2KW便携式发电机组设计 毕业论文.doc

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1、目 录摘 要 Abstract1 绪论12 设计总论2 2.1 内燃机的概念2 2.2 二冲程汽油机2 2.3 汽油机的设计要求3 2.4 二冲程发动机的发展前景4 2.5 本次设计的原始参数43 活塞组的设计5 3.1 活塞的设计5 3.1.1 活塞的设计要求5 3.1.2 活塞设计中重点解决的问题6 3.1.3 活塞的材料6 3.2 活塞的结构设计7 3.2.1 活塞头部的设计7 3.2.2 活塞裙部的设计8 3.2.3 活塞与气缸的配合间隙9 3.3 活塞主要尺寸的设计10 3.4 活塞强度的校核12 3.4.1 环岸的强度校合123.4.2 活塞裙部的校核13 3.5 活塞传力结构设计

2、13 3.5.1 活塞销座的设计13 3.5.2 活塞销的设计143.5.3 活塞销的尺寸及校核154 连杆组的设计16 4.1 连杆的设计16 4.1.1 工作情况16 4.1.2 设计要求16 4.1.3 连杆材料17 4.2 连杆长度的确定17 4.3 连杆的结构设计17 4.3.1 小头设计18 4.3.2 杆身设计19 4.3.3 大头设计20 4.4 连杆的强度计算20 4.4.1 连杆小头204.4.2 连杆杆身245 曲轴的设计26 5.1 曲轴的工作情况、设计要求及选材26 5.1.1 工作条件26 5.1.2 设计要求26 5.1.3 材料选择27 5.2 曲轴的结构设计2

3、7 5.3 曲轴主要尺寸的确定和结构细节设计28 5.3.1 曲柄销28 5.3.2 主轴颈29 5.3.3 曲柄臂29 5.3.4 油道布置30 5.3.5 曲轴两端的结构30 5.3.6 曲轴的止推30 5.3.7 过渡圆角30 5.4 曲轴的疲劳强度校合316 发电机的设计33 6.1发电机的设计33 6.2 调速装置的设计337 其它组件的设计36 7.1 轴承的设计36 7.2 机体与缸盖的设计36 7.2.1 机体的设计36 7.2.2 缸套与缸盖的设计37 7.3 润滑和冷却系统设计37 7.3.1 润滑系统的设计377.3.2 冷却系统的设计388 总结40致谢41参考文献42

4、文献综述43 50摘要本文对内燃机设计的一般要求进行了总结，并对给定功率的二冲程汽油机进行了设计。主要详细设计了发动机的活塞、连杆和曲轴三个零件，说明了这三个零件的工作条件、设计要求及材料的选着依据，并结合设计使用材料的强度极限对零件进行了刚度和强度的校核。概述了其它组件的设计准则并根据发动机的标定功率及对发电机的功率要求选着了适用的发电机。关键词：活塞 连杆 曲轴 发电机 设计Abstract This paper sums up the general request for IC Engine Design and carries on the design for two-stroke

5、 gasoline engine of constant power which is detailed on piston, connecting rod and bent axle of engine. It also explains the work condition, design request and terms for selecting materials. Whats more, the rigidity and strength inspections have been done by combining ultimate strength of materials

6、in design. In this paper, the design criteria have been summarized, and according to the calibration of engine power and the request of generator power, applicative generators have been chosen.Key Words: piston connecting rod bent axle generator design 重庆理工大学毕业论文 2KW便携式发电机组设计1 绪论 自改革开放以来，我国小型二冲程汽油机的

7、发展速度相当可观。截至目前为止，生产厂家由原来的几个发展到几十个，遍及全国各地，其品种，由数种发展到二十余种，年产量达十万台以上，而且随着生产技术水平、产品质量和产量的不断提高，其配套使用范围逐渐扩大。二冲程汽油机的应用地区非常广泛，从新疆地区到东海之滨，从严寒的东北到酷热的海南岛均有使用，在国民经济中占有一定的低位。到21世纪，人们面临着许多不容回避的严峻挑战，其中资源、环境、生态即是这些挑战中的重要方面。现在能源问题已是世界瞩目的问题，能源前景不容乐观，能源危机将日益深化；环境污染日趋恶化，已引起人们的严重关注和不安，能源与环境已成为21世纪制约经济发展的重要因素。有关专家在预测21世纪前

8、10年世界经济发展和能源与环境状况时指出：促进经济增长、提高生活水平、保证能源供应是各国努力的方向；在实现经济目标的同时，保持洁净环境将是各国面临的一大挑战。故而发动机设计对其动力性、经济性和环保性有很高的要求。 本课题研究的目的是根据给定的发电机功率对二冲程发动机的主要部件进行设计，如活塞、连杆和曲轴，并选择发电机的型号。对三个主要部件进行设计要先选着好使用的材料，然后对其进行受力分析并进行尺寸设计，然后对设计的尺寸进行刚度和强度的校核。由于该发动机的适用地区广泛，故其可能处在的工作环境非常复杂，内部结构设计的不合理，往往会导致不良的工作状态以及各种污染。本课题设计从提高动力性、经济性和环保

9、性的角度，通过对各个零件的研究、取材与设计，使该发动机符合更广泛的需求。 2 设计总论 2.1 内燃机的概念 内燃机是一种动力机械，它是通过使燃料在机器内部燃烧，并将其释放出的热能直接转化为动能的热力发动机。活塞式内燃机于十九世纪六十年代问世，进过不断的探索改进，内燃机的功率和热效率不断的提高，由于其配套方便，机动性好，内燃机得到了广泛的应用。根据所用燃料种类的不同，活塞式内燃机主要分为汽油机、柴油机和气体燃料发动机三类。汽油发动机是以汽油作为燃料的发动机，由于汽油粘性小，蒸发快，可以用汽油喷射系统将汽油喷入气缸，经过压缩达到一定的温度和压力后，用火花塞点燃，使气体膨胀做工。汽油机的特点是转速

10、高，质量轻，结构简单，造价低廉，运转平稳，使用维修方便。2.2 二冲程汽油机 二冲程汽油机由于体积小、移动方便，再加上其易于启动（尤其是在寒冷的冬天），维护方便且价格较低，不但在小型手持机具中，而且在一些工程机械中也有大量应用。二冲程汽油机机油是与燃料混合后进入发动机的，并且随燃料烧掉，不像四冲程汽油机机油那样在润滑系统内循环使用。其发动机气缸体上有三个孔，即进气孔、排气孔和扫气孔，这三个孔分别在一定时刻由活塞关闭。其工作循环包含两个行程：1、 第一行程：活塞至下止点向上移动，三个气孔同时被关闭后，进入气缸的混合气被压缩；在进气孔被压缩时，可燃混合气流入曲轴箱。 图2-1 二冲程汽油机工作原理

11、2、活塞压缩到上止点附近时，火花塞点燃可燃混合气，燃气膨胀推动活塞下移做工。这是进气孔关闭，密闭在曲轴箱内的可燃混合气被压缩；当活塞接近下止点时排气孔开启，废气排出；随后扫气孔开启，受预压的可燃混合气冲入气缸，驱除废气，进行换气过程。二冲程汽油机工作原理图如图2-1。2.3 汽油机的设计要求 为了使发动机便于维护保养、好修、好造，应使各调整部位便于接近，结构简单合理，工艺性良好。为了更好的适应市场的需求对发动机的设计有以下要求： 1、可靠性和耐久性的要求。可靠性是指在规定的运转条件下，规定的时间内，具有持续工作，不会因为故障而影响正常运转的能力，对于可靠性高的内燃机应在保证期内不发生停车故障和

12、需要更换主要或非主要零件的故障；耐久性是指从开始使用到大修期的时间，耐久性差可能导致发动机启动困难甚至无法启动、排气冒蓝烟、机油消耗量明显加大、动力性明显下降、工作噪声变大等。由于发动机的工作状况与驾驶员的安全息息相关，故而在设计中对发动机零件的强度与刚度要有充分的重视，确保其可靠性与耐久性。2、低公害的要求。发动机的噪声，主要来自燃烧噪声、气体流动噪声和机械噪声三个方面，在城市生活日益复杂的今天，噪声已成为城市的主要污染源之一；发动机排放的污染问题，对全世界来说都十分重视，并根据本国本地区的实际情况制定相应的排放法规。随着环境保护要求的日益提高，对汽油机造成的污染的问题也受到越来越多的关注，

13、因此在设计中应考虑到降噪减排的要求，以达到我国IMO的相关规定。3、经济性的要求。发动机的经济性指标主要指燃油消耗率指标，即每千瓦小时的燃料消耗重量。对于固定工况使用的内燃机是指标定功率时的燃油消耗率；对变工况使用的内燃机，则一般是指外特性曲线上的最低油耗率。由于国际油价的不断上涨，提高汽油机经济性，降低成本是必然要求。内燃机的经济性是内燃机设计师和使用者永远追求的目标。4、质量、外形尺寸的要求。质量、外形尺寸是评价设计的紧凑性和金属利用程度的指标。不同用途的内燃机对质量和外形尺寸指标的要求不尽相同。比如汽车发动机要求质量和外形尺寸都要小，而工程机械和拖拉机则可能稍大一些。不管怎样，设计紧凑，

14、质量轻总是内燃机设计追求的目标，在保证质量和可靠性的前提下，应优选国产材料降低生产成本。5、内燃机设计的“三化”要求。“三化”是指：（1）产品系列化，它是指基本尺寸相同，不同的排列、缸数、增压度，以满足不同的需求；（2）零部件通用化，它是指同一系列的主要零件能够通用，以减少开发成本；（3）零件设计标准化，它是指按照国家标准、行业标准或企业标准设计，提高设计图样和资料的可读性和交流性，便于技术交流，同时也起到减少生产和采购成本的作用。“三化”可以提高产品的质量，减少设计成本，组织专业化生产，提高劳动生产率，便于使用、维修和配件供应，因此在进行内燃机设计时，要最大化的满足“三化”要求。2.4 二冲

15、程发动机的发展前景进入21世纪，节能与环保将是内燃机发展面临的两大主题，在石油短缺，环境恶化的严峻形势下，寻求提高经济性和降低排放的技术途径将是内燃机研究的主要任务，以保持内燃机新的发展活力。为了寻求技术突破，国外不少研究单位都在进行着二冲程发动机的研究工作，有关二冲程发动机的新方案、新实验、新机型都不断的被研究开发出来。二冲程发动机结构较为简单，且在生产过程中耗的人工、材料、能源及工艺等相比于四冲程发动机都要低，不管从成本上，还是使用的方便性与安全可靠性上来说，二冲程发动机都能较高的满足要求，因此它在市场上的发展前景非常广泛。 本2.5 本次设计的原始参数 设计原始给定数据如表2-1。 表2

16、-1 原始参数发电机额定频率Hz50额定电压V110/115/120/220/230/240额定功率KW2最大功率KW2.2汽油机单缸、强制风冷、二冲程标定功率KW4.1kw/3600rpm压缩比8.5：1连续工作时间h3设计取缸径D=68，行程S=45，排量为163，强制风冷。 3 活塞组的设计活塞组包括活塞、活塞销和活塞环等在气缸里做往复运动的零件，它们是活塞式发动机中工作条件最严酷的组件。发动机的工作可靠性与使用耐久性在很大程度上与活塞组的工作情况相关。活塞组件与气缸一起保证发动机工质的可靠密封，否则活塞式发动机就不能正常运转。活塞组零件工作情况的共同特点是工作温度很高，并在很高的机械负

17、荷下高速滑动，同时润滑不良，这决定了它们遭受强烈的磨损，并且可能产生滑动表面的拉毛，烧伤等故障。实践经验证明，活塞组零件的寿命决定发动机的维修间隔。在大功率强化发动机中，活塞组的热负荷往往限制了发动机的强化潜力。由此可见，提高活塞组件零件的工作可靠性和耐久性具有极其重要的意义。活塞组的作用归结为以下几点：（1） 传力、导向。承受燃烧室内气体的压力，将压力传递给连杆，并保证活塞在气缸内顺畅运动。（2） 密封。通过活塞环和活塞密封气体，保证缸内工质不泄漏或者很少泄漏。（3） 传热。在密封的基础上，通过活塞环和活塞裙部向缸壁传递热量。（4） 配气。完成进气、压缩和排气功能，在二冲程发动机中还起到配气

18、滑阀的作用。3.1 活塞的设计活塞是二冲程发动机的重要零件之一。它在高温高压下工作，承受很大的热负荷和机械负荷。工作过程中，活塞与活塞环、气缸不断发生高速的摩擦，由于润滑条件差，摩擦损失大，磨损严重。活塞的设计与制造对发动机的动力性能，经济性能、使用寿命、噪声和震动以及废气污染都有重要影响。3.1.1 活塞的设计要求 活塞是在高温高压高速运动下工作的，为保证活塞能够正常工作，根据其工作条件，在进行活塞设计时应有以下要求： （1）选用热强度好，散热性好，膨胀系数小，耐磨、有良好减摩性和工艺性的材料。 （2）形状和壁厚合理，吸热少，散热好，强度、刚度符合要求，尽量避免应力集中，与缸套有最佳的配合间

19、隙。 （3）密封性好，摩擦损失小。 （4）重量轻。3.1.2 活塞设计中重点解决的问题活塞顶吸收的热量约占燃料总发热量的2%4%。经活塞环传给气缸壁的热量占70%80%，经活塞本身传给气缸壁的热量占10%20%，而传给曲轴箱空气和机油的仅占10%左右。铝合金活塞的温度应保证某些部位的温度不超过以下数值： 活塞顶：375 第一环槽：180220 活塞顶内表面：250 活塞销座：180活塞设计应重点解决的问题是：（1） 改善活塞顶及第一行的工作条件，防止顶部热裂，环槽的过度磨损。（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） 设计合适的裙部外形，提高裙部承载能力，减小配缸间隙，

20、改善磨损，并使运转平稳。3.1.3 活塞的材料根据对活塞的设计要求，活塞的材料选择应有以下要求：（1） 热强度高。即使在300400高温下仍有足够的机械性能，使零件不致损坏；（2） 导热性好，吸热性差。以降低顶部及环区的温度，并减少热应力；（3） 膨胀系数小。使活塞与气缸间能保持较小间隙；（4） 比重小。以降低活塞组的往复惯性力，从而降低了曲轴连杆组的机械负荷和平衡配置；（5） 有良好的减摩性能，耐磨，耐蚀；（6） 工艺性好，价廉。基于以上要求，本设计活塞取用材料为铝合金，牌号为。由于铝合金密度较小，故而用于活塞制造时可以减轻活塞重量，进而减小惯性力，有利于高速发动机的发展。另外铝合金导热性能

21、非常好，其热导率比铸铁大很多,有利于降低活塞的工作温度，一般铝活塞的工作温度比铸铁活塞的工作温度低100.活塞温度低，可以使发动机有较高的充气效率，防止润滑油变质，改善活塞环的工作条件。对汽油机来说，采用铝活塞还为提高压缩比、改善发动机性能创造了重要条件。铝合金材料的缺点之一是温度升高时硬度和强度下降较快，膨胀系数较大，这可以通过添加适量的合金元素进行改善。3.2 活塞的结构设计活塞的结构设计包括了活塞头部的设计、活塞裙部的设计以及活塞与气缸的配合间隙的设计。3.2.1 活塞头部的设计活塞头部包括顶部与环带部两部分。其主要功用是承受气体压力，并通过销座把它传给连杆，同时与活塞环一起配合气缸密封

22、工质。因此活塞头部的设计要点是：（1） 保证它具有足够的机械强度与刚度，以免开裂和产生过大变形，因为环槽的变形过大势必会影响活塞环的正常工作；（2） 保证温度不过高，温差小，防止产生过大的热变形和热应力，为活塞环的正常工作创造良好条件，以避免顶部热疲劳开裂；（3） 尺寸尽可能紧凑，因为压缩高度缩短一个单位，整个发动机高度可以缩短两个单位，并显著减轻活塞重量。活塞顶部的形状，对于四冲程内燃机主要取决于燃烧室形式；对于某些二冲程内燃机则需要考虑换气的需求。本设计活塞采用平顶形式，活塞顶内部不加肋条，做成光滑的内顶。活塞顶的厚度是根据强度、刚度及散热条件来确定的。由于值越大，顶部热应力也越大，因此在

23、满足强度要求的条件下，尽量使值取得小些，对于直径较小的活塞若能满足散热要求，一般也能满足强度要求。活塞顶厚度随活塞材料的不同而有较大的差别，铝活塞的值：汽油机为,本设计取。活塞环带高度取决于气环与油环的数目以及各环槽和环岸的高度。活塞环数取决于密封的要求，它与内燃机的气体压力及转速有关。由于漏气量随气体压力和气缸直径的增大而增加，随内燃机转速的增大而减少，因此高速内燃机的环数比低速内燃机的少，汽油机的环数比柴油机的少。一般汽油机和高速柴油机采用两道气环、一道油环。除了环的数目外，为减小环带高度就要从减小环槽高度和环岸高度着手。环岸高度主要取决于机械强度，环槽的高度取决于环高，本设计气环和油环环

24、槽高度分别为：，；环岸高度分别为：，。根据设计的环槽，本活塞活塞环设计采用两道气环一道油环的设计。三道环均采用桶面环的结构形式，材料选用不锈钢，牌号为。本活塞采用整体式活塞。减轻活塞热负荷的设计措施如下：（1） 尽量减小顶部受热面积；强化顶面，采用不同的材料或将表面进行处理。（2） 保证热流畅通。（3） 采用适当的火力岸高度。（4） 顶部内测喷油冷却。（5） 顶部设油腔冷却。3.2.2 活塞裙部的设计活塞裙部是指活塞头部最低一个环槽以下的那部分活塞，它的主要作用是引导活塞运动，并承受侧向力。设计活塞裙部时，必须注意保证裙部在工作时具有正确的圆柱体形状、裙部和气缸之间的间隙要最小以及有适当的比压

25、。这些是保证活塞在气缸中得到正确导向、减小磨损和噪声等的重要条件。早期的活塞裙部做成正圆柱形。在发动机运转时活塞裙部与气缸在活塞销方向上经常发生拉毛现象。分析其原因，主要是由于裙部销轴方向在工作时的变形比较大引起的。为此，需要研究活塞的变形情况，有如下三种：（1） 活塞受到侧向力的作用。承受侧向力作用的裙部表面，一般只是在两个销孔的弧形表面。这样，裙部就有被压偏的倾向，使它在活塞销方向上的尺寸增大。（2） 由于加在活塞顶上的爆发压力和惯性力的联合作用，使活塞顶在活塞销的跨度内发生弯曲，使整个活塞在活塞销座方向上的尺寸变大。（3） 由于温度升高引起热膨胀，其中活塞销座部分因壁厚比其它部分要厚，刚

26、度大，所以发生热膨胀时变形比较严重。上述三种情况共同作用的结果都使活塞在工作时沿销轴方向胀大，使裙部横截面的形状变成“椭圆”形，使得在椭圆形长轴方向上的两个断面与气缸间的间隙消失，以致造成拉毛现象。在这些因素中，机械变形影响一般来说不太严重，主要还是受热膨胀产生变形的影 响比较大。防止裙部变形的主要方法有：选着膨胀系数小的材料，进行反椭圆设计，采用绝热槽，销座采用恒范钢片，裙部加钢筒等方法来达到。热负荷严重的活塞环带也设计成椭圆。本设计活塞裙部为椭圆形状，长轴垂直于销轴方向，短轴平行于销轴方向。裙部型线可按公式：计算，公式中和分别为椭圆的长轴和短轴长度。本设计中，。计算得裙部椭圆数据见表3-1

27、。0.0000.0450.1750.3750.6200.8801.1251.3251.4551.500 根据计算结果绘制的裙部椭圆坐标圆图如图3-1。图3-1 裙部椭圆坐标圆图3.2.3 活塞与气缸的配合间隙活塞各部位与气缸之间的间隙是不同的。最重要的是活塞顶部的间隙和垂直销孔方向的裙部间隙。减小活塞顶部的间隙可以降低活塞头部及第一环的热负荷，减小裙部的间隙可以降低发动机的噪声；但是设计中如果间隙过小，也容易引起活塞的损伤和拉缸。活塞间隙与发动机的强化程度、活塞的热负荷、活塞的材料、热处理规范及活塞外形等因素有关。活塞顶部间隙：共晶铝硅合金约为0.006D 过共晶铝硅合金约为0.0055D活塞

28、裙部间隙：风冷铸铁气缸约为（0.001160.00167）D 镶铸铁缸套的铝气缸约为（0.000830.00116）D 镀铬铝气缸约为（0.00050.00083）D活塞的配缸间隙是活塞设计中的难题，必须经过反复的设计才能确定最佳的配缸间隙。3.3 活塞主要尺寸的设计活塞的主要结构尺寸如图3-2。 图3-2 活塞结构简图（1） 压缩高度 压缩高度为活塞中心到活塞顶的高度，决定了活塞销的位置，它与顶岸高度、环带高度及上裙高度有关。在保证气环有较好的工作条件下，应该尽量缩短压缩高度值，这样可使内燃机的高度降低。压缩高度在制造时必须保证很高的精度，这是由于压缩高度的精度对压缩比有直接的影响。二冲程发

29、动机活塞压缩高度。本设计。（2） 火力岸高度 火力岸高度决定第一环的热负荷。它应根据活塞的热负荷使第一环的工作温度不超过允许极限值。同时，在保证第一环可靠的条件下，尽量缩小火力岸高度，以求降低活塞的高度和质量，保证发动机有足够大的有效行程。二冲程发动机活塞火力岸高度。本设计。（3） 环带高度 环带高度取决于活塞环数、环高及环岸高度。环岸高度主要根据机械强度来确定。第一环岸由于气体压力较大而工作温度又较高，其高度往往可稍大于其他环岸。由前述可知，本设计气环和油环环槽高度分别为：，；环岸高度分别为：，。故环带高度可确定为：。（4） 活塞总高度 活塞高度与火力岸高度、环带高度及各部高度有关。上述参数

30、决定后，也就确定了。活塞总高决定了活塞的质量以及往复运动的惯性力，影响活塞裙部的承压面积，总的原则是尽可能选择较小的值，这样可以减小往复运动质量并降低内燃机的高度。二冲程汽油机,本设计取。（5） 活塞顶部厚度 活塞顶部厚度应根据活塞顶的应力、刚度以及散热要求来决定。由前述可知铝活塞的值：二冲程汽油机为,本设计取。（6） 裙部长度 由以上数据可求得裙部高度为： （7） 活塞环槽设计 活塞环槽设计包括环槽断面形状设计和选着活塞环与环槽的配合间隙。活塞环槽的断面形状见图3-3。环槽底部设计成圆角。圆角尺寸既要保证圆角处不产生过大的应力集中，又要保证活塞环在环槽中有径向运动的空间。环槽必须有适当的倒角

31、，一般图3-3 环槽断面形状图为。圆角过小，当环岸出现毛刺时，有可能卡住活塞环，引起漏气量增加，倒角过大会使活塞环漏气量增大，环槽的行位精度也会影响发动机的漏气量。环槽上下两平面的。第一环槽平面的平面度在全部圆角上不大于0.007，其它环槽平面的平面度在全部圆角上不大于0.010。活塞环槽平面母线对裙部轴线的垂直度：当环槽成碟形向上倾斜时不大于；当环槽成伞形向下倾斜时不大于。环槽平面对裙部轴线的圆跳动不大于0.05。底径表面对裙部轴线的圆跳动不大于0.15。环槽的侧隙过大，会加剧环对环槽的冲击，加剧环槽的磨损，影响活塞的可靠性和寿命。侧隙过大还会引起发动机漏气量增加。侧隙过小，环槽内油泥将积存

32、引起活塞环粘着烧坏，侧隙的参考值见表3-1。本设计取环槽间隙：，。环槽的背隙比较大，以免环与环底圆角干涉，一般气环为0.5左右，油环更大些。表3-1 侧隙参考值（） 缸径活塞环种类四冲程二冲程水冷风冷水冷风冷2060第一道环0.030.040.050.07第二道环0.030.030.030.03油环0.030.030.030.0360100第一道环0.040.050.060.09第二道环0.030.040.040.05油环0.030.030.030.033.4 活塞强度的校核3.4.1 环岸的强度校合查阅参考样机参数取最大爆发压力为。则第一环上下表面的压力分别为： 环槽深度，槽底直径。作用在岸

33、根的弯矩为： 环岸根断面的抗弯断面系数为： 所以根部危险截面上的弯曲应力为： 同理，剪切应力为： 按合成应力公式计算得到环岸所受应力为： 考虑到铝合金在高温下的强度下降以及岸根部的应力集中，铝合金的需用应力，故本设计合格。3.4.2 活塞裙部的校核查阅参考样机参数取活塞裙部所受最大侧向压力，由前述得知活塞的裙部长度。则裙部表面比压为： 一般发动机活塞裙部比压值约为0.51.5，本设计值在这个范围内，故本设计合格。3.5 活塞传力结构设计 活塞的传力结构总体的设计要求为：活塞销的刚度、耐磨性和韧性要好。活塞销座的耐磨性要好，刚性要能适应活塞销的变形。活塞销一般选择低碳钢或低碳合金钢，活塞销应进行

34、表面淬火，增加耐磨性。活塞销座上方开卸载槽，缓和接触应力，提高变形适应性。3.5.1 活塞销座的设计活塞销座与活塞销是一对摩擦副。活塞销座承受周期变化的气体作用力和活塞销座以上部分的往复惯性力的作用，这些力都是带有冲击性的；从运动情况看，活塞销在活塞销座中由于连杆小头的制约，其转动角度很小，在这样小的转动角度下，很难在销与销控之间形成一层良好的油膜，所以润滑条件较差。在膨胀过程中，活塞顶上作用着气体压力，而活塞销座部分则承受着活塞销的反作用力，在这两种力的作用下，活塞产生一定的变形。活塞销由于承受活塞销座传递的气体作用力而产生向下的弯曲变形。这两种变形的不协调结果，使销与销座之间的接触情况大为

35、恶化，在销孔内侧处产生很大的棱缘负荷，导致活塞销座开裂。为了减轻销孔内侧的压力集中，在设计时应使活塞销有较大的刚度，由此减小它的弯曲变形。对活塞销座从总体上应增加它的刚度，减小它的变形。但从局部来说应使它有一定的弹性以适应局部变形。具体可采取以下一些措施：（1） 在活塞销座与顶部连接处设置加强肋，这可增加活塞销座的刚度。采用双肋时，由于两个肋条斜置，其中间有一凹穴，这使活塞销座有一定的弹性，能较好地适应活塞销的弹性变形。（2） 将销孔内缘加工成圆角或倒棱，或将活塞销座内侧上部加工出一个弹性凹槽。这些措施都能减轻活塞销座的棱缘负荷。（3） 将销孔中心相对活塞销座外圆向下偏心34，使活塞销座的厚度

36、上面比下面大些，以加强活塞销座承压强度。为了同样的目的，有时将活塞销座设计成上长下短的形式，相应的将连杆小头做成上窄下宽的形式，或是将销座做成阶梯形。这样，对气体压力很大的柴油机，可使其活塞销座及连杆小头的单位压力在上、下两面趋于接近。（4） 还可以将活塞销座间距缩小，以减小活塞销的弯曲。（5） 铸铝活塞的销孔中压入锻铝合金的衬套，试验证实可提高抗裂纹能力50%60%。3.5.2 活塞销的设计由于活塞销座的温度比较高，并且活塞销在活塞销座中做摇摆运动，因此不利于实现良好的液力润滑；尤其是在二冲程发动机中，载荷始终是在一个方向上作用在活塞销和连杆小头及活塞销座的表面上，因此更难实现良好的润滑。这

37、样常常会使活塞销受到过度磨损。在设计活塞销时，应该使活塞销具有足够高的机械强度和耐磨性，同时还要有较高的疲劳强度。对高速发动机来说，活塞销的结构质量应该尽量轻，以减少往复运动的惯性力。根据活塞销的工作条件和设计要求，活塞销的摩擦表面应具有高硬度，内部应富有韧性和较高的强度，但是硬的表层必须和内部紧密结合，保证活塞销在冲击载荷的作用下没有金属剥落和金属层之间分离的现象。活塞销通常用低碳钢和合金钢制造，为使活塞销的外层硬并耐磨、内部富有韧性，需要对活塞销进行热处理。活塞销的固定方式有三种：第一种，采用浮式销，浮式销在活塞销座和连杆小头中都可转动。第二种，活塞销固定于活塞销座上，在连杆小头中可以转动

38、。第三中，活塞销固定于连杆小头上，在活塞销座中可以转动。本设计材料选用45钢，热处理采用表面淬火，淬火层的深度为11.5，采用浮式销的固定方式。3.5.3 活塞销的尺寸及校核 （1）活塞销的尺寸，主要是指活塞销外直径、内直径和活塞销的长度。 在本设计中：外直径； 内直径； 长度 。（2）强度的校核 活塞销抗弯截面系数为： 活塞中央截面弯矩经计算得： 所以弯曲应力 因为45钢的，故，活塞销的设计符合强度要求。 （3）刚度的校核最大剪切应力出现在销座和连杆小头之间的截面上，横断面的最大剪切应力发生在中性层上，按一下公式计算得： 许用最大剪切应力，故本设计符合刚度要求。 4 连杆组的设计内燃机的连杆

39、组包括连杆体（小头、杆身、连杆大头）、连杆盖、连杆螺栓、轴瓦和连杆螺栓。连杆组的作用是将活塞上所受的力传递给曲轴变成转矩，同时将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动。4.1 连杆的设计4.1.1 工作情况连杆小头与活塞销相连接，与活塞一起做往复运动；连杆大头与曲柄销相连和曲轴一起做旋转运动。因此，连杆体除了有上下运动外，还左右摆动，作复杂的平面运动。连杆的基本载荷是拉伸和压缩，最大拉伸载荷出现在进气冲程开始的上止点附近，其数值为活塞组和计算断面以上那部分连杆质量的往复惯性力： 式中，、分别为活塞组合计算断面以上那部分往复运动的连杆质量。最大压缩载荷出现在膨胀行程开始的上止点附近，其数值是爆发压力产生的推力减去前述的惯性力： 式中，为作用在活塞上的气压力。对于二冲程发动机，连杆在上止点附近承受最大压缩载荷，此外连杆还可能承受由于加工不准确，承压面对连杆轴线不对称等引起的附加弯曲载荷。4.1.2 设计要求 连杆主要承受气体压力和往复惯性力所产生的交变载荷。因此，在设计时应首先保证连杆具有足够的疲劳强度和结果刚度。如果强度不足，就会发