465汽油機活塞的優(yōu)化設計畢業(yè)設計

1、<p><b>　　畢業(yè)設計（論文）</b></p><p>　　題 目 465汽油機活塞的優(yōu)化設計 </p><p>　　院 （系） 機械與動力工程學院 </p><p>　　專業(yè)班級 熱動普2010-03 </p>&

2、lt;p>　　學生姓名 學號 </p><p>　　指導教師 職稱 講 師 </p><p>　　評閱教師 職稱 高 工 </p><p>　　201_年 6 月 日 &

3、lt;/p><p>　　學生畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明 </p><p>　　本人以信譽聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文）是在導師徐妙俠的指導下進行的設計（研究）工作及取得的成果，設計（論文）中引用他（她）人的文獻、數(shù)據(jù)、圖件、資料均已明確標注出，論文中的結論和結果為本人獨立完成，不包括他人成果及為獲得重慶科技學院的學位或證書而利用其材料。與我一同工作的同志對本設計（研究）所做的任何貢獻

4、均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。 </p><p>　　畢業(yè)設計（論文）作者（簽字）： </p><p>　　年 月 日</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本文介紹了活塞式發(fā)

5、動機的設計方法和過程，并按照對465汽油機活塞的三維建模和有限元分析的實際應用體現(xiàn)出計算機輔助工程技術在產(chǎn)品設計早期的優(yōu)越性：即是說一方面創(chuàng)建一種基本的計算機分析模型，對活塞進行仿真模擬，以指導產(chǎn)品設計；另一方面建模參考和提供一些規(guī)范和實證的虛擬分析平臺，也促進了企業(yè)的技術開發(fā)和創(chuàng)新能力，并奠定了基礎。在本文中，或在計算機輔助工程建模和仿真技術應用于活塞的結構設計和驗證的例子，三維建模和有限元分析方法的使用，創(chuàng)造了一個適合活塞的數(shù)字模型

6、，為了預測產(chǎn)品的強度和生活水平，提升設計的效率和科學。</p><p>　　關鍵詞：汽油機 活塞設計 有限元分析</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This paper introduces the design method and process of the piston engine, and a

7、ccording to the actual application of three-dimensional modeling of engine piston 465 gasoline and finite element analysis shows the superiority of computer aided engineering technology in the early product design: that

8、is to say the analysis model on the one hand to create a basic computer, simulate the piston, in order to guide product design; on the other hand modeling reference and provides a virtual platform some</p><p&g

9、t;　　Key words: Gasoline engine Piston design Finite element analysis</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b

10、>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1課題研究的目的和意義1</p><p>　　1.2活塞有限元分析研究的發(fā)展現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2.1活塞有限元模型2</p><p>　　1.2.2邊界條件的確定3</p><p>　　1.2.3活塞有限元分析研究4</

11、p><p>　　1.3本課題的主要內(nèi)容和主要研究方法4</p><p>　　1.3.1課題的主要內(nèi)容4</p><p>　　2 活塞的設計和活塞的建模5</p><p><b>　　2.1 概述5</b></p><p>　　2.2活塞的設計要求5</p><p>　

12、　2.3活塞材料的選取6</p><p>　　2.4基本設計和強度校核6</p><p>　　2.4.1本文所需設計的汽油機性能參數(shù)6</p><p>　　2.4.2活塞的結構設計7</p><p>　　2.4.3活塞裙部及其側表面形狀的設計9</p><p>　　2.4.4活塞銷的設計10</p&g

13、t;<p>　　2.4.5活塞環(huán)設計12</p><p>　　2.5活塞組的建模15</p><p>　　2.6.1 Pro/E軟件簡介15</p><p>　　2.6.2活塞組的建模15</p><p>　　2.6本章小結25</p><p>　　3 汽油機活塞的有限元分析27</p&

14、gt;<p>　　3.1活塞傳熱邊界條件的確定27</p><p>　　3.1.1活塞頂部換熱系數(shù)和燃氣的平均溫度27</p><p>　　3.1.2活塞側面的換熱系數(shù)和環(huán)境溫度27</p><p>　　3.2活塞應力場三維有限元分析28</p><p>　　3.2.1活塞邊界條件的處理28</p>&l

15、t;p>　　3.2.2活塞載荷及約束的處理29</p><p>　　3.3活塞的有限元分析29</p><p>　　3.3.1設置活塞的材料29</p><p>　　3.3.2設置活塞的約束條件及載荷30</p><p>　　3.3.3定義并運行分析33</p><p>　　3.3.4獲取分析結果33

16、</p><p>　　3.4本章小結35</p><p><b>　　4 結論36</b></p><p>　　4.1全文總結36</p><p>　　4.2本設計重要成果36</p><p>　　4.3 不足及展望36</p><p><b>　　參考

17、文獻37</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1課題研究的目的和意義</p><p>　　活塞組用于發(fā)動機，在很大程度上影響其工作條件下的耐久性和可靠性的發(fā)動機?；钊M要求有可靠的密封，確?；钊桨l(fā)動機的正常運行。</p><p>　　活塞組包括活塞、 活塞銷和活塞

18、環(huán)。 這其中活塞的設計是本次設計的重要內(nèi)容。由于活塞組零件的工作條件都是在高溫條件下，也告訴滑動在非常高的機械滿足。在時間為連桿擺動的周期運動一樣，在力的作用在活塞連桿，活塞也由交流側壓力的影響，使活塞缸連續(xù)沖擊，往往使活塞裙部變形。 一般情況下活塞設計要在確保強度和剛度的時候，向著結構輕巧、簡單、且截面變化處的過度要圓滑，從而達到降低應力集中的目的。</p><p>　　發(fā)動機的可靠性一直是發(fā)動機設計問題最關心

19、的，和之間的可靠性主要取決于結構，發(fā)動機配件，材料和配件，配套技術。汽車發(fā)動機的未來發(fā)展方向是高功率輸出和低燃油消耗，所以保持在同一時間，光的高可靠性，減少摩擦損失。畢業(yè)設計，熟悉活塞溫度場測量方法，優(yōu)化設計的汽油發(fā)動機活塞。這可以提高系統(tǒng)的可靠性，高壽命，發(fā)動機的排放和經(jīng)濟性。</p><p>　　早期的單一研究，為了簡化計算，汽油發(fā)動機活塞通常被簡化為一個對稱分量，以1 / 2或1 / 4的網(wǎng)格和有限元模型的

20、分析，不僅可以節(jié)省計算時間，而且可以得到的結果更現(xiàn)實。但是，對稱模型只適用于那些沒有冷卻的中、小功率發(fā)動機活塞的活塞冷卻油道，非對稱結構的空腔，1 / 4或1 / 2的簡化模型是不正確的。因此，使用對稱性，內(nèi)燃機活塞的三維實體模型，將有限元分析所需要的。然而，唯一的缺點是太浪費CPU時間。因此，活塞的對稱結構，可以使用1 / 2或1 / 4模型簡化計算，可以節(jié)省CPU時間，而不影響計算精度；與活塞的非對稱結構，以確保準確的模型是以對稱性

21、。</p><p>　　活塞組的熱傳導分析過程當中，因為計算的簡便使得穩(wěn)態(tài)傳熱的方法得到了普遍應用。在邊界條件的計算，通過計算第三種邊界條件通常。用穩(wěn)態(tài)法相比，瞬態(tài)熱傳導分析更可靠，更接近于實際情況。在瞬態(tài)研究當中，每循環(huán)在實際工況下，因為活塞的運動，活塞的有限元計算網(wǎng)格是隨時間的變化自動生成新的有限元網(wǎng)格；而且對應每個邊界條件都得做一次有限元分析，這對計算機和軟件的要求都很高。</p><p

22、>　　這種研究在國內(nèi)是以簡化模型為基礎的，用經(jīng)驗公式擬合相應的利用穩(wěn)態(tài)傳熱研究的瞬態(tài)問題。汽車發(fā)動機的未來發(fā)展方向是高功率輸出和低燃油消耗，所以保持在同一時間，光的高可靠性，減少摩擦損失?；钊狡桶l(fā)動機，將目前國內(nèi)外鍛鋁活塞裙部作為未來發(fā)展的目標和方向。</p><p>　　1.2活塞有限元分析研究的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　在汽車市場的激烈競爭，促使制造商的產(chǎn)品開發(fā)周期大大縮

23、短；另一方面，發(fā)動機還向壓力，高功率，重量輕的方向迅速發(fā)展，研究人員更加重視對發(fā)動機強度的研究。從而使不少新的研究方法運用于其中，用來解決發(fā)動機所遇到的工作可靠性問題。對活塞承受如此大熱負荷的發(fā)動機關鍵零件，它的熱負荷和熱強度是影響發(fā)動機耐久性、經(jīng)濟性可靠性和可靠性的關鍵問題。尤其是在發(fā)動機的方向趨勢，高壓力，高強度開發(fā)的活塞，只考慮機械負荷是不夠的。發(fā)動機更高的性能在實際操作中的局部熱負荷太高，超出了軸承材料限制，通過熱裂解和燃燒引起

24、的，所以熱力計算和計算機輔助優(yōu)化設計已成為一個重要的研究課題是傳熱和內(nèi)燃機的熱。熱負荷程度經(jīng)常利用零件工作的最高溫度、局部差別方向的溫度梯度及對應的熱應變、熱應力和零件局部承受的高頻和低頻熱疲勞來評價。所以，活塞的熱強度和熱負荷分析與有限元方法的重要意義，一個高溫活塞的快速發(fā)展，高強度能適應汽車工業(yè)。</p><p>　　它擁有內(nèi)燃機活塞的有限元研究擁有重要意義，它能夠用于內(nèi)燃機整體改進提供可靠的參考，通過類型的

25、仿真，對差別模型的模擬過渡，最終實現(xiàn)參數(shù)化設計。關于活塞的有限元分析研究，世界上早已開展了許多卓有成效的研究工作，并提出了許多新的研究方法和手段，但國內(nèi)的科研機構和企業(yè)對這些項目的研究起步很晚，資本投資和關注的不足，與國外相比還有一定的差距。</p><p>　　1.2.1活塞有限元模型</p><p>　　建立有限元模型是解決該問題的有限元分析方法的前提，在解決的過程，它通常具有最大的工

26、作量。在某種意義上，精度將直接影響建立有限元模型的結果。目前，內(nèi)燃機活塞有限元網(wǎng)格模型的生成主要有以下三個：</p><p>　　(l)取部分活塞創(chuàng)建對稱網(wǎng)格模型</p><p>　　在過去，由于計算機硬件是不好的，計算速度慢，和有限元分析軟件問題解決能力弱，所以在活塞的有限元分析，活塞通常簡化幾何模型。根據(jù)實際形狀的局部進行簡化，活塞通過軸銷孔中心線的平面和軸和垂直于銷孔中心線的平面是對

27、稱的，忽視了橢圓。所以只需要1 / 4或1 / 2活塞有限元模型的建立，很大程度減少了計算量。例如，彰化1 / 4的活塞，應力和變形分析是進行408節(jié)點，227節(jié)點塊單元8；他秉初1 / 2活塞，應力場分析與2734個節(jié)點進行，385節(jié)點六面體單元20。</p><p>　　事實上，活塞的幾何形狀是不對稱的，但溫度場的計算是不小功率發(fā)動機活塞冷卻油通道，燃燒室是沒有偏見的，因為不同的活塞的實際溫度分布在圓周較小，

28、可以忽視的，而且這種轉移活塞主要取決于活塞環(huán)，活塞銷座遠離熱源有限，而忽略的小活塞銷座的熱效應引起的誤差。</p><p>　　(2)取活塞整體創(chuàng)建非對稱網(wǎng)格模型</p><p>　　事實上，自偏置，雙閥發(fā)動機活塞燃燒室形狀復雜，避免閥孔和活塞銷座，所有活塞不具有軸對稱性質(zhì)。因此，為了使結果更可靠，非對稱結構，將所有的活塞制造網(wǎng)格模型。凌經(jīng)緯3185節(jié)點，2211節(jié)點六面體等參元與8955

29、2度的自由度，應力和應變分析網(wǎng)格模型集成的縮頸四角型活塞，得到了較為理想的結果。</p><p>　　(3) 活塞組（組合活塞，缸套和活塞銷）創(chuàng)建的三維網(wǎng)格模型</p><p>　　對稱網(wǎng)格模型只有一個活塞和非對稱的網(wǎng)格模型，沒有考慮油膜和油膜和缸套和活塞和其他組件之間的相互作用，并對模型的邊界條件是非常困難的決定，只有假定燃燒室壁面平均溫度作為邊界條件，把計算一定的誤差分析。近年來，隨著

30、計算機硬件的飛速發(fā)展，持續(xù)改進的有限元分析和功能軟件，分析耦合模型的活塞，活塞銷，連桿和氣缸套已逐步實現(xiàn)。在研究過程中，他們通常把CFD（計算流體動力學）和FEA（有限元分析）的活塞發(fā)動機零件傳熱耦合方法。通過CFD的制冷劑溫度與活塞和缸套冷卻水溫度和傳熱系數(shù)的傳熱系數(shù)的計算，在有限元分析中的第三類邊界條件。中國開始嘗試分析活塞的耦合模型，但還沒有得到廣泛的應用。</p><p>　　1.2.2邊界條件的確定&l

31、t;/p><p>　　在有限元分析的方法，確定邊界條件是最重要的，也是最難的。從數(shù)學的角度來看，這個問題的邊界條件，它解決的唯一性，仿真的合理與否直接影響解的合理性。邊界條件的方法可以分為解析法，測試方法，測試方法和三種類型的。該方法簡單，準確，已經(jīng)收到了極大的關注，分析方法和邊界條件已方向。它的測試方法是很難用解析法確定的邊界條件，它是一種有用的方法；但測試值通常高于所確定的值可以反映實際工作狀態(tài)。我們也能按照數(shù)學

32、回歸分析方法，通過計算建立類似的測試值的經(jīng)驗公式，為邊界條件的解析方法的基礎。對于難以分析判斷，很難測試的邊界條件，可以通過假設和一個值作為試驗標準，結果與標準值吻合良好，邊界條件的確定。</p><p>　　1.2.3活塞有限元分析研究</p><p>　　在有限元分析中的穩(wěn)態(tài)溫度場的活塞，活塞，熱應力的計算和應變分析，應力和應變力學分析已經(jīng)成熟，已經(jīng)有很多的成果和文獻報道。在活塞的瞬態(tài)

33、傳熱分析，多物理場耦合問題，多相多態(tài)介質(zhì)耦合問題，特別是多尺度模型的耦合問題，沒有成熟的理論，還處于摸索階段。</p><p>　　此外，許多專家和學者進行的研究和應用進行了深入的活塞。例如：美國浙江大學的王醫(yī)生義診，在熱沖擊試驗的基礎上，在有限元應力分析和計算活塞，溫度響應和熱低頻矩形熱沖擊模型。聶軍，杜發(fā)榮，彈性動力學理論和有限元分析方法的基礎上，計算了汽油發(fā)動機的膨脹沖程19瞬時結構的活塞和下的位移，應力，

34、應變條件下，連桿機構，機構的動態(tài)響應。張偉，偉春源等對內(nèi)燃機鋁合金活塞的彈塑性有限元計算的基礎上，活塞使用壽命的預測方法，鋁合金的高溫蠕變的影響下，給出了較為準確預測壽命公式。</p><p>　　1.3本課題的主要內(nèi)容和主要研究方法</p><p>　　1.3.1課題的主要內(nèi)容 </p><p>　　首先通過《汽油機設計手冊》和《內(nèi)燃機設計》等資料選

35、出465型汽油機活塞的材料和計算出活塞的主要結構尺寸。具體尺寸和設計有活塞高度、壓縮高度、頂岸高度、環(huán)槽尺寸、環(huán)岸高度、活塞頂厚度、裙部厚度、活塞銷直徑、活塞銷座間隔和活塞環(huán)數(shù)目及排列、活塞環(huán)設計、活塞頭部設計、活塞銷設計、活塞裙部及側表面形狀的設計計算；</p><p>　　其次，運用pro/e對活塞組進行三維模型的創(chuàng)建。其具體情況包括活塞本體建模、活塞銷建模、第一道氣環(huán)、第二、三道氣環(huán)、油環(huán)建模、活塞銷建模及

36、活塞組裝配；</p><p>　　最后，去做465汽油機活塞的有限元分析和強度校核。有限元分析的大體步驟有活塞邊界條件的確定、活塞邊界條件的處理、活塞載荷及約束處理、活塞應力場有限元分析。</p><p>　　1.3.2課題的主要研究方法</p><p>　　首先，根據(jù)《汽油機設計手冊》和《內(nèi)燃機設計》等資料，將活塞的基本尺寸計算出來，而后再利用三維軟件Pro/E進

37、行活塞的三維建模，繪出活塞環(huán)、活塞銷、油環(huán)及活塞模型圖，并進行裝配。同時利用CAD軟件繪制活塞的二維圖形。最后進行活塞邊界條件、活塞載荷及約束的處理，得出應力場的有限元分析，根據(jù)該結果的分析，看該活塞的設計是否符合要求。</p><p>　　2 活塞的設計和活塞的建模</p><p><b>　　2.1 概述</b></p><p>　　活塞組

38、由活塞，活塞銷，活塞環(huán)等零件，其主要作用是：由燃燒室，承受的氣體力，并把它傳給連桿，密封筒，防止氣體泄漏、潤滑油進入燃燒室，該活塞接收熱到氣缸壁上，而后轉移到冷卻介質(zhì)；側壓力連接桿氣缸壁?；钊M的工作條件：</p><p><b>　?。?）機械負荷</b></p><p>　　活塞組遭受氣體壓力P、往復慣性力Pj及側壓力Pn的周期性沖壓力的作用目前，加強汽油機的最高

39、爆發(fā)壓力Pz已達140kg/cm2，活塞產(chǎn)生很大的機械應力和變形。</p><p><b>　?。?）熱負荷</b></p><p>　　活塞頂直接遭受高溫燃氣周期性的加熱，瞬時最高燃氣溫度達180℃～260℃，活塞頂面度高達340℃左右?；钊麥囟忍邔a(chǎn)生下列不良影響：</p><p>　　活塞的熱應力和變形過大。</p>&l

40、t;p>　　溫度高出300～350℃時，鋁活塞材料的強度迅速下降。</p><p>　　第一環(huán)槽的溫度超過180 ~ 220℃，容易引起結冷膠變質(zhì)油，活塞環(huán)。</p><p>　　活與氣缸的直徑和平均有效壓力和壓力活塞熱負荷增加?；钊麩嶝摵商撸仨毑扇〗禍卮胧?，將傳遞給活塞?；钊焖偌訜幔瑴囟冉档皆试S范圍。</p><p>　　（3）高速滑動，潤滑不良<

41、;/p><p>　　高速機床的平均速度已達到1300萬/ s的高，為1.5 ~ 1.6倍的平均速度，瞬時最大速度?；钊俣鹊脑龈咧率够钊M的磨擦損失增大，一般，活塞組的磨擦系數(shù)損失約占發(fā)動機全部磨擦損失的50%以上。摩擦是激烈的，潤滑條件差，易使活塞環(huán)磨損得更快，導致失敗。</p><p><b>　?。?）交變的側壓力</b></p><p>　

42、　由于活塞沖程當活塞壓力的變化的表面，所以側向力不斷改變方向，使側向承載交替工作，所以有以下成果：</p><p>　　活塞側拍，引發(fā)機體振動，從身體表面噪聲。因為窮人的潤滑摩擦磨損大。裙部變形，壓縮垂直銷軸，銷軸變長。缸體表面振動，容易造成缸套穴蝕。</p><p>　　2.2活塞的設計要求</p><p>　　根據(jù)工作條件，在活塞的設計，首先要求：</p&

43、gt;<p>　　采取熱強度，散熱性好，膨脹系數(shù)低，耐磨性好的原材料，以減少摩擦。形狀和厚度是合理的，吸收熱量少，散熱性能好，強度，剛度符合要求，盡量避免應力集中，用最好的缸。密封性好，磨擦損失小。重量輕。確?？煽繚櫥龑Р糠?，同時為防止?jié)櫥偷牧鲃?，降低潤滑油消耗?？估仔阅芎煤鸵子谥圃?，成本低?lt;/p><p>　　2.3活塞材料的選取</p><p>　　活塞設計應從發(fā)

44、動機的加工條件、強化指標和利用要求等方面綜合考慮，起初制定出技術上和經(jīng)濟上最合理的活塞結構計劃，繼而再進行技術設計?；钊x型要點下面：</p><p>　　據(jù)單元活塞面積功率或平均有效壓力，選取適合的活塞結構，確?；钊艹惺芩?guī)定的機械負荷和熱負荷。</p><p>　　密度小以減輕活塞的重量和往復慣性力。</p><p>　　大的熱傳導系數(shù)，以降低活塞頂溫度，加熱

45、條件下改進的活塞。</p><p>　　線膨脹系數(shù)小，為了降低從氣缸活塞的熱變形，但不冷不熱，敲。</p><p>　　在高溫 下能保持良好的機械性能。</p><p>　　具有良好的減摩性能，以降低磨擦損失且擁有充足的熱穩(wěn)定性及耐磨性。</p><p>　　易于鑄造或模壓，易于加工。</p><p>　　擁有較好的耐

46、腐蝕性。</p><p>　　制造活塞的材料應有小的密度、高的熱導率、充足的高溫強度、低的線脹系數(shù)和良好的耐磨性。經(jīng)常利用材料為鋁硅合金。共晶鋁硅合金擁有滿意的綜合性能，工藝性良好，應用最為普遍。過共晶鋁硅合金中的初生硅晶體使耐熱性、耐磨性改進，膨脹系數(shù)減小，但加工工藝性惡化。過共晶鋁硅合金普遍用于高熱負荷活塞。</p><p><b>　　2.4基本設計</b>&l

47、t;/p><p>　　2.4.1本文所需設計的汽油機性能參數(shù)</p><p>　　設計參數(shù)：缸徑：65.5mm；沖程：72mm；壓縮比：8.8:1；排量：970ml；額定功率：35.5kw；最大扭矩：≥72N.m（3000~3500r/m）；額定轉速：5000r/min。</p><p>　　2.4.2活塞的結構設計</p><p>　　活塞的主

48、要結構尺寸圖下面</p><p>　　圖2—1 活塞結構尺寸</p><p>　　活塞高度H 活塞頂海拔高度和銀行的高度，高度和環(huán)的高度?？偟脑瓌t是，盡可能選取一個較小的值，可降低往復運動的質(zhì)量，降低汽油發(fā)動機的高度。H=1D；</p><p><b>　　選取H=83mm。</b></p><p>　　(2)壓縮高度

49、H1 壓縮高度為活塞銷中心到活塞頂?shù)母叨?，確定了活塞銷的位置，它與頂岸高度、環(huán)帶高度及上裙高度相關。在確保氣環(huán)有較好的工作條件下，應該盡量縮短壓縮高度可使內(nèi)燃機高度降低。</p><p><b>　　H1=0.5D；</b></p><p>　　選取H=41.5mm。</p><p><b>　　(3)火力岸高度h</b

50、></p><p>　　h=0.07D=5.81mm；</p><p><b>　　選取h=6mm。</b></p><p><b>　　(4)環(huán)帶高度</b></p><p>　　現(xiàn)代四沖程發(fā)動機一般采取兩個氣環(huán)和一個油環(huán)。氣環(huán)的厚度一般為2.0～3.0mm(《汽車發(fā)動機設計》p308)。&

51、lt;/p><p>　　環(huán)需要足夠的強度，使最大壓力不被損壞。</p><p>　　第一環(huán)圈高度B1一般是1.5 ~ 2.5c（C環(huán)槽高度），第二個環(huán)圈高度B2 1 ~ 2C。第一環(huán)岸高 C1=0.03～0.04D=0.04*83=3.32mm 取4mm；</p><p>　　環(huán)高b1 為2.0～3.0mm取2.0mm；</p><p>　　環(huán)

52、高b2 為2.0～3.0mm取2.0mm；</p><p>　　環(huán)高b3 油環(huán)為4.0～6.0mm取4.0mm；</p><p>　　環(huán)岸高C2 為2b1取4.0mm；</p><p>　　b1=2,b2=2, b3=4,C1=4, C2=4；</p><p>　　則環(huán)帶高度為16mm。</p><p>　　(5)活塞

53、頂部厚度δ</p><p>　　為0.06~0.10D；</p><p>　　δ=0.08D=6.64；</p><p>　　取δ＝8mm。 </p><p>　　(6)活塞側壁厚度及內(nèi)部過渡圓角</p><p>　　一個活塞頭安裝活塞環(huán)，側壁應加厚，和（0.05 ~ 0.1）D，0.1D，厚度為8mm。<

54、/p><p>　　為了提升散熱，活塞頂部和側壁之間的圓角應利用過大，通常R = 0.05 ~ 0.1D。</p><p>　　則圓角半徑取為8mm。</p><p><b>　　(7)活塞銷座間距</b></p><p>　　B=0.35-0.40D；</p><p>　　取0.4則活塞銷座間距為34

55、mm。</p><p>　　有關活塞的尺寸設計結果：</p><p>　　2.4.3活塞裙部及其側表面形狀的設計</p><p>　　活塞裙部及其側表面形狀設計的關鍵，在于確保裙部有充足的貼切合面積和良好的潤滑條件，和確保發(fā)動機在差別工況下都擁有最小的活塞空隙。</p><p><b>　　(1)裙部橢圓</b><

56、/p><p>　　1)將裙部設計成橢圓。 </p><p>　　2)將銷座附近的裙部外側部位設計成凹陷狀。</p><p><b>　　裙部橢圓的規(guī)律：</b></p><p>　　為了使活塞在正常工作溫度下于氣缸壁之間保持右比較勻稱的空隙，不至于在氣缸內(nèi)卡死或是引起局部磨損，必須在常溫下預先把活塞裙部的橫斷面加工成橢圓形，

57、其長軸垂直于活塞銷軸線方向，其矩軸于長軸的差值視發(fā)動機的差別而差別，一般為0.08～0.025mm。</p><p>　　為了處理鋁合金活塞在工作狀態(tài)下（熱）附近的一個圓柱，損害了小活塞大相似錐。其錐度視發(fā)動機的差別而差別，一般為0.05～0.1mm。</p><p>　　實際取Δ：活塞下部和頭0.1mm；在中央0.08mm活塞裙</p><p><b>

58、　　(2)配缸空隙</b></p><p>　　為了處理鋁合金活塞在工作狀態(tài)下（熱）附近的一個圓柱，損害了小活塞大相似錐。其錐度視發(fā)動機的差別而差別，一般為0.05～0.1mm。</p><p>　　活塞頂部空隙：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)</p><p>　　活塞裙部空隙：0.09mm（活塞銷中心平面內(nèi)）

59、；0.04mm垂直于活塞銷中心線平面內(nèi)</p><p>　　(3)活塞頭的質(zhì)量計算</p><p>　　活塞被簡化為一個計算幾何尺寸，從而計算出的體積與質(zhì)量。一個簡化圖下面。</p><p>　　活塞的質(zhì)量在估算時，將活塞當作薄壁圓筒處理。</p><p>　　活塞 </p><p>　　其中D——為活

60、塞的外徑，D=84mm</p><p>　　t——為活塞的厚度， t=8mm</p><p>　　H——為活塞的高度，H=(0.8~1.0)D=83mm</p><p>　　——為活塞的密度，在此處用共晶鋁硅合金66-1，密度為2.7g/cm3</p><p>　　故可知活塞的質(zhì)量為m活塞=215g</p><p>　

61、　2.4.4活塞銷的設計</p><p>　　當活塞在頂部的大氣壓力下，力通過銷座，活塞銷，而后轉移到連桿。于是活塞銷和活塞銷座的設計必須確保充足的強度、充足的承壓面積和耐磨性。</p><p><b>　　(1)活塞銷的材料</b></p><p>　　活塞銷一般用低碳鋼或低碳合金鋼（如20Cr）鑄造，經(jīng)表面參碳淬火處理，以提升表面硬度和強度

62、，使得中心擁有一定的沖擊韌性。表面需進行精磨和拋光。</p><p>　　(2)活塞銷與銷座的結構設計</p><p>　　d=（0.25~0.3）D=0.3D=24.9mm；</p><p><b>　　取25mm。</b></p><p>　　d0=(0.6~0.79)d=0.6d=15mm；</p>

63、<p>　　l=(0.8~0.9)D=0.9D=74.；7</p><p><b>　　取75mm。</b></p><p>　　活塞銷的直徑D = 25，D = 15；活塞銷孔?；钊N的長度L = 75mm。</p><p>　　(3)活塞銷與銷座的配合</p><p>　　氣體壓力活塞頂銷和活塞連桿的活塞銷

64、。由于結構上的限制，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，所以活塞銷總的承壓面積極其有限，同時銷座和連桿小端襯套之間合理分配活塞。所以，無論引腳之間，或之間的銷和連桿，軸承面積很小，表面壓力很高。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，液體潤滑油膜不容易構成。在高速條件下，以確?？煽康囊后w潤滑，工作間隙盡可能小。經(jīng)驗表明，當活塞銷與活塞銷與連桿小端襯套工作條件（熱）的差距（1 ~ 3）10-

65、4d，能可靠地工作。所以，在裝配狀態(tài)（冷），銷和（1 ~ 3）在10-4d，以彌補鋁合金活塞銷孔的熱膨脹高的工作。為了穩(wěn)定地保持極小的空隙而又轉動靈活，活塞銷孔、活塞銷外圓和連桿小頭襯套孔都應該有很高的加工精度。不僅尺寸公差嚴格，特別是保證嚴格的圓度和表面粗糙度。如果尺寸過大，和圓度和表面粗糙度值是足夠小，可以根據(jù)分組和確保空隙對理想的方式匹配的大小。</p><p>　　(4)活塞銷質(zhì)量m3</p>

66、<p><b>　　m=300g</b></p><p>　　(5)活塞銷剛度和強度的校核</p><p>　　為確?；钊N座和銷的可靠工作，需校核活塞銷的彎曲和失圓變形，銷座上的表面壓力和活塞銷的應力。</p><p>　　Δ=d/D=25/86=0.29</p><p>　　δ=d2/d1=0.6<

67、;/p><p>　　活塞銷的彎曲變形： </p><p><b>　　許用變形：</b></p><p><b>　　符合要求。</b></p><p><b>　　失圓變形：</b></p><p><b>　　許用失圓變形：</b>

68、</p><p><b>　　符合要求。</b></p><p>　　作用在銷孔上的表面壓力：</p><p>　　低于極限值560bar，滿足要求。</p><p>　　活塞銷的縱向彎曲應力：</p><p>　　活塞銷的橫向彎曲應力：</p><p><b>

69、　　所以總彎曲應力：</b></p><p>　　=354.4N/mm2</p><p>　　許用應力為200到400 N/mm2之間，符合要求。</p><p>　　經(jīng)過以上的計算可以得到設計的活塞銷符合剛度和強度要求。</p><p>　　2.4.5活塞環(huán)設計</p><p>　　活塞和活塞環(huán)在一起，防

70、止高壓氣瓶流入曲軸箱，而活塞接收熱到氣缸壁上的很大一部分，活塞環(huán)被稱為氣環(huán)。此外，還創(chuàng)建了一個特殊的油環(huán)，氣缸壁上多余的油刮回油底殼在活塞向下，降低油量上升。一般要求0.5%通過氣體泄漏環(huán)組不超過總攝入量的0.5%，石油消費量不超過燃料消耗。</p><p>　　(1)活塞環(huán)的密封機理</p><p>　　活塞和汽缸內(nèi)燃機之間有一彈性金屬環(huán)實現(xiàn)往復密封。為了防止泄漏大，通常利用多個活塞環(huán)的

71、形成與迷宮式密封。</p><p>　　為了降低活塞與氣缸之間的泄漏路徑，周圍的活塞環(huán)表面必須基于彈性缸和緊密，第一密封表面形成。由此看來，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)與環(huán)槽之間，一方面軸向不平衡力將環(huán)向環(huán)槽的側面壓緊，構成第二密封面，與此同時，徑向作用的氣體壓力環(huán)回不平衡力大大提高的第一密封表面。雖然環(huán)回圈的彈性壓力有時比本身更多，但效果依然是關鍵。如果降低到零，即之間的周壁裂縫（俗稱活塞

72、環(huán)“漏”），該第一密封面損壞，氣體直接從短路泄漏間隙，任何環(huán)回壓和FR創(chuàng)建不起來。只要全部外圍是左即使一個很小的彈性，密封氣會去幫助密封，氣體壓力和密封高，附加的密封力更大。能夠得到，擁有這種自適應特性的簡單環(huán)式密封系統(tǒng)，是往復活塞式內(nèi)燃機有強大生命力的結構確保之一。</p><p>　　必須指出，活塞組的密封作用不但取決于活塞環(huán)，而且與活塞的設計有很大關系?；钊麘_?；钊h(huán)的工作溫度不太高。樂隊的差距部分和缸應

73、盡可能小。環(huán)槽應準確，并在工作中不發(fā)生過大變形。環(huán)槽，環(huán)權之間的差距。</p><p><b>　　(2)氣環(huán)的設計</b></p><p><b>　　1)氣環(huán)的斷面形狀</b></p><p>　　根據(jù)活塞環(huán)的密封機理，形狀簡單、加工方便的矩形(斷面)環(huán)完全能夠符合要求。但是這個戒指是不好的，作用在活塞環(huán)上的應力和密封

74、面密封不理想。</p><p>　　在直徑相等的球面直徑的外周面桶形環(huán)中，其特點是適應活塞擺動，并能形成對活塞的上游和下游的外周面在循環(huán)潤滑膜，摩擦表面不易燃燒。氣缸和環(huán)接觸比壓大，面積小，密封性好。桶面環(huán)普遍用作高速、高負荷的強化內(nèi)燃機的第一環(huán)。</p><p>　　錐形環(huán)外表面的角很?。ㄒ话悖?，新的缸線接觸，運行速度快，向下刮效果好。安裝不上下，否則油流量增加。這枚戒指是適用于第二，三

75、氣環(huán)。</p><p>　　梯形環(huán)兩側面夾角多為150。氣缸中的活塞環(huán)裝配工作的橫向位移時，環(huán)與環(huán)槽側面之間的差距是不斷變化的，可以防止環(huán)槽油膠甚至炭化，汽油機適用于更高的熱負荷作為第一環(huán)。</p><p>　　扭曲環(huán)采取內(nèi)切或者倒角造成斷面相對彎曲中性軸不對稱，使得環(huán)裝入氣缸發(fā)生彎曲變形后發(fā)生不超過10的盤狀正扭曲。它也有類似的效果與錐環(huán)，但加工容易，但扭曲環(huán)扭角沿周向不均勻。</

76、p><p>　　反向扭轉環(huán)扭曲成錐形，外圓，具有很強的密封和刮油能力，是用于封閉油氣環(huán)。</p><p>　　2)氣環(huán)的尺寸參數(shù) </p><p>　　確保密封活塞環(huán)數(shù)的前提下，應盡可能的小，因為環(huán)下數(shù)可以降低活塞的高度，減少活塞質(zhì)量，降低整體發(fā)動機的高度，減少發(fā)動機的摩擦損失?，F(xiàn)代高速發(fā)動機主要是采用氣環(huán)（2和1油環(huán)），重強化汽油機3氣環(huán)。</p>&l

77、t;p>　　氣環(huán)主環(huán)徑向厚度尺寸參數(shù)，軸向高度和無環(huán)的形狀和自由開放的結束偏移量S0。</p><p>　　減小環(huán)高b有利于縮短活塞高度，減小環(huán)的顫振傾向，目前已達到1mm左右的極限。太小難以加工環(huán)與環(huán)槽。</p><p>　　徑向厚度較大的環(huán)彎曲剛度大，對氣缸表面畸變的跟隨性差，但耐磨性相對較好。剛性環(huán)在小端的距離，可以得到的平均徑向壁壓力，但在適合活塞頭容易折斷。對合金鑄鐵的活塞

78、環(huán)來說，=0.1~0.2MPa，。</p><p>　　環(huán)槽深度取0.9d=76mm</p><p><b>　　3)活塞環(huán)的材料</b></p><p>　　活塞環(huán)是內(nèi)燃機中磨損最快的零件，所以適當選取材料和表面處理工藝十分重要。</p><p>　　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)過熱處理加以改進材

79、料的熱穩(wěn)定性。少數(shù)活塞環(huán)用合金鋼制造。</p><p>　　通過經(jīng)常使用各種電鍍或涂層活塞環(huán)的工作面，以提高其耐磨性，耐腐蝕性和提高性能的運行。最經(jīng)常利用的耐磨層為鍍鉻和噴鉬。松孔鍍鉻硬度高，耐磨性和耐腐蝕性，和存儲，劃傷，廣泛應用于汽油發(fā)動機和自然吸氣式汽油發(fā)動機。鉬的熔點高，噴鉬層磨損，耐磨性能好，可適應缸氣在高溫環(huán)境下工作。噴涂的方法可能會導致一些多孔的，也有一定的存儲容量。噴鉬環(huán)主要用于第一環(huán)增壓強化汽油

80、機。</p><p>　　所有活塞環(huán)磷化，罐裝或氧化處理，提高磨礦和防銹。</p><p><b>　　(3)油環(huán)的設計</b></p><p>　　油環(huán)的作用是把飛濺到氣缸壁上的多余潤滑油刮下來，回到油底殼，以降低發(fā)動機的機油消耗量。</p><p>　　為了在高速運動中對油動壓刮油液，只留下一層薄薄的油，油環(huán)壁壓力應

81、該足夠大。由于油環(huán)無環(huán)回壓來壓氣缸壁，本身的彈簧力的壁壓力。單體鑄鐵油環(huán)，材料的強度是有限的，只有通過減少氣缸工作區(qū)的接觸來提高壁壓力，可以達到約0.5MPa。如高強度材料的使用，徑向厚度，壁的壓力可能會進一步提高，但環(huán)剛度差后，汽缸變形，刮油能力不好。切線彈性李寧螺旋鐵油彈簧圈可使管壁壓力高于0.8MPa，即使該耐磨環(huán)的外圓，壁壓力相對穩(wěn)定，由于壁面壓力主要是由彈簧產(chǎn)生的力。這個環(huán)厚度小，靈活性好，可刮油在氣缸的大變形條件下。油環(huán)是一

82、個非常廣泛的應用，特別是在高速汽油機。鑄鐵環(huán)表面鍍。</p><p>　　以上兩種單體的油環(huán)和環(huán)槽的側隙必然在環(huán)，軸向運動或撲動懸浮在中間的環(huán)槽，油可能通過竄槽的側隙。這種效應在高速度較大，因此現(xiàn)代高速汽油機采用無側隙組合鋼板型油環(huán)。</p><p>　　為了有效地進行油環(huán)刮油，除油環(huán)結構，也應注意活塞的協(xié)調(diào)。為一個單一的油環(huán)的環(huán)槽側間隙必須保持盡可能的小，這意味著環(huán)槽加工精度高，變形小。

83、還應注意的環(huán)槽必須有足夠的排水溝道區(qū)，為了避免回油節(jié)流過高引起的動態(tài)壓力，使油環(huán)浮。在油環(huán)槽底和槽一般希望處理大量泄油孔，使油流。</p><p>　　(4)活塞環(huán)強度校核</p><p>　　為了確定BB任意截面的彎矩，活塞環(huán)為對稱懸臂固定開口AA相對的平面，因為從自由狀態(tài)AA部分工作狀態(tài)不轉動活塞環(huán)。彎矩和單元中環(huán)線單元DP = p0br0d截面BB產(chǎn)生的作用可以寫為</p>

84、;<p>　　環(huán)從=到段上的壓力對BB斷面的總彎矩M為</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　材料確定后常數(shù)為E，P0也為常數(shù)，對結構參數(shù)D一定的均壓環(huán)，自然狀態(tài)的曲率半徑ρ隨α而變，所以活塞環(huán)在自由狀態(tài)下不是圓形。</p><p><b>　　2.5活塞組的建模</b></p

85、><p>　　2.5.1 Pro/E軟件簡介</p><p>　　Pro/Engineer操作軟件是美國參數(shù)技術公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件。Pro/E軟件的參數(shù)是已知的，是參數(shù)化技術最早的應用，三維建模軟件中占有重要的地位。Pro/Engineer作為當今世界機械CAD/CAE/CAM領域的新標準而得到業(yè)界的認可和推廣，是現(xiàn)今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一

86、，尤其是占據(jù)國內(nèi)產(chǎn)品設計領域的一個重要的位置。另外，它采用模塊化方式，用戶可以根據(jù)自己的需要選擇，無需安裝的所有模塊。Pro/E基于特征方式，能夠?qū)脑O計到生產(chǎn)全過程集成到一起，實現(xiàn)并行工程設計。和Pro／E用模塊可以單獨，草圖，裝配設計，零部件制造，金屬板的設計，加工，確保用戶可以根據(jù)自己的需要選取。在Pro／E的兩大特點：</p><p>　　1． 參數(shù)化設計和特征功能</p><p>

87、;　　Pro/Engineer是采取參數(shù)化設計的、基于特征的實體模型化系統(tǒng)，工程設計人員采取擁有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，你可以自由的素描，容易變化模型。此功能的工程設計提供了設計從不簡單靈活。</p><p>　　2． 單一數(shù)據(jù)庫 Pro/Engineer是創(chuàng)建在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫上，不象一些傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)創(chuàng)建在多個數(shù)據(jù)庫上。單一數(shù)據(jù)庫，是工程信息全部來自一個庫，

88、以便在產(chǎn)品建模工作的每個用戶，不管他是哪個部門。換句話說，在任何的變化，設計的全過程，還可以在全部設計過程的響應后。例如，一旦項目細節(jié)已經(jīng)改變，數(shù)控（NC）的刀具路徑將自動更新；組裝工程圖如有任何變動，也完全同樣反應在全部三維模型上。這種獨特的數(shù)據(jù) 結構與工程設計的完整的結合，使得一件產(chǎn)品的設計結合起來。這一優(yōu)點，使得設計更優(yōu)化，成品質(zhì)量更高，價錢也更便宜，產(chǎn)品能更好地推向市場。</p><p>　　2.5.2活

89、塞組的建模</p><p><b>　　1.活塞的建模思路</b></p><p>　　為了準確而又快速地創(chuàng)建活塞模型，首先選取活塞模型中的對稱部分，由列表曲線創(chuàng)建活塞的1/4輪廓，而后鏡像生成活塞的全部輪廓。在此之后創(chuàng)建活塞的頂部凹槽特征。再創(chuàng)建活塞頭部的氣環(huán)槽和油環(huán)槽。最后創(chuàng)建各部分的倒圓角。</p><p><b>　　2.活塞

90、的建模步驟</b></p><p>　?。?）創(chuàng)建活塞的1/4輪廓</p><p>　　單擊工具欄上的【新建】按鈕或者選取下拉菜單中的“文件”“新建”命令，在打開的“新建”對話框中，選取“類型”為“零件”，“子類型”為“實體”，取消“利用缺省模板”復選框，而后單擊【確定】按鈕，在打開的“新文件選項”對話框中選取模板“mmns-part-solid”，單擊【確定】按鈕。</

91、p><p>　　而后單擊特征工具欄上的【旋轉工具】按鈕，單擊【位置】按鈕，再單擊【定義】按鈕，彈出“草繪”對話框，選取“TOP”基準平面為草圖繪制平面，“RIGHT”基準平面為參照平面，方向為“右”，單擊【草繪】按鈕，繪制下面圖所示的截面。然后單擊工具欄上的[完成]功能按鈕。在“旋轉”功能控制面板選擇旋轉角度為“90”。單擊【確定】按鈕，結果下面圖所示。</p><p><b>　　

92、創(chuàng)建活塞銷孔</b></p><p>　　單擊工具欄上的旋轉刀具的特點[ ]按鈕，單擊[位置]按鈕，然后單擊【定義】按鈕，彈出“草圖”對話框中，單擊[草圖]按鈕，繪制剖面圖下面所示。而后單擊【完成】按鈕。然后在“旋轉”的特征選擇在控制面板的旋轉角度為“90”，單擊“刪除”按鈕單擊[材料]，[確定]按鈕，結果下面圖所示：</p><p>　　在工具欄上的繪圖工具[特性]按鈕，單擊

93、該按鈕并單擊[地點]，[定義]按鈕，彈出“草圖”對話框中，單擊[草圖]按鈕，繪制剖面圖下面所示。而后單擊特征工具欄上的【完成】按鈕。最后在“拉伸”特征操控面板內(nèi)單擊拉伸方式為【至曲面】按鈕，選取適當?shù)那?，單擊【確定】按鈕，結果下面圖所示：</p><p>　　在工具欄上的繪圖工具[特性]按鈕，單擊該按鈕并單擊[地點]，[定義]按鈕，彈出“草圖”對話框中，單擊[草圖]按鈕，繪制剖面圖下面所示。然后單擊工具欄上的[

94、完成]功能按鈕。在“拉伸”的功能控制面板按鈕，單擊【去除材料】按鈕，點擊[確認]去除材料，按鈕，結果如圖所示。</p><p>　　先新建一個基準平面與“FRONT”面平行。然后單擊工具欄上的繪圖工具功能[ ]和[ ]按鈕旋轉工具按鈕操作。然后在“旋轉”控制面板，選擇“90”[ ]按鈕點擊移除材料的旋轉角度，單擊[確定]按鈕，結果。</p><p><b>　　創(chuàng)建倒圓角及固定孔

95、</b></p><p>　　在工具欄上的繪圖工具[特點]按鈕，然后材料去除特性[ ]和[ ]工具欄上的孔工具的結果。 </p><p><b>　　鏡像構成全部活塞</b></p><p>　　用鼠標單擊模型樹的“huo-sai”選取全部模型，而后單擊特征工具欄上的【鏡像工具】按鈕，而后選取基準

96、平面“RIGHT”為鏡像參照平面。單擊【確定】按鈕，得出結果。同理再鏡像一次，即可得出全部活塞。</p><p>　　創(chuàng)建頭部氣環(huán)槽和油環(huán)槽</p><p>　　使用工具欄[ ]和[陣列工具旋轉工具]，在“旋轉”功能選擇在旋轉角度的控制面板的“360”[ ]按鈕，單擊“刪除”材料，單擊[確定]按鈕，即可得出結果。</p><p><b>　　創(chuàng)建頂部凹槽

97、</b></p><p>　　利用特征工具欄上的【拉伸工具】按鈕和【旋轉工具】按鈕，即可得出結果。</p><p><b>　　創(chuàng)建油孔</b></p><p>　　先新建一個基準平面與“FRONT”面平行。然后選擇菜單欄的“插入”“掃描”“剪切”命令，然后單擊【完成】按鈕，繪制草圖。先完成一個油孔，而后利用特征工具欄上的【陣列工具

98、】來完成其余的油孔。</p><p><b>　　圖下面所示:</b></p><p><b>　　活塞</b></p><p><b>　　3.油環(huán)和氣環(huán)建模</b></p><p><b>　　圖下面所示:</b></p><p&g

99、t;<b>　　氣環(huán)</b></p><p><b>　　油環(huán)</b></p><p><b>　　活塞銷的建模</b></p><p><b>　　圖下面所示：</b></p><p><b>　　5.活塞組裝配</b></p

100、><p><b>　　裝配圖下面所示：</b></p><p><b>　　活塞組裝配圖</b></p><p><b>　　2.6本章小結</b></p><p>　　本章內(nèi)容是本論文的關鍵部分，根據(jù)465汽油機的性能特點，嚴格按照《汽油機設計手冊》，進行該汽油機活塞組的設計，定

101、下了活塞的結構形式、油環(huán)、氣環(huán)和活塞銷的尺寸，在設計出活塞組尺寸的基礎上,運用Pro/E創(chuàng)建活塞組的模型，在創(chuàng)建好活塞組的各個部件后，活塞組的裝配，這部分為下一章的基礎上，檢驗有限元分析和強度。</p><p>　　汽油機活塞的有限元分析</p><p>　　3.1活塞傳熱邊界條件的確定</p><p>　　活塞的不穩(wěn)定場的有限元計算溫度場屬于三維不穩(wěn)定，這三場計算

102、比較復雜。在穩(wěn)態(tài)條件下的汽油發(fā)動機，在一個工作循環(huán)中的巨大變化，活塞頂部氣體溫度的變化，但這個時間很短，在熱慣量，在活塞的頂表面的溫度范圍是非常薄的是活塞面積廣闊的波動，活塞的溫度基本上是穩(wěn)定的，它被認為是活塞溫度場不隨時間改變的是一個穩(wěn)定的溫度場，在活塞的溫度場計算的邊界條件，通常有第三種，即外部介質(zhì)溫度T0給定的邊界條件和傳熱系數(shù)。</p><p>　　3.1.1活塞頂部換熱系數(shù)和燃氣的平均溫度</p&

103、gt;<p>　　在一個工作循環(huán)時，氣體溫度和氣體對活塞頂部的傳熱系數(shù)是短暫的，瞬時放熱系數(shù)采取艾歇公式博格來計算。</p><p><b>　　式中</b></p><p>　　—活塞平均溫度，單位為m/s.</p><p>　　—氣體瞬時壓力，單位為MPa.</p><p>　　—氣體瞬時溫度，單位為K

104、.</p><p>　　燃氣對活塞頂部平均放熱系數(shù)，和燃氣平均溫度按下面公式計算</p><p>　　3.1.2活塞側面的換熱系數(shù)和環(huán)境溫度</p><p>　　該活塞缸套冷卻水通過熱邊界條件按下列公式的側表面，冷卻水溫度為環(huán)境溫度。</p><p>　　式中：、、分別為氣缸壁活塞環(huán)、活塞環(huán)和空隙內(nèi)油或氣的導熱系數(shù)；由于氣缸壁之間的傳熱系數(shù)，

105、和水，為水平均溫度的熱導率，水套的當量直徑，為Nusair特數(shù)。為努賽爾特準則數(shù)。由上面的公式計算得出熱邊界條件。</p><p>　　3.2活塞應力場三維有限元分析</p><p>　　汽油機增壓后，缸內(nèi)燃氣的爆發(fā)壓力平均溫度及平均溫度提升，機械負荷和熱負荷增大。高的熱負荷，熱應力的增加會導致燃燒室壁，閥座表面和活塞表面潮濕的裂縫；發(fā)生活塞環(huán)結碳、空隙變化、潤滑油高溫結焦和油耗增高等故障

106、。M增加機械負荷，不僅使活塞與氣缸的磨損加劇，還容易造成損傷，因此對活塞渦輪增壓汽油引擎的設計，需要檢查活塞的強度。</p><p>　　3.2.1活塞邊界條件的處理</p><p>　　作用在活塞上的機械負荷有燃氣爆發(fā)壓力、活塞組的往復慣性力、銷座孔內(nèi)表面的支反力和裙部的側壓力?？紤]到在整個工作過程中活塞，當氣體爆炸壓力達到最大時，活塞的力，在穩(wěn)定的速度條件和變形是最嚴重的，而活塞強度尤

107、為突出的那一刻，所以本文選取了465個汽油發(fā)動機氣缸最高爆發(fā)壓力作為氣體活塞的機械應力和變形分析案例。</p><p>　　活塞頂部氣體的作用力</p><p><b>　　=108499N</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　—為缸內(nèi)氣體對活塞頂部的總作用力，單

108、位兆牛頓；</p><p>　　—為缸內(nèi)氣體的絕對壓強，單位為兆帕MPa；</p><p>　　—為曲軸箱內(nèi)氣體的絕對壓強，單位為兆帕MPa；</p><p>　　—為活塞頂?shù)耐队懊娣e，D為氣缸直徑，單位為mm；</p><p>　　在進行活塞機械應力的有限元分析時，取=12MPa，=0.15MPa，D=108mm，代入相關數(shù)據(jù)計算的=108

109、499N</p><p>　　活塞組件的往復慣性力</p><p>　　活塞組件包括活塞環(huán)、活塞、活塞銷卡環(huán)和活塞銷，均一起沿氣缸軸線以加速</p><p>　　j做變速往復直線運動。記活塞、活塞環(huán)、活塞銷和活塞銷卡環(huán)的質(zhì)量總和為，則活塞組的往復慣性力等于活塞組件質(zhì)量與加速度j的乘積，方向與加速度方向相反：</p><p>　　汽油機活塞組件

110、的總質(zhì)量=600g，代入相關數(shù)據(jù)計算得=-82930N</p><p><b>　　活塞的側推力</b></p><p>　　活塞裙部與氣缸直接接觸，因為連桿的擺動，裙部受到側壓力為：</p><p>　　代入相關數(shù)據(jù)得5903N</p><p><b>　　活塞銷座得支反力</b></p&g

111、t;<p>　　作用在活塞銷座上的支反；力有類似的力和活塞組件的活塞頂部氣體的慣性力，分別向上的方向在兩個銷孔的形成。</p><p><b>　　191429N</b></p><p>　　3.2.2活塞載荷及約束的處理</p><p>　　活塞頂部和環(huán)岸區(qū)得爆發(fā)壓力按勻稱分布處理如果在76%年底在第一圈的氣體壓力，25%煤氣余

112、壓在第一環(huán)和第二環(huán)槽下面，20%煤氣余壓在第二圈槽，第二環(huán)槽下面的氣體壓力的影響很小，可忽視。</p><p>　　在活塞銷孔的力的活塞銷座形成在接觸表面，根據(jù)參考數(shù)據(jù)，應力分布按余弦規(guī)律在環(huán)向上120°角范圍內(nèi)，沿軸向方向相似三角形分布，沿軸向則相似按三角形分布，壓力分布曲線為：</p><p>　　式中L為活塞銷與銷座孔接觸長度，L=0.05m ，銷座圓孔半徑r=0.0225

113、m，Q為作用在活塞銷座上的支反力合力，前面已計算得Q=191429N，代入上式計算得123.6MPa，則活塞銷座孔上表面120°角范圍內(nèi)任一點（x，0）上的分布載荷為：</p><p>　　（3）對活塞裙部活塞側推力的影響最大，并根據(jù)活塞裙部線型分布?，F(xiàn)在，假設所有的功能在活塞上的推力活塞裙部60°角范圍和分布的主要推力側根據(jù)公式：</p><p>　　其中上面已經(jīng)計算

114、得5903N，L為活塞裙部長度0.11288m，D為活塞裙部直徑0.108m，經(jīng)計算得123.6MPa。分布式負載活塞側推力在活塞裙部的主要推力側60°角度范圍</p><p>　?。?）對活塞銷座孔內(nèi)側一邊各點使，，，，，另一邊各點，，，（活塞中心線朝上為Y，銷孔軸線方向為X，垂直X，Y所構成平面的方向為Z），結果表明，該限制不引入額外的負荷，是合理的。 </p><p>　　

115、3.3活塞的有限元分析</p><p>　　3.3.1設置活塞的材料</p><p>　?。?）依次選取“應用程序”→“Mechanica”命令，出現(xiàn)信息提示框，單擊【Conitinue】按鈕，如圖3-1出現(xiàn)“模型類型”對話框，接受默認的Structure選項，如圖3-1單擊【確定】按鈕，進入Mechanica模塊。</p><p><b>　　圖3-1&