kW四沖程汽油機活塞組設(shè)計

課程設(shè)計任務(wù)書3、說明書1份。序號備注1課題準備1、設(shè)計發(fā)動機的結(jié)構(gòu)參數(shù)。2、進行運動學(xué)計算。3、形成文檔。2013.10.282裝配圖設(shè)計與繪圖1、熱力學(xué)計算。2、動力學(xué)計算。3、形成文檔。2013.10.293裝配圖設(shè)計與繪圖1、結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計并形成文檔。2、裝配圖設(shè)計繪圖(草圖)。2013.10.304裝配圖設(shè)計與繪圖(底圖)2013.10.315裝配圖設(shè)計與繪圖(加粗與標注)2013.11.16零件圖設(shè)計1、零件計算。2、形成文檔。2013.11.27零件圖設(shè)計繪圖2013.11.38撰寫設(shè)計說明書2013.11.119答辯2013.11.13系主任(或責(zé)任教師)簽名：2013年11月14日2013年11月14日目錄 1汽油機結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計 1.1汽缸數(shù)和氣缸布置的選擇 1.2冷卻方式 2汽油機結(jié)構(gòu)參數(shù)的選取 22.1汽缸直徑的確定 22.2缸徑行程比S/D 2 2.4汽缸工作容積與升功率 32.5曲柄半徑與連桿長度之比λ的選取 32.6缸心距的確定 2.7壓縮比與燃燒室容積Vc,總?cè)莘eVa 33熱力學(xué)計算 33.1燃燒過程數(shù)學(xué)模型 33.1.1絕熱壓縮起點 43.1.2絕熱壓縮過程 3.1.3定容增壓過程 43.1.4絕熱膨脹過程 4 4 4 3.3熱力學(xué)平均有效壓力校核 64運動學(xué)計算 64.1活塞位移 64.2活塞瞬時速度 4.3活塞的加速度、最大加速度 5動力學(xué)計算 95.1氣體壓力：由P～V圖轉(zhuǎn)化為P~α圖 95.2往復(fù)慣性力 95.3旋轉(zhuǎn)往復(fù)慣性力 5.4合力的計算 6活塞設(shè)計 6.1活塞的材料 6.2活塞主要尺寸設(shè)計 6.2.1活塞高度H 6.2.2壓縮高度H1 6.2.3火力岸高度h 6.2.4環(huán)帶高度 6.2.5活塞頂部厚度δ 6.2.6活塞側(cè)壁厚度及內(nèi)部過渡圓角 6.2.7活塞銷座間距 6.3活塞裙部及其側(cè)表面形狀的設(shè)計 6.3.1裙部橢圓 6.3.2配缸間隙 6.4活塞頭的質(zhì)量計算 7活塞銷的設(shè)計 7.1活塞銷的材料 7.2活塞銷與銷座的結(jié)構(gòu)設(shè)計 7.3活塞銷與銷座的配合 7.4活塞銷質(zhì)量m3 7.5活塞銷剛度和強度的校核 8活塞環(huán)設(shè)計 8.1活塞環(huán)的密封機理 8.2氣環(huán)的設(shè)計 8.2.1氣環(huán)的斷面形狀 8.2.2氣環(huán)的尺寸參數(shù) 8.2.3活塞環(huán)的材料 8.3油環(huán)的設(shè)計 8.4活塞環(huán)強度校核 小結(jié) 參考文獻 1武漢理工大學(xué)《汽車發(fā)動機設(shè)計》課程設(shè)計說明書15KW四行程汽油機活塞組設(shè)計前言這學(xué)期我們專業(yè)學(xué)習(xí)了《汽車發(fā)動機設(shè)計》這門最重要的專業(yè)課之一。為了鞏固和提高，我們又開展了為期3周的《汽車發(fā)動機設(shè)計》的課程設(shè)計。我們要充分利用這次課程設(shè)計的機會，了解國內(nèi)外發(fā)動機的發(fā)展現(xiàn)狀，并盡可能發(fā)揮我們的能力，保質(zhì)保量地完成此次課程設(shè)計。本設(shè)計主要工作任務(wù)是15KW四行程汽油機活塞組的設(shè)計。1汽油機結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計1.1汽缸數(shù)和氣缸布置的選擇發(fā)動機的汽缸數(shù)主要取決于排量，根據(jù)任務(wù)是，我們所設(shè)計的發(fā)動機功率在15KW左右，而且目前發(fā)動機的升功率在35—70左右，鑒于設(shè)計手段不成熟，取較小值，故排量初步估算在0.3L左右，為小排量。小排量的發(fā)動機的汽缸數(shù)用1—4缸。鑒于功率小，排量小，為了保證最后計算的升功率符合實際，汽缸數(shù)取下限。即采用單缸。采用直列式。1.2冷卻方式水冷常用的冷卻方式有水冷和風(fēng)冷兩種，水冷式發(fā)動機由于冷卻較好而且均勻，強化的潛力要比風(fēng)冷式發(fā)動機大，因此在汽車發(fā)動機上至今大多數(shù)還是水冷式發(fā)動機。參考文獻[5]在條件相同時，主要由于充量系數(shù)的差別，水冷機比風(fēng)泠機高5%～10%。此外風(fēng)冷發(fā)動機功率和燃料消耗受氣溫變化影響較大，不如水冷發(fā)動機指標穩(wěn)定。綜合以上各因素，本設(shè)計冷卻方式選用水冷方式。武漢理工大學(xué)《汽車發(fā)動機設(shè)計》課程設(shè)計說明書2汽油機結(jié)構(gòu)參數(shù)的選取2.1汽缸直徑的確定設(shè)計任務(wù)書所提供的設(shè)計條件：平均有效壓力：活塞平均速度：Pe=15KWp=0.8~1.2Mpav<18m/s根據(jù)內(nèi)燃機學(xué)的基本計算公式： i——為發(fā)動機的汽缸數(shù)目，依題為為2n——為發(fā)動機的轉(zhuǎn)速S——為發(fā)動機活塞的行程D——為發(fā)動機汽缸直徑x——為發(fā)動機的行程數(shù)，依題為4根據(jù)以上條件代入公式算得D=56mm2.2缸徑行程比S/D目前S/D范圍為0.8~1.23武漢理工大學(xué)《汽車發(fā)動機設(shè)計》課程設(shè)計說明書2.3轉(zhuǎn)速n的確定根據(jù)公式(2)可得n=6553r/min,取n=6500r/min2.4汽缸工作容積與升功率oo2.5曲柄半徑與連桿長度之比λ的選取由于λ=r/1的范圍在0.25-0.33之間。選擇曲柄連桿機構(gòu)為中心曲柄連桿機構(gòu)，因曲柄半徑r=28mm,取λ=0.3,則連桿長度為L=r/λ=28/0.3=94mm。2.6壓縮比與燃燒室容積Vc,總?cè)莘eVa壓縮比范圍為7-12,根據(jù)《內(nèi)燃機學(xué)》(周保龍)P308,受爆燃限制，汽油機壓縮比不超過14,取ε=9則燃燒室容積Vc=Vs/(10-1)=0.0153L,汽缸總?cè)莘eVa=Vc+Vs=0.1533L。3熱力學(xué)計算3.1燃燒過程數(shù)學(xué)模型根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的要求，設(shè)計的為15KW四行程的汽油發(fā)動機，將其實際循環(huán)簡化為等容加熱循環(huán)，這個循環(huán)過程稱為汽油發(fā)動機的理論循環(huán)。發(fā)動機的理論循環(huán)是將非常復(fù)雜的實際工作過程加以簡化，忽略一些因素，以便于作簡易的定量處理。通過對理論循環(huán)的研究，可以清楚的確定影響性能的一些重要因素，從而找到提高發(fā)動機性能的基本途徑。最簡單的理論循環(huán)是空氣標準循環(huán)，簡化的條件為：1)假設(shè)工質(zhì)是理想氣體，其物理常數(shù)與標準狀態(tài)下的空氣物理常數(shù)相同。2)假設(shè)工質(zhì)是在閉口系統(tǒng)中作封閉循環(huán)。3)假設(shè)工質(zhì)的壓縮及膨脹是絕熱等熵過程。4武漢理工大學(xué)《汽車發(fā)動機設(shè)計》課程設(shè)計說明書4)假設(shè)燃燒時外界無數(shù)個高溫?zé)嵩炊ㄈ莼蚨▔合蚬べ|(zhì)加熱。工質(zhì)放熱為定容放熱。根據(jù)汽油機的混合氣燃燒迅速，近似為定容加熱循環(huán)。3.1.1絕熱壓縮起點3.1.2絕熱壓縮過程選取壓縮沖程終點(設(shè)為B點),從A點到B點的壓縮過程看作是多變的壓縮過程，多3.1.3定容增壓過程選取定容增壓的終點(設(shè)為C點),從B點到C可知汽油機壓力升高比取λ=7,則C3.1.4絕熱膨脹過程選取膨脹過程的終點(設(shè)為D點),從C點到D點可以看作是多變的膨脹過程，參考文獻3.2繪制P-V圖3.2.1繪制理論P-V圖根據(jù)步驟3.1可以繪制理論P-V圖，理論P-V圖如圖1:3.2.2繪制調(diào)整P-V圖調(diào)整的P-V圖：因為實際過程比較復(fù)雜，所以在得到的P～V,P~φ圖上要修正得到，最高壓力不在上止點，還有點火提前角，排氣提前角的修正，顯然實際的邊界條件是不可能得到的，所以只能做一些適當(dāng)?shù)男拚?。調(diào)整后的P-V圖見圖2:6武漢理工大學(xué)《汽車發(fā)動機設(shè)計》課程設(shè)計說明書3.3熱力學(xué)平均有效壓力校核由熱力學(xué)計算所繪制的示功圖為理論循環(huán)的示功圖，其圍成的面積表示的是汽油機所做的其中Va=153mL,Pa=0.081MpaVb=15.3mL,Pb=1.83MpaVc=Vb=15.3mL,Pc=12.69MPaVd=Va=153mL,Pd=0.636Mpa所以汽油機的平均有效壓力：所給定的結(jié)果滿足設(shè)計要求(Pme=0.8～1.2,Pe=10kw),所以校核合格。7武漢理工大學(xué)《汽車發(fā)動機設(shè)計》課程設(shè)計說明書4運動學(xué)計算4.1活塞位移根據(jù)活塞的運動規(guī)律，計算出活塞的位置隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律：其中λ——為曲柄半徑和連桿長度的比，根據(jù)設(shè)計書的要求，取λ=0.3r——為曲軸半徑，r=56/2=28mm根據(jù)運動規(guī)律繪制活塞位移隨曲軸轉(zhuǎn)角關(guān)系圖見圖-3:圖-3活塞位移隨曲軸轉(zhuǎn)角關(guān)系4.2活塞瞬時速度根據(jù)活塞的位移規(guī)律，對曲軸轉(zhuǎn)角α求倒得到活塞的瞬時速度V隨曲軸轉(zhuǎn)角a的變化規(guī)律：'取n=6500r/min,計算數(shù)據(jù)見附錄，繪制的圖見圖-4:武漢理工大學(xué)《汽車發(fā)動機設(shè)計》課程設(shè)計說明書4.3活塞的加速度、最大加速度根據(jù)活塞的瞬時速度規(guī)律，對曲軸轉(zhuǎn)角α求倒得到活塞的加速度V隨曲軸轉(zhuǎn)角α的變化規(guī)律：j=ro3(Cosa+λCos2a),取n=6500r/min,計算數(shù)據(jù)見附錄，繪制的圖見圖5:圖5活塞加速度與曲軸轉(zhuǎn)角關(guān)系9武漢理工大學(xué)《汽車發(fā)動機設(shè)計》課程設(shè)計說明書5.1氣體壓力：由P～V圖轉(zhuǎn)化為P~α圖利用上面求解出的數(shù)據(jù)，做出p～a圖。如圖6:5.2往復(fù)慣性力武漢理工大學(xué)《汽車發(fā)動機設(shè)計》課程設(shè)計說明書性質(zhì)量有關(guān)，還與活塞的瞬時加速度有關(guān)。其加速度已經(jīng)在運動學(xué)中計算完畢，往復(fù)慣性活塞的質(zhì)量在估算時，將活塞當(dāng)作薄壁圓筒處理?；钊渲蠨——為活塞的外徑，D=56mmp——為活塞的密度，在此處用共晶鋁硅合金66-1,密度為2.7gcm3l——為連桿質(zhì)心到連桿大頭的距離m——為連桿的質(zhì)量經(jīng)過估算得到mg=m?+m=320g。轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律，具體的計算數(shù)據(jù)見后附表。5.3旋轉(zhuǎn)往復(fù)慣性力分析機構(gòu)的慣性力時，通常將連續(xù)分布質(zhì)量的實際活塞曲柄連桿機構(gòu)離散成用往復(fù)運動質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)運動質(zhì)量的動力學(xué)等效當(dāng)量系統(tǒng)來分析，連桿質(zhì)心以下的質(zhì)量和曲柄銷組質(zhì)量離散為旋轉(zhuǎn)慣性質(zhì)量。m,=m+m?。m=m,+mP=-ro2(sina+2λsin2a)K,=mro2隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律，具體的計算數(shù)據(jù)見后附錄。5.4合力的計算忽略機構(gòu)摩擦阻力，則作用在曲柄連桿機構(gòu)上的力只要研究氣體壓力和機構(gòu)運動質(zhì)量的慣P?=P-P?P=P+P=PF?-ro3(sina+2λsin2a)(8)其中分解后得到其他的力側(cè)壓力Pn、連桿力P1、切向力t、久向十1單每切筑：八書圖7連桿受力圖圖-8側(cè)壓力隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化武漢理工大學(xué)《汽車發(fā)動機設(shè)計》課程設(shè)計說明書圖-9連桿力隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化圖-10切向力隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化圖-11徑向力隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化從發(fā)動機有效功率公式來看，當(dāng)缸徑D、缸數(shù)Z和沖程數(shù)t已選定時，在燃油經(jīng)濟性最佳的前提下，要盡可能提高輸出功率，就只有依靠平均有效壓力Pme和活塞平均速度Vm兩個主要參數(shù)的合理選擇了。發(fā)動機的有效功率為：式中Pme平均有效壓力，MPat———行程數(shù)，四沖程t=4,二沖程r=2。取整得到如下結(jié)果：缸徑、行程、轉(zhuǎn)速參數(shù)表Pme(mpa)Vm(ms)Smm)mm)min)1所示的結(jié)果得到發(fā)動機的結(jié)構(gòu)參數(shù)。查有關(guān)手冊，所得到的發(fā)動機參數(shù)滿足現(xiàn)代發(fā)動機的一般技術(shù)水平，而且現(xiàn)在的加工技術(shù)可以達到這個水平。6.1活塞的材料共晶硅鋁合金制造活塞的材料應(yīng)有小的密度P、足夠的高溫強度σ、高的熱導(dǎo)率入、低的線脹系數(shù)a以及良好的摩擦性能(減摩性和耐磨性)。常用材料為鋁硅合金，。共晶鋁硅合金具有滿意的綜合性能，工藝性良好，應(yīng)用最為廣泛。過共晶鋁硅合金中的初生硅晶體使耐熱性、耐磨性改善，膨脹系數(shù)減小，但加工工藝性惡化。過共晶鋁硅合金廣泛用于高熱負荷活塞。武漢理工大學(xué)《汽車發(fā)動機設(shè)計》課程設(shè)計說明書6.2活塞主要尺寸設(shè)計6.2.1活塞高度H選擇H=50mm。參考文獻[1],H?=0.5D;選擇H?=28mm。6.2.3火力岸高度h參考文獻[1],h=0.08D=4.5mm。6.2.4環(huán)帶高度現(xiàn)代四行程發(fā)動機一般采用二道氣環(huán)和一道油環(huán)。參考文獻[1],氣環(huán)的厚度一般為2.0~3.0mm,環(huán)岸要求有足夠的強度，使其在最大氣壓下不致被損壞。第一道環(huán)的環(huán)岸高度b?一般為1.5～2.5c(c指環(huán)槽高度),第二道環(huán)的環(huán)岸高度b?為1～2c。第一環(huán)岸高b1=0.03～0.04D=0.04×56=2.24mm取2.5mm,則，c1=1.6mm。第二環(huán)岸高b2=0.03～0.04D=0.04×56=2.24mm取2.5mm,則，c2=1.6mm。油環(huán)高b?為4.0～6.0mm取5.0mm;6.2.5活塞頂部厚度δ6.2.6活塞側(cè)壁厚度及內(nèi)部過渡圓角活塞頭部要安裝活塞環(huán)，側(cè)壁必須加厚，一般取(0.05~0.1)D,取0.08D,厚度則為5mm。為改善散熱狀況，活塞頂與側(cè)壁之間應(yīng)該采用較大的過度圓角，一般取R武漢理工大學(xué)《汽車發(fā)動機設(shè)計》課程設(shè)計說明書則圓角半徑取為5mm。6.2.7活塞銷座間距取0.4則活塞銷座間距為22mm。有關(guān)活塞的尺寸設(shè)計結(jié)果：名稱數(shù)值單位壓縮高度取H?mm環(huán)帶高度H?mm火力岸高度H?mm總高度mm壁厚5mm內(nèi)圓直徑D’外圓直徑D第一道環(huán)的環(huán)岸高度bmm第二道環(huán)的環(huán)岸高度b?mm第一道環(huán)槽高度C1mm第二道環(huán)槽高度C2mm油環(huán)高度C3mm環(huán)槽深度4mm6.3活塞裙部及其側(cè)表面形狀的設(shè)計活塞裙部及其側(cè)表面形狀設(shè)計的關(guān)鍵，在于保證裙部有足夠的貼切合面積和良好的潤滑條件，以及保證發(fā)動機在不同工況下都具有最小的活塞間隙。6.3.1裙部橢圓1、將裙部設(shè)計成橢圓。武漢理工大學(xué)《汽車發(fā)動機設(shè)計》課程設(shè)計說明書2、將銷座附近的裙部外側(cè)部位設(shè)計成凹陷狀。為了使活塞在正常工作溫度下于氣缸壁之間保持右比較均勻的間隙，不至于在氣缸內(nèi)卡死或是引起局部磨損，必須在常溫下預(yù)先把活塞裙部的橫斷面加工成橢圓形，其長軸垂直于活塞為了視鋁合金活塞在工作狀態(tài)下(熱態(tài))接近一個圓柱形，害必須把活塞做成上小下大的實際取△:對活塞下下部和頭部取0.1mm;對活塞裙中部取0.08mm為了視鋁合金活塞在工作狀態(tài)下(熱態(tài))接近一個圓柱形，害必須把活塞做成上小下大的活塞頂部間隙：0.240mm(活塞銷中心平面內(nèi));0.210mm垂直于活塞銷中心線平面內(nèi)活塞裙部間隙：0.09mm(活塞銷中心平面內(nèi));0.04mm垂直于活塞銷中心線平面內(nèi)6.4活塞頭的質(zhì)量計算對活塞進行簡化變成可計算體積的幾何體，從而計算出其體積和質(zhì)量。簡化如圖11。DD'活塞的質(zhì)量在估算時，將活塞當(dāng)作薄壁圓筒處理。其中D——為活塞的外徑，D=56mmp——為活塞的密度，在此處用共晶鋁硅合金66-1,密度為2.7g/cm37活塞銷的設(shè)計活塞工作時頂部承受很大的大氣壓力，這些力通過銷座傳給活塞銷，再傳給連桿。因而活7.1活塞銷的材料活塞銷一般用低碳鋼或低碳合金鋼(如20Cr)制造，經(jīng)表面參碳淬火處理，以提高表面硬7.2活塞銷與銷座的結(jié)構(gòu)設(shè)計d=(0.25~0.3)D=0.25D=16m;do=(0.6~0.79)d=0.6d=10mm;活塞銷外徑d?=16,;活塞銷內(nèi)徑d,=10?；钊N長度1F50mm。7.3活塞銷與銷座的配合活塞頂所承受的氣壓力通過活塞銷座和活塞銷傳給連桿。由于結(jié)構(gòu)上的限制，活塞銷的直徑d不可能超過0.4D,活塞銷的長度不可能超過0.85D,因此活塞還要在活塞銷座與連桿小頭襯套之間合理分配。所以，不論在銷與銷座之間，還是在銷與連桿之間，承壓面積都很小，表面比壓很高。加上活塞銷與銷座或活塞銷與連桿襯套之間相對運動速度很低，液體潤滑油膜不易形成。在這種高壓低速條件下，要保證可靠的液體潤滑，配合副的工作間隙要盡可能小。經(jīng)驗表明，當(dāng)活塞銷與銷座以及活塞銷與連桿小頭襯套之間的工作狀的過盈，以補償鋁合金活塞銷孔在工作時較大的熱膨脹。為了穩(wěn)定地保持極小的間隙而又轉(zhuǎn)動武漢理工大學(xué)《汽車發(fā)動機設(shè)計》課程設(shè)計說明書靈活，活塞銷外圓、活塞銷孔和連桿小頭襯套孔都應(yīng)有極高的加工精度。不但尺寸公差要嚴格，尤其要保證嚴格的圓柱度和表面粗糙度。如果尺寸公差偏大，而圓柱度和表面粗糙度值足夠小則可以按尺寸分組選配的辦法保證配合副的理想間隙。7.4活塞銷質(zhì)量m3m=120g7.5活塞銷剛度和強度的校核為保證活塞銷和銷座的可靠工作，需校核活塞銷的彎曲變形，失圓變形，銷座上的表面壓力和活塞銷的應(yīng)力?！?d?/D=16/56=0.3活塞銷的彎曲變形：0.0254mm許用變形：失圓變形：許用失圓變形：滿足要求。小于極限值560bar,滿足要求。武漢理工大學(xué)《汽車發(fā)動機設(shè)計》課程設(shè)計說明書在許用應(yīng)力200到400N/mm2之間，滿足要求。8活塞環(huán)設(shè)計活塞與活塞環(huán)一起防止氣缸內(nèi)的高壓氣體下竄到曲軸箱，同時把很大一部分活塞頂接收的熱量傳給氣缸壁，起這種作用的活塞環(huán)稱為氣環(huán)。此外，還設(shè)置專門的油環(huán)，在活塞下行時把氣量的0.5%,機油消耗量不超過燃油消耗量的0.5%。內(nèi)燃機活塞組與氣缸之間應(yīng)用帶開口的彈性金屬環(huán)實現(xiàn)往復(fù)式密封。由于開口的存在，漏貼合，形成第一密封面。這樣一來，缸內(nèi)氣體不能短路直接通過環(huán)周與氣缸之間，而是進入環(huán)環(huán)背的氣壓力造成的徑向不平衡力Fg又大大加強了第一密封面。盡管環(huán)背氣壓力有時大大超過活塞環(huán)“漏光”),第一密封面被破壞，氣體就直接從縫隙處短路外泄，任何環(huán)背壓力和FR都而且要密封的氣體壓力越高，附加的密封力也越大?？梢哉J為，具有這種自適應(yīng)特性的簡單環(huán)式密封系統(tǒng)，是往復(fù)活塞式內(nèi)燃機有強大生命力的結(jié)構(gòu)保證之一。必須指出，活塞組的密封作用不僅取決于活塞環(huán)，而且與活塞的設(shè)計有很大關(guān)系?；钊麘?yīng)保證活塞環(huán)工作溫度不會過高。環(huán)帶部分與氣缸的間隙應(yīng)盡可能小。環(huán)槽應(yīng)加工精確，且在工8.2氣環(huán)的設(shè)計8.2.1氣環(huán)的斷面形狀磨合性較差，作用在活塞環(huán)上的力及其密封面密封性不且活塞上行和下行時均能在環(huán)的外周面上形成潤滑油膜，摩擦面不易燒傷。錐面環(huán)(圖11-9c)外周面具有很小的斜角(一般為30'~60'),它新裝入氣缸時與氣缸線接觸，磨合快，下行時有良好的刮油作用。安裝時不能上下裝反，否則使竄機油加劇。這種環(huán)適用于環(huán)與環(huán)槽側(cè)面間的間隙不斷變化，可防止環(huán)槽中機油結(jié)膠甚至碳化，適用于熱負荷較高的柴油反扭曲環(huán)(圖11—9f)工作時扭曲成蓋子狀，配合外圓的錐面，具有很強的密封性和刮油能力，常用于緊挨油環(huán)的那道氣環(huán)。8.2.2氣環(huán)的尺寸參數(shù)在保證密封的前提下，活塞環(huán)的數(shù)目應(yīng)盡可能少，因為減少環(huán)數(shù)可縮小活塞高度，減輕活塞質(zhì)量，減小發(fā)動機總高度，降低發(fā)動機摩擦損失?，F(xiàn)代高速內(nèi)燃機大多采用2道氣環(huán)(另有1油環(huán)),重型強化柴油機則用3道氣環(huán)。氣環(huán)的尺寸參數(shù)主要有環(huán)的徑向厚度t、軸向高度b以及環(huán)的自由狀態(tài)形狀和自由開口端距在較小的端距So下就可得出要求的平均徑向壁壓Po,但在套裝到活塞頭部上時易于折斷。對合金鑄鐵的活塞環(huán)來說D/=23~25,P?=0.1-0.2MPa,S?/t=3.5~3.7環(huán)槽深度取4mm8.2.3活塞環(huán)的材料活塞環(huán)一般是由合金鑄鐵鑄造，高強度環(huán)用球墨鑄鐵，經(jīng)熱處理以改善材料的熱穩(wěn)定性?；钊h(huán)的工作表面通常用各種鍍層或涂層，以提高其耐磨性、耐蝕性或改善磨合性。最常用的耐磨層為鍍鉻和噴鉬。松孔鍍鉻不僅硬度高，耐磨耐蝕，而且儲油，抗膠合，廣泛用于汽油機和自然吸氣柴油機。鉬熔點高，噴鉬層抗膠合、抗磨損性能好，能適應(yīng)高溫下工作。噴涂法能造成一定多孔性，也有一定儲油能力。噴鉬環(huán)主要用于增壓強化柴油8.3油環(huán)的設(shè)計氣缸與活塞運動副用飛濺的機油潤滑。油環(huán)的作用是把飛濺到氣缸壁上的多余潤滑油刮下為了能在高速運動中對抗機油的流體動壓力刮下機油，只留下很薄的油膜，油環(huán)工作面的著壁壓力應(yīng)足夠大。因為油環(huán)沒有環(huán)背氣壓力幫助壓向氣缸壁，著壁壓力完全靠本身的彈力產(chǎn)生。單體鑄鐵油環(huán)，由于材料強度所限，只能通過減小與氣缸接觸的工作面積來提高壁壓，最高只能達到0.5MPa左右。如用高強度材料，用較大的徑向厚度t,壁壓可能進一步提高，但環(huán)剛性大，對氣缸變形的追隨性差，刮油能力不好。用具有切向彈力的螺旋襯簧的鑄鐵油環(huán)可使上述兩種單體油環(huán)與環(huán)槽不可避免地有側(cè)向間隙，在環(huán)正常軸向移動或顫振而懸浮在環(huán)槽中間時，機油可能通過側(cè)隙上竄。這種影響在高轉(zhuǎn)速時更大，所以現(xiàn)代高速汽油機常用無側(cè)隙為了使油環(huán)刮油有效，除了油環(huán)結(jié)構(gòu)外，還應(yīng)注意活塞的配合。用單體油環(huán)時必須保持環(huán)槽側(cè)隙盡可能小，這意味著環(huán)槽加工精度要高，變形要小。還應(yīng)注意環(huán)槽須有面積足夠的泄油力dp=pobrodφ對斷面BB產(chǎn)生的彎矩可寫成dM=dpr;sin(o-a)dφ環(huán)從φ=a到φ=π段上的壓力對BB斷面的總彎矩M為式小結(jié)通過這次我們親身的設(shè)計實踐，讓我對發(fā)動機的認識從課本的基礎(chǔ)理論有了更加進一步的理解和掌握。設(shè)計的整個過程都有老師在一旁指導(dǎo)，同學(xué)之間的相互討論，有問題可以及時解決，學(xué)到了很多發(fā)動機和曲軸的知識，我們設(shè)計的發(fā)動機功率很低所以尺寸很不好確定，很感算，繪圖的應(yīng)用能力等方面得到進一步的提高。這次課設(shè)我覺得鞏固了我們以前所學(xué)的專業(yè)課知識，并通過結(jié)合實際，讓我們能從一個全新的角度重新學(xué)習(xí)、認識以前學(xué)過的專業(yè)課知識。在設(shè)計的同時我們也了解國內(nèi)外發(fā)動機的發(fā)展現(xiàn)狀，對當(dāng)代先進的發(fā)動機技術(shù)有了一些了解。參考文獻[1]徐兀.汽車發(fā)動機現(xiàn)代設(shè)計.北京：人民交通出版社，1981.[2]朱仙鼎.中國內(nèi)燃機工程師手冊.上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2000.[3]楊連生.內(nèi)燃機設(shè)計.北京：中國農(nóng)業(yè)機械出版社，1981.[4]周龍保.內(nèi)燃機學(xué).北京：機械工業(yè)出版社，2005.[5]吳兆漢.內(nèi)燃機設(shè)計.北京：北京理工大學(xué)出版社，1990.[6]沈維道.工程熱力學(xué).北京：高等教育出版社，2002.附表一一些需要的數(shù)據(jù)活塞行程s活塞直徑D轉(zhuǎn)速往復(fù)慣性質(zhì)量m;(ka)壓縮比ε余隙容積Ve(L)曲柄半徑連桿長度l半徑/長度λ曲柄角速度W進氣壓力p?壓力升高比7多變指數(shù)n?多變指數(shù)n活塞面積氣缸工作容積+余隙容旋轉(zhuǎn)運動質(zhì)量mr(kg)附表二P-V圖計算表絕熱壓縮行程定容加熱過程絕熱膨脹過程定容換氣過程修正曲線9.2819942900.5626318.0323982904.2506442908.640.5074393.630249290武漢理工大學(xué)《汽車發(fā)動機設(shè)計》課程設(shè)計說明書2.3440672.225275武漢理工大學(xué)《汽車發(fā)動機設(shè)計》課程設(shè)計說明書附表三運動學(xué)計算表曲軸轉(zhuǎn)角02活塞位移0.1879680.7499954.6059566.5717478.84781311.4114120.5584523.9912931.2299934.9635138.7236346.1734849.7887753.2825256.6198359.7673562.6936465.3694471.6407173.07612活塞速度29.4916958.4861786.49927 211.4394235.0891 236.801235.6213231.7458 225.411216.8834119.6738103.429187.1286770.8583354.6678321080.820902.8154320373.537158974.7344956737.071062-5330.00388-8046.85951-10571.6053-11349.9316-11572.78-11506.1046氣缸容積ml23.312325.9231228.0805631.6367936.5336342.6917150.012558.3807577.7323188.42829243.5285246.7292往復(fù)慣性力N0-1438.128913-980.11515252367.61796氣缸容積30.86086433.42924137.66284643.49241450.82346759.53869769.50090180.55634792.538469200.59496213.18293225.12803往復(fù)慣性力-1414.9065-1403.2145-1368.4397-1311.4751-1233.7751-1024.4761103.747037296.559163298.419146.624175299.22614296.15084293.1529469.53476284.2250667.38516278.29545271.39578462.2183445.5561941.8447458.444334-1044.47764.307328-1248.212360.6295250.0053194.9725490.2564170.880891-1218.80624.9139196.93334361.13060179.25942882.5109848601.0654426358.813322236.8001-176.126068-22.44329763-7.3105204-2148.8148385.0099495-3961.53421761.5645142248.066617224.1228359.051375843.09944-7018.25039202.75222457.24105746.78835-8237.01289215.23906227.06683238.14874-10661.8942199.975622248.41409-11100.8396257.8073963.16184-11388.878223.6811266.2870565.79283-11551.687668.14237-11616.654184.38897-11611.44968.12952-11562.5796290.62396-11494.158294.27002296.93995-11375.8267-11352.1946-11.9823299.11717-11398.5791297.90216295.71497292.55296-11591.10942465.156874288.4136869.19507-11621.146366.99388-11594.3779277.2028764.49925-125.104270.1411861.73609-141.073-11260.8983262.12586-10899.7831253.18092-171.58-10375.9001243.34169232.6565748.5847644.93666-210.153209.0164841.21551-1171.90683870.048492722.819913022.5311075245.14389195.80141-219.10884.770219717.031779-191.8778.049105-173.78947.427624.0181240.4857641.359206武漢理工大學(xué)《汽車發(fā)動機設(shè)計》課程設(shè)計說明書20590.0625930.2878929.33325附表四動力學(xué)計算表曲軸轉(zhuǎn)角氣缸絕對壓力Mpa側(cè)壓力N連桿力N切向力N徑向力N000522.46784-171.130.07973-395.582-395.3840.080136-94.1387-128.91185.779770.0808248.00724-132.7330.081796-580.729-591.677-562.3440.083081-23.4781-108.40192.0730457.21390.0847-154.65128.679650.086682-206.39223.1745-124.0550.089068-12.7416-69.64950.09190575.099969.7103727.936690.095252-773.26-774.058630.7373-448.7050.099182-11.4427-16.79992.1751530.1037850.9028590.10917-26.738452.95924-28.733344.48681-134.236-112.2390.122855-760.507-493.0840.141757804.9417-838.5450.15386862.1523-914.615794.9386452.32030.168255-1387.77-239.4580.1854714206.553-4234.87-4066.960.206186-3700.723750.5372478.0120.231277-1231.260.261881-803.9470.29947946.525330.345992-1648.85-1024.61-33829.60.476344-2059.45249.8352987.4780.567166485.2103-2749.282653.2830.6807328180.554-8845.910.8212586707.4524644.26-4839.54250.98-3156.2728675.71-4812.08-8940.69-8136.893704.9776649.878-10938.3-28538.4-9529.97-0.184299842.64-2792.09210520.6221949.1214886.3-55545.2-49104.5-80767.7-79004.19.70024635604.98-66156.7-65433.89753.389-240455244988244547.96.766366-8589.5239657.4239577.6949488.744.56732-63057.8-68185.7-3825.25-14459.92.64542721982.752.250022-11611.3-7253.75-666.076-9179.64-10502.4-1657.82-8908.9242615.7943189.52-41581.2-53508.8-5386