发动机连杆.docx
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1、 - 好好学习,每天向上活塞连杆组的工作状况分析与连杆的设计2023 年 6 月-10中文摘要利用燃料在气缸内燃烧后的热能无损失地直接推动活塞运动而作功。这种燃烧方式,简称为“内燃式”。当时,对内燃机工作原理的争论相当少,还没有寻求到提高效率的途径。对内燃方式引起和燃料有关的很多问题也未解决, 汽油的消灭促成了汽油发动机的产生,柴油的消灭促成了柴油发动机的产生。从今,汽油和柴油成为一种可以广泛应用的燃料。关键词:内燃机 燃烧方式 燃料外文摘要名目活塞连杆组的工作状况分析与连杆的设计1中文摘要2外文摘要3名目4绪论6汽车柴油机的进展形势6柴油机的进展7柴油机中的活塞连杆机构8第一章 活塞和杆连组
2、的工作条件9活塞的工作条件91.1.1 活塞的机械负荷91.1.2 活塞的热负荷101.1.3 活塞高速滑动,润滑不良10连杆的工作条件11其次章活塞材料的选取12活塞的材料及设计要求12活塞的材料13第三章连杆的材料选取于强度效荷19连杆材料的选择19连杆的设计与强度效核203.2.1 连杆长度确实定203.2.2 连杆小头的构造设计与强度效核213.2.3 连杆大头的构造设计及强度效核243.2.4 杆身的设计及强度效核27连杆的螺栓28第四章连杆的生产工艺流程28连杆的机械加工工艺过程分析28连杆的加工工29第五章总结30致谢31参考文献32绪论汽车柴油机的进展形势从第一辆汽车问世它得到
3、从无到有,迅猛进展,产量大幅度增加,技术日月异。目前全世界汽车的保有量已超过 5 亿辆。中国的汽车工业是在1949 年后才建立起来的。1953 年 7 月第一汽车制造厂开头在长春市兴建,仅用三年建成并于 1956 年 10 月开工,大批生产装载 4t 的解放 CA10 货车,从而完毕了中国不能制造汽车的历史。在 1958 年该厂又制造了我国第一辆轿车东风牌轿车,接着又开头小批量生产红旗 CA770 高级轿车。在一汽逐步扩大生产的同时,我国各地一批汽车修配企业相继改建成汽车制造厂,主要产品有:南京汽车制造厂生产的装载的跃进 NJ130 轻型货车,济南汽车制造厂生产的装载 8t 的黄河 JN150
4、 重型货车,北京汽车制造厂生产的BJ212 轻型越野车,北京其次汽车制造厂生产的装载2t 的BJ130 轻型货车等等。我国汽车工业经过 40 年的困难创业、稳固、调整与进展,虽然与世界水平还有相当大的差距,汽车品种尚不能完全满足国民经济的需要,但已形成相当的规模并明确了进展的方向,为快速腾飞奠定了较好的根底。到本世纪 末,将集中人力、财力、物力分期分批建成几个大型现代化的轿车、轻型 车、重型车基地并进一步提高中型车的水平。我国汽车的保有量将超过 1000 万辆,年产量将超过100 万辆并跃居世界主要汽车产国的行列。随着汽车及各种内燃机车的不断进展我国的内燃机设计与制造也有突飞猛进的增长。各种发
5、动机的型号日异更,发动机向着更加环保、节能的方向进展。型的材料的制造工艺和设计理念已经在发动机的设计和制造中有了广泛的应用,大大提高了发动机的性能。由于包括汽车在内的各种类型的动力装置对内燃机的要求日益提高。随着科学技术的突飞猛进,材料、工艺不断涌现,计算和测试技术不断提高, 供给了这种可能,使得内燃机在性能和构造设计等各个方面,都有了较大的改进和提高。作为交通工具和各种生产工具的引擎原动力柴油机生产在现代社会有了突飞猛进的增长。材料的应用的锻造、铸造以及设计工具的不断创与进展发动机的研发与生产有了很大的进展。铸造技术不断的进展(1)开发铸造符合材料,如金属基复合材料、母才机体材料、增加强化组
6、材料、加强颗粒、短纤维、晶须非连续增加金属复合基材料、原位铸造金属基复合材料。开发了镁合金高锌铝合金及黑色金属等兴压铸合金。柴油机的进展柴油机的前身在蒸汽机进展的同时,有人开头争论使“外燃”转变为“内燃” 的可能性,也就是不用蒸汽做工作介质,而是设法把燃料燃烧放热都放在气缸内部进展,即是蒸汽机蒸汽机使用的燃料是煤价热水是蒸气推动机器运动。蒸汽机有很多弊病 ,在其不断的进展中渐渐显现出来。例如:煤很难在短时间里快速燃烧和产生推动活塞运动的具有肯定压力的气体。用煤气做燃料,受到气源的限制,不但效率低,而且不经济等.直到石油的觉察和大量的开采,以及石油工业的进展,给内燃机制造了适宜的燃料来源。所以才
7、有了柴油机和气有机的争论与进展并渐渐替代了蒸汽机。给汽车发动机进开放阔了奇特的前 景。柴油机从诞生至今,一方面朝着提高压缩比的方向进展,另一方面大幅度地提高了发动机的转速。因此,总的来说柴油机是沿着降低油耗、增大功率、减轻比重地方向进展。其中以提高压缩比为核心。以为压缩比越高,问题就越多,公害就越严峻。因此柴油油机的压缩比不得不降到 8。这样一来,过去汽油机进展障碍爆燃还没有很好的排解,的更大的障碍空气污染有显现出来。近十年来,汽油机的研发工作者把主要精力都放在了降低污染上了。排污加上噪音问题使的柴油机的进展进入了与以前有所不同的领域。柴油机的功率也有了很大的提高十年来同一级的动力机械,功率要
8、求约提高了 50%高功率有两个方面的含义:一是重型超重型和巨型动力输出装置要求内燃机大型化;一是在体积和重量变化不大的状况下要求增大功率,即内燃机强化。强化是使工过程有效指标和工作频率强化。这一措施往往带来内燃机比容积的减小和重量的减小。按强化手段可分为;(1) 强化混合气的形成(2) 提高制造精度和光滑度,改进附件设计、削减活塞环数目、改进机油品质,等用以削减机械损失,使平均有效压力尽可能的高。(3) 强化工作效率 。提高发动机的转数。(4) 强化进气过程 增加气门数目减小气道阻力、利用气体的脉动效应等等。但最主要的还是通过废气窝轮增压器,增加冲量密度。由于废气涡轮增压可以充分利用废气能量来
9、提高功率,可以减小柴油机的比重量和比容积,通过进气量的增多可以改进燃烧,加上废气能量的利用HC 含量。柴油机中的活塞连杆机构活塞连杆机构把燃气作用在活塞顶部上的力转变为曲轴的转矩以向工作机械输出机械能。它承受着来自燃气的压力和往复惯性力。在四个冲程中气体压力始终存在。活塞受的总压力FP 通过活塞销传给连杆,并沿连杆方向作用在曲柄销上。在压缩行程中,气体压力阻碍活塞向上运动。在工作循环的任何行程中,气体的作用力的大小都随着活塞位移的变化而变化,在加上连杆的左右摇摆,因而活塞连杆每时每刻受力都时不均匀的, 而且工作环境最恶劣,对其材料的要求也很高。铸造技术不断的进展(1) 开发铸造符合材料,如金属
10、基复合材料、母才机体材料、增加强化组材料、加强颗粒、短纤维、晶须非连续增加金属复合基材料、原位铸造金属基复合材料。开发了镁合金高锌铝合金及黑色金属等兴压铸合金。(2) 铸造原铺材料建立了的高密度黏土型砂相适应的原铺材料体系。砂型铸造研制低密度尺寸稳定的EPC 工艺复合的技术;进展金属半固态连续铸造技术;推广树脂砂型金属型及覆砂金属型高密度、近无切削高效铸造技术;推广无铸型电磁技术;开展了喷铸技术的应用。充分借鉴冶金界电渣技术的争论成果解决了电渣铸造工艺的技术难题第一章 活塞和杆连组的工作条件活塞的工作条件活塞组包括活塞、活塞销和活塞环等在气缸里往复运动的零件,它们是活塞式发动机中工作条件最严酷
11、的组件。发动机的牢靠性与使用的耐久性,在很大程度上与活塞组的工作状况有关。活塞组件与气缸一起保证发动机工质的牢靠密闭性,否则活塞式发动机就不能正常运转。活塞组零件工作状况的共同特点是工作温度很高,并在很高的机械负荷下高速滑动,同时润滑不良,这打算了它们患病猛烈的磨损,并且可以产生滑动外表的拉毛、烧伤等故障。1.1.1 活塞的机械负荷活塞在工作中受到周期性变化的气压直接作用,一般在膨胀冲程上止点四周到达最大值PZ直径为 135 毫米,P =90 巴的的柴油机活塞顶上就作用着高达118000 牛Z顿的气压力,可见活塞的机械负荷很大,它是活塞各布分产生 机械应力和变形,严峻时会使活塞销座从内侧开头纵
12、向开裂,第一道环断裂等等。有时与它相协作的活塞销也会因此而卡死或断裂。活塞组在气缸里往复运动,产生极大的往复惯性力,活塞组的最大惯性力一般达活塞本身重量的 10002023 倍汽油机和 300600 倍柴油机。周期性变化的惯性力引起发动机的振动并使连杆组、曲轴零件,特别是轴承负荷加重,导致发动机耐久性下降。由于连杆的摇摆,作用在活塞上的力传给连杆时,活塞还受一个交变侧压力P ,使活塞不断撞击缸套往往导致裙部变形,缸套振动。N1.1.2 活塞的热负荷活塞在气缸工作时,活塞顶面承受瞬变高温燃气的作用,燃气的最高温度可达 20232500。因而活塞顶的温度也很高,活塞不仅温度高而且温度分布不均匀,各
13、点间有很大的温度梯度,这就成为热应力的根源,正是这些应力对活塞顶部的外表发生的开裂起了重要的作用。柴油机的活塞热负荷由为严 重。由于它的工质密度大,扰流强,很高的压力上升率引起急剧的气流脉动, 促进对流传热。另外,柴油机不均匀混合气燃烧形成碳粒,使其火焰的的热辐射力量大大超过汽油机。还有,活塞中燃料喷注常使活塞的温度更不均匀。例如预燃室或涡流室偏执缸盖某一侧,由其喷射出的火焰将首先加热活塞的局部地区,带来过热的危急,当燃料喷射雾化不良时,状况更加严峻了。直接喷射活塞顶上都有相当深的回坑,活塞实际受热面积大大增加,使其热附和更加严峻。活塞顶温度假设超过 370400就会产生疲乏热裂现象,而第一环
14、环槽温度假设超过 200220就会使润滑油变质或炭化,造成活塞环黏结失去活动性或者使环槽快速磨损变形。这些都是由热负荷引起的,它是发动机强化的一个重要障碍。因此,设计活塞时要求选用导热性好的材料,并且在 300 400时仍有足够的机械性能;在构造上尽量减小活塞顶的吸热量,而已吸取的热量则应能很好的散走;适当加大传热断面,使活塞顶部和环区的最高温度限制在肯定范围内,减小温度梯度。1.1.3 活塞高速滑动,润滑不良活塞在侧压力作用下,在气缸内高速滑动活塞的平均速度以达12 米/ 秒,而缸壁一般靠飞溅润滑,因此润滑条件差,摩擦损失大活塞组的摩擦损失约占发动机全部摩擦损失的 40%磨损严峻,易使活塞和
15、活塞环磨损失效。活塞组与气缸的磨损除了与侧压力 P 有关还和平均速度有关,还与摩N擦面的润滑状况和摩擦副材料匹配有关。因此,设计活塞时。要正确选择活塞环的材料,使它们有足够的减磨性;选择合理的活塞环断面和活塞裙部型线及必要的工艺措施。是活塞环、活塞裙部与缸套间保持良好的的油膜,削减摩擦损失,改善活塞对缸套的撞击,使发动机运动安静。由于活塞在不同的共况下有格外不同的温度,所以在不同的工况下始终保持最正确协作间隙成为格外简单的问题。假设冷态下间隙适宜,在热态下由于活塞温度大大超过气缸温度,很可能使间隙过小而拉缸或咬死;反之则冷态下间隙过大发生敲击,是裙部变形,缸套振动,引起穴蚀。因 此,一般期望活
16、塞材料的热膨胀系数要小,同时要在构造上实行必要的措施,防止过大的变形。连杆的工作条件内燃机的连杆组包括连杆 体、连杆盖、连杆轴瓦、和连杆螺栓。而连杆体有分为连杆小头、杆身和连杆大头三局部。连杆组的作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动,并把作用在活塞组上的力传给曲轴。连杆的工作状况。连杆小头与活塞销相连接,与活塞一起往复运动,连杆大头与曲轴一起做旋转运动。因此,连杆体除了上下运动以外还左右摇摆,作简单的平面运动。连杆受交变载荷的作用,连杆的根本载荷是拉伸与压缩。最大拉载荷消灭在进气冲程开头的上止点四周,其数值为活塞组和计算断面以上那局部连杆质量的往复惯性力。最大压缩载荷消灭在膨胀冲程开头的
17、上止点四周,其数值为爆发压力产生的推力减去前述的惯性力。此外,由于连杆是一瘦长杆件,在压缩载荷作用下,还会引起平行与垂直与曲轴轴线的平面内的弯曲两种弯曲都会给杆身以附加弯曲应力。制造连杆 时,假设有初始弯曲及偏心,以上状况更为严峻。由于连杆摇摆的角加速度和转动惯量而产生的惯性力矩,也使连杆承受附加弯矩。其次章活塞材料的选取活塞的材料及设计要求连杆是发动机中的重要零件,如图1 所示。它将作用与活塞顶面的膨胀气体的压力传给曲轴,推动曲轴旋转,同时受曲轴的驱动而带动活塞压缩汽缸内的气体。连杆构造简单,其通常在大头处分开为连杆体和连杆盖两局部,连杆杆身是工子型截面,而且从大头到小头逐步变小。假设不做任
18、何特征规划,直接运用特征造型技术构建连杆三维模型,造型很简洁失败,难以获得较抱负的结果,由于连杆构造简单,不是简洁的特征加减就可以完成的。活塞是在高负荷、高强度、高温、高速、润滑不良的条件下工作的, 所以它要求1) 要选择强度好、耐磨、比重小、热膨胀系数小、导热性好、具有良好的减磨性、工艺性的材料;2) 有合理的外形壁厚。使散热良好,强度刚度符合要求,尽量减轻重量,避开应力集中;3) 保证燃烧室气密性良好,串气、串油少又不增加活塞组的摩擦损失;4) 在不同的工况下都能保证活塞与汽缸的最正确协作;5) 削减活塞从汽缸中燃气吸取的热量而已吸取的热量都能顺当的散走;6) 在较底的机油消耗条件下,保证
19、润滑面上有足够的润滑油。当进展活塞的构造设计时,应着重解决的问题是:1) 改善活塞及第一环的工作条件,防止顶部热裂或环黏结、卡死和过度磨损;2) 改善活塞销和销座的实际承载力量,削减磨损,防止裂开;3) 确定适宜的群部外形和热膨胀掌握措施,提高裙部承载力量和减小配缸间隙,改善磨损并使运转平顺。近几十年来,就活塞构造而言发生了巨大的变化。比照它们的环数、活塞高度、活塞销直径,还是在断面、换草构造、销座设计、裙部外形等方面,都有了显著的变化。明显,这些改进都是为了更好的满足活塞的工作要求。活塞的材料活塞的工作环境是整个发动机中最为恶劣的一个部件,发动机的靠性与耐久性再很大程度上与活塞工作组的工作状
20、况有关。活塞足于气缸组一起保证发动机的牢靠性和密闭性。他收到的高温摩擦最为猛烈,活塞在工作时受到瞬时变化得的高温气体的作用,燃起的最高温度可达 20232500。因而顶部的温度也很高,而且温度分布很不均匀,各点间有很大的温度梯度,这就成为热应力的 根源,正是这些热应力对活塞顶部外表发生开裂也有很大的作用。活塞定不如超过370400就会消灭疲乏现象,因此活塞的材料要尽可能的有良好的导热性,并且在370400仍有良好的机械性能。由于活塞在不同的工况下具有 格外不同的温度,所以要在不同的温度下始终保持最正确的协作间隙是很重要的问题,在冷态下间隙适宜,而在热态下由于活塞温度大大超过气缸温度,很可能使间
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