活塞结构与加工工艺设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 前 言 1 1 活塞的概述 2 塞的功用及工作条件 2 塞的材料 2 塞结构 2 塞顶部 2 塞头部 3 塞裙部 3 2 活塞的结构参数 4 3 活塞最大爆发压力的计算 5 力过程计算 5 油机的指示参数 8 油机有效效率 10 4 活塞销的受力分析 12 5 活塞的加工工艺 14 参考文献： 15 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 前 言 内燃机的不断发展，是建立在主要零部件性能和寿命不断改进和提高的基础上的，尤其是随着发动机强化程度的提高、功率的增大和转速的增加，零部件尤其是直喷式柴油机活 塞的工作环境变得更加恶劣了。活塞的结构直接影响活塞的温度分布和热应力分布，因此就有必要对活塞的结构和性能作出预测和评价。 活塞是内燃机上最关键的运动件，它在高温高压下承受反复交变载荷，被称为内燃机的心脏，特别是坦克、舰艇和军用车船用内燃机活塞则要求更高，它已成为制约内燃机发展的一个突出问题。 本次课程设计的题目是发动机铝活塞的结构及工艺设计，选择利用合适的机床加工发动机活塞，通过这次课程设计，要求熟练掌握并能在实际问题中进行创新和优化其加工工艺过程。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 1 活塞的概述 塞的功用及工作条件 活塞是曲 柄连杆机构的重要零件煤气主要功用是承受燃烧气体压力和惯性力，并将燃烧气体压力通过活塞销传给连杆，推动曲轴旋转对外作功。此外，活塞又是燃烧室的组成部分。 活塞是内燃机中工作条件最严酷的零件。作用于活塞上的气体压力和惯性力都是周期变化的，燃烧瞬时作用于活塞上的气体压力很高，如增压内燃机的最高燃烧压力可达14 16且活塞还要承受在连杆倾斜位置时侧压力的周期性冲击作用，在气体压力、往复惯性力和侧压力的共同作用下，可能引起活塞变形，活塞销座开裂，活塞侧部磨损等。由此可见，活塞应有足够的强度和刚度，而且质量要 轻。 活塞顶部直接与高温燃气接触，活塞顶部的温度很高，各部的温差很大，柴油机活塞顶部常布置有凹坑状燃烧室，使顶部实际受热面积加大，热负荷更加严重。高温必然会引起活塞材料的强度下降，活塞的热膨胀量增加，破坏活塞与气缸壁的正常间隙。另外，由于冷热不均匀所产生的热应力容易使活塞顶部出现疲劳热裂现象。所以要求活塞应有足够的耐热性和良好的导热性，小的线膨胀系数。同时在结构上采取适当的措施，防止过大的热变形。 活塞运动速度和工作温度高，润滑条件差，因此摩擦损失大，磨损严重。要求应具良好的减摩性或采取特殊的表面处理。 塞的材料 现代内燃机广泛使用铝合金活塞。铝合金导热性好（比铸铁大 3密度小（约为铸铁的 1/3）。因此铝活塞惯性力小，工作温度低，温度分布均匀，对改善工作条件减少热应力延缓机油变质有利。目前铝活塞广泛采用含硅 12%左右的共晶铝硅合金制造，外加铜和镍，以提高热稳定性和高温机械性能。铝活塞毛胚可采用金属模铸造，锻造和液压模锻等方法生产。 为了提高铝活塞的强度和硬度，并稳定形状尺寸，必须对活塞进行淬火和时效热处理。 塞结构 活塞按部位不同，分为顶部，头部和裙部三部分。 塞 顶部 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 活塞顶部是燃烧室的组成部分，其形状与燃烧室形状和压缩比有关，一般有平顶，凸顶和凹顶三种。 塞头部 活塞头部是指由活塞顶部到油环下端面之间的部分。在活塞头部加工有用来安装气环和油环的气环槽和油环槽。在油环槽的低部还加工有回油孔或横向切槽。活塞头部有足够的厚度，从活塞顶部到环槽区的断面要尽可能的圆滑，过度圆角半径应足够大，以减少热流阻力，便于热量从活塞顶部经活塞环传给气缸壁，使活塞环的温度不至于过高。 塞裙部 活塞头以下的部分为活塞裙部，活塞销座位于裙部。裙部起 导向作用，并承受侧压力。因此，活塞裙部的形状保证活塞在气缸得到良好的导向，气缸与活塞之间在任何工况下都能保证均匀，合适的间隙，并有一定的承压面积。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 2 活塞的结构参数 发动机选取为 6120型柴油机，参数设计参照新型铝活塞 活塞缸径 D=120（一）压缩高度 0二）顶岸（第一环槽至活塞顶端距离） F=17三）采用三道环（其中两道气环，一道油环） 气环高度取 5环高度取 7一道环岸高度为 6二道环岸高度略小于第一道环岸高度，为 5四）活塞销直径为 4 顶环槽宽为 3五）群长 00 下裙长为 65六）销座间距 4（七）活塞重量 系数 X= 取 X=331 . 2 3 1 2 2 1 2 8 D g (八 )顶部厚度 S=15 总长 =80+65=145烧室 3kd h 0 . 6 1 2 0 7 2kd m m 243m m 铝的线性膨胀系数为 0 150摄氏度，所以其变形量为 61 2 0 2 3 . 1 1 0 3 5 0 0 . 9 7 0 2 1X m m m m 活塞裙部最大温度为 200摄氏度，所以其形变量为 61 2 0 2 3 . 1 1 0 2 0 0 0 . 5 5 4 4 0 . 6Y m m m m 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 3 活塞最大爆发压力的计算 最大爆发压力计算参考内燃机原理 环境压力 0 0 1 3p M p 环境温度 0 293 几何压缩比 21 有效压缩比 燃烧过量空气系数 参与废弃系数 参与非其温度 720 增压空气压力 0 . 1 2 1 3 5 p a 最大燃烧压力 6 . 4 7 2 6 5 p a Z 点热利用系数 燃烧室扫其系数 燃料质量分数 燃料低 4 2 2 8 6 . 6 8u 力过程计算 充气过程系数 增压器后空气温度： 01 1 . 8 11 . 800 . 1 2 1 3 52 9 3 3 1 80 . 1 0 1 3 式中，去增压器内平均多变压 缩指数 （ 1） 压缩始点温度 3 1 8 5 1 . 1 1 0 . 0 2 7 2 0 3311 1 . 0 2k k c r ra 式中， 新气预热度，5K; cc= 2） 压缩始点压力 1 . 0 1 . 0 0 . 1 2 1 3 5 0 . 1 2 1 3 5p M p a （ 3） 充气系数 1 1 8 . 4 3 6 4 0 . 1 2 1 3 5 1 0 . 7 3 81 1 2 0 3 3 1 0 . 1 6 1 8 1 0 . 0 2a k （ 4） 平均多变压缩指数 111 118 . 3 1 5 8 . 3 1 511 9 . 2 6 0 . 0 0 2 5 3 7 4 1 1 8 . 41 a b T （ 1） 式中， a， b 常数，对于空气（忽略残余废气）， a= ， b= 第一次试算，式（ 1）等号右端代入1n= 1 1 . 9 6 81 0 . 3 6 25 . 3 8 2n 第二次试算，式（ 1）等号右端代入1n=1 1 . 9 6 81 0 . 3 6 25 . 3 8 2n （ 5） 压缩终点温度 1 1 1 . 3 6 2 1 3 3 1 1 8 . 4 9 5 0 K K （ 6） 压缩终点压力 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 1 1 . 3 6 20 . 1 6 1 8 1 8 . 4 8 . 5 4 4p M p a M p a （ 7） 燃料燃烧所需理论空气量 0 1 1 0 . 8 7 0 . 1 2 6 0 . 0 0 4 = 0 . 4 9 50 . 2 1 1 2 4 3 2 0 . 2 1 1 2 4 3 2 k m o OL 空 气 燃 料 （ 8） 燃烧所需的实际空气量 0 1 . 6 5 0 . 4 9 5 / 0 . 8 1 7 /L L k m o l k g k m o l k g 空 气 燃 料 空 气 燃 料（ 9） 理论分子变化系数 0 0 . 0 3 6 9 0 . 0 6 3 91 1 1 . 0 3 8 71 . 6 5 （ 10） 实际分子变化系数 0 1 . 0 3 8 7 0 . 0 2 1 . 0 3 51 1 0 . 0 2 （ 11） Z 点烧去的燃料质量分数 0 . 7 0 0 . 8 2 40 . 8 5zz （ 12） Z 点处分子变化系数 0 1 1 . 0 3 8 7 11 1 0 . 8 2 4 1 . 0 3 1 31 1 0 . 0 2 （ 13） Z 点燃烧产物的平均摩尔比定容热容 1 . 0 6 4 1 ( )1 0 . 0 6 41 . 0 6 4 0 . 8 2 4 0 . 0 2 2 0 . 4 7 0 . 0 0 3 61 . 6 5 1 0 . 0 2 0 . 6 4 0 . 8 2 41 . 6 5 1 0 . 0 2 0 . 8 2 4 0 . 0 2 1 9 . 2 6 0 . 0 0 2 51 . 6 5 1 0 . 0 2 0 . 0 6 4 0 . 8 2 41 9 . 8 9 0 . 0 0 3 0 7z r v r z r vv p m c x 式中， a （ 14） b 点燃烧产物的平均摩尔比定容热容 1 . 0 6 4 ( 1 ) ( 1 )1 0 . 0 6 41 . 0 6 4 0 . 0 2 2 0 . 4 7 0 . 0 0 3 6 1 . 6 5 1 1 0 . 0 2 1 9 . 2 6 0 . 0 0 2 51 . 6 5 1 0 . 0 2 0 . 0 6 42 0 . 1 8 0 . 0 0 3 2 2r v r vv p m 式中， a （ 15） z 点燃 烧产物的平均摩尔比定压热容 8 . 3 1 5 1 9 . 8 9 0 . 0 0 3 0 7 8 . 3 1 52 8 . 2 0 2 0 . 0 0 3 0 7p p m z v p m z c （ 16） 燃料发热量 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 1 2 9 34 2 2 8 6 . 6 8 0 . 8 7 1 0 . 0 2 1 . 0 3 5 2 0 . 1 8 0 . 0 0 3 2 2 9 3 1 9 . 2 6 0 . 0 0 2 5 2 9 32 9 3 4 2 7 4 3 . 3 4 /u u r v p m b L c k g 燃 料压力升高比 6 . 4 7 2 5 6 0 . 7 5 88 . 5 4 4 （ 17） 的燃料燃烧公式，就最大燃烧温度 08 . 3 1 5 8 . 3 1 50 . 7 0 4 2 7 4 3 . 3 4( 1 )1 . 6 5 0 . 4 9 51 9 . 2 6 0 . 0 0 2 5 9 2 8 8 . 3 1 5 0 . 7 5 8 9 2 80 . 0 2 2 0 . 1 8 0 . 0 0 3 2 3 9 2 8 8 . 3 1 5 0 . 7 5 8 9 2 81 . 0 3 1 3 1 0 . 0 2 2 8 . 2 0 2 0 . 0 0 3 0 7c r v p m bz r p p m z c 简化后得 8 0 7 4 0 . 0 62 9 . 6 7 0 . 0 0 3 2 2 9 4z （ 2） 第 一次试算，取式（ 2）等号右端的2000K 得 17020 2 2 3 4 . 88 . 1 5 K 第二次试算，取式（ 2）等号右端的200K 得 17020 2 1 9 5 . 58 . 5 2 K 第三次试算，取式（ 2）等号右端的2196K 得 17020 21968 . 5 2 K 最后取 2196胀过程参数： （ 18） 初膨胀比 1 . 0 3 5 2 1 9 6 2 . 4 20 . 7 8 5 9 5 0 （ 19） 后膨胀比 1 8 . 4 7 . 62 . 4 2 （ 20） 求多变膨胀指数2胀线上的后燃公式， 28 . 3 1 511b z zv p m z z v p m b c 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 21 . 0 3 1 38 . 3 1 5 2 1 9 61 . 0 3 1 514 2 7 4 3 . 3 4 0 . 8 5 0 . 7 0 1 . 0 3 1 3 4 . 7 5 0 . 0 0 0 7 3 4 2 1 9 6 2 1 9 6 4 . 8 2 0 . 0 0 0 70 . 8 1 7 1 0 . 0 2 1 . 0 3 5 1 . 0 3 1 5 （ 3） 2 1 8 2 5 6 8 . 3 1 51 2 1 4 0 1 . 4 2 4 . 8 2 0 . 0 0 0 7b T （ 4） 将式子（ 3）与式子（ 4）联立，得 22111 1 . 0 3 5 12196 1 . 0 3 1 3 7 . 6bz K （ 5） 第一次试计算，取000K 得， 2 15331 0 . 1 1 1 77100n 1757第二次试计算，取189K 得， 2 15151 0 . 0 0 3 2 57070n 2189K 最后取 2189 （ 23） 膨胀终点压力 2 1 . 0 0 3 2 56 . 4 7 2 6 5 0 . 9 57 . 6 p a M p a 油机的指示 参数 （ 21） 理论平均指示压力（以有效行程为准） 2111210 . 0 0 3 2 5 0 . 3 6 21 1 1 1 1 1 1 1 1 8 . 5 4 4 0 . 7 5 8 2 . 4 2 1 1 10 . 7 5 8 2 . 4 2 1 1 11 7 . 4 0 . 0 0 3 7 5 7 . 6 1 . 3 6 9 1 1 8 . 42 . 2 4 2p aM p a （ 22） 实际平均指示压力（以全行程为准） 1 2 . 2 4 2 1 8 . 4 1 0 . 9 5 0 . 1 2 1 3 5 2 1 1 8 . 40 . 9 82 1 12 . 0 3 4 6i b p p a 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 式中， 示功图丰满系数， = 23） 指示油耗 66 1 2 . 5 4 1 0 0 . 8 7 1 0 . 1 6 1 81 2 . 5 4 1 02 8 . 9 6 2 8 . 9 6 0 . 8 7 1 3 1 8 2 . 0 3 4 69 7 . 6 9w w h （ 24） 指示效率 333 6 0 0 1 0 3 6 0 0 1 0 0 . 8 7 19 7 . 6 9 4 2 2 8 6 . 6 8i （ 25） 增压器中绝热压缩功 1000 . 2 8 61 0 0 5 . 2 10 . 1 2 1 3 51 0 0 5 . 2 2 9 3 10 . 1 0 1 34 2 . 2 0 7 8k k k g （ 26） 增压器中绝热效率 1 0 . 2 8 600 . 4 4 4100 . 1 2 1 3 5110 . 1 0 1 3 0 . 6 20 . 1 2 1 3 5110 . 1 0 1 3k S 式中， k =1 1 . 4 1 0 . 2 8 61 . 4k k;，1 1 . 8 1 0 . 4 4 41 . 8n 。 （ 27） 增压器实际压缩功 4 2 2 0 7 . 8 3 7 0 . 9 1 40 . 6 2 0 . 9 6T k ST k p T k S m k J k g k J k g 式中， 28） 增压器的相对作功率 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 307 0 9 1 3 . 7 0 . 1 0 1 6 4 2 7 4 3 . 3 4 1 0 0 . 4 4 42 8 . 9 6 1 4 . 3 3 5 1 . 6 5 1 . 1 5T k 油机有效效率 （ 29） 柴油机总机械效率 0 . 8 7 1 0 . 1 0 1 6 0 . 7 6 9 4m E k 式中， ；k。 （ 30） 柴油机平均有效压力 2 . 0 3 4 6 0 . 7 6 9 4 1 . 5 6 5 4e i mp p M p a M p a （ 31） 柴油机有效油耗 9 7 . 6 9 1 2 6 . 9 70 . 7 6 9 4g k W h g k W h （ 32） 有效功率 0 . 4 4 4 0 . 7 6 9 4 0 . 3 4 2e i m （ 33） 活塞形成容积比例尺 200A 代表 压力比例尺 3B 代表 压缩容积： 1 1 = 代表 3m 压缩终点压力： 8 5 2 5 6 B 代表89L 代表压缩始点压力 1 1 3 5 3 B 代表 2001A 代表 3m 计算压缩曲线 各点压力，即 11 1 . 3 6 2p p 式中， 在 1 至 之间选定。 计算膨胀曲线 各点压力，即 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 22 1 . 0 0 3 2 5p p 式中， 至 之间选定。 根据以上两式，计算出压缩曲线和膨胀曲线各点坐标参数兵列表如下 : 表 3号 V 1压缩线上的 2膨胀线上的 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 189 据上表画出示功图 图 3 6120型柴油机计算示功图 120 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 4 活塞销的受力分析 活塞受力分析： 曲轴在 10度转角时产生最大爆发压力，如图所示： 60 00 所以 0 00=以 =3度 图 44 260 1 0 4g j F D P P 2 c o s c o s 2 2 6 6 323 . 1 4 1 2 0 8 . 6 0 . 1 1 0 1 0 2 . 1 2 8 6 0 1 0 1 3 6 . 0 7 0 . 9 8 4 8 0 . 3 0 . 9 3 9 74 9 6 0 8 4 1 6 6 2 9 7 7 4 6 N 其中： D 活塞直径 R 曲轴半径 往复运动质量 连杆比 =R/l=60/200= n=1300r/ 170o 曲轴转速 2 2 3 . 1 4 1 3 0 0 1 3 6 . 0 76 0 6 0n r a d s 对活塞销的校核： 1、画出活塞销的 Q、 图 44塞销外径 44径 1文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 3 4 34 43 . 1 4 4 4132 3 2 1 0 . 2 5 = 0 选活塞销材料为 45号钢，调质处理，得2600B N 6 291684 1 0 2 0 2 . 2 5 6 0 08 3 2 6 . 0 3 1 0M N 所