小型汽油機(jī)活塞連桿的設(shè)計(jì)與校核

畢業(yè)論文〔設(shè)計(jì)〕題目：小型汽油機(jī)活塞連桿的設(shè)計(jì)與校核學(xué)生：XXXX專業(yè)：XXXXXXXXXXXXXXX班級(jí)：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)老師：目錄小型汽油機(jī)活塞連桿的設(shè)計(jì)與校核4引言41.1概述41.2設(shè)計(jì)目的41.3預(yù)期結(jié)果和意義41.4設(shè)計(jì)方法51.5KG160小型汽油機(jī)的主要參數(shù)51.6工作任務(wù)6第二節(jié)活塞組件的設(shè)計(jì)62.1活塞組件的設(shè)計(jì)62.11.活塞組工作條件和設(shè)計(jì)要求62.12活塞銷工作條件和設(shè)計(jì)要求72.2活塞組件的材料及外表處理92.21活塞材料及外表處理92.22活塞銷材料及熱處理92.23活塞環(huán)材料及外表處理92.3傳統(tǒng)活塞加工工藝流程102.4國(guó)外開(kāi)展現(xiàn)狀102.5活塞的結(jié)構(gòu)型式122.51活塞頭部122.52活塞裙部122.53活塞銷座132.6活塞的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)及其強(qiáng)度校核142.61活塞主要尺寸的選擇142.62活塞強(qiáng)度校核151〕活塞頂152〕第一環(huán)岸：163〕裙部比壓：162.7活塞銷的主要結(jié)構(gòu)尺寸及其強(qiáng)度校核172.8活塞環(huán)主要結(jié)構(gòu)尺寸及其強(qiáng)度校核18第三節(jié)連桿體的設(shè)計(jì)及校核203.1連桿的工作條件和設(shè)計(jì)要點(diǎn)203.2連桿材料213.3工藝流程213.4國(guó)內(nèi)開(kāi)展現(xiàn)狀223.5國(guó)外開(kāi)展現(xiàn)狀223.6連桿主要尺寸的選擇233.61連桿長(zhǎng)度：233.62連桿小頭直徑與寬度233.63連桿大頭243.64桿身斷面243.65小頭及襯套243.66大頭剖分形式及定位243.7連桿主要結(jié)構(gòu)尺寸及其強(qiáng)度校核253.71連桿小頭的結(jié)構(gòu)尺寸及其強(qiáng)度校核253.72連桿桿身的結(jié)構(gòu)尺寸及其強(qiáng)度校核28感謝詞34參考文獻(xiàn)35小型汽油機(jī)活塞連桿的設(shè)計(jì)與校核引言1.1概述汽油機(jī)的不斷開(kāi)展，是建立在內(nèi)燃機(jī)的改良和創(chuàng)新，對(duì)內(nèi)燃機(jī)內(nèi)主要零部件性能和壽命不斷改良和提高的根底上，特別是隨著發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化程度的提高、功率的增加和轉(zhuǎn)速的增大，使的各種汽油機(jī)的使用范圍更加廣闊，可以適應(yīng)的環(huán)境更加多變。本次設(shè)計(jì)主要的完成KG160小型汽油機(jī)中活塞連桿的設(shè)計(jì)與校核。發(fā)動(dòng)機(jī)的工作可靠性和耐久性，在很大程度上與活塞組的工作情況有關(guān)?；钊M件與氣缸一起保障發(fā)動(dòng)機(jī)工質(zhì)的可靠密封，否那么活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)就不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)?；钊M件工作情況的共同特點(diǎn)是工作溫度很高，并在很高的機(jī)械負(fù)荷下高速滑動(dòng)，同時(shí)潤(rùn)滑不良，這決定了它們?cè)馐軓?qiáng)烈的磨損，并且可能產(chǎn)生滑動(dòng)外表的拉毛、燒傷等故障。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，活塞組件的壽命決定了發(fā)動(dòng)機(jī)的修理間隔，在大功率強(qiáng)化發(fā)動(dòng)機(jī)中，活塞組的熱負(fù)荷往往限制了發(fā)動(dòng)機(jī)的強(qiáng)化潛力。由此可見(jiàn)，提高活塞組件的工作可靠性和耐久性對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能的提高具有極重要的意義。1.2設(shè)計(jì)目的選擇具有代表性的KG160作為樣機(jī)。對(duì)樣機(jī)進(jìn)行全面分析，消化吸收其先進(jìn)技術(shù)，并根據(jù)國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，確定符合國(guó)情的技術(shù)參數(shù)。防止盲目設(shè)計(jì)，給設(shè)計(jì)和生產(chǎn)帶來(lái)困難。通過(guò)完成KG160小型汽油機(jī)活塞連桿的設(shè)計(jì)及校核，掌握一般的設(shè)計(jì)方法和思路，培養(yǎng)CAD繪圖和Pro/E實(shí)體建模的能力，查詢文獻(xiàn)能力和獨(dú)立思考能力，最終到達(dá)一個(gè)工程設(shè)計(jì)人員所必備的根本能力要求。1.3預(yù)期結(jié)果和意義預(yù)期結(jié)果：設(shè)計(jì)的KG160小型汽油機(jī)活塞連桿滿足強(qiáng)度與生產(chǎn)應(yīng)用要求，符合當(dāng)前制造廠家生產(chǎn)制造要求，具有良好的經(jīng)的活塞連桿，掌握了活塞連桿的設(shè)計(jì)要領(lǐng)，學(xué)習(xí)到一般設(shè)計(jì)方法、思路和流程，濟(jì)性和適用性，有利于企業(yè)的應(yīng)用。意義：通過(guò)設(shè)計(jì)和校核KG160小型汽油機(jī)與企業(yè)相互聯(lián)系，培養(yǎng)獨(dú)立自主專研的能力，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)際相結(jié)合的應(yīng)用，從而到達(dá)一個(gè)符合企業(yè)工程設(shè)計(jì)人員的要求。1.4設(shè)計(jì)方法選擇具有代表性的小型單缸汽油機(jī)KG160作為樣機(jī)。對(duì)樣機(jī)進(jìn)行全面分析，消化吸收其先進(jìn)技術(shù)，并根據(jù)國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，確定符合國(guó)情的技術(shù)參數(shù)。防止盲目設(shè)計(jì)，給設(shè)計(jì)和生產(chǎn)帶來(lái)困難。查詢有關(guān)文獻(xiàn)資料如《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》、《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)》等。完成KG160內(nèi)燃機(jī)中活塞連桿的三維建模與二維圖形的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行相關(guān)強(qiáng)度校核。1.5KG160小型汽油機(jī)的主要參數(shù)型號(hào)KG160型式單缸風(fēng)冷四沖程氣缸斜置頂置氣門缸徑×行程mm總排量ml163壓縮比8.5標(biāo)定功率/標(biāo)定轉(zhuǎn)速Kw/r/min3/30003.3/3600起動(dòng)方式電感式〔TCI〕潤(rùn)滑方式飛濺式旋轉(zhuǎn)方向〔面對(duì)輸出軸〕逆時(shí)針外形尺寸〔長(zhǎng)*寬*高〕mm1.6工作任務(wù)第二節(jié)活塞組件的設(shè)計(jì)2.1活塞組件的設(shè)計(jì)2.11.活塞組工作條件和設(shè)計(jì)要求活塞在高溫、高壓、高速、潤(rùn)滑不良的條件下工作。活塞直接與高溫氣體接觸，瞬間溫度可達(dá)2500K以上。因此，受熱嚴(yán)重，而受熱條件又差，所以活塞溫度都很高，頂部高達(dá)600~700K，且溫度分布不均勻；活塞頂部承受氣體壓力很大，特別是做功行程最大，一般汽油機(jī)可達(dá)3~5,這使得活塞產(chǎn)生壓力，并產(chǎn)生側(cè)壓力的作用；活塞在氣缸內(nèi)以很高的速度〔8~12m/s〕往復(fù)運(yùn)動(dòng)，且速度在不斷變化，這就產(chǎn)生了很大的慣性力，是活塞承受很大的附加載荷。如此，活塞在這樣惡劣的條件按下工作，會(huì)產(chǎn)生變形并加速磨損，還會(huì)產(chǎn)生附加載荷和熱應(yīng)力，同時(shí)受到燃?xì)獾幕瘜W(xué)腐蝕作用。承受高溫高壓燃?xì)庾饔貌⑼ㄟ^(guò)活塞銷，連桿將力傳遞給曲軸。銷座孔內(nèi)側(cè)受力嚴(yán)重。目前承受高速增壓柴油機(jī)的最高燃燒壓力控制在12~13MPa，最高可達(dá)15MPa。高速增壓柴油機(jī)最高燃?xì)鉁囟仍?000攝氏度左右，循環(huán)平均有效傳熱溫度在800攝氏度左右。活塞組件在高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)中與氣缸壁形成密封配對(duì)副，在傳遞力過(guò)程中裙部承受很大的側(cè)壓力。綜上所述，活塞是在高負(fù)荷，高溫，高速，潤(rùn)滑不良的條件下工作的，對(duì)它的設(shè)計(jì)要求：要選用熱強(qiáng)度好，耐磨，比重小，熱膨脹系數(shù)小，導(dǎo)熱性好，具有良好耐磨性、工藝性的材料；有合理的形狀和壁厚。是散熱良好，強(qiáng)度、剛度符合要求，盡量減輕重量，防止應(yīng)力集中；保證燃燒室氣密性好，竄氣、竄油要少又不增加活塞組的摩擦損失，盡可能靠近活塞中部，確定活塞周邊溫度均勻注意喉口部位設(shè)計(jì)，防止局部燒損；保證活塞頭部必須有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和良好的熱散熱，以承受高溫高壓燃?xì)獾淖饔没钊共繎?yīng)有控制熱膨脹措施，以確保在任何工作條件下與氣缸之間有最正確配合間隙；活塞銷座處〔特別是銷座孔內(nèi)側(cè)〕應(yīng)有防止應(yīng)力集中的措施，應(yīng)根據(jù)冷卻條件合理確定第一活塞環(huán)的位置及活塞環(huán)糟的設(shè)計(jì)，盡可能減少有害間隙容積。2.12活塞銷工作條件和設(shè)計(jì)要求活塞銷在高溫下周期地承受很大的沖擊載荷，其本身又作擺轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而且處于潤(rùn)滑條件很差的情況下工作，因此，要求活塞銷具有足夠的強(qiáng)度和剛度，外表韌性好，耐磨性好，重量輕。所以活塞銷一般都做成空心圓柱體，采用低碳鋼和低碳合金鋼制成，外外表經(jīng)滲碳淬火處理以提高硬度，精加工后進(jìn)行磨光，有較高的尺寸精度和外表光潔度。活塞銷承受銷座傳來(lái)的燃?xì)鈶?yīng)力、活塞比擬容易磨損?；钊N的設(shè)計(jì)要點(diǎn)有故：組慣性力和連桿小頭作用力。由于相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)角度小。難以實(shí)現(xiàn)完全液體潤(rùn)滑，1〕足夠的強(qiáng)度和剛度以限制變形量；2〕內(nèi)韌外硬以提高抗疲勞和耐磨性；3〕盡可能輕以減小自身往復(fù)慣性力。2.13活塞環(huán)工作條件和設(shè)計(jì)要求活塞環(huán)在高溫、高壓、高速和潤(rùn)滑極其困難的條件下工作，尤其是第一道環(huán)最為困難，長(zhǎng)期以來(lái)，活塞環(huán)一直是發(fā)動(dòng)機(jī)上使用壽命最短的零件。活塞環(huán)工作時(shí)受到氣缸中高溫高壓燃?xì)獾淖饔?，溫度很?特別是第一道環(huán)溫度可高達(dá)600K)，活塞環(huán)在氣缸內(nèi)隨活塞一起作高速運(yùn)動(dòng)，加上高溫下機(jī)油可能變質(zhì)，使環(huán)的潤(rùn)滑條件變壞，難以保證良好的潤(rùn)滑，因而磨損嚴(yán)重。另外，由于氣缸壁的錐度和橢圓度，活塞環(huán)隨活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，沿徑向會(huì)產(chǎn)生一張一縮運(yùn)動(dòng)，使環(huán)受到交變應(yīng)力而容易折斷。因此，要求活塞環(huán)彈性好，強(qiáng)度高、耐磨損。目前廣泛采用的活塞環(huán)材料是合金鑄鐵〔在優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵中參加少量銅、鉻、鉬等合金元素)，第一道環(huán)鍍鉻，其余環(huán)一般鍍錫或磷化?；钊h(huán)的功能是密封氣缸上部和潤(rùn)滑氣缸下部，以及將局部燃燒的熱量通過(guò)氣缸壁傳給冷卻水。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的類型和使用工況，決定所需活塞環(huán)的數(shù)目。對(duì)于第二道環(huán)以下的氣環(huán)，要充分研究它的氣密性有多大；增加環(huán)的數(shù)目未必能減少漏氣量。目前總的趨勢(shì)是減少活塞環(huán)的數(shù)目，本次所研究的小型汽油機(jī)KG160使用3道環(huán)，兩道氣環(huán)，一道油環(huán)。頂環(huán)，即第一道環(huán)又稱壓縮環(huán)，主要起密封燃?xì)庾饔?。第一道環(huán)的工作條件最惡劣，它的好壞對(duì)活塞組竄氣、竄油將產(chǎn)生影響。因此，要強(qiáng)化第一道氣環(huán)，對(duì)其材料和復(fù)層，結(jié)構(gòu)尺寸和斷面形狀等都應(yīng)仔細(xì)選定。第一道環(huán)普遍采用鍍鉻，其次噴鉬。抗結(jié)膠和抗拉缸性能較好的梯形環(huán)、桶面環(huán)使用日益增多。油環(huán)，為第三環(huán)，主要起控制潤(rùn)滑油作用。由于只有一道油環(huán)，因此強(qiáng)化油環(huán)結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)刮油效果是必要的。中間環(huán)，輔助密封燃?xì)?；主要起刮油作用并確保頂環(huán)必要的潤(rùn)滑。2.2活塞組件的材料及外表處理2.21活塞材料及外表處理現(xiàn)代高速小型汽油機(jī)活塞材料可選用共晶鋁硅合金或過(guò)共晶鋁硅合金。后者具有耐熱、耐磨及膨脹系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)，但工藝性較差，我國(guó)曾采用有稀土元素的合金，不過(guò)由于稀土元素的純潔度難以保證，會(huì)影響鋁合金性能，所以現(xiàn)在采用的不多。鋁合金活塞毛胚多采用金屬模鍛，成型后一般要熱處理，對(duì)硅鋁合金可加熱到300~500℃保溫3~4個(gè)小時(shí)，然后淬入熱水，再加熱到200℃保溫8小時(shí)，用以消除內(nèi)應(yīng)力。2.22活塞銷材料及熱處理通用材料：20、15Cr、20Cr、20Mn2，一般采用20Cr?；钊N外圓外表須經(jīng)滲碳處理，滲碳層深度與活塞銷壁厚有關(guān)，常規(guī)滲碳層厚度約為活塞銷壁厚的10%，內(nèi)孔外表也可根據(jù)需要進(jìn)行滲碳，厚度可比外外表小?；钊N外圓外表經(jīng)滲碳淬火后的硬度約為58~64HRC,外圓外表粗糙度應(yīng)控制在0.16um以內(nèi)?；钊N加工可采用冷擠壓工藝，這種工藝具有節(jié)省金屬、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低本錢、機(jī)械性能好等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于鋁合金活塞，冷態(tài)時(shí)活塞銷和銷座配合大多是過(guò)盈，因此，在裝配時(shí)，需將活塞銷座加熱到60℃—120℃。2.23活塞環(huán)材料及外表處理活塞環(huán)常用材料。一般為合金鑄鐵，合金成分主要有：鉻鉬、銅鉻鉬、鎢鉻鉬、鎢釩鈦等，高強(qiáng)度的汽油機(jī)頂環(huán)多采用球墨鑄鐵。活塞環(huán)常用的外表處理:高強(qiáng)度的汽油機(jī)頂環(huán)與氣缸外圓接觸面一般要進(jìn)行噴鉬或鍍鉻處理，KG160汽油機(jī)活塞環(huán)所采用的是外圓面鍍鉻處理，鉻層厚度0.05mm以上，衍磨后，液體噴砂處理，其余面磷化處理。外表鍍鉻可分為鍍硬鉻和松孔鍍(即在鍍鉻后再進(jìn)行外表松孔處理，以改善儲(chǔ)油)，鍍鉻層厚度約為0.05~0.10mm孔鍍鉻層厚度約為0.10~0.18mm孔層厚度為0.05mm。為提高噴鉬或鍍鉻層的牢度，外層多用于鑲嵌結(jié)構(gòu)，鍍層僅限于環(huán)部中段。2.3傳統(tǒng)活塞加工工藝流程粗車止口—>粗車外圓、頂面—>精車止口—>粗鏜銷孔—>精車環(huán)槽—>半精車外圓—>精鏜銷孔—>車擋圈槽—>車內(nèi)角—>粗精車燃燒室—>精車外圓。此工藝流程為傳統(tǒng)活塞加工的工藝流程，是大局部企業(yè)普遍采用的流程。在本次設(shè)計(jì)與校核中，所應(yīng)用的思路是采用工藝流程。2.4國(guó)外開(kāi)展現(xiàn)狀活塞方面，活塞作為發(fā)動(dòng)機(jī)的心臟，是一種技術(shù)含量比擬高的零部件?，F(xiàn)代先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，其活塞的設(shè)計(jì)相當(dāng)復(fù)雜，已開(kāi)展成為集輕質(zhì)高強(qiáng)度新材料、異形外圓復(fù)合型面〔裙部為中凸變橢圓形面〕、異形銷孔等多項(xiàng)新技術(shù)于一體的高技術(shù)含量的產(chǎn)品。活塞的加工精度要求高，其裙部橫向橢圓度精度達(dá)0.005mm，縱向中凸軸線精度達(dá)mm。從上世紀(jì)80年代開(kāi)始，數(shù)值模擬技術(shù)開(kāi)展迅，國(guó)內(nèi)外的科研機(jī)構(gòu)及汽油機(jī)公司對(duì)活塞都進(jìn)行了深入的研究。其研究的主要內(nèi)容是：活塞的溫度場(chǎng)、熱應(yīng)力、熱疲勞、熱沖擊和機(jī)械強(qiáng)度等。對(duì)活塞的熱沖擊、耦合傳熱、瞬態(tài)分析、滑油傳熱以及積碳等方面都做了大量的研究。同時(shí)，對(duì)活塞的數(shù)值模擬計(jì)算，科研人員不斷地尋求專業(yè)的數(shù)值計(jì)算方法，來(lái)提高分析解決問(wèn)題的能力。國(guó)內(nèi)對(duì)活塞熱負(fù)荷的研究主要在高校進(jìn)行，對(duì)于由經(jīng)驗(yàn)和半經(jīng)驗(yàn)公式得出平均邊界換熱系數(shù)，再根據(jù)平均燃?xì)鉁囟葘?duì)活塞進(jìn)行穩(wěn)態(tài)熱分析的研究，國(guó)內(nèi)研究的比擬深入。其中較為先進(jìn)的活塞分析方法是有限元分析計(jì)算，通過(guò)有限元分析，能在活塞的設(shè)計(jì)上大幅度提高活塞的強(qiáng)度；活塞的溫度場(chǎng)有限元分析，能非常準(zhǔn)確的模擬活塞的實(shí)際工作環(huán)境溫度。是發(fā)動(dòng)機(jī)的功率不斷增加，尾氣的排放相對(duì)以前得到很大的改善，提高設(shè)計(jì)的效率和科學(xué)性。基于計(jì)算機(jī)開(kāi)展和普及，最近國(guó)外公式對(duì)汽油機(jī)和柴油機(jī)活塞的機(jī)械疲勞研究多采用比照發(fā)動(dòng)機(jī)耐久試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以計(jì)算機(jī)建模和仿真計(jì)算等來(lái)模擬熱負(fù)荷與機(jī)械負(fù)荷對(duì)活塞機(jī)構(gòu)的影響，從而判斷活塞的可靠性。在實(shí)驗(yàn)上，國(guó)外在20世紀(jì)70年代到80年代就已經(jīng)開(kāi)始熱沖擊研究。比方說(shuō)英國(guó)的里卡多公司建立了熱流和熱傳導(dǎo)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，用于熱流的流向和熱流的分配研究，德國(guó)的馬勒公司對(duì)活塞的研究主要是通過(guò)整機(jī)實(shí)驗(yàn)，馬勒公司的35個(gè)整機(jī)試驗(yàn)臺(tái)用于研究各種活塞的可靠性。俄羅斯在發(fā)動(dòng)機(jī)的熱負(fù)荷的研究上既有穩(wěn)態(tài)研究，也有最新的瞬態(tài)研究手段，在燃燒室的應(yīng)力分析方面，已經(jīng)完成了對(duì)燃燒室零件的穩(wěn)態(tài)熱彈性應(yīng)力，準(zhǔn)靜態(tài)熱應(yīng)力以及熱彈性應(yīng)力與機(jī)械應(yīng)力疊加的分析。美國(guó)Wisconsin大學(xué)Madison分校YongLiu和R.D.REITZ運(yùn)用有限差分法對(duì)內(nèi)燃機(jī)燃燒室部件進(jìn)行了循環(huán)瞬態(tài)模擬，分析模型綜合考慮了活塞組、潤(rùn)滑油膜、缸套以及缸蓋等，提高了缸內(nèi)傳熱模擬的精度。國(guó)外目前研究的的重點(diǎn)是瞬態(tài)傳熱、整機(jī)熱分析和絕熱發(fā)動(dòng)機(jī)。連桿方面，在滿足性能指標(biāo)的前提下，連桿的材料和制造技術(shù)關(guān)聯(lián)很大，連桿在毛胚材料方面：國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)工藝連桿毛胚材料一般采用、、、、、45、等調(diào)制剛和(進(jìn)口)、、等非調(diào)制鋼。1984~1994年期間，康明斯生產(chǎn)線用調(diào)制剛毛胚，1995年全面轉(zhuǎn)用非調(diào)制剛材料毛胚。而德國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)和零部件的專家MahleGmbh公司先后推出鋼、鋼、鋼等。在加工工藝方面，國(guó)內(nèi)外連桿生產(chǎn)方式大致有：鍛造、鑄造、粉末冶金等，傳統(tǒng)鍛造有將連桿體和蓋分開(kāi)鍛造，連桿體和蓋整體鍛造兩種。60年代中期粉末熱鍛技術(shù)開(kāi)始開(kāi)展起來(lái)，從80年代以來(lái)粉末冶金注射成型成功的得到應(yīng)用，大多數(shù)連桿體制造中使用的中碳鋼和低合金鋼逐步由新鋼種和粉末冶金的鍛造材料所代替。在連桿體和連桿蓋別離工藝方面大局部采用的是鋸斷、洗鍛等工藝，最新工藝是使用斷裂分開(kāi)，即脹斷工藝〔或者斷裂工藝〕，該工藝是用切口〔或用機(jī)械方法或用激光束制造欲裂紋〕斷裂，使大端連桿蓋從連桿體移去。國(guó)內(nèi)局部汽車廠及設(shè)備制造廠如一汽群眾，上海群眾和上海通用等都采用了該技術(shù)。2.5活塞的結(jié)構(gòu)型式2.51活塞頭部活塞頭部的結(jié)構(gòu)主要取決于內(nèi)燃機(jī)的強(qiáng)化程度。頂部的形狀主要決定于燃燒室的類型，在某些二沖程的內(nèi)燃機(jī)中海涉及到換氣的需要。環(huán)帶的位置與結(jié)構(gòu)還影響到了整機(jī)的排放和活塞的使用壽命。活塞頭部截面形狀。活塞頭部經(jīng)常設(shè)計(jì)成導(dǎo)熱良好的“熱流型〞，即根據(jù)活塞的熱流通道，采用大圓弧過(guò)渡，以增加從頂部到裙部的傳熱截面，從而將頭部的熱流迅速傳出，使活塞頭部的溫度得以降低。溫度降低同時(shí)也有利于消除應(yīng)力集中，這樣，可以提高活塞的承載能力。由于活塞頭部需承受高溫高壓作用，因此活塞頭部易產(chǎn)生的疲勞裂紋，多數(shù)發(fā)生在氣門凹坑、燃燒室喉口邊緣、活塞頂內(nèi)壁與銷座根部連接處。從結(jié)構(gòu)上解決頭部裂紋的措施如下：1、合理設(shè)計(jì)活塞頭部形狀，降低活塞頂面的機(jī)械應(yīng)力，使頂面應(yīng)力狀態(tài)在疲勞極限的范圍內(nèi)。2、防止加工尖角，采用較大的過(guò)渡圓角，消除應(yīng)力集中。因此，活塞頂?shù)脑O(shè)計(jì)對(duì)于活塞頭部對(duì)抗高溫高壓就顯得尤為重要。其中凹頂式活塞頂部，淺凹坑用來(lái)改善混合氣形成和燃燒質(zhì)量，或?yàn)榱朔乐箽忾T碰撞和調(diào)整壓縮比。2.52活塞裙部活塞裙部的結(jié)構(gòu)對(duì)活塞運(yùn)動(dòng)的平順性和活塞與氣缸之間的工作配合條件有著重要的影響。為了控制熱膨脹，盡量保持最正確缸配間隙，裙部可以開(kāi)槽，鑲鋼片盒中凸橢圓等結(jié)構(gòu)。開(kāi)槽〔汽油機(jī)活塞〕2.53活塞銷座新一代活塞銷座結(jié)構(gòu)演變的特點(diǎn)：在不增加尺寸的前提下，優(yōu)化毛胚造型和孔口加工形狀，以提高變形的適應(yīng)能力和整體承載能力；偏置軸線以降低活塞的敲擊噪聲。所謂的異型銷孔，包括橢圓銷孔、帶卸載槽銷孔和錐形銷孔。與普通的直銷孔相比，它可明顯減小應(yīng)力集中，減小幅度約為10%~30%?；钊N座的應(yīng)力分布取決于銷座和活塞銷兩者變形是否相互適應(yīng)，如果活塞銷剛度較大而銷座剛度較小，或者活塞銷剛度小而銷座剛度大，那么二者不能相互適應(yīng)。結(jié)果引起銷座內(nèi)孔上側(cè)邊緣等處產(chǎn)生嚴(yán)重的應(yīng)力集中致使銷座斷裂。因此，活塞銷座的設(shè)計(jì)應(yīng)與活塞銷統(tǒng)一考慮，要求活塞銷有較高的剛度，減少活塞銷的彎曲變形，而活塞銷座能承受很高的壓力，又要具有一定彈性，使之適應(yīng)活塞銷的變形。銷座的結(jié)構(gòu)有單筋銷座、雙筋彈性銷座、寬型整體支承筋的剛性銷座、斜面銷座和階梯銷座。因此，在活塞銷座的設(shè)計(jì)中，采用雙筋彈性銷座，即在銷孔的側(cè)上方設(shè)置兩條支承筋，筋間的凹穴，可以使銷座具有良好的彈性，能在一定程度上適應(yīng)活塞銷的變形，從而減少銷孔的點(diǎn)的應(yīng)力集中。2.6活塞的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)及其強(qiáng)度校核2.61活塞主要尺寸的選擇活塞的主要尺寸主要包括：活塞直徑D，活塞的高度，壓縮高度，裙部高度，環(huán)岸高度、，活塞頂厚度及環(huán)槽底徑、，銷座開(kāi)檔距離B等。結(jié)構(gòu)參數(shù)取決于以下因素：轉(zhuǎn)速、燃燒室的形狀和活塞裙部承壓面積。應(yīng)在保證結(jié)構(gòu)布置合理和所需承壓面積的條件下，盡量選擇小的活塞高度。數(shù)據(jù)范圍：根據(jù)《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》知：，推薦值在1.1左右，應(yīng)選擇1.1，即活塞高度H=74mm；活塞壓縮高度；在保證氣環(huán)良好的工作條件下，宜縮短H1，力求降低整機(jī)高度尺寸。根據(jù)《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》知：，選擇0.5，即壓縮高度:H1=34mm；活塞環(huán)的數(shù)目；目前中小型高速汽油機(jī)采用三環(huán)結(jié)構(gòu)(2道氣環(huán)，1道油環(huán))。環(huán)槽底徑：可根據(jù)以下公式計(jì)算得到氣環(huán)槽：，得=64mm；油環(huán)槽；，得=64mm；D—活塞名義直徑t—活塞環(huán)的徑向厚度，氣環(huán)槽，油環(huán)槽；K—系數(shù)，鋁活塞K=0.006環(huán)岸高度第一環(huán)岸溫度較高，承受氣體壓力大，又容易受環(huán)的沖擊而斷裂，故第一環(huán)岸高度h1比其余環(huán)岸高度大一些。數(shù)據(jù)范圍：根據(jù)《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》知：第一環(huán)岸高度h1，取0.05，即第一環(huán)岸高度h1=3.4mm。第二、三環(huán)岸高度，取0.04，即第二、三環(huán)岸高度h2(h3)=2.72mm。裙部長(zhǎng)度H2根據(jù)《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》知：，選擇0.75，即裙部長(zhǎng)度H2=51mm；裙部壁厚:根據(jù)《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》知：，選擇0.04，即裙部壁厚：活塞銷直徑d:根據(jù)《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》知：中小型高速柴油機(jī)，一般d/D<0.4，，選擇0.28，即活塞銷直徑：d=19mm銷座間隔B根據(jù)《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》知：，選擇0.4，即銷座間隔：B=27.2mm2.62活塞強(qiáng)度校核(以下使用公式均參照《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》)1〕活塞頂：條件：，D1=66mm，σ=13mm活塞是鋁合金、有筋頂?shù)?，機(jī)械應(yīng)力：根據(jù)條件得：，合格。2〕第一環(huán)岸：條件：，材料鋁合金，彎曲應(yīng)力：根據(jù)條件得：180剪切應(yīng)力：根據(jù)條件得：62.5總應(yīng)力：根據(jù)條件得：210.04，合格。3〕裙部比壓：條件：D=68mm，=10MPa，高速柴油機(jī)和汽油機(jī)[]=5裙部比壓：根據(jù)條件得：1.04q1<[q1]，合格。2.7活塞銷的主要結(jié)構(gòu)尺寸及其強(qiáng)度校核1)活塞銷的功用是連接活塞和連桿小頭，并把活塞承受的氣體壓力傳給連桿。活塞銷在高溫下周期地承受很大的沖擊載荷，其本身又作擺轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而且處于潤(rùn)滑條件很差的情況下工作，因此，要求活塞銷具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和剛度，外表韌性好，耐磨性好，重量輕以減小往復(fù)運(yùn)動(dòng)慣性力。根據(jù)活塞銷的工作條件和設(shè)計(jì)要求，銷的工作外表應(yīng)具有高硬度，內(nèi)部應(yīng)富有韌性和較高的強(qiáng)度，但是硬的表層和內(nèi)部必需緊密結(jié)合，保證銷在沖擊載荷作用下沒(méi)有金屬剝落和金屬層之間別離的現(xiàn)象。所以，需要對(duì)銷進(jìn)熱處理，對(duì)于選擇低碳鋼作為材料的活塞銷，需要進(jìn)行滲碳和淬火。根據(jù)不同銷的尺寸大小，滲碳層的深度一般在0.5~2mm之間。對(duì)于45鋼的活塞銷那么是進(jìn)行外表淬火，淬火層深度為1~1.5mm。銷經(jīng)熱處理后，其外外表硬度為HRC=58~65，內(nèi)部硬度約HRC=36。2〕活塞銷的結(jié)構(gòu)尺寸，主要指活塞銷外直徑d，內(nèi)直徑，銷的長(zhǎng)度。根據(jù)高功率強(qiáng)化發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞銷而言，可知：許用彎曲應(yīng)力；許用剪切應(yīng)力；彎曲應(yīng)力計(jì)算：活塞銷外表受到氣體壓力和往復(fù)慣性力的共同作用?；钊N中央截面的彎矩：；式中。空心銷的抗彎斷面系數(shù)為其中所以彎曲應(yīng)力為即根據(jù)條件得：185.475最大剪切應(yīng)力計(jì)算最大剪切應(yīng)力出現(xiàn)在銷座和連桿小頭的截面上，橫斷面上的最大剪切應(yīng)力發(fā)生在中性層上，其值按下式計(jì)算：根據(jù)條件得：371.754所以,所測(cè)得的應(yīng)力是符合條件得。2.8活塞環(huán)主要結(jié)構(gòu)尺寸及其強(qiáng)度校核活塞環(huán)的結(jié)構(gòu)尺寸主要有環(huán)高b，徑向厚度t和切口間隙〔工作間隙〕、〔自由開(kāi)口間隙〕。對(duì)于四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，有氣環(huán)和油環(huán)。絕大局部都放在活塞銷座以上的位置。氣環(huán)在上，油環(huán)在下。汽油機(jī)一般都是這樣放置的，但是在有些柴油機(jī)中，為了增強(qiáng)刮油效果，也常把一個(gè)油環(huán)放在活塞銷座以下的裙部位置?；钊h(huán)在環(huán)槽中運(yùn)動(dòng)，因此在環(huán)槽的軸向和徑向上，都因該有適當(dāng)?shù)拈g隙。軸向間隙不能過(guò)大，因?yàn)楫?dāng)環(huán)在環(huán)槽中上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，環(huán)與環(huán)槽之間發(fā)生撞擊。間隙大，撞擊也大，增加了環(huán)與環(huán)槽所承受的機(jī)械負(fù)荷。此外，間隙大也不利于密封。因?yàn)楫?dāng)環(huán)在改變運(yùn)動(dòng)法向的過(guò)程中，總有某一瞬時(shí)處于環(huán)槽的中間位置，形成氣體泄漏通路。間隙越大，泄漏延續(xù)的時(shí)間越長(zhǎng)。間隙過(guò)小也有弊病，這時(shí)環(huán)與環(huán)槽受熱后產(chǎn)生膨脹和變形，間隙過(guò)小，環(huán)在環(huán)槽內(nèi)運(yùn)動(dòng)易被卡住。此外機(jī)油產(chǎn)生的積碳顆粒充塞在間隙內(nèi)，如果間隙過(guò)小，會(huì)使環(huán)失去活動(dòng)余地，嚴(yán)重時(shí)可能把環(huán)卡住，引起其他故障。所以，最適當(dāng)間隙的選定，應(yīng)使活塞防漏部在活塞膨脹后正好與缸壁接觸，而又不發(fā)生抱缸。這樣，既能減輕各道氣環(huán)的受熱強(qiáng)度，又降低了各道環(huán)的熱負(fù)荷。由于溫度分布的不均勻，可把防漏部作成圓柱形、圓錐等不同的形狀和尺寸。以便更好的完成工作?；钊h(huán)高度不宜過(guò)高，因?yàn)檎h(huán)對(duì)氣缸的適應(yīng)性較好，易于磨合，摩擦損失小，能夠降低整個(gè)活塞組的高度和質(zhì)量，并且環(huán)的高度減小，使環(huán)背和環(huán)槽間的空間變小，環(huán)背壓力容易建立起來(lái)，提高密封效果。對(duì)于中小型高速汽油機(jī)，一般氣環(huán)b=1.5~4mm，取值b=2mm。環(huán)的高度和徑向厚度之間也有一定的比例，一般為，取中間比例0.65，那么徑向厚度t=3mm。活塞環(huán)的切口間隙有兩種：其一，工作間隙：式中——活塞環(huán)的工作溫升；a——活塞環(huán)材料的線膨脹系數(shù)為0.006；——環(huán)在熱狀態(tài)下切口兩端不相碰，而劉處的熱間隙，一般可取為0.06~1mm。根據(jù)條件得：其二，自由切口間隙：；在相同下，越大，環(huán)裝入氣缸后產(chǎn)生的彈力就越大安裝應(yīng)力就相對(duì)較小。第一道環(huán)肩強(qiáng)度校驗(yàn)活塞防漏部第一環(huán)槽處溫度較高，并承受很大的氣體壓力。因此，常常發(fā)生第一環(huán)肩跟部產(chǎn)生裂紋或斷裂。為此，要對(duì)第一環(huán)肩處的受力情況進(jìn)行強(qiáng)度分析計(jì)算。將第一環(huán)肩看作是一塊沿直徑為的活塞環(huán)槽底圓外周固定的圓環(huán)形平板。在其全部面積，從上面作用著燃?xì)鈮毫?從下面作用著燃?xì)鈮毫?，可得到：環(huán)肩根部受到的彎矩為：；環(huán)肩根部的抗彎斷面系數(shù)為：；式中是環(huán)肩的厚度3.4mm。彎曲應(yīng)力為根據(jù)條件得：；環(huán)肩部剪切應(yīng)力：根據(jù)條件得：其復(fù)合應(yīng)力為：。由此可以發(fā)現(xiàn)增加環(huán)肩的高度，就可以減小環(huán)肩的復(fù)合壓力，因此一般的鋁合金活塞第一環(huán)肩比其他環(huán)肩要搞一些?；钊h(huán)裝入氣缸后會(huì)產(chǎn)生一定的彈力，以保證環(huán)能壓緊在缸壁上，這時(shí)活塞換的形狀是圓形的。將環(huán)從氣缸中取出，環(huán)處于自由狀態(tài)中就不在是圓形而是一個(gè)復(fù)雜的幾何形狀，環(huán)在自由狀態(tài)下的形狀就是我們所需要的制造尺寸。第三節(jié)連桿體的設(shè)計(jì)及校核3.1連桿的工作條件和設(shè)計(jì)要點(diǎn)連桿在高速運(yùn)動(dòng)中承受由活塞組傳遞氣缸壓力和往復(fù)慣性力的反復(fù)壓縮和拉伸，由此可能疲勞破壞，是內(nèi)燃機(jī)主要受力的運(yùn)動(dòng)件之一。連桿大小頭的軸承潤(rùn)滑條件苛刻，工作中反復(fù)受到擠壓和沖擊。連桿必須有足夠的結(jié)構(gòu)剛度和疲勞強(qiáng)度。也就是說(shuō)，在擠壓或沖擊作用下，桿身不會(huì)被顯著壓彎；連桿大小頭不致顯著失圓。桿身彎曲會(huì)使活塞相對(duì)于氣缸、軸承相對(duì)于軸勁發(fā)生彎曲；孔的失圓會(huì)使軸承失去正常配合。如果強(qiáng)度缺乏，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中一旦發(fā)生連桿桿身、大頭蓋和連桿螺栓斷裂，會(huì)使機(jī)器遭到嚴(yán)重的破壞。連桿長(zhǎng)度〔大小頭孔的中心距〕是設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該慎重選擇的一個(gè)重要參數(shù)，通常用連桿比來(lái)表示。值越小，連桿越長(zhǎng)。連桿長(zhǎng)度確實(shí)定，必須與所設(shè)計(jì)的內(nèi)燃機(jī)整體相適應(yīng)；連桿設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行零件之間的防碰撞校核，應(yīng)校核當(dāng)連桿在連桿最大擺角位置上時(shí)是否與氣缸套的下緣相碰，以及當(dāng)活塞在下止點(diǎn)附近位置上時(shí)活塞下緣是否與平衡重相碰，它們之間的最小距離都不應(yīng)小于。連桿的設(shè)計(jì)要點(diǎn)有：1〕在確保足夠強(qiáng)度和剛度的條件下盡可能減輕外形尺寸和質(zhì)量；2〕注意過(guò)渡圓角及細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)，特別是連桿小頭和桿身的過(guò)渡圓角的及連桿的螺栓支撐面的過(guò)渡圓角設(shè)計(jì)，防止應(yīng)力集中；3〕必須根據(jù)總體設(shè)計(jì)的要求合理確定結(jié)構(gòu)參數(shù)和連桿體與連桿蓋的剖分方式。3.2連桿材料桿身與缸蓋：通常采用相同的材料，對(duì)中高速柴油機(jī)，采用中碳鋼、45號(hào)鋼，精選含碳量為0.42%-0.47%；毛坯整體模鍛，正火處理，加工中間采用退火處理。對(duì)強(qiáng)載內(nèi)燃機(jī)，采用中碳合金鋼、40Cr、35CrMo、18CrNiWA等材料，鑄造外表調(diào)質(zhì)處理，提高強(qiáng)度和抗沖擊能力。[1]近年來(lái)，有用球墨鑄鐵制造連桿。連桿螺栓：中碳合金鋼、35CrMo、18CrNiWA、20CrNi等材料，鍛造外表調(diào)質(zhì)處理，提高強(qiáng)度和韌性，進(jìn)行探傷、螺紋鍍銅防松處理。小頭青銅襯套：采用錫青銅、Cu-Sn合金、ZQSn10-1、ZQSn6-6-3等材料。大頭薄壁軸瓦、瓦背：采用10、15低碳鋼，瓦背鍍錫，內(nèi)外表澆鑄錫基白合金CuSnSb11-6h或基銅鉛合金ZQPb30，厚度。3.3工藝流程粗磨連桿兩側(cè)面—>拉削連桿體別離面、大小頭定位點(diǎn)—>拉連桿體與蓋半圓、側(cè)定位點(diǎn)、螺栓左面、別離面—>清洗—>粗加工連桿小頭孔—>粗、半精、精加工螺栓孔，銑連桿體和蓋的鎖瓦槽—>磨別離面—>壓襯套并精整—>倒角并銑平小頭襯套—>鉆油道孔—>清洗—>裝配連桿—>精磨兩側(cè)面—>半精、精鏜大小頭孔—>珩磨大小頭孔—>清洗—>終檢。粗磨連桿兩側(cè)面—>精鏜大小頭孔、半精鏜小頭孔—>鉆、攻螺栓孔—>鉆油道孔—>清洗—>拉裂解槽、裂解、裝配、壓襯套、精整襯套、倒角—>精磨兩側(cè)面—>半精鏜、精鏜大小頭孔—>珩鉸大小頭孔—>清洗—>終檢。從以上兩種工藝比照可知：后一種工藝方式改變了連桿加工的關(guān)鍵生產(chǎn)程序，以整體加工代替分體加工，省去后面的拉削和磨削等工藝，降低了螺栓的加工精度要求，從而顯著的提高了生產(chǎn)效率，降低了本錢，增加了經(jīng)濟(jì)效益。此外，對(duì)兩岸的承載能力、抗剪能力、桿、蓋得定位精度、裝配質(zhì)量大幅度提高，對(duì)提高發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)技術(shù)水平具有重要作用。3.4國(guó)內(nèi)開(kāi)展現(xiàn)狀連桿裂解新技術(shù)已經(jīng)成為連桿制造業(yè)開(kāi)展水平的重要標(biāo)志。國(guó)內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)連桿專業(yè)生產(chǎn)廠對(duì)連桿裂解新技術(shù)產(chǎn)生了濃厚的興趣。多家連桿生產(chǎn)企業(yè)都在積極的準(zhǔn)備采用連桿裂解技術(shù)對(duì)原有傳統(tǒng)生產(chǎn)線進(jìn)行改良。這些連桿生產(chǎn)廠更加迫切需求國(guó)內(nèi)自行開(kāi)發(fā)的適合我國(guó)國(guó)情的連桿裂解加工工藝及裝備，以替代進(jìn)口，節(jié)約資金，創(chuàng)造更好的、更顯著的經(jīng)濟(jì)效益。從我國(guó)汽車工業(yè)、發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)來(lái)看，近些年將需要大量的連桿裂解新技術(shù)和設(shè)備。根據(jù)國(guó)家發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，僅車用、農(nóng)用連桿每年需求量在4000萬(wàn)件以上。故，連桿裂解工藝與裝備在我國(guó)有巨大的市場(chǎng)潛力，而且前景很廣闊。3.5國(guó)外開(kāi)展現(xiàn)狀1〕粉末冶金連桿：目前，豐田汽車粉末冶金連桿已經(jīng)商品化。英國(guó)、瑞士、德國(guó)合作，選用一種成分為的合金粉末試制發(fā)動(dòng)機(jī)連桿，并通過(guò)零件拉壓疲勞性能試驗(yàn)及發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)。粉末燒結(jié)鍛造連桿的特點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)效益顯著，一般認(rèn)為粉末燒結(jié)鍛造連桿與鍛鋼連桿相比，材料節(jié)約40%，生產(chǎn)本錢可降低10%，能源消耗節(jié)約50%。2)鈦合金連桿：鈦合金制造發(fā)動(dòng)機(jī)連桿主要考慮的是輕量化，金屬鈦的密度僅為鋼鐵材料的58%，因此用鈦合金制造汽車發(fā)動(dòng)機(jī)連桿，可大幅度地降低連桿的質(zhì)量。日本采用化學(xué)成分為Ti-3Al-2V的鈦合金生產(chǎn)連桿，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)800MPa、屈服強(qiáng)度可達(dá)600MPa，相當(dāng)于45調(diào)質(zhì)鋼的強(qiáng)度水平。鈦合金連桿比鋼制連桿的質(zhì)量可減輕30％，由此可使連桿的往復(fù)慣性力大幅度的降低。[5]通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)在各種不同轉(zhuǎn)速下曲軸連桿間最小油膜厚度的測(cè)量結(jié)果，鈦合金連桿和鋼制連桿在保持油膜厚度相同的條件下，應(yīng)用鈦合金連桿的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速比用鋼制連桿的發(fā)動(dòng)機(jī)提高700r/min，由此可使發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率大幅度提高。鈦合金連桿可顯著地降低發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲，而且有利于環(huán)保。3.6連桿主要尺寸的選擇連桿的主要尺寸主要包括：連桿長(zhǎng)度、連桿襯套內(nèi)徑、小頭寬度、大頭寬度等。3.61連桿長(zhǎng)度：取決于總體尺寸。原那么上盡可能取短值以減小機(jī)器總高和增強(qiáng)連桿剛度。短連桿的主要問(wèn)題是活塞側(cè)向力大和平衡塊可能碰到活塞裙部。目前的趨勢(shì)是采用短連桿，曲柄連桿比〔〕在0.27-0.30之間。根據(jù)《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》知：λ的一般范圍在，可取0.288，根據(jù)可知，=118mm。3.62連桿小頭直徑與寬度在確定活塞小頭地寬度時(shí)，應(yīng)使活塞小頭與活塞銷座之間每側(cè)都留有約的間隙，用來(lái)補(bǔ)償機(jī)體、曲軸、活塞和連桿等零件在軸向尺寸上了能出現(xiàn)的制造誤差和由于熱膨脹所引起的軸向相對(duì)位置的變化。應(yīng)該使連桿小頭具有足夠的承壓外表積，以便使連桿小頭孔與活塞銷之間相互壓緊的單位面積壓力不超過(guò)許用值。根據(jù)《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)>和可得到襯套內(nèi)徑d、襯套支撐長(zhǎng)度b1及δ小頭的根本尺寸，如表3所示。根本尺寸范圍選擇值結(jié)論襯套內(nèi)徑d0.2819mm襯套支撐長(zhǎng)度1.120.9mmσ2-4mm2mm2mm3.63連桿大頭連桿大頭尺寸主要取決于曲柄銷直徑D2、長(zhǎng)度L2及連桿軸瓦厚度δ’和連桿螺栓直徑dm0。為使活塞連桿組能從氣缸中裝拆，要求大頭的最大橫向尺寸小于氣缸直徑。根據(jù)《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》知：，取0.58，即平切口連桿H1和H2=19mm。在平切口連桿中，用螺栓定位，以防止連桿和連桿蓋安裝時(shí)錯(cuò)位。3.64桿身斷面一般為工字形，中央斷面的工字形高度比在1.2~1.5之間，多數(shù)在1.3左右；斷面積與活塞面積之比為3%~5%。3.65小頭及襯套目前多采用楔形結(jié)構(gòu)，以盡可能加大承壓面積。小頭襯套多用含錫青銅，鉛青銅外表合金層的鋼帶卷制而成，壁厚控制在1.5`3.0之間，用過(guò)盈配合壓入后加工，內(nèi)外表開(kāi)T形潤(rùn)滑油槽。3.66大頭剖分形式及定位剖分形式主要有平切口和斜切口兩種。平切口結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剛性好，宜優(yōu)先采用。當(dāng)曲柄銷直徑大于0.65D(D為氣缸直徑)時(shí)，需采用斜切口連桿〔剖分角一般為45°〕，以便于活塞連桿組件在拆裝時(shí)能通過(guò)氣缸孔。斜切口連桿剛度不對(duì)稱，結(jié)合面有較大橫向力，需有更可靠的定位。連桿蓋的定位方式有多種，平切口連桿定位銷，螺栓桿和定位銷套定位；斜切口連桿可采用止口或鋸齒定位；轎車發(fā)動(dòng)機(jī)上也有采用連桿大頭漲烈工藝形成的不規(guī)那么斷面來(lái)定位的方式。采用何種定位方式取決于工廠的生產(chǎn)工藝。目前平切口連桿大多采用螺栓桿定位，斜切口大多采用鋸齒定位，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)合面大，貼合緊密，定位可靠，結(jié)構(gòu)緊湊，拆裝方便。3.7連桿主要結(jié)構(gòu)尺寸及其強(qiáng)度校核3.71連桿小頭的結(jié)構(gòu)尺寸及其強(qiáng)度校核現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)絕大多數(shù)采用浮式活塞銷。也就是說(shuō)，在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中活塞銷在活塞的銷座中和連桿小頭都是能夠自由轉(zhuǎn)動(dòng)的。連桿小頭多采用薄壁圓環(huán)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)形狀簡(jiǎn)單、制造方便、受力時(shí)應(yīng)力分布較均勻。對(duì)于浮式活塞銷來(lái)說(shuō)，為了減磨，在連桿小頭孔中壓入青銅襯套。襯套的徑向厚度約為1/12倍的活塞銷直徑，其最小厚度一般不小于mm。襯套與活塞銷之間間隙應(yīng)盡量小，以便減小噪聲，一般留有1/1000活塞銷直徑左右的間隙。在確定活塞小頭地寬度時(shí)，應(yīng)使活塞小頭與活塞銷座之間每側(cè)都留有約的間隙，用來(lái)補(bǔ)償機(jī)體、曲軸、活塞和連桿等零件在軸向尺寸上了能出現(xiàn)的制造誤差和由于熱膨脹所引起的軸向相對(duì)位置的變化。應(yīng)該使連桿小頭具有足夠的承壓外表積，以便使連桿小頭孔與活塞銷之間相互壓緊的單位面積壓力不超過(guò)許用值。由此，根據(jù)《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，可得到KG160汽油機(jī)活塞連桿小頭襯套內(nèi)徑d、襯套支撐長(zhǎng)度b1及δ小頭的根本尺寸，如表3所示：根本尺寸范圍選擇值結(jié)論襯套內(nèi)徑d0.2819mm襯套支撐長(zhǎng)度1.120.9mmσ2-4mm2mm2mm可得：連桿工作溫度：℃襯套內(nèi)徑d=19mm，小頭內(nèi)徑=23mm，小頭外徑=36mm；小頭平均直徑；小頭壁厚；小頭截面積；襯套截面積襯套和小頭熱膨脹不一致的過(guò)盈量；材料在脈沖循環(huán)下的彎曲疲勞極限襯套過(guò)盈配合影響系數(shù)；襯套壓配過(guò)盈量；選擇KG160最高燃燒壓力，，D=68mm,角系數(shù)；小頭平安系數(shù)使用【n】=1.5。連桿小頭地強(qiáng)度，通常只簡(jiǎn)單的按在活組的往復(fù)慣性力作用下截面上的拉應(yīng)力來(lái)計(jì)算的。式中，——在最大可能轉(zhuǎn)速下由活塞組質(zhì)量產(chǎn)生最大慣性力；——小頭寬度；——小頭壁厚。根據(jù)條件得：在這里剛的許用應(yīng)力為，其中碳鋼取較小值，合金鋼取較大值。假設(shè)壓配外表間互相壓緊的壓力是均勻分布的，那么壓力可按下式計(jì)算：式中，——小頭外徑；——小頭內(nèi)徑；——襯套內(nèi)徑；——泊松比，可取等于0.3；——連桿材料的彈性模量，等于鋼；——襯套材料的彈性模量，等于青銅。根據(jù)條件得：4.812KN；內(nèi)外表壓力,根據(jù)條件得:;外邊面壓力：根據(jù)條件得：；活塞組最大慣性力：；根據(jù)條件得：4.178KN；外外表是任意截面的應(yīng)力：；根據(jù)條件得：45.3；內(nèi)外表上任意截面上的應(yīng)力：；根據(jù)條件得：-13.6；最大壓縮力：；根據(jù)條件得:26.908KN;小頭平安系數(shù)：；根據(jù)條件得：2.19,合格.3.72連桿桿身的結(jié)構(gòu)尺寸及其強(qiáng)度校核連桿桿身長(zhǎng)度取決于總體尺寸。原那么上盡可能取短值以減小機(jī)器總高和增強(qiáng)連桿剛度。短連桿的主要問(wèn)題是活塞側(cè)向力大和平衡塊可能碰到活塞裙部。目前的趨勢(shì)是采用短連桿，曲柄連桿比〔〕在0.27-0.30之間。根據(jù)《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》知：λ的一般范圍在，可取0.288，根據(jù)可知，=118mm。連桿桿身一般采用工字形截面，工字形截面的長(zhǎng)軸位于連桿擺動(dòng)平面。對(duì)于抗壓穩(wěn)定性號(hào)的連桿，其桿身也可以采用四角倒圓的矩形截面。連桿桿身截面的高度H一般大約是截面寬B的倍，而B(niǎo)大約等于〔D為氣缸直徑〕。桿身的最小截面積與活塞面積之比，對(duì)于鋼制連桿來(lái)說(shuō)大約為的范圍內(nèi)。有此可知：；。ω=3.14n/30=314rad/s；鋼材系數(shù)，桿身中間截面積=107.92；桿身平安系數(shù):；；角系數(shù)；。連桿桿身所承受的拉伸作用力和壓縮作用力可分別按下式計(jì)算：式中，——?dú)怏w最高爆發(fā)壓力；——活塞面積；——在上止點(diǎn)處，包括連桿桿身計(jì)算截面以上局部的質(zhì)量在內(nèi)的全部往復(fù)慣性力；——連桿組質(zhì)量為1.527kg；——計(jì)算截面以上局部的連桿質(zhì)量1.13kg；根據(jù)條件得：=9.82KN；=40.91。對(duì)于靠近小頭的桿身截面面積最小處的截面Π—Π來(lái)說(shuō)，由引起的拉伸力：=47；桿身最小截面對(duì)其垂直于擺動(dòng)平面的軸線的慣性矩：根據(jù)條件得：桿身中間截面對(duì)其位于擺動(dòng)平面的軸線的慣性矩：根據(jù)條件得：；由壓縮和縱彎曲引起的合成應(yīng)力、在擺動(dòng)平面內(nèi)：根據(jù)條件得：；在垂直擺動(dòng)平面內(nèi)：；根據(jù)條件得：；那么在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中該截面中應(yīng)力變化的振幅等于：在擺動(dòng)平面內(nèi)：=；；在垂直于擺動(dòng)平面內(nèi)：；。該截面的抗疲勞平安序數(shù)為：式中——對(duì)稱循環(huán)情況下材料的抗拉壓疲勞強(qiáng)度，在近似計(jì)算中對(duì)于碳素鋼可?。捍颂帲瑢?duì)稱循環(huán)情況下材料的抗彎曲疲勞強(qiáng)度；材料的強(qiáng)度極限?！獞?yīng)力集中系數(shù)，可取等于1；——考慮零件外表粗糙度影響系數(shù)，對(duì)于結(jié)構(gòu)鋼來(lái)說(shuō)，當(dāng)外表不加工時(shí)可取等于；——材料疲勞循環(huán)特性系數(shù)，可取等于0.2。根據(jù)條件得：，；桿身合格。3.73連桿大頭的結(jié)構(gòu)尺寸及其強(qiáng)度校核連桿大頭必需具有足夠剛度，桿身與大頭之間具有平滑過(guò)渡，并盡量減小連桿螺栓之間的跨度，通常在連桿螺栓孔和大頭孔之間留出的很薄的壁厚，而螺栓孔外側(cè)的壁較厚，一般不小于。在斜切口的連桿上，當(dāng)連桿承受拉伸力P的作用時(shí)，沿剖分面將作用有相當(dāng)大的橫向力。在這種情況下，為了保證工作可靠，常采用以下方法定位：①止口定位，這種定位方法工藝性較差，