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中 北 大 学毕业设计开题报告学 生 姓 名：姜晓龙学 号：0801024237学 院、系：机电工程学院车辆与动力工程系专 业：热能与动力工程设 计 题 目：柴油机活塞组设计与工艺分析指导教师:王英 2012 年 3 月 7 日毕 业 设 计 开 题 报 告1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述1.研究柴油机活塞组设计与工艺分析的目的和意义活塞组是内燃机的最重要零部件之一，它的工作状况直接影响到发动机的性能、工作可靠性和排放性等指标1。 活塞分为头部、裙部和活塞销座三个部分2。活塞是曲柄连杆机构的重要零件，主要承受燃烧压力和惯性力，并将燃烧气体压力通过活塞销传给连杆，推动曲轴旋转对外做功3。发动机好比是汽车的”心脏“，而活塞则可以理解为是发动机的“中枢”，除了身处恶劣的工作环境外，它还是发动机中最忙碌的一个，不断的进行着往复运动，吸气、压缩、做工、排气，同时承受着热负荷和机械负荷，润滑条件极其苛刻。 如果活塞环的安装不当或密封性不好，就会导致缸壁上的机油上窜至燃烧室与混合气一起燃烧，引起烧机油现象4，5。活塞环是内燃机活塞组件中的重要部件，它在高温高压燃气环境下，承受弯曲。冲击及摩擦等作用力，发生损伤。随着汽车发动机性能的不断强化，使活塞环工作条件更为苛刻6。由于热负荷与机械负荷的耦合作用，增加了活塞变形损坏及活塞环失效的可能性，而活塞摩擦副组件的匹配又直接影响着发动机的动力性、振动噪声、机油消耗等指标，因此对活塞组件进行动力学分析，对提高其上作可靠性和改善排放具有重要意义7。柴油机机油耗损的主要途径有烧损（或裂解）、雾化蒸发、泄露等，与柴油机的结构形式、运行条件、机油品质等因素有关。对于内燃机来说，机油通过活塞环窜入气缸内燃烧是机油耗损的主要原因，约占机油耗损总量的80%以上，机油耗损对排放也有很大影响8。随着柴油机制造技术的不断发展，对柴油机活塞材料的选用、结构优化以及活塞环结构形式与匹配越来越引起业界的高度关注。缩短活塞压缩高度，改进活塞环断面形状，酌情减少活塞环数目已逐步形成趋势9。凡是机械运转都会产生磨损。活塞、活塞环、气缸在高温、高压和润滑不足等恶劣环境下工作，其磨损情况及其严重10,11。活塞销用来连接活塞和连杆，并将活塞承受的力传给连杆或相反。活塞销在高温条件下承受很大的周期性冲击负荷，且由于活塞销在销孔内摆动角度不大，难以形成润滑油膜，因此润滑条件较差。为此活塞销必须有足够的刚度、强度和耐磨性，质量尽可能小，销与销孔应该有适当的配合间隙和良好的表面质量。在一般情况下，活塞销的刚度尤为重要，如果活塞销发生弯曲变形，可能使活塞销座损坏12,13 。因此，合理的设计活塞组和采用适当的工艺对发动机整体性能是至关重要的。2柴油机活塞组设计与工艺的国内外发展现状现今，国内外主要是通过现有技术上的不断改进来提高发动机的整体性能，在活塞组方面，尤其体现在活塞、活塞环和活塞销。通过对其的不断的改进来使燃油消耗率不断下降，保养、拆卸和替换更加方便。（一）、在活塞方面，我国主要是通过对其加工方法、加工工艺及活塞形状方面做一些改进，为保证活塞在热变形下不被卡死，必须将活塞裙部在冷态下制成某种特定的形状，也就是说中凸变椭圆活塞将逐步替代传统的圆柱体活塞。活塞顶部设有缩口型燃烧室，在环槽部安装两道气环和一道油环。裙部起导向作用并承受侧压力，裙部截面室，在环槽部安装两道气环和一道油环。裙部起导向作用并承受侧压力，裙部截面形状由原来的圆形逐步发展为现在的轴向中凸的椭圆形。销座部安装有活塞销和挡圈。顶端多采用平顶或接近平顶设计，以减少活塞与高温气体间的接触面积，均匀分布应力。但有些发动机为了混合气形成的需要，将爆燃减少到最小程度，需要在作为燃烧室的一部分。环槽用于安装活塞环，防止漏气和机油进入燃烧室。活塞裙部即活塞的下部分，起着导向作用。活塞在往复运动过程中尽量保持垂直。现代的活塞设计均为中凸变椭圆型面，即纵截面为中凸变椭圆型面，纵截面为中凸形、横截面为椭圆且在不同裙高处椭圆逐渐变化的复杂空间曲面由于活塞的特殊结构，就决定了其加 工方法的复杂性。在数控技术出现以前，活塞异形外圆车削主要采用机械运动合成法和仿形加工法。随着数控技术的发展，活塞外形的加工将逐步由数控车削法取代14,15。（二）、在活塞环方面则主要通过设计其闭口间隙密封润滑、以及摩擦做改进。活塞环组间的气体泄漏不可避免。通过活塞环组的漏气分析，一方面可以检验活塞环的密封性能，另一方面也是分析活塞环组润滑问题的前提。为了降低机油消耗，不仅关注环的惯性力作用同时还注意到环先下端面密封对机油耗影响。这俩因素受到活塞线速度及闭口间隙的影响很大。这是由于活塞环在环槽内运动受到燃烧气体的压力二环岸间气体的压力以及惯性力作用。环的间隙组合影响二环岸间气体压力及气环的运动，通过活塞上的改动也调节二环岸间压力16,17。（三）、在活塞销方面则主要通过设计好的模具与改进工艺来增强活塞组的性能。汽车内燃汽车内燃机活塞销是一种空心细长零件， 承受周期性交变冲击载荷， 零件要求具有高耐磨性和耐疲劳强度。目前，国内大多数活塞销厂仍采用切削加工工艺生产活塞销，不仅效率低，材料消耗大，而且难以满足其技术要求。因此，有必要采用先进工艺替代切削加工。经分析研究，决定采用冷挤压工艺生产活塞销。目前，国内活塞销主要采用冷挤压方法制造。冷挤压制造的活塞销内孔表面质量好，生产效率高，但挤压应力极大，挤压冲头较易折断。冷挤压前毛坯必须先进行退火以降低硬度。而因此会挺高成本解决这个问题的有效途径之一就是采用温挤压技术。温挤压要将毛坯加热到较高的温度 (一般是该金属再结晶温度以下的某一温度)进行挤压，这样毛坯就不必预先退火。并且由于金属在高温下硬度低、塑性变形性很好，所以挤压变形力可大大降低，模具所受的应力减小，有利于提高模具的使用寿命18,19。参考文献：1王树青.现代新型轿车活塞的设计开发与实验研究.硕士学位论文.山东.山东大学.200711062徐兆坤，张珏成，李聪汽车发动机原理M北京：清华大学出版社20103佚名.活塞结构设计与加工工艺. 2010-5-74 佚名.汽车之家.2010-6-8 5WU Yi-jie, LENG Hong-bin, ZHAO Zhang-rong. Research on control method for machining non-cylinder pin hole of piston. 2006 (12):207320786赵丽卿.活塞环失效模式分析 . 内燃机配件. 2004(6):30327刘强，毕玉华，雷基林等.活塞组件的动力学分析. 拖拉机与农用运输车2009,36(3):20228雷基林，申立中，刘强等. 活塞环结构对柴油机机油耗的影响分析 . 内燃机工程. 2011,32(5):79839蔡雯.小型柴油机活塞与活塞环匹配的研究. 湖南农机2006.9:1610DaeHyun CHO，YoungZe LEE. Evaluation of fing surfaces with several coatings for friction，wear and scuffing life.2009(10).99299511气缸组件磨损探究 牛志军 摩托车信息 2007（18）:2712佚名.活塞销. 13 D. J. LeeD. J. KimB. M. Kim. New processes to prevent a flow defect in the combined forward-backward cold extrusion of a piston-pin.2003(3).11011514龙峰，任军海. 活塞加工技术现状分析与研究.现代机械.2011（5）：46 15冯杰，陈蓓蓓. 为提高活塞抗摩擦能力而进的可靠性研究.科学进步.2010（6）：16917016邓志明，朱海庆，张红涛. 柴油机活塞环组密封润滑分析.2011（5）：454717祁中高. 活塞环闭口间隙的设计对机油消耗及漏气量的影响.2004（5）：202518田福祥，陈友鹏. 新型活塞销冷挤压模具设计.2003（10）：6519吴丽梅，黄根良，蒋培坤. 活塞销温挤压工艺探讨.2004（6）：6162 毕 业 设 计 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：一、本课题要研究或解决的问题 通过分析柴油机活塞组及其工作过程，对活塞组包括活塞、活塞环、活塞销进行结构设计；研究活塞设计加工的基本方法，对活塞进行加工工艺设计分析。二、本课题拟采用的研究手段（途径） 1、通过根据所给已知数据并查阅相关资料计算出活塞组工作的具体环境，并根据计算的数值查找有关资料选择材料，再根据所选择的材料和计算出的数据对活塞组进行结构的设计。 2、活塞加工工艺 工序号工序名称定位基准及技术条件设备工装0毛坯锻造按活塞锻造工艺进行1粗车底面B止口粗基准是毛坯外圆，金属模液压锻造，壁厚均匀有的用内腔做为基准车床三角卡盘自动定心2粗镗活塞销孔下端面，内止口及毛坯销孔，活塞顶部压紧镗床镗刀3粗车顶面及环槽下端面内止口销孔处半自动床，液压、仿型、多刀专用刀具4钻销座油空顶面定位下断面销孔定位方向台钻钻模5精车下端面及内止口精基准：外圆面环槽端平面车床专用夹头6精车：环槽外圆面顶面精基准：下端面B内止口销孔拉紧仿型、多刀车床专用刀具7精车燃烧室基准“统一原则”同工序6车床成形刀8铣裙部圆弧外圆面活塞销孔专用铣床铣刀9精细镗活塞销孔顶面圆柱销孔专用镗床精镗销孔夹具10车锁环槽销孔定位车锁环车床镗刀11液压销孔销孔定位液压销孔车床液压器12精磨裙部外圆外圆面定位仿型磨床 毕 业 设 计 开 题 报 告指导教师意见： 指导教师： 年 月 日所在系审查意见： 系主任： 年 月 日附件：参考文献格式学术期刊 作者论文题目期刊名称，出版年份，卷(期)：页次如果作者的人数多于3人，则写前三位作者的名字后面加“等”，作者之间以逗号隔开。例如：1 李峰，胡征，景苏等. 纳米粒子的控制生长和自组装研究进展. 无机化学学报， 2001, 17(3): 3153242 J.Y.Li, X.L.Chen,H.Li. Fabrication of zinc oxide nanorods. Journal of Crystal Growth, 2001,233:57学术会议论文集 作者论文题目文集编者姓名学术会议文集名称，出版地：出版者，出版年份：页次例如：3 司宗国，谢去病，王群重子湮没快度关联的研究见赵维勤，高崇寿编第五届高能粒子产生和重离子碰撞理论研讨会文集，北京：中国高等科学技术中心，1996：105图书 著者书名版本出版地：出版者，出版年页次如果该书是第一版则可以略去版次。例如：4韩其智，孙洪洲群论北京：北京大学出版社，1987101预印本 作者论文题目预印本编号（出版年份）例如：5Xiaofeng Guo and Jianwei QiuThe leading power corrections to the structure functionshepph/9810548(1998)学位论文 作者论文题目学士(或硕士、博士)学位论文. 出版地：出版者，出版年份例如：6 陈异. 纳米粒子形貌控制研究. 硕士学位论文. 北京：中国科学院, 2002电子文献 主要责任者. 电子文献题名电子文献的出处或可获地址. 发表或更新日期例如：7 王明亮. 关于中国学术期刊标准化数据库系统工程的进展. 1998-08-16专利 专利所有者. 专利名称. 专利国别：专利号，日期.例如：8 姜锡洲.一种温热外敷药制备方案. 中国专利：881056073，1989-07-26.