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机械毕业设计论文
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模具毕业设计66活塞加工及金属模设计,机械毕业设计论文
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第 1 页 共 43 页 摘要 汽车发动机的活塞是发动机中的主要配件之一，它与活塞环、活塞销等零件组成活塞组，与气缸盖等共同组成燃烧室，承受燃气作用力并通过活塞销和连杆把动力传给曲轴，以完成内燃发动机的工作过程。油气燃烧所产生的热由活塞的顶部所吸收，并传至气缸壁，而燃烧后气体膨胀所产生的力量也必须经由活塞来吸收，活塞会把燃烧气体压力及惯性力经由连杆传到曲轴上，利用连杆的作用将活塞的线性往复运动转换曲轴的旋转运动。 活塞的功用是承受气体压力，井通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转，活塞项部还是燃烧室的组成部分。活塞在高温、高压、高速、润 滑不良的条件下 1二作。活塞在气缸内以很高的速度往复运动，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 卜工作，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。现代的活塞设计主要有铸造和锻造两种，而铸造又比锻造简单便宜，但却不及锻造活塞能承受较大的热度和压力。由 于 活塞与活塞环都必须在高温、高压、高速及临界润滑的状态 卜工作，因此长期以来，发动机设计者都为提供一个最佳的设计而不断努力，进而可以从活塞方而来提高引擎的性能。 本文以捷 达 EA113 汽油机的相关参数作为参考，对四缸汽油机的曲柄连杆机构的主要零部件进行了结构设计计算，并对曲柄连杆机构进行了有关运动学和动力学的理论分析与计算机仿真分析。 首先，以运动学和动力学的理论知识为依据，对曲柄连杆机构的运动规律以及在运动中的受力等问题进行详尽的分析，并得到了精确的分析结果。其次分别对活塞组、连杆组以及曲轴进行详细的结构设计，并进行了结构强度和刚度的校核。一再次，应用三维 CAD 软件 :Pro/Engineer 建立了曲柄连杆机构各零部件的几何模型，在此工作的基础上，利用 Pro/E 软件的装配功能 ，将曲柄连杆机构的各组成零件装配成活塞组件、连杆组件和曲轴组件，然后利用 Pro/E 软件的机构分析模块 (Pro/Mechanism)，建立曲柄连杆 机 构的多刚体动力学模型，进行运动学分析和动力学分析模拟，研究了在不考虑外力作用并使曲轴保持匀速转动的情况下，活塞和连杆的运动规律以及曲柄连杆机构的运动包络。仿真结果的分析表明，仿真结果与发动机的实际工作状况基木一致，文章介绍的仿真方法为 活塞组的结构， 优化设计提供了一种新思路。 关键词 : 活塞 气缸盖 燃烧室 曲轴 惯性力 附加载荷 nts 第 2 页 共 43 页 ABSTRACT The piston of car motor is one of the main accessorieses in the motor ,it and the piston wreath ,piston sell etc .the spare parts constitute a piston set and cover with air cylinder etc. Constitute combustion room together , bear gas function the dint also sell through a piston and connect the pole motive song stalk to complete inside the work process of ran motor.the oil annoys the combustion produce of hot from the coping of piston absorb , and spread to air cylinder wall , and combustion empress thestrengh produced by air inflation have to also absorb through the piston , the piston will chase combustion air pressure and inertial dint through connect the spread to song stalk up , make use of connect the function of pole exercise the line back and forth of piston to convert revolving of song stalk sport. The effect of piston bears air pressure , and sell to pass to connect a pole to order about song stalk to revolve through a piston , constituting of the piston a coping still a combustion room part .piston under the condition that heat ,high pressure , high speed , lubricate bad work . The piston is exercised with very high speed back and forth in the air cylinder , and speed at constantly variety , this produced very greatly inertial inertial dint and made the piston been subjected to very big of the affixture carry a lotus . The piston is under this bad condition work , will produce to transform and accelerate to wear away , also produce affixture to carry lotus and heat in response to the dint , be subjected to chemistry of the gas corrosion function in the meantime . Modern of the piston design to mainly have the foundry forging 2 kinds , but cast again than forging simple cheapness , but cannot compare with forging piston can bear bigger heat and pressure . Piston and piston wreaths have to work under the appearance of the heat , high pressure and high speed and the critical lubrication , therefore for long time , the motor designs all continuously make great effort for providing a design , then can raise the function of from the piston . nts 第 3 页 共 43 页 第一章 活塞的运行原理和工作条件 2.1 活塞的运行原理 汽车发动机的活塞是发动机的重要配件之一，它与活塞环，活塞销等零件组成活塞组，与汽缸盖等共同组成燃烧室，承受燃气作用力并通过活塞销和连杆把动力传给曲轴，以完成内燃发动机的工作过程。油气燃烧所产生的热由活塞的顶部所吸收，活塞会把燃烧气体压力及惯性力经由连杆传到曲轴上，利用连杆的作用将活塞的线性往复运动转换成曲轴的旋转运动。 活塞的功用是承受气体 压力，并通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转，活塞顶部还是燃烧室的组成部分。 2.2 活塞的机械负荷 在发动机的工作中，活塞承受的机械载荷包括周期变化的气体压力、往复惯性力以及由此产生的侧向作用力。在机械在和的作用下，活塞各部位承受各种不同的压力：活塞顶部动态弯曲应力；活塞销座承受拉压及弯曲应力；环岸承受弯曲及剪应力。此外，在环槽部及裙部还有较大的磨损。 为适应机械负荷，设计活塞时要求各处有适合的壁厚和合理的形状，即在保证足够的强度、刚度的前提下，结构要尽量简单、轻巧，截面变化处的过度要圆滑，以减少应力集中 。 2.3 活塞的热负荷 活塞在气缸内工作时，活塞顶面承受瞬间高温燃气的作用，燃气的最高温度可达 2000 2500。因而活塞顶的温度也很高。活塞不仅温度高，而且温度分布不均匀，各点间有很大的温度梯度，这就成为热应力的根源，正式这些热应力对活塞顶部表面发生的开裂起了重要作用。 2.4 磨损强烈 发动机在工作中所产生的侧向作用力是较大的，同时，活塞在汽缸中的告诉往复运动，活塞组与汽缸表面之间会产生强烈磨损，由于此处润滑条件较差，磨损情况比较严重。 nts 第 4 页 共 43 页 第二章 汽油机结构参数的选取 1.1 汽缸直径 的确定 根据设计任务书所提供的设计条件 : 所一要设计的宇气油发动机的排量为 2.0L. 平均有效压力： p=0.8 1.2Mpa 活寨平均速度： Cmq，因此金属型的工作温度必然升高，所以，每浇一次，就需要将金属型打开，停放一段时一间，待冷至规定温度时再浇。如靠自然冷却，需要时间较长，会降低生产率，因此常采用强制冷却的方法。冷却的方式一般有以下几种。 (1)风冷在金属型外围吹风冷却，强化对流散热，其冷却效果与金属型外边的散热而积有关。散热而积大，冷却效果好，故可在金属型背而铸出散热片或散热针。与没有散热片和散热针的金属型比较，冷却效果提高 20%30%。如果采用密封风冷，即通压缩空气强制对流，其效果就更好。风冷方式的金属型，虽然结构简单，容易制 造，成本低，但冷却效果不十分理想。 (2)间接水冷在金属型背而或某一局部，镶铸水套，其冷却效果比风冷好，适用于浇注铜件或可锻铸铁件。但对浇注薄壁灰铁铸件或球铁铸件，激烈冷却会增加铸件的白口缺陷。为防止金属型在背面强烈冷却时所产生的应力或裂纹，一般在水套与型壁之间镶铸异热性好的材料。 (3)直接水冷在金属型的背而或局部直接制出水套，在水套内进行冷却，这主要用于浇注钢件或其他合金铸件，铸型要求强烈冷却的部位。由于向型壁直接喷水，很快将热量带走，冷却效果很好。由于直接冷却，金属型产生的热应力大，故不宜用易 裂材料 (铸铁 )制作，一般用碳钢或合金钢制造金属型，因此成本高，只适用于大批量生产。 6.4 金属型芯的设计 设计为组合型芯 nts 第 27 页 共 43 页 由两侧的单型芯和中间芯组成，方便从毛柸中取出型芯。 中间芯宽 18，单型芯底部宽 15.nts 第 28 页 共 43 页 总结 通过为期十四周的毕业设计，使我收获了很多东西。不但学到了很多有用的知识，还学到很多从书本上无法学习到的东西，像编程经验、调错能力、理论与实际相结合、独立动手能力等等，既开阔了视野，增长了知识，又锻炼了自己，同时也认识到了自己的不足。通过一段时间的努力终一于克服了困难，拿出 了自己的作品。发现知识的增长果然是个艰苦的过程。 指导老师周里群老师给予了我悉心的指导，在整个毕业设计的过程中，周老师从方方而而都给予帮助和支持。从毕业设计任务的提出到最终论文的审阅批改，在每一细节上，周老师都细心的指异，设计中遇到的许多问题，也是在周老师的帮助下得以解决，使我的毕业设计能够顺利完成。在此表示衷心的感谢。 周老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样 ;他们循循善诱的教异和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。同时也非常感谢的几位同学，他们同样给予了我很大的帮助。 nts 第 29 页 共 43 页 参考 文献 1.宫克强特种铸造北京 :机械工业出版社， 1982 2.耿鑫明铝合金金属型铸造北京 :国防工业出版社， 1976 3.王瑞芳金工实习北京 :机械工业出版社， 2001 4.丁阳喜机械制造及其自动化生产实习教程北京 ;中国铁道出版社， 2002 5.胡传忻 .热加工手册 .北京 :北京工业大学出版社， 2002 6.北京机械工程学会铸造专
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