车辆工程毕业设计(论文)-关于汽车发动机活塞连杆组的问题探讨.doc
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1、毕业论文学生姓名: 学 号: 系别: 车 辆 工 程 系 专业: 汽车制造与装配技术 毕业论文题目:关于汽车发动机活塞连杆组的问题探讨指导教师: 专业技术职务: 副教授 毕业论文任务书 学生姓名:学号: 年 级:专业:汽车制造与装配技术 班 级:系部:车 辆 工 程 系毕业论文题 目:关于汽车发动机活塞连杆组的问题探讨完成日期:2011年09月14日实践地点:指导教师:系部负责人:发任务书日期: 2021 年 7 月 5 日毕业论文任务书内容一、毕业论文撰写思路及要求:撰写思路:第一:活塞连杆组在发动机中起到的作用以及未来活塞连杆组的开展方向第二:活塞连杆组的组成以及功用要求:第一:严格按照老
2、师毕业论文的要求 第二:制作过程中遵循严谨、信息量切合实际、当代大学生地道德素质二、时间安排与要求:2021年7月5号2021年9月16号完成初稿2021年9月18号2021年10月14号完成二稿2021年10月15号2021年10月28号完成定稿三、其他需要说明的的事项:中文摘要随着汽车整车对发动机的动力性、经济性、环保性及可靠性的要求越来越严格,活塞已开展成为集轻质高强度新材料、异型外圆复合型面、异型销孔等多项新技术于一体的高技术含量的产品,以保证活塞的耐热性、耐磨性、平稳的导向性和良好的密封功能,减少发动机的摩擦功损失,降低油耗、噪声和排放。为满足以上的功能要求,通常将活塞的外圆设计成异
3、型外圆(中凸变椭圆),即垂直于活塞轴线的横剖面为椭圆或修正椭圆以提高活塞的承载能力,从而提高发动机的升功率,通常将高负荷活塞的销孔设计成微内锥型或正应力曲面型(异型销孔),销孔尺寸精度达IT4级,轮廓精度为0.003mm。活塞作为典型的汽车关键零部件,在切削加工方面具有很强的工艺特点。目前,国内活塞制造行业通常是由通用机床和结合活塞工艺特点的专用设备组成机加工生产线,因此,专用设备就成为活塞切削加工的关键设备,其功能和精度将直接影响最终产品的关键特性的质量指标。 关键词: 活塞;活塞环;活塞销目录一 活塞连杆组活塞.一活塞的功用和设计要求1.活塞的功用.2.活塞的设计要求.二活塞的构造.1.活
4、塞顶部.2.活塞头部.三活塞的结构特点.1.预先做成椭圆形.2.预先做成阶梯形、锥形.3.活塞裙部开槽.二 活塞连杆组活塞销.一活塞销的功用.二活塞环的工作条件.1.气环.2.油环.四 活塞连杆组开展.一生产规模阻碍产能.二技术限制产品更新.三标准不全拖累产业.结论致谢参考文献引言近40年来,随着我国实行改革开放的政策,经济开展日新月异、突飞猛进,市场呈现一派大好形势。伴随工业、农业、科技业的开展,我国的汽车行业也出现了前所未有的开展势头。从1953年党中央毛主席决定开展中国汽车工业建设第一汽车制造厂开始,弹指一挥间57年过去了。1953年汽车工业之父饶斌领军建设第一汽车厂,1955年全国汽车
5、工业产量仅有61台,1956年一汽建成后到58年中国汽车产量快速跃升到1.6万台,1966年到达5.6万台,68年到退回2.5万台,直到改革开放前的1978年汽车销量仅为14.9万台。从初期的商用车为主导到工商务、出租市场高增长期再到如今的私家车扩展,可以看出汽车正快速地融入人们的生活中。近几年来国外市场十分活泼,竞争相当剧烈。东亚和东南亚的活塞进出口增长迅速,北美的欧共体等兴旺国家间的市场贸易持续开展,德国、日本、中国等国家和地区的出口扩大,美国、英国、法国等国家的高速增长,形成了国际活塞市场繁荣的支撑点。汽车的“心脏就是发动机,而活塞那么是发动机的一个重要组成元件。也就是说,我们想开发车新
6、一代的汽车就要开发出属于我们自己的有特色的活塞来。从宏观的汽车行业来看,产能过剩已愈发严重,对活塞市场而言已是水涨船高,普通活塞产品也严重供大于求;其次,价格战越演越烈,企业之间竟相压价,无序竞争,市场很不标准,导致某些活塞生产企业在惨烈的竞争中,连年大幅度亏损。从这两块市场的需求来看,随着市场经济的开展和完善,企业受市场的影响越来越深,用户对市场产品的需求越来越高,对产品开发、生产周期的需求越来越短。我国活塞市场面临国外活塞厂商的竞争,从国外进口的活塞数额将有较大的增长,中国的中、低档活塞产品,出口会有更大的空间。同时,目前国内活塞市场竞争很剧烈,国营企业与乡镇企业和民营个体企业之间的竞争,
7、加之其购置力的相对减弱,使一些活塞企业面临生存的危机,但国外市场的一些时机,也导致国内企业为了生存去努力开拓。因此,所有的活塞企业,应抓住时机,针对国内外活塞市场的需求,拓展市场,以求开展。一 活塞活塞连杆组由活塞环、活塞、连杆、活塞销、连杆轴瓦等组成,如图1-1所示。图1-1 活塞连杆组一活塞的功用和设计要求1.活塞的功用活塞的功用是承受气体压力,并通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转,活塞顶部还是燃烧室的组成局部。工作条件:活塞在高压、高速、高温、润滑不良的条件下工作。活塞直接与高温气体接触,瞬时温度可达2500以上,因此,受热严重,而散热条件又很差,所以活塞工作是温度很高,顶部高达600700
8、,且温度分布很不均匀;活塞顶部承受气体压力很大,特别是作功行程压力最大,柴油机高达69MPa,汽油机高达35MPa,这就使得活塞产生冲击,并承受侧压力的作用;活塞在气缸内以很高的速度812m/s往复运动,且速度在不断地变化,这就产生了很大的惯性力,使活塞受到很大的附加载荷。活塞在这种恶劣的条件下工作,会产生变形并加速磨损,还会产生附加载荷和热应力,同时受到燃气的化学腐蚀作用。2.活塞的设计要求1在保证活塞刚度、强度及散热良好的前提下,尽量缩短活塞总高度减轻活塞的重量;(2) 保证密封良好并尽量减少磨擦损失;(3) 减少活塞顶部吸收的热量,并良好冷却,将活塞吸收的热量迅速导出;(4) 保证导向局
9、部润滑可靠,同时防止润滑油上窜,尽可能降低润滑油耗量;(5) 活塞环槽与活塞环,销孔与活塞销应具有良好的耐磨性;(6) 活塞裙部与气缸壁之间的接触面积尽可能大,且有良好的抗拉缸性能;(7) 活塞与气缸的配合间隙小,以减少对气缸的撞击和噪声;(8) 易于制造,本钱低。铝合金材料根本上满足上面的要求,因此,活塞一般都采用高强度铝合金,但在一些低速柴油机上采用高级铸铁或耐热钢。二活塞的构造活塞的构造刻分为三局部,活塞顶部、活塞头部和活塞裙部,如图1-2所示。图1-2 活塞结构剖视图1.活塞顶部活塞顶部承受气体压力,它是燃烧室的组成局部,其位置、形状、大小都和燃烧室的具体形式有关,都是为满足可燃混合气
10、形成和燃烧的要求,其顶部形状可分为四大类:凸顶活塞、平顶活塞、凹顶活塞和成型顶活塞,具体请参见图1-3。图1-3 活塞顶部形状平顶活塞顶部是一个平面,制造容易,结构简单,受热面积小,顶部应力分布较为均匀,一般用在汽油机上,柴油机很少采用。凸顶活塞顶部凸起呈球顶形,其顶部强度高,起导向作用,有利于改善换气过程,二行程汽油机常采用凸顶活塞。凹顶活塞顶部呈凹陷形,凹坑的形状和位置必须有利于可燃混合气的燃烧,有球形凹坑、双涡流凹坑、U形凹坑等等。图1-4 活塞油环的刮油作用2.活塞头部活塞头部指第一道活塞环槽到活塞销孔以上的局部。它有数道环槽,用以安装活塞环,起密封作用,又称为防漏部。柴油机压缩比高,
11、一般有四道环槽,上部三道安装气环,下部安装油环。汽油机有三道环槽,其中有两道气环槽和一道油环槽,在油环槽底面上钻有许多径向小孔,使被油环从气缸避上刮下的机油经过这些小孔流回油底壳,如图1-4所示。环槽工作条件最恶劣,一般应离顶部较远些。活塞顶部吸收的热量主要也是经过防漏部通过活塞环传给气缸壁,再由冷却水传出去。总之,活塞头部的作用除了用来安装活塞环外,还有密封作用和传热作用,与活塞环一起密封气缸,防止可燃混合气漏到曲轴箱内,同时还将7080%的热量通过活塞环传给气缸壁。3.活塞裙部活塞裙部指从油环槽下端面起至活塞最下端的局部,它包括装活塞销的销座孔。活塞裙部对活塞在气缸内的往复运动起导向作用,
12、并承受侧压力。裙部的长短取决于侧压力的大小和活塞直径。所谓侧压力是指在压缩行程和作功行程中,作用在活塞顶部的气体压力的水平分力使活塞压向气缸壁。压缩行程和作功行程气体的侧压力方向正好相反,由于燃烧压力大大高于压缩压力,作功行程中的侧压力也大大高于压缩行程中的侧压力。活塞裙部承受侧压力的两个侧面称为推力面,它们处于与活塞销轴线相垂直的方向上。三活塞的结构特点1.预先做成椭圆形为了使裙部两侧承受气体压力并与气缸保持小而平安的间隙,要求活塞在工作时具有正确的圆柱形。由于活塞裙部的厚度很不均匀,活塞销座孔局部的金属厚,受热膨胀量大,沿活塞销座轴线方向的变形量大于其他方向。裙部承受气体侧压力的作用,导致
13、沿活塞销轴向变形量较垂直活塞销方向大。如果活塞冷态时裙部为圆形,那么工作时活塞就会变成一个椭圆,使活塞与气缸之间圆周间隙不相等,造成活塞在气缸内卡卡住,发动机就无法正常工作。因此,在加工时预先把活塞裙部做成椭圆形状。椭圆的长轴方向与销座垂直,短轴方向沿销座方向。这样活塞工作时趋近正圆。2.预先做成阶梯形、锥形活塞沿高度方向的温度很不均匀,活塞的温度是下部低,上部高、膨胀量也相应是上部大、下部小。为了使工作时活塞上下直径趋于相等,即为圆柱形,就必须预先把活塞制成上小下大的阶梯形、锥形。3.活塞裙部开槽为了减小活塞裙部的受热量,通常在裙部开横向的隔热槽,为了补偿裙部受热后的变形量,裙部开有纵向的膨
14、胀槽。槽的形状有“T形或“形槽。横槽一般开在最下一道环槽的下面,裙部上边缘销座的两侧,以减小头部热量向裙部传递,故称为隔热槽。竖槽会使裙部具有一定的弹性,从而使活塞装配时与气缸间具有尽可能小的间隙,而在热态时又具有补偿作用,不致造成活塞在气缸中卡死,故将竖槽称为膨胀槽。裙部开竖槽后,会使其开槽的一侧刚度变小,在装配时应使其位于作功行程中承受侧压力较小的一侧。柴油机活塞受力大,裙部一般不开槽。有些活塞为了减轻重量,在裙部开孔或把裙部不受侧压力的两边切去一局部,以减小惯性力,减小销座附近的热变形量,形成拖板式活塞或短活塞,拖板式结构裙部弹性好,质量小,活塞与气缸的配合间隙较小,适用于高速发动机。为
15、了减小铝合金活塞裙部的热膨胀量,有些汽油机活塞在活塞裙部或销座内嵌入钢片。恒范钢片式活塞的结构特点是,由于恒范钢为含镍33%36%的低碳铁镍合金,其膨胀系数仅为铝合金的1/10,而销座通过恒范钢片与裙部相连,牵制了裙部的热膨胀变形量。有的汽油机上,活塞销孔中心线是偏离活塞中心线平面的,向作功行程中受主侧压力的一方偏移了12mm。这种结构可使活塞在从压缩行程到作功行程中较为柔和地从压向气缸的一面过过渡到压向气缸的另一面,以减小敲缸的声音。在安装时,这种活塞销偏置的方向不能装反,否那么换向敲击力会增大,使裙部受损。.二 活塞销一活塞销的功用活塞销的功用主要是连接活塞和连杆小头,并把活塞承受的气体压
16、力传给连杆。活塞销在高温下周期地承受很大的冲击载荷,其本身又作摆转运动,而且处于润滑条件很差的情况下工作,要求活塞销具有足够的强度和刚度,耐磨性好,外表韧性好,重量轻。所以活塞销一般都做成空心圆柱体,采用低碳钢和低碳合金钢制成,外外表经渗碳淬火处理以提高硬度,精加工后进行磨光,有较高的尺寸精度和外表光洁度。活塞销的内孔有三种形状:圆柱形;两段截锥与一段圆柱结合;两段截锥形。图2-1 活塞销圆柱形孔结构简单,加工容易,但从受力角度分析,中间局部应力最大,两端较小,所以这种结构质量较大,往复惯性力大;为了减小往复惯性力,活塞销做成两段截锥形孔,接近等强度梁,但孔的加工较复杂;组合形孔的结构介于二者
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