度很高，并在很高的机械负荷下高速滑动，同时润滑不良，这决定了它们遭受强烈的磨损，并且可能产生滑动表面的拉毛、烧伤等故障。实践经验证明，活塞组件的寿命决定了发动机的修理间隔，在大功率强化发动机中，活塞组的热负荷往往限制了发动机的强化潜力。由此可见，提高活塞组件的工作可靠性和耐久性对发动机的性能的提高具有极重要的意义。1.2 设计目的选择具有代表性的大众公司生产的 EA888 1.8L 发动机作为样机。对样机进行全面分析，消化吸收其先进技术，并根据国家有关标准，确定符合国情的技术参数。避免盲目设计，给设计和生产带来困难。通过完成 EA888 汽油机活塞连杆的设计及校核，掌握一般的设计方法和思路，培养 CAD 绘图能力，查询文献能力和独立思考能力，最终达到一个工程设计人员所必备的基本能力要求。1.3 预期结果和意义预期结果：设计的 EA888 汽油机活塞连杆满足强度与生产应用要求，符合当前上海工程技术大学毕业设计(论文) 大众 EA888 1.8L 发动机活塞连杆设计与分析- 6 -制造厂家生产制造要求，具有良好的经的活塞连杆，掌握了活塞连杆的设计要领，学习到一般设计方法、思路和流程，济性和适用性，有利于企业的应用。意义：通过设计和校核 EA888 汽油机与企业相互联系，培养独立自主专研的能力，实现理论与实际相结合的应用，从而达到一个符合企业工程设计人员的要求。1.4 主要技术参数缸盖/缸体材料：铝/铁 配气机构：DOHC（顶置双凸轮）供油方式：缸内直喷 缸径：82.5mm活塞行程：84.1mm 压缩比：9.6气缸排列方式：直列四缸 冲程：四冲程上海工程技术大学毕业设计(论文) 大众 EA888 1.8L 发动机活塞连杆设计与分析- 7 -2 活塞组件设计2.1 活塞的结构设计2.1.1 活塞组工作条件和设计要求活塞在高温、高压、高速、润滑不良的条件下工作。活塞直接与高温气体接触，瞬间温度可达 2500K 以上。因此，受热严重，而受热条件又差，所以活塞温度都很高，顶部高达 600700K，且温度分布不均匀；活塞顶部承受气体压力很大，特别是做功行程最大，一般汽油机可达 35，这使得活塞产生压力，并产生侧压力的作aMP用；活塞在气缸内以很高的速度（812m/s）往复运动，且速度在不断变化，这就产生了很大的惯性力，是活塞承受很大的附加载荷。如此，活塞在这样恶劣的条件按下工作，会产生变形并加速磨损，还会产生附加载荷和热应力，同时受到燃气的化学腐蚀作用。承受高温高压燃气作用并通过活塞销，连杆将力传递给曲轴。销座孔内侧受力严重。目前承受高速增压柴油机的最高燃烧压力控制在 1213MPa，最高可达 15MPa。高速增压柴油机最高燃气温度在 2000 摄氏度左右，循环平均有效传热温度在800 摄氏度左右。活塞组件在高速往复运动中与气缸壁形成密封配对副，在传递力过程中裙部承受很大的侧压力。综上所述，活塞是在高负荷，高温，高速，润滑不良的条件下工作的，对它的设计要求：要选用热强度好，耐磨，比重小，热膨胀系数小，导热性好，具有良好耐磨性、工艺性的材料；有合理的形状和壁厚。是散热良好，强度、刚度符合要求，尽量减轻重量，避免应力集中；保证燃烧室气密性好，窜气、窜油要少又不增加活塞组的摩擦损失，尽可能靠近活塞中部，确定活塞周边温度均匀注意喉口部位设计，防止局部烧损；保证活塞头部必须有足够的机械强度和良好的热散热，以承受高温高压燃气的作用。上海工程技术大学毕业设计(论文) 大众 EA888 1.8L 发动机活塞连杆设计与分析- 8 -活塞裙部应有控制热膨胀措施，以确保在任何工作条件下与气缸之间有最佳配合间隙；活塞销座处（特别是销座孔内侧）应有避免应力集中的措施，应根据冷却条件合理确定第一活塞环的位置及活塞环糟的设计，尽可能减少有害间隙容积。2.1.2 活塞销工作条件和设计要求活塞销在高温下周期地承受很大的冲击载荷，其本身又作摆转运动，而且处于润滑条件很差的情况下工作，因此，要求活塞销具有足够的强度和刚度，表面韧性好，耐磨性好，重量轻。所以活塞销一般都做成空心圆柱体，采用低碳钢和低碳合金钢制成，外表面经渗碳淬火处理以提高硬度，精加工后进行磨光，有较高的尺寸精度和表面光洁度。活塞销承受销座传来的燃气应力、活塞比较容易磨损。活塞销的设计要点有故：组惯性力和连杆小头作用力。由于相对转动角度小。难以实现完全液体润滑，1）足够的强度和刚度以限制变形量；2）内韧外硬以提高抗疲劳和耐磨性；3）尽可能轻以减小自身往复惯性力。2.1.3 活塞环工作条件和设计要求活塞环在高温、高压、高速和润滑极其困难的条件下工作，尤其是第一道环最为困难，长期以来，活塞环一直是发动机上使用寿命最短的零件。活塞环工作时受到气缸中高温高压燃气的作用，温度很高(特别是第一道环温度可高达 600K)，活塞环在气缸内随活塞一起作高速运动，加上高温下机油可能变质，使环的润滑条件变坏，难以保证良好的润滑，因而磨损严重。另外，由于气缸壁的锥度和椭圆度，活塞环随活塞往复运动时，沿径向会产生一张一缩运动，使环受到交变应力而容易折断。因此，要求活塞环弹性好，强度高、耐磨损。目前广泛采用的活塞环材料是合金铸铁（在优质灰铸铁中加入少量铜、铬、钼等合金元素)，第一道环镀铬，其余环一般镀锡或磷化。活塞环的功能是密封气缸上部和润滑气缸下部，以及将部分燃烧的热量通过气缸壁传给冷却水。根据发动机的类型和使用工况，决定所需活塞环的数目。对于第二道环以下的上海工程技术大学毕业设计(论文) 大众 EA888 1.8L 发动机活塞连杆设计与分析- 9 -气环，要充分研究它的气密性有多大；增加环的数目未必能减少漏气量。目前总的趋势是减少活塞环的数目，本次所研究的汽油机 EA888 使用 3 道环，两道气环，一道油环。顶环，即第一道环又称压缩环，主要起密封燃气作用。第一道环的工作条件最恶劣，它的好坏对活塞组窜气、窜油将产生影响。因此，要强化第一道气环，对其材料和复层，结构尺寸和断面形状等都应仔细选定。第一道环普遍采用镀铬，其次喷钼。抗结胶和抗拉缸性能较好的梯形环、桶面环使用日益增多。油环，为第三环，主要起控制润滑油作用。由于只有一道油环，因此强化油环结构，加强刮油效果是必要的。中间环，辅助密封燃气；主要起刮油作用并确保顶环必要的润滑。2.2 活塞组件的材料及表面处理2.2.1 活塞材料及表面处理现代高速汽油机活塞材料可选用共晶铝硅合金或过共晶铝硅合金。后者具有耐热、耐磨及膨胀系数小等优点，但工艺性较差，我国曾采用有稀土元素的合金，不过由于稀土元素的纯净度难以保证，会影响铝合金性能，所以现在采用的不多。铝合金活塞毛胚多采用金属模锻，成型后一般要热处理，对硅铝合金可加热到300500保温 34 个小时，然后淬入热水，再加热到 200保温 8 小时，用以消除内应力。2.2.2 活塞销材料及热处理通用材料：20、15Cr、20Cr、20Mn2，一般采用 20Cr。活塞销外圆表面须经渗碳处理，渗碳层深度与活塞销壁厚有关，常规渗碳层厚度约为活塞销壁厚的 10%，内孔表面也可根据需要进行渗碳，厚度可比外表面小。活塞销外圆表面经渗碳淬火后的硬度约为 5864HRC,外圆表面粗糙度应控制在0.16um 以内。活塞销加工可采用冷挤压工艺，这种工艺具有节省金属、提高劳动生产率，降低成本、机械性能好等优点。对于铝合金活塞，冷态时活塞销和销座配合大多是过盈，因此，在装配时，需将活塞销座加热到 60120。上海工程技术大学毕业设计(论文) 大众 EA888 1.8L 发动机活塞连杆设计与分析- 10 -2.2.3 活塞环材料及热处理活塞环常用材料。一般为合金铸铁，合金成分主要有：铬钼、铜铬钼、钨铬钼、钨钒钛等，高强度的汽油机顶环多采用球墨铸铁。活塞环常用的表面处理:高强度的汽油机顶环与气缸外圆接触面一般要进行喷钼或镀铬处理，EA888 汽油机活塞环所采用的是外圆面镀铬处理，铬层厚度 0.05mm 以上，衍磨后，液体喷砂处理，其余面磷化处理。表面镀铬可分为镀硬铬和松孔镀(即在镀铬后再进行表面松孔处理，以改善储油)，镀铬层厚度约为 0.050.10mm 孔镀铬层厚度约为 0.100.18mm 孔层厚度为 0.05mm。为提高喷钼或镀铬层的牢度，外层多用于镶嵌结构，镀层仅限于环部中段。2.3 活塞的结构形式2.3.1 活塞头部活塞头部的结构主要取决于内燃机的强化程度。顶部的形状主要决定于燃烧室的类型，在某些二冲程的内燃机中海涉及到换气的需要。环带的位置与结构还影响到了整机的排放和活塞的使用寿命。活塞头部截面形状。活塞头部经常设计成导热良好的“热流型”，即根据活塞的热流通道，采用大圆弧过渡，以增加从顶部到裙部的传热截面，从而将头部的热流迅速传出，使活塞头部的温度得以降低。温度降低同时也有利于消除应力集中，这样，可以提高活塞的承载能力。由于活塞头部需承受高温高压作用，因此活塞头部易产生的疲劳裂纹，多数发生在气门凹坑、燃烧室喉口边缘、活塞顶内壁与销座根部连接处。从结构上解决头部裂纹的措施如下：1、合理设计活塞头部形状，降低活塞顶面的机械应力，使顶面应力状态在疲劳极限的范围内。2、避免加工尖角，采用较大的过渡圆角，消除应力集中。因此，活塞顶的设计对于活塞头部对抗高温高压就显得尤为重要。其中凹顶式活塞顶部，浅凹坑用来改善混合气形成和燃烧质量，或为了防止气门碰撞和调整压缩比。上海工程技术大学毕业设计(论文) 大众 EA888 1.8L 发动机活塞连杆设计与分析- 11 -2.3.2 活塞裙部活塞裙部的结构对活塞运动的平顺性和活塞与气缸之间的工作配合条件有着重要的影响。为了控制热膨胀，尽量保持最佳缸配间隙，裙部可以开槽，镶钢片盒中凸椭圆等结构。2.3.3 活塞销座新一代活塞销座结构演变的特点：在不增加尺寸的前提下，优化毛胚造型和孔口加工形状，以提高变形的适应能力和整体承载能力；偏置轴线以降低活塞的敲击噪声。所谓的异型销孔，包括椭圆销孔、带卸载槽销孔和锥形销孔。与普通的直销孔相比，它可明显减小应力集中，减小幅度约为 10%30%。活塞销座的应力分布取决于销座和活塞销两者变形是否相互适应，如果活塞销刚度较大而销座刚度较小，或者活塞销刚度小而销座刚度大，则二者不能相互适应。结果引起销座内孔上侧边缘等处产生严重的应力集中致使销座断裂。因此，活塞销座的设计应与活塞销统一考虑，要求活塞销有较高的刚度，减少活塞销的弯曲变形，而活塞销座能承受很高的压力，又要具有一定弹性，使之适应活塞销的变形。销座的结构有单筋销座、双筋弹性销座、宽型整体支承筋的刚性销座、斜面销座和阶梯销座。因此，在活塞销座的设计中，采用双筋弹性销座，即在销孔的侧上方设置两条支承筋，筋间的凹穴，可以使销座具有良好的弹性，能在一定程度上适应活塞销的变形，从而减少销孔的点的应力集中。2.4 活塞的主要结构参数及其强度校核2.4.1 活塞主要尺寸选择活塞的主要尺寸主要包括：活塞直径 D，活塞的高度，压缩高度，裙部高H1H度，环岸高度、，活塞顶厚度及环槽底径、，销座开档距离 B 等。2H1h2h1D2D结构参数取决于以下因素：转速、燃烧室的形状和活塞裙部承压面积。应在保证结构布置合理和所需承压面积的条件下，尽量选择小的活塞高度。数据范围：根据内燃机设计手册 机械设计手册知：H/D=1.0-1.3，推荐值在 1.1 左右，故选择 1.1，即活塞高度 H=1.182.5=90.75mm；活塞压缩高度；上海工程技术大学毕业设计(论文) 大众 EA888 1.8L 发动机活塞连杆设计与分析- 12 -在保证气环良好的工作条件下，宜缩短 H1，力求降低整机高度尺寸。根据内燃机设计手册 机械设计手册知：H1/D=0.5-0.7，选择 0.5，即压缩高度:H1=41mm；活塞环的数目；目前中小型高速汽油机采用三环结构(2 道气环，1 道油环)。环槽底径 ：可根据以下公式计算得到气环槽：，得 =78.5mm；5 . 021KDtDD1D油环槽；，得 =78.5mm；5 . 122KDtDD2DD活塞名义直径t活塞环的径向厚度，气环槽，油环槽；21t5 . 22tK系数，铝活塞 K=0.006 环岸高度第一环岸温度较高，承受气体压力大，又容易受环的冲击而断裂，故第一环岸高度 h1 比其余环岸高度大一些。数据范围：根据内燃机设计手册 机械设计手册知：第一环岸高度h1/D=0.04-0.08，取 0.05，即第一环岸高度 h1=4.1mm。第二、三环岸高度 h2(h3)/D=0.03-0.045，取 0.04，即第二、三环岸高度 h2(h3)=3.3mm。裙部长度 H2 根据内燃机设计手册 机械设计手册知：H2/D=0.65-0.88，选择 0.75，即裙部长度 H2=62mm；裙部壁厚：g根据内燃机设计手册 机械设计手册知：/D=0.03-0.06，选择 0.04，即裙部壁厚：3.3gmm活塞销直径 d：根据内燃机设计手册 机械设计手册知：中小型高速汽油机，一般d/D0.4，d/D=0.28-0.38，选择 0.28，即活塞销直径：上海工程技术大学毕业设计(论文) 大众 EA888 1.8L 发动机活塞连杆设计与分析- 13 -d=23mm销座间隔 B 根据内燃机设计手册 机械设计手册知：B/D=0.35-0.42，选择 0.4，即销座间隔：B=33mm2.4.2 活塞强度校核1）活塞顶：已知条件：，D1=78.5mm，=13mm a10MPPZ活塞是铝合金、有筋顶的， 2750/ukgfcm机械应力： 22178.50.680.68 106222 13uzDPMPa根据已知条件得： 2750/ukgfcm，合格。 uu2） 第一环岸：已知条件：， azMPP1014.1hmm材料铝合金， 2/260cmkgf弯曲应力： 2233182.54.5104.5 101018.224.1wZDPMPah根据已知条件得：182.22/cmkgf剪切应力： 222182.53.14103.14 10106.34.1zDPMPah根据已知条件得：632/cmkgf总应力： 2222318.223 6.321.2wMPa 上海工程技术大学毕业设计(论文) 大众 EA888 1.8L 发动机活塞连杆设计与分析- 14 -根据已知条件得：212 2/cmkgf，合格。 3） 裙部比压：已知条件：D=82.5mm，=10MPa， zP2max3.14/ 405343zNDpN高速柴油机和汽油机=5 1q裙部比压： max1253431.0482.5 62NqDH根据已知条件得：1.04q1q1，合格。2.5 活塞销主要结构尺寸及其强度校核1) 活塞销的功用是连接活塞和连杆小头，并把活塞承受的气体压力传给连杆。活塞销在高温下周期地承受很大的冲击载荷，其本身又作摆转运动，而且处于润滑条件很差的情况下工作，因此，要求活塞销具有足够的机械强度和刚度，表面韧性好，耐磨性好，重量轻以减小往复运动惯性力。根据活塞销的工作条件和设计要求，销的工作表面应具有高硬度，内部应富有韧性和较高的强度，但是硬的表层和内部必需紧密结合，保证销在冲击载荷作用下没有金属剥落和金属层之间分离的现象。所以，需要对销进热处理，对于选择低碳钢作为材料的活塞销，需要进行渗碳和淬火。根据不同销的尺寸大小，渗碳层的深度一般在 0.52mm 之间。对于 45 钢的活塞销则是进行表面淬火，淬火层深度为11.5mm。销经热处理后，其外表面硬度为 HRC=5865，内部硬度约 HRC=36。2） 活塞销的结构尺寸，主要指活塞销外直径 d，内直径，销的长度。0d0l 活塞销的内径对销的弯曲刚度影响很小，但如果内径过大，销壁过薄，会使0d销断面失圆，甚至纵向开裂。因此可以根据允许的失圆变形来选择，根据经验，0d活塞销许用失圆变形为，因 D=82.5mm，带入上式得。0.012(1 0.01 )dD，0.0021d上海工程技术大学毕业设计(论文) 大众 EA888 1.8L 发动机活塞连杆设计与分析- 15 -一般汽油机，所以取。0/0.65 0.75dd016dmm根据高功率强化发动机的活塞销而言，可知：许用弯曲应力； a500230MP许用剪切应力； aMP220120弯曲应力计算：活塞销表面受到气体压力和往复惯性力的共同作用。ZPjpinP活塞销中央截面的弯矩： ；xplllpM5 . 1212式中 。xjpinPPP空心销的抗弯断面系数为3411 . 0daW 其中 0/dda 所以弯曲应力为WM / 即 4312 . 15 . 12adlllPxp 根据已知条件得：185.475aMP最大剪切应力计算 最大剪切应力出现在销座和连杆小头的截面上，横断面上的最大剪切应力发生在中性层上，其值按下式计算： 422max1185. 0adaaP根据已知条件计算得：371.754aMP所以，所测得的应力是符合条件的。2.6 活塞环主要结构尺寸及其强度校核活塞环的结构尺寸主要有环高 b，径向厚度 t 和切口间隙（工作间隙）、（自由开口间隙）。0S对于四冲程发动机来说，有气环和油环。绝大部分都放在活塞销座以上的位置。上海工程技术大学毕业设计(论文) 大众 EA888 1.8L 发动机活塞连杆设计与分析- 16 -气环在上，油环在下。汽油机一般都是这样放置的，但是在有些柴油机中，为了增强刮油效果，也常把一个油环放在活塞销座以下的裙部位置。活塞环在环槽中运动，因此在环槽的轴向和径向上，都因该有适当的间隙。轴向间隙不能过大，因为当环在环槽中上下运动时，环与环槽之间发生撞击。间隙大，撞击也大，增加了环与环槽所承受的机械负荷。此外，间隙大也不利于密封。因为当环在改变运动法向的过程中，总有某一瞬时处于环槽的中间位置，形成气体泄漏通路。间隙越大，泄漏延续的时间越长。间隙过小也有弊病，这时环与环槽受热后产生膨胀和变形，间隙过小，环在环槽内运动易被卡住。此外机油产生的积碳颗粒充塞在间隙内，如果间隙过小，会使环失去活动余地，严重时可能把环卡住，引起其他故障。所以，最适当间隙的选定，应使活塞防漏部在活塞膨胀后正好与缸壁接触，而又不发生抱缸。这样，既能减轻各道气环的受热强度，又降低了各道环的热负荷。由于温度分布的不均匀，可把防漏部作成圆柱形、圆锥等不同的形状和尺寸。以便更好的完成工作。活塞环高度不宜过高，因为窄环对气缸的适应性较好，易于磨合，摩擦损失小，能够降低整个活塞组的高度和质量，并且环的高度减小，使环背和环槽间的空间变小，环背压力容易建立起来，提高密封效果。对于中小型高速汽油机，一般气环b=1.54 mm，取值 b=2mm。环的高度和径向厚度之间也有一定的比例，一般为，取中间比例 0.65，则径向厚度 t=3mm。tb75. 055. 0活塞环自由切口间隙：0S ；43/0tS在相同下，越大，环装入气缸后产生的弹力就越大安装应力就相对较小。0S第一道环肩强度校验 活塞防漏部第一环槽处温度较高，并承受很大的气体压力。因此，常常发生第一环肩跟部产生裂纹或断裂。为此，要对第一环肩处的受力情况进行强度分析计算。将第一环肩看作是一块沿直径为 的活塞环槽底圆外120.9175DDtDmm周固定的圆环形平板。在其全部面积，从上面作用着燃气22219274FDDmm压力，从下面作用着燃气压力，可得到：aZMPPP99 . 0110.222.2ZaPPMP上海工程技术大学毕业设计(论文) 大众 EA888 1.8L 发动机活塞连杆设计与分析- 17 -环肩根部受到的弯矩为：222211113.1482.57592.282.575118234444uDDMppDDN mm环肩根部的抗弯断面系数为： ；22413.14 75 3.4453.766DbWmm式中 是环肩的厚度 3.4mm。b弯曲应力为 223382.54.42104.42 1010263.4uuzMDPMPaWb环肩部剪切应力：222211113.1492.282.575447.93.14 75 3.4ppDDMPaDb其复合应力为：。 22329.430 40uaaMPMP由此可以发现增加环肩的高度，就可以减小环肩的复合压力，因此一般的铝 b合金活塞第一环肩比其他环肩要搞一些。活塞环装入气缸后会产生一定的弹力，以保证环能压紧在缸壁上，这时活塞0p换的形状是圆形的。将环从气缸中取出，环处于自由状态中就不在是圆形而是一个复杂的几何形状，环在自由状态下的形状就是我们所需要的制造尺寸。上海工程技术大学毕业设计(论文) 大众 EA888 1.8L 发动机活塞连杆设计与分析- 18 -3 连杆的设计及校核3.1 连杆的工作条件和设计要求连杆在高速运动中承受由活塞组传递气缸压力和往复惯性力的反复压缩和拉伸，由此可能疲劳破坏，是内燃机主要受力的运动件之一。连杆大小头的轴承润滑条件苛刻，工作中反复受到挤压和冲击。连杆必须有足够的结构刚度和疲劳强度。也就是说，在挤压或冲击作用下，杆身不会被显著压弯；连杆大小头不致显著失圆。杆身弯曲会使活塞相对于气缸、轴承相对于轴劲发生弯曲；孔的失圆会使轴承失去正常配合。如果强度不足，在发动机运转过程中一旦发生连杆杆身、大头盖和连杆螺栓断裂，会使机器遭到严重的破坏。连杆长度 （大小头孔的中心距）是设计时应该慎重选择的一个重要参数，通常l用连杆比来表示。值越小，连杆越长。连杆长度的确定，必须与所设计的内lR燃机整体相适应；连杆设计完成后进行零件之间的防碰撞校核，应校核当连杆在连杆最大摆角位置上时是否与气缸套的下缘相碰，以及当活塞在下止点附近位置上时活塞下缘是否与平衡重相碰，它们之间的最小距离都不应小于。mm52连杆的设计要点有：1） 在确保足够强度和刚度的条件下尽可能减轻外形尺寸和质量；2） 注意过渡圆角及细节的设计，特别是连杆小头和杆身的过渡圆角的及连杆的螺栓支撑面的过渡圆角设计，防止应力集中；3） 必须根据总体设计的要求合理确定结构参数和连杆体与连杆盖的剖分方式。3.2 连杆材料杆身与缸盖：通常采用相同的材料，对中高速柴油机，采用中碳钢、45 号钢，精选含碳量为 0.42%-0.47%；毛坯整体模锻，正火处理，加工中间采用退火处理。对强载内燃机，采用中碳合金钢、40Cr、35CrMo、18CrNiWA 等材料，铸造表面调质处理，提高强度和抗冲击能力。近年来，有用球墨铸铁制造连杆。连杆螺栓：中碳合金钢、35CrMo、18CrNiWA、20CrNi 等材料，锻造表面调质上海工程技术大学毕业设计(论文) 大众 EA888 1.8L 发动机活塞连杆设计与分析- 19 -处理，提高强度和韧性，进行探伤、螺纹镀铜防松处理。小头青铜衬套：采用锡青铜、Cu-Sn 合金、ZQSn10-1、ZQSn6-6-3 等材料。大头薄壁轴瓦、瓦背：采用 10、15 低碳钢，瓦背镀锡，内表面浇铸锡基白合金CuSnSb11-6h 或基铜铅合金 ZQPb30，厚度 0.3-0.7mm。3.3 国内外发展现状1. 国内发展现状连杆裂解新技术已经成为连杆制造业发展水平的重要标志。国内发动机连杆专业生产厂对连杆裂解新技术产生了浓厚的兴趣。多家连杆生产企业都在积极的准备采用连杆裂解技术对原有传统生产线进行改进。这些连杆生产厂更加迫切需求国内自行开发的适合我国国情的连杆裂解加工工艺及装备，以替代进口，节约资金，创造更好的、更显著的经济效益。 从我国汽车工业、发动机行业来看，近些年将需要大量的连杆裂解新技术和设备。根据国家发动机行业统计数据，仅车用、农用连杆每年需求量在 4000 万件以上。故，连杆裂解工艺与装备在我国有巨大的市场潜力，而且前景很广阔。2. 国外发展现状1）粉末冶金连杆：目前，丰田汽车粉末冶金连杆已经商品化。英国、瑞士、德国合作，选用一种成分为 Fe-1.5Cr-0.5C 的合金粉末试制发动机连杆，并通过零件拉压疲劳性能试验及发动机台架试验。粉末烧结锻造连杆的特点是经济效益显著，一般认为粉末烧结锻造连杆与锻钢连杆相比，材料节约 40%，生产成本可降低 10%，能源消耗节约 50%。 2) 钛合金连杆：钛合金制造发动机连杆主要考虑的是轻量化，金属钛的密度仅为钢铁材料的 58%，因此用钛合金制造汽车发动机连杆，可大幅度地降低连杆的质量。日本采用化学成分为 Ti-3Al-2V 的钛合金生产连杆，其抗拉强度可达 800MPa、屈服强度可达 600MPa， 相当于 45 调质钢的强度水平。钛合金连杆比钢制连杆的质量可减轻 30，由此可使连杆的往复惯性力大幅度的降低。通过对发动机在各种不同转速下曲轴连杆间最小油膜厚度的测量结果，钛合金连杆和钢制连杆在保持油膜厚度相同的条件下，应用钛合金连杆的发动机转速比用钢制连杆的发动机提高 700 r/min，由此可使发动机的输出功率大幅度提高。钛合金连杆可显著地降低发动机的噪声，而且有利于环保。上海工程技术大学毕业设计(论文) 大众 EA888 1.8L 发动机活塞连杆设计与分析- 20 -3.4 连杆主要尺寸选择连杆的主要尺寸主要包括：连杆长度、连杆衬套内径、小头宽度、大头宽度等。3.4.1 连杆长度取决于总体尺寸。原则上尽可能取短值以减小机器总高和增强连杆刚度。短连杆的主要问题是活塞侧向力大和平衡块可能碰到活塞裙部。目前的趋势是采用短连杆，曲柄连杆比（）在 0.27-0.30 之间。LR/根据内燃机设计手册知： 的一般范围在 0.27-0.30，可取 0.288，根据，可知， =146mm。lR42Rmml3.4.2 连杆小头直径与宽度连杆小头位于活塞内腔，尺寸小、轴承比压高、温度较高。本次设计汽油机的连杆材料选取为 45 钢，密度=7.85g/cm 。3连杆小头的内径，参考杨连生版内燃机设计设计，=0.250.3，取1/dDd =0.3D=25mm， 1连杆小头的外径，参考杨连生版内燃机设计设计， D /d=1.21.35， 取 D1=1.25d=31mm，1连杆小头的宽度，参考杨连生版内燃机设计设计，B /d =1.21.4， 取11B =1.2d =30mm，11衬套外径，参考杨连生版内燃机设计设计，d /d=1.051.15，取 d=1.1 1d =28mm13.4.3 连杆大头连杆大头的结构与尺寸基本上决定了曲柄销直径 D2、长度 B2、连杆轴瓦厚度等等，对曲轴的强度、刚度和承压能力有很大的 影响。大头的外形尺寸又决定了凸轮轴位置和曲轴箱形状，大头的重量产生的离心力会使连杆轴承、主轴承负荷增大，磨损加剧，有时还不得不为此而增加平衡重，给曲轴设计带来困难，因此在设计连上海工程技术大学毕业设计(论文) 大众 EA888 1.8L 发动机活塞连杆设计与分析- 21 -杆大头时，应在保证强度和刚度的条件下，尺寸尽量小，重量尽量轻。连杆大头内径，参考杨连生版内燃机设计设计，D2/D=0.550.65，取D2=0.58D=48mm连杆大头外径，参考杨连生版内燃机设计设计，D2/D=0.600.68，取 D2 =0.63D=52mm 连杆螺栓孔间距离，参考杨连生版内燃机设计设计，C/D2 =1.21.25，取C=1.2D2 =62mm高度 H3，参考杨连生版内燃机设计设计，H3/D2 =0.350.4，取 H3 =0.38D2=20mm高度 H4，参考杨连生版内燃机设计设计，H4/D2=0.380.44，取H4=0.4D2=21mm3.4.4 杆身断面一般为工字形，中央断面的工字形高度比在 1.21.5 之间，多数在 1.3 左右；断面积与活塞面积之比为 3%5%。3.4.5 小头及衬套目前多采用楔形结构，以尽可能加大承压面积。小头衬套多用含锡青铜，铅青铜表面合金层的钢带卷制而成，壁厚控制在 1.53.0 之间，用过盈配合压入后加工，内表面开 T 形润滑油槽。3.4.6 大头剖分形式及定位剖分形式主要有平切口和斜切口两种。平切口结构简单，刚性好，宜优先采用。当曲柄销直径大于 0.65D(D 为气缸直径)时，需采用斜切口连杆（剖分角一般为 45） ，以便于活塞连杆组件在拆装时能通过气缸孔。斜切口连杆刚度不对称，结合面有较大横向力，需有更可靠的定位。连杆盖的定位方式有多种，平切口连杆定位销，螺栓杆和定位销套定位；斜切口连杆可采用止口或锯齿定位；轿车发动机上也有采用连杆大头涨烈工艺形成的不规则断面来定位的方式。采用何种定位方式取决于工厂的生产工艺。目前平切口连杆大多采用螺栓杆定位，斜切口大多采用锯齿定位，优点是结合面大，贴合紧密，定位可靠，结构紧凑，拆装方便。上海工程技术大学毕业设计(论文) 大众 EA888 1.8L 发动机活塞连杆设计与分析- 22 -3.5 连杆主要尺寸及其强度校核3.5.1 连杆小头强度校核衬套过盈配合的预紧力及温升产生的应力p22221122221111()()-tdDdddEDdEdd式中小头外径，为 31mm；2d小头内径，为 25mm；1d衬套材料的线膨胀系数，对于青铜，可取=1.81/； 5100c连杆小头材料的线膨胀系数，对于钢可取=1.0 10（1/） ；50c，泊桑比，一般可取 =0.3； E连杆小头材料的弹性模数对于刚，E=2.2N/mm510衬套材料的弹性模数，对于青铜，=1.15N/mmEE510计算得0.065mm.t计算可得：MPap51.22把小头视为内压厚壁圆筒，在压力 P 的作用下外表面的切向应力为内表面=i222112211102.5/-DdpN mmDd外表面2212211280.03/adpN mmDd经检验小于 100-1502/N mm小头应力的校核当发动机处于额定工况时，连杆小头的最大拉伸作用力为：2max1(1)5638.93jPmR N当发动机处于起动工况时上海工程技术大学毕业设计(论文) 大众 EA888 1.8L 发动机活塞连杆设计与分析- 23 -2max2(1)56.32jPmRN 固定角 1290arccos124.94/ 2mHD 1225311444ddrmm在的截面上0 (0.5723215.641NmaxjP)0008. 0N=2.47MmaxjP)0297. 000033. 0(rmN 计算截面拉伸力引起的法向力和弯矩为：NPNNj02.2086)cos(sin5 . 0cosmaxmNrPrNMMj38.45)cos(sin5 . 0)cos1 (max小头壁厚为； 211.54ddhmm130bmmmmFEEFEFK84. 0由拉伸作用在外表上产生的应力为：MpahbKNhrhhrMaj478.181)2(621取点火提前角为：15连杆小头的合力为：NmRDppPza28258)2cos(cos4)(22max计算截面中由压缩力引起的法向力和弯矩：NPNPNaa73.1192)002. 00005. 0(8 .10925cos1sin2sin1cos12sin)cos1 (1aaaPNrPMrPM =)002. 02588. 10005. 000013. 0(010625. 08 .10925mN
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