2022年柴油机曲柄连杆机构的设计.docx

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1、目录前言 2第一章柴油机总体设计方案41.1 高速柴油机设计地要求 41.2 柴油机设计地内容 4 1.2.1 高速柴油机用途地确定 4 1.2.2 柴油机类型地确定 5 1.2.3 柴油机主要设计参数地确定6其次章主要零部件设计及运算102.1 连杆组地设计 102.1.1 连杆地工作情形 102.1.2 在设计中应留意地地方 102.1.3 连杆地材料 102.1.4连杆长度地确定112.1.5连杆小头地设计112.1.6连杆杆身地设计122.1.7连杆大头地设计132.2 活塞组地设计 152.2.1 活塞 152.2.2 活塞环 212.2.3 活塞销 22第三章连杆强度校核23 3.

2、1 连杆小头运算 233.2连杆杆身地强度运算 243.3连杆大头盖地运算 24第四章结论 25参考文献 26致谢 27前 言375 柴油机是我国三缸柴油机系列中地主要产品, 是我国经济体制改革不断深化 ,农村生产飞速进展地产物.传统地375 柴油机母型是六十岁月后期开发地产品 , 笨重而且燃油高、经济动力性能差, 为此作者在国内地现有生产条件下 , 借鉴国内外先进设计理念与生产技术, 在原有机型地基础设计375 柴油机 , 该 375 柴油机是三缸 , 自然吸气 ,直列四冲程 ,水冷直喷 ,高速柴油机 ,在提高发动机地经济、动力性能地同时降低有害物地排放, 同时仍旧保持原机牢靠性、耐久性、经

3、济有用、使用修理便利地优点, 广泛应用于农用运输机、拖拉机、小型机械,这些优点使其更好地融入农村生产, 备受购买力相对较弱地农夫群体地欢迎,因此该产品地开发拥有很宽阔地市场.国家地排放法规日益严格,国家对柴油机地微粒排放地关注度也日益提高,原先 375 柴油机存在地微粒和烟度地排放较高,针对这方面地缺点开发水 冷直喷地燃烧室 , 其良好地燃油经济性、结构简洁、起动简洁优点,不仅能够有效地降低微粒和烟度地排放,而且能够降低油耗,从而满意现代地节能减排 地新观念 ,该优点亦符合农村购买标准之一.375 柴油机一般用于农用运输和动力, 国内农用机械配套动力要求动力充分牢靠性高、经济性好, 柴油机以其

4、低速扭矩大、经济性好、牢靠性高等优点占据主流 ,在农业机械化地大背景下 , 原先柴油机笨重 ,油耗高 , 功率低等已不能够满意新时代地要求 , 为了适应国内农用机械功率增长地需要 ,在原先地基础上开发出来地 375 柴油机 ,该发动机在排量、功率、动力性能等都有肯定地增加 , 并且节约材料. 该柴油机可以配套拖拉机、农用运输机、排灌机械、收割机等农用机械,也可以和空压机、矿石机械翻斗机、小型发电机组等.475 柴油机是四缸机 ,活塞行程为 90mm, 标定功率为 24KW ；某些企业地涡流 475 柴油机普遍存在油耗高、排气温度高等问题 ,如能把 475 型柴油机地涡流燃烧系统造成直喷式燃烧系

5、统 ,能够使油耗大幅度降低、烟度排放少,特殊严格地排放法规地实施 ,迫使人们在保持原有争论成果地同时 ,换一个角度去探究各种燃烧室及其供油系统、进气系统匹配 地问题 ,475 柴油机采纳螺旋进气道地设计 , 促进空气和燃油地混合；采纳哑铃型地燃烧室 ,增大转动惯量提高涡流强度, 形成很好地进气涡流改善烟度排放,大幅度降低低速时 地烟度排 放； 供油 提前角 地范 围广, 并且 正确供油提前角削减, 因而降低噪音、振动和良好地低速转矩特性；为了适应475 型柴油机直喷化地需要,选用 BQ 泵.475 柴油机以其结构简洁紧凑、重量轻、使用修理便利、牢靠性能强,经济有用 ,广泛地应用于农用运输机、轻

6、卡、拖拉机小型工程机械、发电机组等作为动力 .柴油机作为各种机械地动力装置,活塞是其主要地配件之一, 由于它在气缸内以高速作匀速往复运动, 且在高温、高压和液体润滑困难等条件下工作, 所以是一种简洁磨损地配件. 发动机性能地优劣很大程度打算于生产工艺和加工水平 , 工艺设计水平越高,机械加工才能越强,发动机性能越好. 所以活塞地工艺设计对发动机性能有至关重要地影响. 目前 ,在中小型柴油机方面开展地争论工作大都放在削减废气排放,因此显现深盆顶活塞地应用, 这是专为改善燃烧状况削减碳氢化合物而设计地.近十年来 ,开发能满意Pz 高达 25Mpa 地活塞地要求越来越迫切.与球铁相比 , 锻钢具有更

7、高地机械强度和延长率,只有选材和工艺处理适当,即能保证活塞工作安全牢靠, 由此产生了可以承担更高 Pz 地锻钢整体活塞和钢顶钢裙组合活塞,整体锻钢活塞适用于较小缸径柴油机 .连杆是发动机中传动力地重要零件,它把活塞上地往复惯性力传递给曲轴以输出功率 ,连杆在工作过程中主要承担装配载荷和交变载荷地作用, 工作较苛刻 . 环保节能是现代汽车地进展方向,因此对发动机连杆地要求是:不仅要有足够地强度和刚度,而且要尺寸小、重量轻,为实现这一要求 ,现代汽车发动机零部件设计开发必需采纳现代设计方法及技术. 针对柴油机连杆小头断裂地问题 ,在进行连杆设计中通过对不同地连杆小头壁厚和连杆小头地过渡圆角进行有限

8、元分析 ,挑选合适地过渡圆角和小头壁厚以达到设计要求 ,而连杆大头采纳“工”字形结构时 , 其安全系数比连杆大头采纳圆形结构提高 40% 以上 , 其重量也比圆形结构轻 .“工”字形结构仍能很好地掌握大头孔地变形 , 而连杆大头与支撑面采纳半圆弧地安全系数有很大地提高 .第一章柴油机总体设计方案 1.1 高速柴油机设计地要求高速柴油机设计应满意以下基本要求：1、正确地使用性能包括正确地动力性能、最小地外形尺寸、最轻地总质量 ,能满意各种特定用途对发动机性能地要求.2、正确地经济性能主要可以概括为以下三方面：（1） ）正确地使用经济性包括完善地工作过程,特殊是组织良好地燃烧过 程, 以降低燃油消

9、耗；细心设计润滑系统,在保证发动机获得良好 润滑地前提下降低润滑油消耗量；具有良好地装拆工艺性,易于装拆、修理 , 削减修理费用地支出.（2） ）正确地制造经济性包括优化设计, 使整机及零部件具有良好地加工工艺性；选用价廉适用地制造材料；选用优质、价廉地零配件；降低不必要地加工精度.（3） ）最好地牢靠性和最长地使用寿命这是发动机胜利地重要标志.第一在结构上要保证发动机具有良好地刚度, 在各种工况下工作时,各零部件不答应发生不正常地变形和振动.发动机地各易磨损件要有必要地寿命 ,全部摩擦副在设计时应考虑减摩措施和材料地配对等.3、正确地环保性能目地在于削减有害物质地排放.日益严格地环保法规对柴

10、油机地废气排放提出了更高地要求.因此在设计阶段,在燃烧过程地组织、排放后处理等方面,应考虑实行相应地措施1 . 1.2 柴油机设计地内容 1.2.1 高速柴油机用途地确定发动机地详细用途是设计地重要依据, 不针对详细用途无法设计一台优秀地发动机 . 对高速柴油机而言 ,产量最大地配套是各种车辆, 其它依次为拖拉机和各种农业机械、工程机械等. 各种用途对发动机地要求不同. 如要设计成功一台抱负地 发动 机, 针对其 详细用途 进行设计是 至关重要 地 . 本次设 计地375柴油机是针对拖拉机和农用汽车进行配套设计地, 同时它也可以用于其它领域 1 . 1.2.2 柴油机类型地确定1、四冲程及两冲

11、程目前我国使用地机型均为四冲程,国外绝大部分机型 也是四冲程 . 四冲程柴油机四个行程完成一个工作循环, 在相同地活塞排量和转速下 , 非增压时功率比二冲程柴油机低,但易于组织增压 , 增压比比较高 .在转速不变地情形下通过增压可较大幅度地提高发动机地功率 . 活塞组热负荷低 , 工作过程易于组织 , 动力性和燃油经济性好,燃油消耗率低 ,机油消耗率低 ,且低速性能好 ,可以有较大地扭矩储备,可以在较宽广地转速范畴内获得良好经济性能 . 燃油喷射系统转速较低 , 便于设计制造 , 且寿命较长 ,牢靠性好 .因此 ,我们挑选地机型为四冲程柴油机 .2、冷却方式目前世界各国生产地机型仍以水冷为主.

12、中、小型有风冷品种,但品种不多 . 签于风冷机型在制造上要求较高、难度较大, 大批量生产和销售均有难度, 此次设计为水冷方式.水冷冷却较匀称 , 热负荷低,充气效率、平均有效压力及升功率高,气缸冷却效率高 , 且较匀称 , 活塞与缸套间隙较小,这些都有利于柴油机地进一步强化和降低废气排放 .3 、气缸布置气缸布置形式有直列立式,卧式；斜置； V型. 其所以有各种气缸布置形式, 是基于配套机型总体布置地要求 , 或有利于平稳、散热等 .V 型布置就主要为了缩短6 缸以上多缸机地长度, 以利于发动机与各种机型更完善地匹配. 此次设计为三缸 , 小缸径柴油机 , 故采纳直列立式气缸布置 .4、进气系

13、统是否增压采纳增压可改善排放,增大功率 ,降低燃油消耗等 , 特殊在改善排放方面, 增压及增压中冷具有打算性地作用.但由于技术和成本地缘由 ,此次设计暂且不用增压系统.5 、气门数常规高速柴油机多为二气门, 而实践证明 ,多气门对高速柴油机工作过程 , 特殊是进气和燃烧地改善有很好地作用,但其铸造要求高,成本高 , 在目前排放指标不是很高地情形下我们仍采纳二气门.6 、燃烧室类型燃烧室类型对于高速柴油机地燃烧过程和性能地影响很大,直接表达在燃油消耗率上.由于直喷式燃烧系统动力性好,燃油、机油消耗率低、启动性能好, 以及寿命长等特点,它比分开式燃烧室燃油 消耗率低5% 10% 左右 .在节约能源

14、上有庞大优势, 所以此次设计采纳直喷式 , 燃烧室外形为 型.7 、凸轮轴侧置与顶置侧置凸轮轴是现代高速柴油机传统设计地标准模式,被广泛采纳 . 此次设计为侧置式 ,用齿轮传动 1 . 1.2.3 柴油机主要设计参数地确定高速柴油机地主要设计参数有如下众所周知地关系30000PPmeniV se（ 1-1 ）式中 ,Pe 为有效功率（kw ）； Pme 为平均有效压力（kpa ）； n 为转速（ r/min ）； i 为气缸数； Vs 为每缸活塞排量（ l）； 为冲程数 2 .对上述参数地正确挑选是设计一台优秀发动机地前提. 1、有效功率地确定在确定高速柴油机有效功率（kw ）时 , 必需考虑

15、另一与功率有亲密联系地扭矩值（ N m）及其储备 ,功率与扭矩均随发动机地用途而异.对于车用高速柴油机而言,其功率视车辆地用途、车辆地总质量而定.我国载货车与功率地匹配,一般遵循以下关系： 轻型载货车为 12 15kw/t ；中型载货车为 10 12kw/t ； 重型载货车为 6 10kw/t ；载货车地扭矩储备要求略低,但亦应达到 10% 以上 .拖拉机用发动机地功率由牵引力而定,一般每吨地牵引力配用18 20kw,扭矩储备率要求高于汽车,一般在15% 及以上 .工程机械地配套动力亦随其工作 才能 地 大 小 而 定 , 如 叉 车 ,3吨 配备 功率 30 35kw ； 5 吨 就为 40

16、 45kw 扭矩 储备 要求 很高 , 一 般为 20% 30% 以上, 有些 机型要求高达40% 50% 1 .2、转速地选定发动机地转速随其配套对象而异 . 目前我 国轻 型车 用柴 油机 地转速为3200r/min左 右 , 少 数机 型 达 3600r/min； 中型 车用 柴油 机约 为 2500 2800r/min；低速农用车柴油机约为2400 2800r/min；重型车用柴油机约为 2000 2300r/min 1 .375 柴油机设计目标为低速农用车柴油机, 所以转速取 3400r/min.3、气缸数地确定气缸数是柴油机地重要参数之一,按给定功率和转速来挑选气缸数时,考虑以下因

17、素：（ 1 ）选用合适地气缸数目可获得较小地单缸功率,使柴油机输出地扭矩匀称, 平稳性和启动性能较好.（ 2）选用合适地气缸数目, 其气缸直径和行程均较小, 柴油机体积可以缩小, 重量可减轻 .（3） ）选用较多地气缸数后, 零件数量和制造工时增加, 成本增高 .（4） ）挑选气缸数目 , 仍需考虑柴油机配套所提出地外形尺寸和重量要求,以及系列柴油机地功率范畴等因素. 考虑以上综合因素 , 我们选取气缸数为：3. 4、活塞平均速度地确定活塞平均速度是表征柴油机高速性和强化程度地一项主要指标, 对柴油机总体设计和主要零件结构型式影响甚大.活塞地平均速度运算公式：Cm =Sn/30 （ 1-2 ）

18、其中 ,S 为活塞行程； n 为发动机转速 2 .在功率给定以后 ,可以算出平均有效压力.活塞行程和缸数维护不变,提高活塞平均速度可使气缸直径减小. 柴油机体积小、重量轻.但提高活塞平均速 度受到以下因素限制：（ 1）提高活塞平均速度后, 使运动件地惯性力增大,柴油机地机械负荷增大 .（ 2）提高活塞平均速度使柴油机零件地磨损加快,缩短了柴油机大修期.（3） ）活塞平均速度地提高,使摩擦功率缺失快速增加, 机械效率降低 ,燃油消耗率上升 .（4） ）进、排气阻力随活塞平均速度地提高而增加, 使充气效率降低 .（ 5）随着活塞平均速度地提高,柴油机地平稳 .震惊和噪声等问题突出出来 ,一般柴油机

19、地噪声强度与转速地三次方成正比.因此 ,挑选活塞平均速度应综合各方面地因素, 不能一味地提高 .一般活塞平均速度为： 6.5 12m/s. 本机地活塞平均速度为：8.49m/s.5、平均有效压力地确定平 均有 效压 力是 表征 柴油 机 强度 地重 要指 标之 一 , 可 由下 式求 得 ：Pe225 Ne / inVh 1-3PePiPt1Pt/ PiPiPi m 1-4提高冲气系数 ,改善工作过程,削减机械缺失和热缺失,是提高非增压柴油 机 Pe 值地主要措施 ,但非增压柴油机地Pe 值地提高是有限地 . 促使 Pe 值增长地缘由 ,一方面是提高单机功率地迫切需要,另一方面是由于Pe 值地

20、增加 , 对柴油机噪声和寿命地影响比提高活塞平均速度地影响要小地多.提高 Pe 值可使功率增加 ,比重量下降 . 然而机械效率和热负荷也随之提高,影响柴油机地牢靠性和寿命.同时 , 对排气地有害成分、噪声、振动等都有不 利影 响. 车用柴油机地一般范畴 为 6.5 10.5Mpa本机平均有效压力为7.16 .较大幅度地提高平均有效压力后, 要留意零件地热应力和机械应力过高地问题 ,一般措施是：采纳强制冷却活塞、组合式活塞来加强气缸盖和气缸套地冷却 ,降低压缩比以及增强零件地刚度和强度等3 .6、气缸直径地确定柴油机功率与气缸直径地平方成正比. 选用较大地缸径是提高功率地一个措施 .但缸径增大后

21、柴油机外形尺寸与比重量相应增大.而气缸直径与缸数和转速有着亲密地关系.同样地功率下 , 缸数越多 , 缸径可缩小 ,转速可提高 1 .考虑到此发动机为农用运输车, 缸径为 80 100, 我们所挑选地缸径为75.7、行程及其与缸径地比值S/D自然吸气柴油机地升功率：N l8.33nP10 3 kw/ L 1-5ee它正比与Pe 和 n, 由于提高活塞地平均速度需要较短地行程和较小地S/D. 使用较小地活塞行程,有可能得到紧凑地外形和采纳较短尺寸,获得较大地体积功率地较好地比重量. 自然吸气条件下Pe 地提高有限 ,升功率很难轻易突破 , 因此提高柴油机转速成为提高升功率地主要途径. 采纳不大地

22、S/D, 可以获得较大地进排气门面积与气缸容积之比, 使进排气流速 , 既气门口马赫数处于较低水平,以改善充气效率 .同时有利于增加曲柄销与主轴颈地重叠度,改善 曲轴强度 或缩小轴 颈直径. 因此 S/D地选 择应 依据发动 机地 详细 要求3 .375 柴油机挑选S/D 为:1.07, 将有利于降低柴油机地振动和噪声. 8、气缸中心距气缸中心距是柴油机设计中对整体结构强度、紧凑性、重量和配套适应性最具影响地几何尺寸.打算气缸中心距合理性主要是以下三大因素, 并在此基础上可能共同达到地最小值 .（1） ）足以保证燃气牢靠密封地气缸盖总截面积和分布匀称性.（2） ）足够地曲轴疲惫强度地轴承承载才

23、能.（3） ）有必要地水流空间,使缸套上部、缸盖底部和排气道获得充分地冷却.此外仍应留意机体地气缸体部分有必要地空间容纳足够截面积地壁和筋,以保证气缸套支承面挤压应力处于牢靠限度内.所以气缸中心距是打算结构强度地整机紧凑性地综合因素, 而两者又是冲突地 .只要将全部各项尺寸参数与气缸中心距建立一系列体会公式,从中便可以获得合理地中心距尺寸和其它相关尺寸.用气缸中心距来表征能实现地单缸功率,实质上是该气缸中心距在保证充分地结构强度牢靠性地前提下所能包涵地气缸直径.nPVe h7.854 10PC D42em7.854 10PC4emL230R2sNecy（ 1-6 ）其中： Pe 为平均有效压力

24、（ kPa） ,Cm 为活塞平均速度（ m/s ）,D 为缸径（ mm ） , 为冲程数 ,Rs = L/D,L为气缸中心距（ mm ） .对非增压柴油机：C=10.3 11.0 10-4 （ 1-7 ）可以由以上式子估算气缸中心距,假如设计得当 , 能够在结构强度充分保证地前提下 , 形成所需地气缸排量和获得所算得地功率水平2,3 .此次设计气缸中心距为：L=100mm.其次章 主要零部件设计及运算 2.1 连杆组地设计 2.1.1 连杆地工作情形连杆组地功用是将作用在活塞上地气体压力传给曲轴 , 并将活塞地往复运动变成曲轴地旋转运动 , 与连杆大头一起作旋转运动 ,连杆杆身作复杂地平面运动

25、.连杆主要承担以下载荷：1 、由连杆力Pcr 引起地拉压疲惫载荷.pgp jcospcr（ 2-1 ）式中 Pg气体作用力；Pj 活塞连杆组地往复惯性力； 连杆摆角 .2 、在连杆摇摆平面内,由连杆力矩引起地横向弯曲载荷.3 、由于压入连杆衬套,拧紧连杆螺栓 ,压紧轴瓦等产生地装配静载荷. 此外 , 连杆仍可能承担由于加工不精确, 承压面对连杆轴线不对称等引起地附加弯曲载荷 . 2.1.2 在设计中应留意地地方依据以上分析可知 , 连杆主要承担气体压力和往复惯性力所产生 地交变载荷.因此 ,在设计时应第一保证连杆具有足够地疲惫强度和结构刚度 .假如强度不足 , 就会发生连杆螺栓、大头盖和杆身地

26、断裂 ,造成严峻事故 . 2.1.3连杆地材料375地连杆材料为40Cr 中碳钢 .在机械加工前经调质处理,可以得到较好地机械性能 . 碳钢地优点是成本低,对应力集中不敏锐 , 所以模锻后协作表面就不需再经过加工 . 但锻造毛刺要磨光 ,磨削方向应沿连杆杆身地纵向,由于横向磨痕可能引起连杆杆身断裂地危急,一般采纳喷丸处理来排除连杆内部地内应力和提高连杆强度 4,8,9 . 2.1.4 连杆长度地确定连杆长度是设计时应谨慎挑选 地一个结构 参数 , 它一般用连杆 比来表示 ,即R / l .连杆长度越短 , 即 越大 , 可降低发动机地高度, 减轻活塞件重量和整机重量 ,能很好地适应发动机地高转

27、速.但 地增大使二级往复惯性力及气缸侧压力增大 , 并增加曲轴平稳块与活塞、气缸套相碰地可能性.所以为使发动机地结构紧凑, 最合适地连杆长度应当是, 在保证连杆及相关机件在运动时不与其他机件相碰地情形下, 选取最小地连杆长度.对于缸径 S 120mm 地高速柴油机来说 , 值一般在 0.25 0.30 之间, 又考虑到柴油机其他零件地设计 ,所以取连杆长度为 156mm, 即 值为 0.256, 在此范畴内 , 是可取地 .图 2 1 连杆小头地尺寸 2.1.5 连杆小头地设计一、小头结构形式小头采纳薄壁圆环型结构 ,它地势状简洁 , 制造便利 , 材料能充分利用 ,受力时应力分布较匀称 .小

28、头到杆身地过渡采纳单圆弧过渡 .其结构如图 2-1 所示.二、小头尺寸小头地主要尺寸为小头内径d 1 ,小头外径 d 2 ,小头宽度 b1 , 衬套内径地d.由于衬套内径 d 要和活塞销相协作 , 所以其公称直径是27mm.衬套地厚度一般是= （ 0.04 0.08 ） d. 选 =0.09d=2.5,即为 2.5mm, 所以小头地内径 d1 为 32mm.小头外径 d 2 地选取范畴一般是d 2 =（ 1.2 1.4 ） d1 , 取 d 2 =1.31d 1=42mm.小头宽度b 1 取决于活塞销间隔B 和销座与连杆小头地端面间隙. 在确定小头地宽度时候 , 应使小头与活塞销座之间每侧都留

29、约1 2mm 地间隙 ,用来补偿机体、曲轴、活塞和连杆等零件在轴向尺寸上可能显现地制造误差和由于热膨胀所引起地轴向相对位置地变化.应当尽量使小头具有足够地承压面积,以便使小头孔与活塞销之间相互压紧地单位面积压力不超过许用值.一般小头宽度 b1 地范畴是 b1 = （ 0.9 1.2 ） d, 取 b 1=1.11d=30mm,这样小头宽度和销 座之间每侧地间隙为2mm.三、连杆衬套为了减小活塞销对连杆小头地磨损, 应在小头内装入衬套. 1 、衬套地材料衬套大多用耐磨锡青铜铸造, 本设计采纳铅青铜 ,其优点是强度较高,耐磨性好 ,使用于热负荷比较大地柴油机. 2 、衬套与小头孔地协作衬套与连杆小

30、头孔为过盈协作,常用地协作为jd 、je 、jb 3 、jc 3 等.过盈太大会使材料屈服而松动,太小会造成压配松动, 使衬套与小头孔可能会相对转动.小 头孔 地直径设 计为3200.016 mm, 确 定衬套与 小头 孔 地过 盈量 为 0.033 0.06mm, 就衬套外径尺寸为0.06320.049mm.衬套与活塞销地协作间隙应尽量小,以不发生咬合为原就.青铜衬套与活塞销 地协作间隙大致在（0.0004 0.0015 ） d 地范畴内 , 即 0.014 0.053mm, 由于 此设 计选 用全 浮 式活 塞销 , 故 可使 销和 衬套 地间 隙梢 大, 选用 0.030 0.0550.

31、060mm, 即衬套地内径为3 、衬套地润滑27 0.03mm.在小头上方开机油孔, 靠机体上地喷油嘴喷出地油冷却活塞地同时,一部分油通过孔流入衬套 , 达到冷却地成效 .在小头和衬套上都开有集油孔和集油槽,用来收集和积存飞溅地润滑油12 2.1.6 连杆杆身地设计连杆杆身在膨胀行程中承担作用在活塞上地气体压力地压缩作用,在吸气行程中承担往复惯性力地拉伸作用, 当连杆受压时 ,有可能发生不稳固弯曲,此外当连杆作高速摇摆运动时仍要承担本身地横向惯性力地弯曲作用. 试验证明 , 弯曲应力实际上不大.可忽视 .连杆杆身采纳工字型截面,工字型截面地长轴位于连杆地摇摆平面内.由于工字型截面对材料利用地最

32、为合理,所以应用地也很广 .从锻造工艺方面看,工字型截面两臂过薄和圆角半径过小都是不利地.由于这种连杆锻造时变形比较大,就有可能产生锻造裂纹地危急,特殊时在工字型截面两臂边缘上更易显现裂纹. 此外 ,锻造这种连杆时模具磨损也较大.具有边缘厚并倒圆地工字型截面是比较有利地.工字型截面地长轴y-y处于连杆地摇摆平面内, 使杆身截面对垂直与连杆摆动平面地x 轴地惯性矩Jx 大与对位于摇摆平面地y 轴地惯性矩Jy, 一般Jx=2 3Jy, 这样符合杆身实际受力情形,并有利于杆身向大、小头过渡.连杆杆身地最大应力一般发生在杆身与大、小头圆角过渡处,最大压应力发生在杆身中部 .考虑上面所述 ,综合考虑 ,

33、确定出以下尺寸： 连杆杆身横截面地势状如图2-2 所示 .其中截面宽 B=20mm t=5mm截面地高 H= （ 1.5 1.8 ） B , 取 H=1.4B=28mmHhBt图 2 2连杆杆身横截面外形 2.1.7 连杆大头地设计连杆大头联结连杆和曲轴, 要求有足够地强度和刚度,否就将影响薄壁轴瓦和连杆螺栓,甚至整机工作牢靠性.为了便于修理 ,对于像本设计地高速柴油机,连杆必需能从气缸中取出,故要求大头在摇摆平面内地总宽必需小于气缸直径 , 大头地外型尺寸又打算了凸轮轴位置和曲轴箱外形,大头地重量产生地离心力会使连杆轴径、主轴承负荷增大,摩擦加剧 ,有时仍为此仍不得不增大平稳重 ,给曲轴设计

34、带来困难,因此在设计连杆大头时, 应在保证强度、刚度地条件下 ,尺寸尽量小 , 重量尽量轻 . 合理确定大头地结构尺寸和外形, 就是大头设计地任务 .大头地结构与尺寸基本上打算与曲柄销直径、长度和连杆轴瓦厚度和连 杆螺栓直径 . 所谓地大头设计 ,实际上是确定连杆大头在摇摆平面内某些主要尺寸 , 连杆大头地剖分形式和定位方式以及大头盖地结构设计.在设计大头构形地时候针对一些薄弱环节, 应留意以下问题：1 、连杆盖上要设置合适地加强筋,加强筋到螺栓孔支承面处要圆滑过渡.2 、螺栓头支承面和螺母支承面要圆弧过度, 防止加工尖角 , 可采纳锻造圆角或圆弧沉割来削减应力集中, 但必需尽量提高圆弧沉割处

35、地光滑度.3 、斜切口连杆长叉口一侧变形较大,除了采纳大圆弧过渡外,仍可以用单筋和杆身连接 ,以提高大头刚度 .一、连杆大头地剖分形式采纳斜切口地剖分方式 ,切口角为 45 度.这样地剖分形式地优点是满意连杆组能从气缸装拆地条件下 , 可增大曲柄销直径 , 有利于提高曲轴地刚度和连杆轴承地工作才能 ., 也就是说它在解决曲柄销直径和从气缸中抽出连杆之间地冲突 .二、连杆大头地定位方式斜切口连杆当承担惯性力拉伸时, 沿连杆体与连杆盖地结合面方向作用着很大地横向力 , 使连杆螺栓承担剪切力.为此必需采纳能承担较大剪切力地定位方式 ,才能保证工作牢靠.本设计采纳地是舌槽定位.连杆体和盖上均有一舌和一

36、槽, 他们是有同一把拉刀（带一舌一槽）加工成地, 所以体与盖上舌槽间地距离精度较高, 定位牢靠 , 尺寸紧凑 .当然它有不好地地方,就是其拆装不便 , 且只有在采纳拉刀加工时才能保证较高地定位精度,仍有舌槽要留意削减应力集中.这样地定位方式常用在车用柴油机地斜切口地连杆上. 其优点是提高了结合处地刚度, 缩小了连杆螺栓之间地距离 , 减小了螺栓尺寸 .三、连杆大头地主要尺寸1 、大头孔直径 D1根 据 曲 轴 曲 柄 销 地 设 计 尺 寸 为 48mm, 再 考 虑 到 轴 瓦 地 尺 寸 , 取D 1 =53mm2 、连杆螺栓孔中心线中心线应尽量靠近轴瓦, 连杆螺栓孔中心距一般为l 1 =

37、 （ 1.2 1.3 ） D1 ,取l1 =1.34D1 ,即l1 =71mm, 螺纹外侧边后不小于2 4 mm.图 2-3连杆大头地主要尺寸 2.2 活塞组地设计活塞组主要用来与气缸、气缸盖相协作形成一个容积变化地密闭空间, 在这里完成内燃机地工作过程；同时活塞组也承担燃气压力,并把它传给连杆、曲轴 ,将活塞地往复运动转变为曲轴地旋转运动, 从而对外输出扭矩 ,以驱动汽车车轮转动 . 它由活塞、活塞环、活塞销等机件组成. 2.2.1 活塞活塞地主要作用是承担气缸中地气体压力 , 并将此力通过活塞销传给连杆,以推动曲轴旋转 .活塞顶部仍有气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室 .由于活塞顶部直接与高温燃

38、气周期性接触 ,燃气地最高温度可达 2500K 以上 , 因此活塞地温度也很高 , 例如活塞顶部地温度可高达 600 700K 7 .高温一方面使活塞地机械强度显著下降 ,另一方面使活塞材料地热膨胀量增大 , 简洁破坏活塞与其相关零件地协作 .活塞顶部在做功行程时, 承担着燃气地带冲击性地高压力.对于汽油机活塞 , 瞬时 地压力最大 值可达3 6MPa. 对于柴油机 活塞, 其最大值可达 6 9MPa, 采纳增压时最大值可达13 15MPa. 高压导致活塞地侧压力大,加速活塞外表面地磨损 ,也简洁引起活塞地变形7 .活塞在气缸中作变速运动,其平均速度9.07m/s. 这样地高速可产生很大地惯性

39、力 ,它将使曲柄连杆机构地各零件和轴承承担附加地载荷.活塞承担地气压力和惯性力是周期性变化地, 因此活塞地不同部分会受到交变地拉伸、压缩和弯曲载荷；并且由于活塞各部分地温度极不匀称,活塞内部将产生肯定地热应力.从活塞地工作条件可看出, 为保证发动机地良好运行特性,对活塞合金材料性能有如下要求：密度小、热膨胀系数小、好地耐磨性、好地力学性能、好地热传导性及好地加工性能.为此 , 汽车发动机目前采纳地活塞材料是铝合金,在个别汽车柴油机上地活塞采纳高级铸铁或耐热钢铸造.依据以上要求 ,我们挑选共晶铝硅合金66-1 作为 375 地活塞地材料 .它除了具有铝合金地共同优点（密度小、导热性好、与铸铁气缸

40、地匹配性好）之外 , 由于硅地存在 , 使材料地耐磨、耐蚀性,硬度、刚度和疲惫强度提高；铸造流淌性改善.铝地密度约为铸铁地1/3, 这样采纳铝作为活塞用合金地基本材料, 在活塞往复运动时可使惯性力尽可能小.同时活塞用铝合金地导热性约为铸铁地3 倍, 这样高地导热能马上将高热负荷区地热量很快传给冷却油及气缸和曲柄连杆等 ,因此使得熔点600 地铝合金能在与峰值温度高达2000 2500K 高温燃气接触地情形下仍能正常工作.但是铝合金在温度上升时, 强度和硬度下降较快 .为了克服这一缺点,一般要在结构设计、机械加工或热处理上采纳各种措施加以补偿7,14 .铝活塞地成形方法有锻造、铸造和液态模锻等几

41、种. 铸造铝活塞在高温时强度下降较小 , 制造成本低 ,但简洁显现各种气孔、缩松等铸造缺陷.锻造铝活塞地强度比铸造活塞高,导热性也较好,适用于强化地发动机上, 但制造成本高.液态模锻即是将定量地液体金属浇入金属模具里,用冲头加压 ,使液体金属以比压铸中低得多地速度充填型腔,并在压力地作用下结晶凝固, 从而获得组织致密地无缩孔、缩松等缺陷地活塞.这种工艺兼有锻造和铸造地特点, 能达到少切削甚至无切削、提高金属利用率、扩大合金使用范畴、排除铸造缺陷和提高毛坯质量等目地7 .活塞地基本构造可分为顶部、头部和裙部三部分.一、活塞顶部活塞顶部地势状主要取决于燃烧室地挑选与设计, 而燃烧室地挑选取决于活塞

42、直径、发动机地转速、经济性、动力性、功率、牢靠性及排放等 . 汽油机活塞顶部多采纳平顶, 其优点是吸热面积小, 制造工艺简洁 . 有些汽油机为了改善混合气形成和燃烧而采纳凹顶活塞, 凹坑大小可以调剂发动机地压缩比 . 柴油机地活塞经常设有各种各样地凹坑,其详细外形、位置和大小都必需于柴油机混合气地势成或燃烧要求相适应.1. 本设计采纳 型地燃烧室 .燃烧室地势状和尺寸：依据喉口 侧面 角 , 可将 型地燃烧室 分成 开口 型 90 , 直口型 =90 及收口型 90 三种 ,收口型dk 较小（一般dk /D=0.5 0.65 ）本设计采纳 =90 地直口型 , 由于喉口地热负荷很高, 这样做是

43、为了防止喉口开裂 , 便于制造 .一般 dk /D=0.5 0.65, 取 dk /D=0.533,即 dk =40mm2 、在 型地燃烧室地底部设计一隆起地凸尖,这样是为了帮忙形成涡流及使燃烧室与油束相协作.这里应特殊留意地是油束和燃烧室地正确协作,油束射程不足或过大都会使混合不匀称 ,影响排烟极限 .3 、燃烧室、喷油器和气缸最好是同心布置, 但由于本次设计地特殊情形,将燃烧室中心线向喷油器地一侧偏离.一般偏移量e / D0.1, 即 e 10, 取 e=5mm.燃烧室地尺寸如图2-4 所示 .图 2-4燃烧室地主要尺寸按燃烧室深浅来分这种燃烧室为深坑形, 它比较适用于小型高速柴油机,由于

44、小型高速 柴油机转速高 ,混合气形成和燃烧地时间极短, 每循环供油量又很小,单靠雾化混合 ,就喷孔直径必需做地很小 ,喷油压力很高 ,使燃油系统制造困难 . 于是 ,显现了有涡流地深坑形燃烧室, 即将活塞顶上地凹坑加深,凹坑口径缩小 . 它能够在较小地过量空气系数a 时有较好地燃烧过程,从而获得较好地性能指标.与浅盆形燃烧室图 2-5活塞地结构图相比 , 深坑形燃烧室对燃油系统要求降低,由于利用进气涡流加强混合气形成,使空气利用率大大提高,一般a =1.3 1.5, 并保持燃油消耗率低和启动简洁地优点 , 所以在小型高速柴油机上获得广泛应用3 .四冲程柴油机地深坑形燃烧室总是布置在活塞上, 这样燃烧室表面不与冷却水直接接触 , 可以削减散热缺失. 对于 2 气门发动机 ,由于要尽可能加大进、排气门尺寸 ,不得不将燃烧室、喷油器及气缸三者地中心线相互错开. 二、活塞头部1. 活塞高度 H1） 活塞高度取决于以