发动机活塞连杆组结构设计毕业论文

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1、机电与车辆工程学院毕业设计（论文）题 目： 发动机活塞连杆组结构设计 专 业： 车辆工程 班 级： 08车辆2班 姓 名： 邹宏伟 学 号： 1608080231 指导教师： 陈皓云 日 期： 2012年5月 1目录引言21.汽油机结构形式的设计21.1汽缸数和气缸布置的选择21.2冷却方式22.汽油机结构参数的选取22.1气缸直径的确定22.2缸径行程比S/D32.3转速n的确定32.4汽缸工作容积与升功率32.5缸心距的确定33.活塞组零件的参数选择43.1.活塞组的工作条件和设计要求43.2活塞的材料53.3活塞主要尺寸设计63.4活塞裙部及其侧表面形状的设计74.活塞销的设计85.活塞

2、环设计105.1活塞环的密封机理105.2气环的设计115.3油环的设计125.4活塞环强度校核136.连杆组零件参数的选择146.1连杆的工作情况146.2 连杆的材料146.3连杆长度的确定146.4 连杆小头的设计146.5连杆杆身的设计166.6连杆大头的设计167.连杆的校核187.1连杆小头187.3连杆杆身228.结论23参考文献25致谢27发动机活塞连杆组结构设计 姓名：邹宏伟 专业班级：08车辆工程2班 导师：陈皓云摘要:科技进步推动了内燃机行业的持续发展，发动机的强化指标逐渐提高，活塞及杆组件所受的机械负荷与热符合也越来越高，它们的设计是否合理，将直接关系到内燃机的可靠性、

3、寿命、排放、经济性等。因此在已有条件下，通过真实有效地计算分析，得出有益的解决方案成为目前内燃机行业的首选课题,内燃机严酷的内部温度环境和负荷条件使得传统的设计实验很难取得令人满意的效果，为确保设计目标的实现、为了适应不断增长的高压环境和提高产品的强度和耐久性要求以及设计中的寿命要求，需要采用先进的设计和分析手段，科学的分析活塞的结构对活塞寿命以及工作的可靠性的影响，设计品质优良的活塞，从而使内燃机更好地工作。关键词：内燃机；活塞；连杆引言几点工程学院对我们车辆工程专业特别开设了专业课设计汽车构造，机械设计，发动机底盘设计，发动机设计等课程是非常必要的，这是因为发动机是汽车的心脏，汽车的行使速

4、度、加速性、爬坡度、牵引力决定于发动机；汽车常见故障大部分来源于发动机；汽车的然有经济性和经常费用也主要决定于发动机。为了实现汽车的设计目标，根据发动机的重要性，汽车方案设计对发动机的型式和主要参数、指标是作了规定的。所以发动机设计是一个重要的阶段，其中包括结构空间、总质量、功率、环境保护、生产成本、使用成本等指标。通过这次我们亲身的设计实践，让我们对这些专业课的基础知识和基本理论能有进一步的理解和掌握，使我们在分析、计算、设计、绘图、运用各种标准和规范、查阅各种设计手册与资料以及计算机应用能力等各个方面得到进一步的提高，能够全面地检验并巩固我们以前所学的专业课知识，并通过结合实际情况，让我们

5、能从一个全新的角度重新学习、认识以前学过的专业课知识。除此之外，此次课程设计还为我们以后研究生论文奠定了一定的基础，同时也为我们将来走上工作岗位埋下了铺路石。1.汽油机结构形式的设计 1.1汽缸数和气缸布置的选择 内燃机的气缸数和气缸布置方式，对其结构紧凑性、外形尺寸比例、平稳性及制造使用成本都有很大影响。目前小轿车各轻型车除最小排量的车型用2缸或3缸外，绝大多数用4缸机，少数高级轿车用6缸机或八缸机。 至于气缸布置，不超过6缸的内燃机绝大数是单列的，单列式发动机结构简单，工作简单，成材本低，使用维修方便，能满足一般要求，而且以各气缸线所在平面与地面垂直居多。 结合国内制造使用成本，生产条件及

6、运转平衡性等，初步选用直列4缸机。目前汽车发动机多采用直列4缸、6缸和V型8缸的结构。根据现有的国产汽油发动机的功率和汽缸数目的匹配关系，设计2.0升的汽油发动机，所要匹配的汽缸数目定为直列4缸机2。1.2冷却方式 常用的冷却方式有水冷和风冷两种，水冷式发动机由于冷却较好而且均匀，强化的潜力要比风冷式发动机大，因此在汽车发动机上至今大多数还是水冷式发动机。在条件相同时，主要由于充量系数的差别，水冷机比风泠机高5%10%。此外风冷发动机功率和燃料消耗受气温变化影响较大，不如水冷发动机指标稳定。综合以上各因素，本设计冷却方式选用水冷方式1。2.汽油机结构参数的选取2.1气缸直径的确定在此我所要设计

7、的汽油发动机的排量为2.0L排量，四冲程汽油机。平均有效压力：活塞平均速度：根据内燃机学的基本计算公式： 其中 为发动机的有效功率， 为发动机的平均有效压力，依题为 为汽缸的工作容积，依题为0.5L 为发动机的汽缸数目 ，依题为为4 为发动机的转速 为活塞的平均速度，依题为 18m/s 为发动机活塞的行程 为发动机汽缸直径 为发动机的行程数，依题为4 计算化简后得：D=86mm，S=92mm2.2缸径行程比S/D汽油机缸径行程比S/D的取值范围为0.8-1.22S/D=9286=1.072.3转速n的确定根据内燃机设计（杨连生）P2，汽油机转速在2500-6000r/min之间取n=5000r

8、/min活塞速度 符合活塞速度小于18m/s的要求1。2.4汽缸工作容积与升功率 气缸工作容积 升功率 2.5缸心距的确定 由于汽油机干缸套的缸心矩Lo/D为1.12-1.24，所以初选Lo/D1，得Lo=86mm3。2.6压缩比与燃烧室容积Vc,总容积Va 根据内燃机设计（杨连生），汽油机压缩比范围为712受爆燃限制，汽油机压缩比不超过101，取=8，则燃烧室容积 Vc=Vs/(-1)=76.3mL,汽缸总容积Va=Vc+Vs=（62.3+498.5）=610.3mL。3.活塞组零件的参数选择3.1.活塞组的工作条件和设计要求3.1.1.活塞的机械负荷 目前发动机向高速发展活塞组的最大惯性力

9、一般已达活塞本身重量的10002000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、曲轴组零件特别是轴承负荷加重，导致发动机耐久性下降。为适应机械负荷，设计活塞时要求各处有合适的壁厚和合理的形状，即在保证足够的强度、刚度前提下，结构要尽量简便、轻巧，截面变化处的过渡要圆滑，以减少应力集中采用强度低比重小的材料3。3.1.2活塞组的作用与特点 一般活塞都是圆柱形体，根据不同发动机的工作条件和要求，活塞本身的构造有各种各样，一般将活塞分为头部、裙部和活塞销座三个部分。头部是指活塞顶端和环槽部分。活塞顶端完全取决于燃烧室的要求，顶端采用平顶或接近平顶设计有利

10、于活塞减少与高温气体的接触面积，使应力分布均匀。多数汽油机采用平顶活塞，有些发动机（例如直喷式柴油机和新型的缸内喷注汽油机）为了混合气形成的需要，提高燃烧效率，将爆燃减少到最小程度，需要活塞顶端具有较复杂的形状，设有一定深度的凹坑作为燃烧室的一部分。活塞的凹槽称为环槽，用于安装活塞环。活塞环的作用是密封，防止漏气和防止机油进入燃烧室。 活塞裙部是指活塞的下部分，它的作用是尽量保持活塞在往复运动中垂直的姿态，也就是活塞的导向部分。活塞裙部的形状极有讲究，尤其是象轿车一类的轻型乘用车，设计者从发动机的结构和性能出发，常在活塞裙部上动脑筋，以尽量使发动机结构紧凑运行平稳。 活塞销座是活塞通过活塞销与

11、连杆连接的支承部分，位于活塞裙部的上方。高速发动机活塞销座的特别之处在于销座孔不一定与活塞在同一中心线平面上，可向一侧偏移一点点，即向作功行程时活塞接触缸壁的一侧偏移，这样当活塞到上止点变换方向后活塞敲击缸壁的程度会减少，从而减少了发动机噪声。在整个活塞组与气缸的配合中，活塞组中真正与气缸缸壁接触的是活塞环，它填补了活塞与气缸壁间的空隙，以封闭燃烧室，因此它也是发动机中最容易磨损的零件。 活塞环一般由铸铁做成，有一定弹性，截面有多种形状，表面有涂层以增加磨合性能。当发动机运转时活塞会受热膨胀，因此活塞环有开口间隙，安装时为了保持密封性，要将各活塞环的开口间隙位置错开。一个活塞往往有三至四个活塞

12、环，它们按照作用的不同，分为气环和油环两大类。气环装在活塞头部上端的环槽内，用来防止漏气，将活塞头部的热量传递到气缸壁，疏散活塞的热量。油环的作用是防止润滑油窜入燃烧室，将气缸壁上过量的润滑油刮回到油底壳，它安装在气环的下方环槽内。只要保证密封功能的要求，活塞环数目少比数目多好，活塞环数目少既保持了最小的摩擦面积，减少功率损耗，又缩短了活塞的高度，相应也就降低了发动机的高度，目前高速汽油发动机一般是两道气环和一道油环4。3.1.3活塞的润滑 活塞在侧压力作用下，在气缸内高速滑动(活塞平均速度已高达12米秒)，而缸壁一般均靠飞溅润滑，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

13、损失的40），磨损严重，易使活塞和活塞环磨损失效。由于活塞在不同工况下具有非常不同的温度，所以在不同工况下始终保持最佳的配合间隙成为十分复杂的问题。D.设计要求 活塞是在高负荷、高温、高速、润滑不良的条件下工作的，对它的设计要求：（1）要选用热强度好、耐磨、比重小、热膨胀系数小、导热性好、具有良好减磨性、工艺性的材料；（2）有合理的形状和壁厚。使散热良好，强度、刚度符合要求，尽量减轻重量，避免应力集中；（3）保证燃烧室气密性好，窜气、窜油要少又不增加活塞组的摩擦损失；（4）在不同工况下都能保持活塞与缸套的最佳配合；（5）减少活塞从燃气吸收的热量，而已吸收的热量则能顺利地散走；（6）在较低的机油

14、耗条件下，保证滑动面上有足够的润滑油。当进行活塞的结构设计时，应着重解决的问题是： 1）改善活塞顶及第一环的工作条件，防止顶部热裂和环粘结、卡死和过度磨损； 2）改善活塞销和销座的实际承载能力，减少磨损，防止破裂； 3）确定合适的裙部外形和热膨胀控制措施，提高裙部承载能力和减小配缸间隙，改善磨损并使运转平顺6。 3.2活塞的材料 共晶硅铝合金 制造活塞的材料应有小的密度、足够的高温强度、高的热导率、低的线胀系数以及良好的摩擦性能(减摩性和耐磨性)。常用材料为铝硅合金，。共晶铝硅合金具有满意的综合性能，工艺性良好，应用最为广泛。过共晶铝硅合金中的初生硅晶体使耐热性、耐磨性改善，膨胀系数减小，但加工工艺性恶化。过共晶铝硅合金广泛用于高热负荷活塞5。