毕业论文--2.0升汽车发动机活塞组设计说明书

学号课程设计题目20升汽车发动机活塞组设计学院汽车工程学院专业热能与动力工程班级热动0604姓名杨辰指导教师刘志恩2009年11月15日目录0前言31汽油机结构形式的设计311气缸数和气缸布置的选择312冷却方式的选择32汽油机结构参数的选择421缸径的确定422行程缸径比S/D的选取523转速N的确定524汽缸工作容积与升功率525曲柄半径与连杆长度之比的选取526缸心距的确定527压缩比、燃烧室容积及总容积53热力学计算631作出PV图6311压缩过程6312膨胀过程6313PV图的绘制74运动学计算95动力学计算1151曲柄连杆机构的动力分析11511沿气缸中心线的总作用力12512P力的传递与分解136活塞设计1561活塞的材料1662活塞主要尺寸设计16621活塞高度16622压缩高度16623火力岸高度16624环带高度16625活塞顶部厚度1763活塞裙部及其侧表面形状的设计17631裙部椭圆17632配缸间隙1764活塞头的质量计算177活塞销的设计1871活塞销的材料1872活塞销与销座的结构设计1873活塞销与销座的配合1874活塞销质量1875活塞销刚度和强度的校核198活塞环设计2081活塞的密封机理2082气环的设计2083油环的设计2084强度校核2010小结20参考文献21附表122附表223附表325附表427附表53020L四行程汽油机活塞组设计0前言这学期学院为我们专业开始了汽车发动机设计，为期3周。汽车工程学院针对我们热能与动力工程专业特别开设的专业课设计汽车发动机设计是非常必要的，这是因为发动机是汽车的心脏，汽车的行使速度、加速性、爬坡度、牵引力决定于发动机；汽车常见故障大部分来源于发动机；汽车的然有经济性和经常费用也主要决定于发动机。为了实现汽车的设计目标，根据发动机的重要性，汽车方案设计对发动机的型式和主要参数、指标是作了规定的。所以发动机设计是一个重要的阶段，其中包括结构空间、总质量、功率、环境保护、生产成本、使用成本等指标。通过这次我们亲身的设计实践，让我们对这些专业课的基础知识和基本理论能有进一步的理解和掌握，使我们在分析、计算、设计、绘图、运用各种标准和规范、查阅各种设计手册与资料以及计算机应用能力等各个方面得到进一步的提高，能够全面地检验并巩固我们以前所学的专业课知识，并通过结合实际情况，让我们能从一个全新的角度重新学习、认识以前学过的专业课知识。除此之外，此次课程设计还为我们下学期的毕业设计奠定了坚实的基础，为我们将来走上工作岗位埋下了铺路石。我们要充分利用这次课程设计的机会，了解国内外发动机的发展现状，并尽可能发挥我们的能力，保质保量地完成此次课程设计。本设计主要工作任务是四行程汽油机活塞组的设计。1汽油机结构形式的设计11汽缸数和气缸布置的选择直列4缸内燃机的气缸数和气缸布置方式，对其结构紧凑性、外形尺寸比例、平稳性及制造使用成本都有很大影响。目前小轿车各轻型车除最小排量的车型用2缸或3缸外，绝大多数用4缸机，少数高级轿车用6缸机或八缸机。至于气缸布置，不超过6缸的内燃机绝大数是单列的，单列式发动机结构简单，工作简单，成材本低，使用维修方便，能满足一般要求，而且以各气缸线所在平面与地面垂直居多。结合国内制造使用成本，生产条件及运转平衡性等，初步选用直列4缸机。目前汽车发动机多采用直列4缸、6缸和V型8缸的结构。根据现有的国产汽油发动机的功率和汽缸数目的匹配关系，设计20升的汽油发动机，所要匹配的汽缸数目定为直列4缸机。12冷却方式水冷常用的冷却方式有水冷和风冷两种，水冷式发动机由于冷却较好而且均匀，强化的潜力要比风冷式发动机大，因此在汽车发动机上至今大多数还是水冷式发动机。参考文献5在条件相同时，主要由于充量系数的差别，水冷机比风泠机高510。此外风冷发动机功率和燃料消耗受气温变化影响较大，不如水冷发动机指标稳定。综合以上各因素，本设计冷却方式选用水冷方式。2汽油机结构参数的选取21汽缸直径的确定根据设计任务书所提供的设计条件所要设计的汽油发动机的排量为20L平均有效压力MPAP2180活塞平均速度根据内燃机学的基本计算公式SMC3423012SDVNVIVPPSMSE其中为发动机的有效功率，EP为发动机的平均有效压力，依题为MPMPA2180为汽缸的工作容积，依题为05LSV为发动机的汽缸数目，依题为为4I为发动机的转速N为活塞的平均速度，依题为MV为发动机活塞的行程S为发动机汽缸直径D为发动机的行程数，依题为4根据以上的条件代入公式（1），（2），（3）得计算化简后取D84MMS90MM带回原式可以确定N5500R/MIN所以基本参数得以确定。22缸径行程比S/D汽油机S/D的取值范围为0812S/D908410723转速N的确定根据内燃机设计（杨连生）P2，汽油机转速在25006000R/MIN之间取N5000R/MIN活塞速度符合活塞速度小于18M/S的要求24汽缸工作容积与升功率气缸工作容积VSLSD49802由于平均有效压力PME范围在08MPA12MPA,取PME09MPA得P75KWEINVSPME30/1气缸工作容积VSLS49802升功率PLPMEN/30375KW/LSM18008474MCDSSMNSVM/15325曲柄半径与连杆长度之比的选取于R/L的范围在1/31/4之间，选取03。又因曲柄半径R45MM所以连杆长度为LR/45/03150MM26缸心距的确定由于汽油机干缸套的缸心矩LO/D为112124，所以初选LO/D12，得LO84MM。27压缩比与燃烧室容积VC,总容积VA压缩比范围为712，根据内燃机学（周保龙）P308，受爆燃限制，汽油机压缩比不超过10，取9则燃烧室容积VCVS/1623ML,汽缸总容积VAVCVS（6234985）5608ML3热力学计算31燃烧过程数学模型根据设计任务书的要求，设计的为20L，4行程的汽油发动机，将其实际循环简化为混合加热循环，这个循环过程称为汽油发动机的理论循环。选取汽油机压缩比，理论范围812之间其中为活塞在下止点时气缸的容积AV为活塞在上止点时气缸的容积C内燃机学的简化知发动机的热力实际循环过程分为进气过程、压缩过程、膨胀过程、排气过程。实际的循环过程复杂，难以用简单的数学模型来分析，所以为了计算发动机的循环做功过程提出了理论循环过程。发动机的理论循环是将非常复杂的实际工作过程加以简化，忽略一些因素，以便于作简易的定量处理。通过对理论循环的研究，可以清楚的确定影响性能的一些重要因素，从而找到提高发动机性能的基本途径。最简单的理论循环是空气标准循环，简化的条件为1）假设工质是理想气体，其物理常数与标准状态下的空气物理常数相同。2）假设工质是在闭口系统中作封闭循环。3）假设工质的压缩及膨胀是绝热等熵过程。4）假设燃烧时外界无数个高温热源定容或定压向工质加热。工质放热为定容放热。根据汽油机的混合气燃烧迅速，近似为定容加热循环。9C理论PV图0123456789101112050100150200250300350400450500550600体积ML压力（MP）系列1系列2311绝热压缩起点选取压缩冲程的下止点（设为A点）时的气体参数其中为大气的018PA0压力，103105PA，系数取为093，得，根据活塞的0PMPPA903465MV运动规律，计算出气缸内容积随曲轴转角的变化规律，得0563L312绝热压缩过程选取压缩冲程终点（设为B点），从A点到B点的压缩过程看作是多变的压缩过程，多变指数取为根据多变过程的热力学计算公式常数和A点的301N3131AVP气体状态，可以计算出从A点到B点的压缩过程中各个点的状态参数。经过计算后得到B点的状态参数306256MVMPAPBB313定容增压过程选取定容增压的终点（设为C点），从B点到C点看作为定容压缩过程，其定容增压比，则C点的状态参数7310596105MVPAPCBC314绝热膨胀过程选取膨胀过程的终点（设为D点），从C点到D点可以看作是多变的膨胀过程，其多变指数为。3012N32绘制PV图321绘制理论PV图根据多变过程的热力学计算公式常数和C点的气体状态，可以计算31DNVP出从C点到D点的膨胀过程中各个点的状态参数。计算后，得31056630MVMPAPE未调整的PV图理论PV图0123456789101112050100150200250300350400450500550600体积ML压力（MP）系列1系列2图1理想PV图322绘制调整PV图调整的PV图因为实际过程比较复杂，所以在得到的PV，P图上要修正得到，最高压力不在上止点，还有点火提前角，排气提前角的修正，显然实际的边界条件是不可能得到的，所以只能做一些适当的修正。图2调整PV图33热力学平均有效压力校核由热力学计算所绘制的示功图为理论循环的示功图，其围成的面积表示的是汽油机所做的指示功数值由对示功图积分后求得的面积来表示IW其中3056MVAMPAP5682C31AVVDCVADIVV1312305176MVD291DVP经过计算后得JWI2所以汽油机的平均有效压力其中为汽油机的机械效率，M850M根据计算得根据得到的示功图可以按照积分的思想得到指示功21870EP得到计算结果如下ACVIWPDV表1示功图积分数据表WI（J）PI（MPA）PME（MPA）PE（KW）574410233154995024081349552166891868206所给定的结果满足设计要求（PME0812，PE70KW），所以校核合格。4运动学计算41活塞位移根据活塞的运动规律，计算出活塞的位置随曲轴转角的变化规律其中为曲柄半径和连杆长度的比，根据设计书的要求，取029为曲轴半径，RMR462/9经过计算后的数据和得图表，数据见后附附录。XCOSOSX141MPASIE748435507活塞位移XMM0102030405060708090100060120180240300360420480540600660720活塞位移XMM2SINIRV活塞加速度AM/S21500010000500005000100001500020000060120180240300360420480540600660720活塞加速度AM/S2图3活塞位移42活塞瞬时速度根据活塞的位移规律，对曲轴转角求倒得到活塞的瞬时速度V随曲轴转角的变化规律经过计算后的数据和得图表，数据见后附附录。图4活塞速度43活塞的加速度、最大加速度根据活塞的瞬时速度规律，对曲轴转角求倒得到活塞的加速度V随曲轴转角的变化规律22COSRJ经过计算后的数据和得图表，数据见后附附录。J活塞速度VM/S3020100102030060120180240300360420480540600660720活塞速度VM/S图5活塞加速度5力学计算51气体压力由PV图转化为P图随着曲轴转角的变化，缸内的气体压力也会随之发生变化。将热力学计算中的图转化为图，即气缸内气体压力随曲轴转角的变化规律。0180度为进VP气行程，汽缸内的气体压力在理论循环下基本可以认为是一恒定值且小于大气压力；180360度为多边压缩行程，汽缸内的气体压力可由绝热方程求出；360540度为多变的膨胀过程，汽缸内的气体压力可由绝热方程求出；540720度为排气行程，可以认为汽缸内的气体压力是均匀下降至。由于已知了曲轴转角和活塞位移018PX的关系式，又因V13。33D2X/4000，则可以在EXCEL表格中，求取出相应转角时对应气缸容积V。每隔5求（P，V）。下面列出来了一部分转角下压力P的数据利用上面求解出的数据，做出P图。如图图6P图52往复惯性力分析机构的惯性力时，通常将连续分布质量的实际活塞曲柄连杆机构离散成用往复运动质量的动力学等效当量系统来分析，往复惯性力的产生是由于活塞和连杆小头的质量在活塞瞬时速度的不均匀条件下产生的。往复惯性力的大小不仅与活塞和连杆小头的往复惯性质量有关，还与活塞的瞬时加速度有关。其加速度已经在运动学中计算完毕，往复惯性质量，21MJP图01234567890200400600800其中为活塞组的质量1M计算断面以上那部分连杆往复运动质量。2活塞的质量在估算时，将活塞当作薄壁圆筒处理。活塞其中D为活塞的外径，D84MMT为活塞的厚度，T8MMH为活塞的高度，H0810D84MM为活塞的密度，在此处用共晶铝硅合金661，密度为27G/CM3其中L为连杆的长度为连杆质心到连杆大头的距离L为连杆的质量M经过估算得到MJM2M10938KG用公式即可以计算出活塞连杆小头的往复惯性力COSRPJJ随曲轴转角的变化规律，具体的计算数据见后附表。53旋转往复惯性力分析机构的惯性力时，通常将连续分布质量的实际活塞曲柄连杆机构离散成用往复运动质量和旋转运动质量的动力学等效当量系统来分析，连杆质心以下的质量和曲柄销组质量离散为旋转惯性质量。（4）2RCM（5）1JP2SINI2JPR（6）2RK随曲轴转角的变化规律，具体的计算数据见后附录。54合力的计算忽略机构摩擦阻力，则作用在曲柄连杆机构上的力只要研究气体压力和机构运动质量的惯性力。气缸内工质作用在活塞上的总气体压力为（7）GG0PHT4221L2缸内绝对压力，MPA；GP大气压力，一般取01MPA0PG随着曲轴转角的变化规律PGF（），依据发动机型式和工况而不同。对新设计得发动机可由热力计算或参考同类型发动机的示功图；对已有的发动机可用各种燃烧分析仪。作用在曲柄连杆机构上的力气体压力于往复惯性力两者作用在气缸中心线上，将往复惯性力也用单位活塞面积的压力来计算，则合成的单位面积的力为（8）2SINI2GJGHPFR其中分解后得到其他的力侧压力PN、连杆力PL、切向力T、径向力K、单缸扭矩MI。公式分别为侧压力PNPTAN（9）连杆力PLP/COS（10）切向力TPLSINP（11）SINCOS径向力KPLCOSP（12）COSCOS图7连杆受力图用EXCEL表绘制侧压力、连杆力、切向力、径向力随曲轴转角的变化。如图图8侧压力、连杆力单缸扭矩（13）210IHMTRF2HCM曲轴半径，；活塞面积，用EXCEL表绘制，得出单缸扭矩图图9单缸扭矩采用直列式四缸发动机，其发火间隔角为21012345670200400600800侧压力随曲柄转角的变化连杆力随曲柄转角的变化单缸扭矩NM20010001002003004005000100200300400500600700800单缸扭矩NM。1804720720点火顺序为1342，由此按发火次序依次叠加个缸得到合成扭矩图图9合成扭矩从发动机有效功率公式来看，当缸径、缸数和冲程数已选定时，在燃油经济性最佳的前提下，要尽可能提高输出功率，就只有依靠平均有效压力PME和活塞平均速度VM两个主要参数的合理选择了。发动机的有效功率为（KW）（1）078542DICPMEE式中PME平均有效压力，MPAVM活塞平均速度，M/S；N标定转速，R/MIN；D气缸直径，CM；行程数，四冲程4，二冲程2。取整得到如下结果表2缸径、行程、转速参数表PMEMPAVM（M/S）S/DDMMSMMNR/MINVSLVCLVAL1161184925500051005056所示的结果得到发动机的结构参数。查有关手册，所得到的发动机参数满足现代发动机的一般技术水平，而且现在的加工技术可以达到这个水平。合成扭矩NM100010020030040050002004006008006活塞设计61活塞的材料共晶硅铝合金制造活塞的材料应有小的密度、足够的高温强度、高的热导率、低的线胀系数A以及良好的摩擦性能减摩性和耐磨性。常用材料为铝硅合金，。共晶铝硅合金具有满意的综合性能，工艺性良好，应用最为广泛。过共晶铝硅合金中的初生硅晶体使耐热性、耐磨性改善，膨胀系数减小，但加工工艺性恶化。过共晶铝硅合金广泛用于高热负荷活塞。62活塞主要尺寸设计621活塞高度HH1D选择H84MM622压缩高度H1H105D选择H42MM623火力岸高度HH007D5965MM选取H6MM624环带高度现代四行程发动机一般采用二道气环和一道油环。气环的厚度一般为2030MM汽车发动机设计P308。环岸要求有足够的强度，使其在最大气压下不致被损坏。第一道环的环岸高度B1一般为1525C（C指环槽高度），第二道环的环岸高度B2为12C。第一环岸高C1003004D0048434MM取4MM环高B1为2030MM取20MM环高B2为2030MM取20MM环高B3油环为4060MM取40MM环岸高C2为2B1取40MMB12,B22,B34,C14,C24。则环带高度为16MM625活塞顶部厚度为006010D008D672取8MM。626活塞侧壁厚度及内部过渡圆角活塞头部要安装活塞环，侧壁必须加厚，一般取（00501）D，取01D，厚度则为8MM为改善散热状况，活塞顶与侧壁之间应该采用较大的过度圆角，一般取R00501D则圆角半径取为8MM627活塞销座间距B035040D取04则活塞销座间距为34MM有关活塞的尺寸设计结果名称数值单位压缩高度取H142MM环带高度H316MM火力岸高度H46MM总高度84MM壁厚8MM内圆直径D66MM外圆直径D82MM第一道环的环岸高度B12MM第二道环的环岸高度B22MM第一道环槽高度C14MM第二道环槽高度C24MM环槽深度8MM63活塞裙部及其侧表面形状的设计活塞裙部及其侧表面形状设计的关键，在于保证裙部有足够的贴切合面积和良好的润滑条件，以及保证发动机在不同工况下都具有最小的活塞间隙。631裙部椭圆1）、将裙部设计成椭圆。2）、将销座附近的裙部外侧部位设计成凹陷状。裙部椭圆的规律为了使活塞在正常工作温度下于气缸壁之间保持右比较均匀的间隙，不至于在气缸内卡死或是引起局部磨损，必须在常温下预先把活塞裙部的横断面加工成椭圆形，其长轴垂直于活塞销轴线方向，其矩轴于长轴的差值视发动机的不同而不同，一般为0080025MM。为了视铝合金活塞在工作状态下（热态）接近一个圆柱形，害必须把活塞做成上小下大的近似圆锥形。其锥度视发动机的不同而不同，一般为00501MM。实际取对活塞下下部和头部取01MM；对活塞裙中部取008MM632配缸间隙为了视铝合金活塞在工作状态下（热态）接近一个圆柱形，害必须把活塞做成上小下大的近似圆锥形。其锥度视发动机的不同而不同，一般为00501MM。活塞顶部间隙0240MM（活塞销中心平面内）；0210MM垂直于活塞销中心线平面内活塞裙部间隙009MM（活塞销中心平面内）；004MM垂直于活塞销中心线平面内64活塞头的质量计算对活塞进行简化变成可计算体积的几何体，从而计算出其体积和质量。简化图如下。H4H3DHDH2H1活塞销孔轴线VVVMINL活塞的质量在估算时，将活塞当作薄壁圆筒处理。活塞其中D为活塞的外径，D84MMT为活塞的厚度，T8MMH为活塞的高度，H0810D84MM为活塞的密度，在此处用共晶铝硅合金661，密度为27G/CM3故可知活塞的质量为M活塞2278G7活塞销的设计活塞工作时顶部承受很大的大气压力，这些力通过销座传给活塞销，再传给连杆。因而活塞销座和活塞销的设计必须保证足够的强度、足够的承压面积和耐磨性。71活塞销的材料活塞销一般用低碳钢或低碳合金钢（如20CR）制造，经表面参碳淬火处理，以提高表面硬度，使中心具有一定的冲击韧性。表面需进行精磨和抛光。72活塞销与销座的结构设计D（02503）D03D255MM取25MMD006079D06D15MML0809D09D756取76MMHTM4221活塞销外径D25,活塞销内径D15。活塞销长度L76MM。1273活塞销与销座的配合活塞顶所承受的气压力通过活塞销座和活塞销传给连杆。由于结构上的限制，活塞销的直径D不可能超过04D表111，活塞销的长度不可能超过085D，因此活塞销总的承压面积极为有限，还要在活塞销座与连杆小头衬套之间合理分配。所以，不论在销与销座之间，还是在销与连杆之间，承压面积都很小，表面比压很高。加上活塞销与销座或活塞销与连杆衬套之间相对运动速度很低，液体润滑油膜不易形成。在这种高压低速条件下，要保证可靠的液体润滑，配合副的工作间隙要尽可能小。经验表明，当活塞销与销座以及活塞销与连杆小头衬套之间的工作状态热态间隙在13104D时，可以可靠工作。于是，在装配状态冷态，销与销座则有13104D的过盈，以补偿铝合金活塞销孔在工作时较大的热膨胀。为了稳定地保持极小的间隙而又转动灵活，活塞销外圆、活塞销孔和连杆小头衬套孔都应有极高的加工精度。不但尺寸公差要严格，尤其要保证严格的圆柱度和表面粗糙度。如果尺寸公差偏大，而圆柱度和表面粗糙度值足够小，则可以按尺寸分组选配的办法保证配合副的理想间隙。74活塞销质量M3M134G75活塞销刚度和强度的校核为保证活塞销和销座的可靠工作，需校核活塞销的弯曲变形，失圆变形，销座上的表面压力和活塞销的应力。124098DDD2/D1活塞销的弯曲变形23/823/4242617845104509037ZPDFM许用变形0FM满足要求。失圆变形3388221617806747041029ZPDDM许用失圆变形02MHTD4221满足要求。作用在销孔上的表面压力22617158346090ZPQ小于极限值560BAR，满足要求。活塞销的纵向弯曲应力213434617090981/20ZPNM活塞销的横向弯曲应力222216856856/917Z所以总弯曲应力213544N/MM2在许用应力200到400N/MM2之间，满足要求。经以上计算可知设计的活塞销满足刚度和强度要求。8活塞环设计活塞与活塞环一起防止气缸内的高压气体下窜到曲轴箱，同时把很大一部分活塞顶接收的热量传给气缸壁，起这种作用的活塞环称为气环。此外，还设置专门的油环，在活塞下行时把气缸壁上多余的机油刮回油底壳，以减少上窜机油量。一般要求通过环组的窜气量不超过总进气量的05，机油消耗量不超过燃油消耗量的05。81活塞环的密封机理内燃机活塞组与气缸之间应用带开口的弹性金属环实现往复式密封。由于开口的存在，漏气通路不可能完全消除。为了防止大量漏气，一般采用多个活塞环形成随活塞运动的迷宫式密封。为减小活塞组与气缸之间的漏气通路，活塞环的外周面必须以一定的弹力OP与气缸壁紧密贴合，形成第一密封面图118。这样一来，缸内气体不能短路直接通过环周与气缸之间，而是进入环与环槽之间，一方面轴向不平衡力AF将环向环槽的侧面压紧，形成第二密封面，同时，作用在环背的气压力造成的径向不平衡力R又大大加强了第一密封面。尽管环背气压力有时大大超过环本身弹力OP，但O的作用仍是关键。如果OP降到零，即环周与缸壁之间出现缝隙一般称为活塞环“漏光”，第一密封面被破坏，气体就直接从缝隙处短路外泄，任何环背压力和FR都建立不起来。只要在整个环周上还剩下一个哪怕是很小的弹力，被密封气体就会自行帮助密封，而且要密封的气体压力越高，附加的密封力也越大。可以认为，具有这种自适应特性的简单环式密封系统，是往复活塞式内燃机有强大生命力的结构保证之一。必须指出，活塞组的密封作用不仅取决于活塞环，而且与活塞的设计有很大关系。活塞应保证活塞环工作温度不会过高。环带部分与气缸的间隙应尽可能小。环槽应加工精确，且在工作中不发生过大变形。环槽与环之间的间隙要合适。82气环的设计821气环的断面形状根据活塞环的密封机理，形状简单、加工方便的矩形断面环完全可以满足要求。但这种环磨合性较差，作用在活塞环上的力及其密封面密封性不理想。桶面环图119B的外周面是直径等于缸径的球面的中段，其特点是能适应活塞的摆动，并且活塞上行和下行时均能在环的外周面上形成润滑油膜，摩擦面不易烧伤。环与气缸接触面积小，比压大，密封性好。桶面环广泛用作高速、高负荷的强化内燃机的第一环。图119常用的活塞环断面形状A矩形环B桶面环C锥面环。D梯形环E内切正扭曲环F锥面内倒角反扭曲环锥面环图119C外周面具有很小的斜角一般为063，它新装入气缸时与气缸线接触，磨合快，下行时有良好的刮油作用。安装时不能上下装反，否则使窜机油加剧。这种环适用于第二、三气环。梯形环图119D两侧面夹角多为150左右。装这种环的活塞在气缸中工作时的侧向位移使环与环槽侧面间的间隙不断变化，可防止环槽中机油结胶甚至碳化，适用于热负荷较高的柴油机作为第一环。扭曲环图119E采用内切或倒角造成断面相对弯曲中性轴不对称，使环装入气缸发生弯曲变形后发生不超过10的盘状正扭曲。它有与锥面环类似的作用，但加工容易些，不过扭曲环的扭曲角沿环周是不均匀的。反扭曲环图119F工作时扭曲成盖子状，配合外圆的锥面，具有很强的密封性和刮油能力，常用于紧挨油环的那道气环。822气环的尺寸参数在保证密封的前提下，活塞环的数目应尽可能少，因为减少环数可缩小活塞高度，减轻活塞质量，减小发动机总高度，降低发动机摩擦损失。现代高速内燃机大多采用2道气环另有1油环，重型强化柴油机则用3道气环。气环的尺寸参数主要有环的径向厚度T、轴向高度B图118以及环的自由状态形状和自由开口端距S0。减小环高B有利于缩短活塞高度，减小环的颤振倾向，目前MIN已达到1MM左右的极限。过小的使环和环槽的加工困难。径向厚度T较大的环弯曲刚度大，对气缸表面畸变的跟随性差，但耐磨性相对较好。刚性环在较小的端距S0下就可得出要求的平均径向壁压0P，但在套装到活塞头部上时易于折断。对合金铸铁的活塞环来说253TD，0P0102MPA，7350TS。环槽深度取09D76MM823活塞环的材料活塞环是内燃机中磨损最快的零件，因此适当选择材料和表面处理工艺十分重要。活塞环一般是由合金铸铁铸造，高强度环用球墨铸铁，经热处理以改善材料的热稳定性。少数活塞环用合金钢制造。活塞环的工作表面通常用各种镀层或涂层，以提高其耐磨性、耐蚀性或改善磨合性。最常用的耐磨层为镀铬和喷钼。松孔镀铬不仅硬度高，耐磨耐蚀，而且储油，抗胶合，广泛用于汽油机和自然吸气柴油机。钼熔点高，喷钼层抗胶合、抗磨损性能好，能适应高温下工作。喷涂法能造成一定多孔性，也有一定储油能力。喷钼环主要用于增压强化柴油机的第一环。所有活塞环都要进行磷化、镀锡或氧化处理，以改善磨合性和防锈。83油环的设计气缸与活塞运动副用飞溅的机油润滑。油环的作用是把飞溅到气缸壁上的多余润滑油刮下来，回到油底壳，以减少发动机的机油消耗量。为了能在高速运动中对抗机油的流体动压力刮下机油，只留下很薄的油膜，油环工作面的着壁压力应足够大。因为油环没有环背气压力帮助压向气缸壁，着壁压力完全靠本身的弹力产生。单体铸铁油环图1110A，由于材料强度所限，只能通过减小与气缸接触的工作面积来提高壁压，最高只能达到05MPA左右。如用高强度材料，用较大的径向厚度T，壁压可能进一步提高，但环刚性大，对气缸变形的追随性差，刮油能力不好。用具有切向弹力的螺旋衬簧的铸铁油环图1110B可使壁压达到08MPA以上，即使环的外圆磨损，壁压也比较稳定，因为壁压主要由衬簧产生。这种环厚度T小，柔性好，在气缸变形较大的条件下也能很好地刮油。这种油环目前应用很广，尤其在高速柴油机上。铸铁环表面要通体镀铬。上述两种单体油环与环槽不可避免地有侧向间隙，在环正常轴向移动或颤振而悬浮在环槽中间时，机油可能通过侧隙上窜。这种影响在高转速时更大，所以现代高速汽油机常用无侧隙钢片组合式油环。为了使油环刮油有效，除了油环结构外，还应注意活塞的配合。用单体油环时必须保持环槽侧隙尽可能小，这意味着环槽加工精度要高，变形要小。还应注意环槽须有面积足够的泄油通道，以免回油受节流造成过高动压，使油环浮起。一般希望在油环槽底和槽下都加工出很多泄油孔，使泄油通畅。84活塞环强度校核为了确定任意断面BB中的弯矩，可把活塞环看成是开口对面的对称面AA固定的悬臂梁，因为活塞环从自由状态变到工作状态时AA断面不发生旋转。于是作用在单元环上RD的单元力DPP0BR0D对断面BB产生的弯矩可写成0SINDMPRD环从到段上的压力对BB断面的总弯矩M为00SIN1/41COSMDPBRDBPDT12CODTK式中2031PET材料确定后E为常数，P0也为常数，对结构参数D一定的均压环，自然状态的曲率半径随而变，故活塞环在自由状态下不是圆形小结通过这次我们亲身的设计实践，让我们对这些专业课的基础知识和基本理论能有进一步的理解和掌握。设计的整个过程都有老师在一旁指导，有问题可以及时解决，学到了很多发动机和曲轴的知识，这也是我觉得这次设计比以前简单的原因吧。我把这次课程所学到的东西总结为以下几点1分析、计算、设计、绘图、运用各种标准和规范、查阅各种设计手册与资料。2计算机计算，绘图的应用能力等方面得到进一步的提高。3初步建立了工程的观念处理问题。4能够全面地检验并巩固我们以前所学的专业课知识，并通过结合实际，让我们能从一个全新的角度重新学习、认识以前学过的专业课知识。5了解国内外发动机的发展现状，对当代先进的发动机技术有了一些了解。6此次课程设计还为我们下学期的毕业设计奠定了坚实的基础。参考文献1杨连生内燃机设计北京中国农业机械出版社，19812陆际青汽车发动机设计北京清华大学出版社，19903杨连生内燃机设计北京中国农业机械出版社，19814唐增宝，何永然，刘安俊机械设计课程设计武汉华中科技大学出版社，19995周龙保内燃机学北京机械工业出版社，20056吴兆汉内燃机设计北京北京理工大学出版社，19907沈维道工程热力学北京高等教育出版社，2002附录附表1一些需要的参数活塞行程SMM活塞直径DMM转速NR/MIN往复惯性质量MJKGKG压缩比余隙容积VCL92845500310500537曲柄半径RCM连杆长度CM半径/长度曲柄角速度RAD/S进气压力PA（MP压力升高比4615802957595800936多变指数N1多变指数N2活塞面积FH（CM2气缸工作容积余隙容积（L）排量（L）旋转运动质量MRKG1351295541782405632519372038337281535附表2运动学计算图表曲轴转角活塞位移X（M活塞速度VM/S活塞加速度JM/S体积随位移的变化缸内绝对压力MP往复惯性力（MP旋转惯性力00000000019684728005366761700759054185778475255000029761955943200549178130075867829677847525100001591519186028005865249800725755808477847525150002877818571905006482426700735571571577847525200004115311772916100733551590074531874827784752525000614140166742850084138189007650022855778475253000081657415427728009703943900774628318477847525350011188061401336701119006520078420401007784752540001420813124578870128542268007937373660778475254500172257610790094014676680079323702837784752550002024079904018301663624980079271205487784752555002425313723897001871071750082171691177847525600028262715417134020877212100811625140177847525650032269553604459023112599008110813377778475257000362736618291330253938589008254873987784752575004027512117087027698444700833512617784752580004427405150857203000461110083452571537784752585004927060302804703229170760083908414197784752590005326494442522903454043020084132756867784752595005725726568795203673302560084170638557784752510000602477868081370388534459008420424411778475251050064236717781806040887451400852334541877847525110006822427860897304282266130085258269187784752511500712106992934180446485535008527880254778475251200074196189842354046356417008629527063778475251250077180931026599404793926100863079798377847525130007916512105770350493916851008731731105778475251350082148931079007705070971870087323702327784752514000841324710921001051890636008732763002778475251450086115861098630805293275450088329589257784752515000889920110024720538352265008833007417778475251550089825410985290054597829500883295587177847525160009065921094928405522076680089328478517784752516500914936109071480557044825008932721445778475251700092328710869281056049501600932607842778475251750092164210843393056256297300932530180778475251800092000010834230056325193700932502691778475251850092164210843392056256305600901488133253017777847525190009232871086927905604951840090598102326078367784752519500914936109071460557045077009135644432721437778475252000090659210949281055220800400924384183284784477847525205008982541098528905459787170093865054329558667784752521000889920110024720538352771009566449330074167784752521500861158610986311052932813600978728923295893277847525220008413247109210060518907036010053568532763019778475252250082148921079008805070979470103709167323702637784752523000791651210577051049391769401074626283173115277847525235007718093102660170479393534011188109630798050778475252400074196189842384046356517201170689082952715177847525245007121069929345504464866101231543492788036677847525250006822427860901904282277580130295719258270567784752525500642367077818610408875723013868926923345582778475252600060247786808201038853572301485796582042460277847525265005725726568802403673315690160273789170640727784752527000532649444253100345405654017415919113275929778475252750049270603028136032291845701907285799084408477847525280004427405150866803000475102106127264526002777847525285004027512116985027698585102346245243509559778475252900036273661829026025393998602638178485487079778475252950032269553604350023112736602995655011081304977847525300002826272541702302087734610343660408162510687784752530500242531372388600187108467039844189821716580778475253100020240799040075016636372704669409692712022477847525315001722576107899900146767952055301763232369970778475253200014208131245778801285433306614153323737336577847525325001118806140132760111901612079755764342039828778475253300008165741542764700970402850966731484462829407784752533500061414016674215008413891111720478685002264477847525340000411531177291030073355748141044139153187308778475253450002877818571861006482471516666381375571558277847525350000159151918599800586527991907661606575579947784752535500002976195594170054917965208485883658678250778475253600000000019684728005366761721506984845905418577847525365000029761955944700549176617742514543586783427784752537000015914191860580058652196690437216557558175778475253750002877818571949006482381960683868485571584877847525380000411531177292190073354571517380248453187656778475253850006141401667435500841374684334854603500230667784752539000081657415427809009703859336062224784628342777847525395001118806140134570111899693300069348542040372778475254000014208131245798501285412062509263403373739557784752540500172257610790199014676564821147810573237059677847525410002024079904029101663612691799092686271208737784752541500242531372390810187105883154603067121717242778475254200028262715417244020877078134226102162517337784752542500322695