活塞课程设计说明书

1、活塞课程设计指导一、设计主题：活塞组设计Ii .设计参数：195柴油机，Pe=8.82kw，n=2000r/min，水冷，Pme=650.4kpa，连杆重心位置LB/LA=0.3909(其中LB指重心与连杆大头中心的距离，LA指重心与连杆小头中心的距离)。三.设计要求：1.用计算机绘制一个活塞(A1)和一个活塞销(A3)。2.设计说明书(包括零件图分析、定位方案确定和定位误差计算等。)；最好写出整个过程)。目录前言11活塞2的视图1.1活塞2的功能和工作条件1.2活塞2的材料1.3活塞结构21.3.1活塞顶部21.3.2活塞头31.3.3活塞裙32活塞4的结构参数3活塞5最大破裂压力的计算3.

2、1热力过程的计算53.2指示柴油机8的参数3.3柴油发动机的有效效率104活塞销11的受力分析5活塞14的加工工艺参考文献：15序内燃机的不断发展是基于主要部件性能和使用寿命的不断改进和提高。特别是随着发动机强度、功率和转速的提高，部件的工作环境，尤其是直喷式柴油机活塞的工作环境越来越差。活塞的结构直接影响活塞的温度分布和热应力分布，因此有必要对活塞的结构和性能进行预测和评价。活塞是内燃机最关键的运动部件，承受着高温高压下的反复交变载荷，被称为内燃机的心脏，尤其是坦克、舰船、军用车辆和舰船上使用的内燃机活塞，已成为制约内燃机发展的突出问题。本课程设计的题目是发动机铝活塞的结构和工艺设计。选择合

3、适的机床加工发动机活塞，通过本课程设计，要求在实际问题中熟练掌握、创新和优化其加工工艺。1活塞概述1.1活塞的功能和工作条件活塞是曲柄连杆机构的重要组成部分。气体的主要作用是承受燃气的压力和惯性力，通过活塞销将燃气的压力传递给连杆，推动曲轴转动做功。此外，活塞是燃烧室的组成部分。活塞是内燃机中最重要的部件。作用在活塞上的气体压力和惯性力周期性地变化，在燃烧过程中瞬间作用在活塞上的气体压力非常高。例如，增压内燃机的最高燃烧压力可以达到14-16兆帕。此外，当连杆倾斜时，活塞还承受着侧压力的周期性冲击，在气体压力、往复惯性力和侧压力的共同作用下，会导致活塞变形、活塞销座开裂和活塞侧面磨损。因此，活

4、塞应该有足够的强度和刚度，质量应该轻。活塞顶部与高温气体直接接触，活塞顶部温度很高，不同部位之间的温差很大。柴油机活塞顶部常布置坑形燃烧室，增加了顶部的实际受热面积，使热负荷更加严重。高温不可避免地会导致活塞材料的强度降低，活塞的热膨胀增加，并破坏活塞与气缸壁之间的正常间隙。另外，冷热不均产生的热应力容易导致活塞顶部的疲劳和热裂纹。因此，要求活塞具有足够的耐热性和良好的热传导性性，线性膨胀系数小。同时，采取适当的结构措施，防止过度的热变形。活塞运动速度快，工作温度高，润滑条件差，摩擦损失大，磨损严重。需要良好的减摩或特殊表面处理。1.2活塞材料铝合金活塞广泛应用于现代内燃机。铝合金具有良好的导

5、热性(比铸铁大3-4倍)和低密度(约为铸铁的1/3)。因此，铝活塞惯性力小，工作温度低，温度均匀为了提高铝活塞的强度和硬度，稳定其形状和尺寸，有必要对活塞进行淬火和时效处理。1.3活塞结构根据不同的零件，活塞分为三个部分：顶部，头部和裙部。1.3.1活塞顶部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。通常有三种类型：平顶、凸顶和凹顶。1.3.2活塞头活塞头是指从活塞顶部到油环下端面的部分。活塞头上加工有安装气环和油环的气环槽和油环槽。油环槽的下部还设有回油孔或横向切割槽。活塞头有足够的厚度，从活塞顶部到环槽区域的横截面应尽可能的光滑，多余的圆角半径应足够大，以减少热流阻力，从而

6、便于热量从活塞顶部通过活塞环传递到气缸壁，使活塞环的温度不会太高。1.3.3活塞裙活塞头下面的部分是活塞裙，活塞销位于裙上。裙边起导向作用，承受侧向压力。因此，活塞裙的形状保证了活塞能够在气缸内得到很好的导向，在任何工况下都能够保证气缸与活塞之间有一个均匀合适的间隙，并且能够获得一定的承载面积。2活塞的结构参数发动机选用195柴油机，参数设计参考柴油机设计手册活塞内径D=95mm毫米(1)压缩高度H1=59.85毫米(2)顶排(从第一个环槽到活塞顶部的距离)高度=14.25毫米(3)采用三环(包括两个气环和一个油环)气环高度为5毫米，油环高度为7毫米第一环堤高度为6mm，第二环堤高度略小于第一

7、环堤高度，即5mm(4)活塞销直径为d=35.15mm毫米，顶环槽宽度为3毫米(5)裙长H2=71.25毫米，裙长50.35毫米(6)销座间距B=36.1mm毫米(7)活塞重量的比重(G/D3=0.9-1.4)取1.23。G=G/D3*D3=1.23*953=1054.57g(8)顶部厚度=11.4毫米总长度=59.85 50.35=110.2毫米燃烧室dk/D=0.6 dk/h=3dk=0.6*95=57 h=dk/3=19铝的线膨胀系数为活塞头的最高温度为350，因此其变形为x=95*23.1*10-6*350=0.7681mm0.8mm活塞裙的最高温度为200，因此其变形为y=95*23

8、.1*10-6*200=0.4389mm0.4mm3活塞最大破裂压力的计算关于最大爆破压力的计算，请参考内燃机原理环境压力、环境温度几何压缩比有效压缩比燃烧过量空气系数参与废气系数增压空气压力参与废气温度最大燃烧压力Z点的热利用系数b点热利用系数燃烧室扫气系数低燃料质量分数3.1热工过程计算增压器后充气过程系数空气温度：其中，去除了增压器中的平均多变压缩指数压缩起点温度式中，新气体预热度，=5K-比热修正系数，=1.11压缩起点压力通货膨胀系数平均多变压缩指数(1)其中a和b是常数，对于空气(忽略残余废气)，a=19.26，b=0.0025在第一次试算中，公式(1)的等号右端被替换为=1.37

9、。在第二次试算中，公式(1)的等号右端被替换为=1.369。压缩终点温度压缩终点压力燃料燃烧所需的理论空气量燃烧所需的实际空气量理论分子变异系数实际分子变异系数在Z点燃烧的燃料质量分数z点的分子变化系数Z点燃烧产物的平均摩尔比定容热容量其中，b点燃烧产物的平均摩尔比恒定体积热容量其中，Z点燃烧产物的平均摩尔比恒压热容燃料热值压力上升率Cyz段的燃料燃烧公式为最高燃烧温度简化后得到(2)对于第一次试算，取公式(2)中等号右端的=2000K对于第二次试算，取右端=220万实际平均指示压力(基于全冲程)式中，指示图充满系数，=0.98指示油耗指示效率增压器中的绝热压缩功增压中的绝热效率其中，k是比热

10、容比值，=1.4；多变指数。增压器的实际压缩功式中，-增压器的机械效率，=0.96增压器的相对工作功率3.3柴油机的有效效率柴油机的总机械效率在公式中，-增压器的相对功率；柴油机平均有效压力Pme=0.6504Mpa柴油机的有效油耗be=3.6*106/ethu=3.6*106/0.4*42286.68=212.83g/kw.h有效动力活塞形成体积的比例表示；压力等级代表0.1兆帕压缩体积：=18.4压缩终点压力：代表性压缩起点体积表示压缩起点压力代表最大压力的体积表示，计算压缩曲线ac上各点的压力，即其中，在1和之间选择。计算膨胀曲线zb上各点的压力，即在公式中，x选择在1和之间。根据以上两

11、个公式，压缩曲线和膨胀曲线各点的坐标参数表计算如下：表3-1序列号在压缩线上在膨胀线上1234567891011123456789101118994.563.047.337.831.527.023.621.018.917.212.574.476.618.9511.4813.217.019.923.026.23.368.615.022.230.138.644.457.112.003.014.025.036.047.048.059.0628.4638.763.590.18118.6171.9200.4229.1257.8根据上表绘制示功图图3-1 6120柴油机计算示功图4活塞销的受力分析活塞的受

12、力分析：当曲轴旋转10度时，会产生最大爆破压力，如图所示：60sin10=200sin，因此sin=600.1736/200=0.0521所以=3度图4-1=60219 1662=61881N其中：D活塞直径R曲轴半径mj往复质量连杆比率=R/l=60/200=0.3 n=2000r/min曲轴转速=2 n/60=2 * 3.14 * 2000/60=209.33弧度/秒检查活塞销：1.绘制活塞销的q和m图图4-2图4-2活塞销的外径d=35.15mm毫米，内径do=0.55d毫米=19.33毫米w=d3/321-d4/d4=4181.57*10-9选择活塞销材料为45号钢，进行调质处理，获得

13、=m/w=1684/4181.57*10-9*106=402.72600n/mm2因此，活塞销符合强度。5活塞加工技术表5-1活塞加工工艺流程编号进程名定位基准和技术条件装备工具作业0毛坯锻造根据活塞锻造工艺1粗车B底面，110粗加工基准是毛坯的外圆，由金属模具液压锻造而成，具有均匀的壁厚(有些使用内腔作为基准)车床三角卡盘自动对中2粗镗活塞销孔44下端面b、内挡块、空销孔和活塞顶部被压缩钻孔器钻具3粗顶面c、圆120和环槽在下端面b的止回销孔处半自动车床，液压，仿形，多刀具专用工具4钻销座中的油孔顶面c位于下部销孔的定位方向台式钻床吉格舞5用内挡块110完成下端面B的车削精密基准：圆柱面环槽的端面车床特殊卡盘6完成车削：环槽圆柱面顶面精基准：下端面B的销孔拧紧仿形、多刀具车床专用工具7微调燃烧室基准“统一原则”与流程6相同车床前任的8铣裙弧圆柱形活塞销孔专用铣床铣刀9精镗活塞销孔顶部圆柱销孔专用镗床精镗销孔夹具10汽车锁环槽销孔定位带锁环的车床钻具11液压销孔销孔定位液压销孔车床液压机12磨平裙子的外圆圆柱面定位仿形磨床参考文献：1刘大力、齐丕祥主编。新铝制活塞。北京：国防工业出版社，1999.8(专著)2刘永昌主编。内燃机原理。武汉