《活塞结构设计及工艺设计毕业设计说明书》由会员分享，可在线阅读，更多相关《活塞结构设计及工艺设计毕业设计说明书（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、目录前言21 活塞的概述31.1 活塞的功用及工作条件31.2 活塞的材料31.3 活塞构造41.3.1 活塞顶部41.3.2 活塞头部41.3.3 活塞裙部42 活塞的构造参数53 活塞最大爆发压力的计算63.1 热力过程计算73.2 柴油机的指示参数103.3 柴油机有效效率114 活塞销的受力分析135 活塞的加工工艺16参考文献：17、儿前言燃机的不断开展，是建立在主要零部件性能和寿命不断改良和提高的根底上的，尤其是随着发动机强化程度的提高、功率的增大和转速的增加，零部件尤其是直喷式柴油机活塞的工作环境变得更加恶劣了。活塞的构造直接影响活塞的温度分布和热应力分布，因此就有必要对活塞的构
2、造和性能作出预测和评价。活塞是燃机上最关键的运动件，它在高温高压下承受反复交变载荷，被称为燃机的心脏，特别是坦克、舰艇和军用车船用燃机活塞那么要求更高，它已成为制约燃机开展的一个突出问题。本次课程设计的题目是发动机铝活塞的构造及工艺设计，选择利用适宜的机床加工发动机活塞，通过这次课程设计，要求熟练掌握并能在实际问题中进展创新和优化其加工工艺过程。1 活塞的概述1.1 活塞的功用及工作条件全套图纸及更多设计请联系QQ：360702501活塞是曲柄连杆机构的重要零件煤气主要功用是承受燃烧气体压力和惯性力，并将燃烧气体压力通过活塞销传给连杆，推动曲轴旋转对外作功。此外，活塞又是燃烧室的组成局部。活塞
3、是燃机中工作条件最严酷的零件。作用于活塞上的气体压力和惯性力都是周期变化的，燃烧瞬时作用于活塞上的气体压力很高，如增压燃机的最高燃烧压力可达14 16MPa而且活塞还要承受在连杆倾斜位置时侧压力的周期性冲击作用，在气体压力、往复惯性力和侧压力的共同作用下，可能引起活塞变形，活塞销座开裂，活塞侧部磨损等。由此可见，活塞应有足够的强度和刚度，而且质量要轻。活塞顶部直接与高温燃气接触，活塞顶部的温度很高，各部的温差很大，柴油机活塞顶部常布置有凹坑状燃烧室，使顶部实际受热面积加大，热负荷更加严重。高温必然会引起活塞材料的强度下降，活塞的热膨胀量增加，破坏活塞与气缸壁的正常间隙。另外，由于冷热不均匀所产
4、生的热应力容易使活塞顶部出现疲劳热裂现象。所以要求活塞应有足够的耐热性和良好的导热性，小的线膨胀系数。同时在构造上采取适当的措施，防止过大的热变形。活塞运动速度和工作温度高，润滑条件差，因此摩擦损失大，磨损严重。要求应具良好的减摩性或采取特殊的外表处理。1.2 活塞的材料现代燃机广泛使用铝合金活塞。铝合金导热性好比铸铁大3-4倍，密度小约为铸铁的1/3。因此铝活塞惯性力小，工作温度低，温度分布均匀，对改善工作条件减少热应力延缓机油变质有利。目前铝活塞广泛采用含硅12%左右的共晶铝硅合金制造，外加铜和镍，以提高热稳定性和高温机械性能。铝活塞毛胚可采用金属模铸造，锻造和液压模锻等方法生产。为了提高
5、铝活塞的强度和硬度，并稳定形状尺寸，必须对活塞进展淬火和时效热处理。1.3 活塞构造活塞按部位不同，分为顶部，头部和裙部三局部。1.3.1 活塞顶部活塞顶部是燃烧室的组成局部，其形状与燃烧室形状和压缩比有关，一般有平顶，凸顶和凹顶三种。1.3.2 活塞头部活塞头部是指由活塞顶部到油环下端面之间的局部。在活塞头部加工有用来安装气环和油环的气环槽和油环槽。在油环槽的低部还加工有回油孔或横向切槽。活塞头部有足够的厚度，从活塞顶部到环槽区的断面要尽可能的圆滑，过度圆角半径应足够大，以减少热流阻力，便于热量从活塞顶部经活塞环传给气缸壁，使活塞环的温度不至于过高。1.3.3 活塞裙部活塞头以下的局部为活塞
6、裙部，活塞销座位于裙部。裙部起导向作用，并承受侧压力。因此，活塞裙部的形状保证活塞在气缸得到良好的导向，气缸与活塞之间在任何工况下都能保证均匀，适宜的间隙，并有一定的承压面积。2 活塞的构造参数发动机选取为6120型柴油机，参数设计参照?新型铝活塞?活塞缸径D=120mm一压缩高度KH=80mm二顶岸第一环槽至活塞顶端距离F=17mm三采用三道环其中两道气环，一道油环5mm气环高度取5mm,油环高度取7mm第一道环岸高度为6mm第二道环岸高度略小于第一道环岸高度，为四活塞销直径为BO=44mm顶环槽宽为3mm五群长SL=100mm下裙长为65mm六销座间距AA=44mm七活塞重量系数X=0.9
7、1.4取X=1.23,GNXD31.231232128g（八）顶部厚度S=15mm总长=80+65=145mm燃烧室dkD0.6金卜3dk0.612072mmhdk324mm铝的线性膨胀系数为23.1106活塞头部的最大温度为350摄氏度，所以其变形量为X12023.11063500.9702mm1mm活塞裙部最大温度为200摄氏度，所以其形变量为Y12023.11062000.5544mm0.6mm3活塞最大爆发压力的计算全套图纸及更多设计请联系QQ:360702501最大爆发压力计算参考？然机原理环境压力p00.1013Mp环境温度T0293K几何压缩比21有效压缩比18.9燃烧过量空气系
8、数参与废弃系数r0.02参与非其温度Tr720K增压空气压力pk0.12135Mpa最大燃烧压力Pz6.47265MpaZ点热利用系数z0.70B点热利用系数b0.85燃烧室扫其系数s1.15燃料质量分数CH42286680.87H0.126O0.004燃料低u(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7(8)(9)(10)(11)3.1热力过程计算充气过程系数增压器后空气温度:nk1nTkT0巨pnk3.8压缩始点温度2930.121350.10131.81T8K318式中，去增压器平均多变压缩指数TarTr3185式中,1rTk新气预热度,1.110.02720“K3311.02Tk=5K;c
9、-比热修正系数,c=1.110.12135压缩始点压力pa1.0pk1.00.12135Mpa充气系数vTkPa11Tapk1r18.43640.121351-203310.161810.020.7388.31519.26 0.0025 374 1 18.4n1 1平均多变压缩指数/8.315n11：；131abT1中，a,b一常数，对于空气忽略剩余废气，a=第一次试算，式1等号右端代入n1=1.37,n1第二次试算，式1等号右端代入n1=1.369,n119.261.9685.3821.9685.382b=0.00250.3620.362压缩终点温度TcTai331压缩终点压力18.41.3
10、621K950Kpcpan10.161818.41.362Mpa8.544Mpa燃料燃烧所需理论空气量0.126 0.004432kmol燃料=0.495.1cHO10.87L00.21124320.2112燃烧所需的实际空气量0.817kmol空气/ kg燃料LL01.650.495kmol空气/kg燃料理论分子变化系数/0.0369/0.06390111.03871.65实际分子变化系数_l1.03870.021.0351r10.02Z点烧去的燃料质量分数Xz0.700.850.824(12)Z点处分子变化系数,01,1.03871,z1xz10.8241.03131r10.02(13)Z
11、点燃烧产物的平均摩尔比定容热容cvpmz1.064xzr cv 1 r(xz1 r0.064xz1.064 0.824 0.02 20.47 0.0036TZ1.65 1 0.020.64 0.8241.65 1 0.020.824 0.0219.26 0.0025Tz1.65 1 0.020.064 0.82419.89 0.00307Tz(14)式中，cv a bTab点燃烧产物的平均摩尔比定容热容 1.064 r Cv (1)(1r)Cvcvpmb1 r 0.0641.064 0.02 20.47 0.0036Tb1.65 1 1 0.02 19.26 0.0025Tz1.6510.02
12、0.06420.180.00322Tb式中，cvabTa(15)z点燃烧产物的平均摩尔比定压热容CppmzCvpmz 8.315 19.890.00307Tz 8.31528.2020.00307Tz(16)HuHuL1rCvpmbCv29342286.680.8710.021.03520.180.003229319.260.0025293压力29342743.34kJ/kg燃料升高比(17)pz6.47256z0.758pc8.544Cyz段的燃料燃烧公式，就最大燃烧温度TzzHuL0cv8.315TcrCvpmb8.315z(1r)cppmzTz0.7042743.341.650.4951
13、9.260.00259288.3150.7589280.0220.180.003239288.3150.7589281.031310.0228.2020.00307TzTz80740.062(18)第一次试算，Tz必K 8.15 第二次试算，Tz 3k 8.52 第三次试算，Tz必K取式2等号右端的T； = 2000K2234.8K取式2等号右端的T； =2200K2195.5K取式2等号右端的工=2196K8.52最后取Tz 2196K膨胀过程参数：初膨胀比2196K简化后得Tz29.670.0032294Tz1.0352196cs2.420.785950(19)后膨胀比18.47武-7.62.42(20)求多变膨胀指数出及膨胀终点温度Tb , zb膨胀线上的后燃公式,n28.315 TZ TbbHu b z z8.315n21.03151.0313 4.75 0.000734 2196L 11.0313I 1.03152196 4.82 0.0007Tb Tb3182568.315TbTbTz小1.035 2196 -1.0
