裝配圖活塞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì)
裝配圖活塞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì),裝配,活塞,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),工藝,設(shè)計(jì)
課程設(shè)計(jì)任務(wù)書
一、設(shè)計(jì)題目:活塞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與加工工藝
二、設(shè)計(jì)參數(shù):五十鈴6120、排量2.0L、為120135、轉(zhuǎn)速1300rmin
頂岸高度F、活塞銷直徑BO、裙長SL、銷座間距A、總長GL、最大爆發(fā)壓力、活塞銷校核
三、設(shè)計(jì)要求:
1用計(jì)算機(jī)繪制活塞總裝配圖一張(A1圖)、零件圖(加工工件)一張(A2圖)
2設(shè)計(jì)說明書一份(包括零件圖分析、定位方案確定、定位誤差計(jì)算等內(nèi)容;最好能寫出整個工藝過程)
四、進(jìn)度安排:
第一周: 查找課程設(shè)計(jì)所需要的書籍,資料。
第二周: 對活塞進(jìn)行尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算。
第三周: 強(qiáng)度校核
第四周: 繪圖并書寫說明書。
第五周: 應(yīng)用制圖軟件繪制零件圖及裝配圖并完善課程設(shè)計(jì)說明書。
五、總評成績及評語:
指導(dǎo)教師 簽名日期 年 月
目 錄
前 言 1
1活塞的概述 2
1.1活塞的功用及工作條件 2
1.2活塞的材料 2
1.3活塞結(jié)構(gòu) 2
1.3.1活塞頂部 2
1.3.2活塞頭部 3
1.3.3活塞裙部 3
2活塞的結(jié)構(gòu)參數(shù) 4
3活塞最大爆發(fā)壓力的計(jì)算 5
3.1熱力過程計(jì)算 5
3.2柴油機(jī)的指示參數(shù) 8
3.3柴油機(jī)有效效率 10
4活塞銷的受力分析 11
5活塞的加工工藝 13
參考文獻(xiàn): 14
課程設(shè)計(jì)
前 言
內(nèi)燃機(jī)的不斷發(fā)展,是建立在主要零部件性能和壽命不斷改進(jìn)和提高的基礎(chǔ)上的,尤其是隨著發(fā)動機(jī)強(qiáng)化程度的提高、功率的增大和轉(zhuǎn)速的增加,零部件尤其是直噴式柴油機(jī)活塞的工作環(huán)境變得更加惡劣了?;钊慕Y(jié)構(gòu)直接影響活塞的溫度分布和熱應(yīng)力分布,因此就有必要對活塞的結(jié)構(gòu)和性能作出預(yù)測和評價(jià)。
活塞是內(nèi)燃機(jī)上最關(guān)鍵的運(yùn)動件,它在高溫高壓下承受反復(fù)交變載荷,被稱為內(nèi)燃機(jī)的心臟,特別是坦克、艦艇和軍用車船用內(nèi)燃機(jī)活塞則要求更高,它已成為制約內(nèi)燃機(jī)發(fā)展的一個突出問題。
本次課程設(shè)計(jì)的題目是發(fā)動機(jī)鋁活塞的結(jié)構(gòu)及工藝設(shè)計(jì),選擇利用合適的機(jī)床加工發(fā)動機(jī)活塞,通過這次課程設(shè)計(jì),要求熟練掌握并能在實(shí)際問題中進(jìn)行創(chuàng)新和優(yōu)化其加工工藝過程。
1活塞的概述
1.1活塞的功用及工作條件
活塞是曲柄連桿機(jī)構(gòu)的重要零件煤氣主要功用是承受燃燒氣體壓力和慣性力,并將燃燒氣體壓力通過活塞銷傳給連桿,推動曲軸旋轉(zhuǎn)對外作功。此外,活塞又是燃燒室的組成部分。
活塞是內(nèi)燃機(jī)中工作條件最嚴(yán)酷的零件。作用于活塞上的氣體壓力和慣性力都是周期變化的,燃燒瞬時作用于活塞上的氣體壓力很高,如增壓內(nèi)燃機(jī)的最高燃燒壓力可達(dá)14—16MPa。而且活塞還要承受在連桿傾斜位置時側(cè)壓力的周期性沖擊作用,在氣體壓力、往復(fù)慣性力和側(cè)壓力的共同作用下,可能引起活塞變形,活塞銷座開裂,活塞側(cè)部磨損等。由此可見,活塞應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度,而且質(zhì)量要輕。
活塞頂部直接與高溫燃?xì)饨佑|,活塞頂部的溫度很高,各部的溫差很大,柴油機(jī)活塞頂部常布置有凹坑狀燃燒室,使頂部實(shí)際受熱面積加大,熱負(fù)荷更加嚴(yán)重。高溫必然會引起活塞材料的強(qiáng)度下降,活塞的熱膨脹量增加,破壞活塞與氣缸壁的正常間隙。另外,由于冷熱不均勻所產(chǎn)生的熱應(yīng)力容易使活塞頂部出現(xiàn)疲勞熱裂現(xiàn)象。所以要求活塞應(yīng)有足夠的耐熱性和良好的導(dǎo)熱性,小的線膨脹系數(shù)。同時在結(jié)構(gòu)上采取適當(dāng)?shù)拇胧乐惯^大的熱變形。
活塞運(yùn)動速度和工作溫度高,潤滑條件差,因此摩擦損失大,磨損嚴(yán)重。要求應(yīng)具良好的減摩性或采取特殊的表面處理。
1.2活塞的材料
現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)廣泛使用鋁合金活塞。鋁合金導(dǎo)熱性好(比鑄鐵大3-4倍),密度小(約為鑄鐵的1/3)。因此鋁活塞慣性力小,工作溫度低,溫度分布均勻,對改善工作條件減少熱應(yīng)力延緩機(jī)油變質(zhì)有利。目前鋁活塞廣泛采用含硅12%左右的共晶鋁硅合金制造,外加銅和鎳,以提高熱穩(wěn)定性和高溫機(jī)械性能。鋁活塞毛胚可采用金屬模鑄造,鍛造和液壓模鍛等方法生產(chǎn)。
為了提高鋁活塞的強(qiáng)度和硬度,并穩(wěn)定形狀尺寸,必須對活塞進(jìn)行淬火和時效熱處理。
1.3活塞結(jié)構(gòu)
活塞按部位不同,分為頂部,頭部和裙部三部分。
1.3.1活塞頂部
活塞頂部是燃燒室的組成部分,其形狀與燃燒室形狀和壓縮比有關(guān),一般有平頂,凸頂和凹頂三種。
1.3.2活塞頭部
活塞頭部是指由活塞頂部到油環(huán)下端面之間的部分。在活塞頭部加工有用來安裝氣環(huán)和油環(huán)的氣環(huán)槽和油環(huán)槽。在油環(huán)槽的低部還加工有回油孔或橫向切槽?;钊^部有足夠的厚度,從活塞頂部到環(huán)槽區(qū)的斷面要盡可能的圓滑,過度圓角半徑應(yīng)足夠大,以減少熱流阻力,便于熱量從活塞頂部經(jīng)活塞環(huán)傳給氣缸壁,使活塞環(huán)的溫度不至于過高。
1.3.3活塞裙部
活塞頭以下的部分為活塞裙部,活塞銷座位于裙部。裙部起導(dǎo)向作用,并承受側(cè)壓力。因此,活塞裙部的形狀保證活塞在氣缸得到良好的導(dǎo)向,氣缸與活塞之間在任何工況下都能保證均勻,合適的間隙,并有一定的承壓面積。
2活塞的結(jié)構(gòu)參數(shù)
發(fā)動機(jī)選取為6120型柴油機(jī),參數(shù)設(shè)計(jì)參照《新型鋁活塞》
活塞缸徑D=120mm
(一)壓縮高度KH=80mm
(二)頂岸(第一環(huán)槽至活塞頂端距離)F=17mm
(三)采用三道環(huán)(其中兩道氣環(huán),一道油環(huán))
氣環(huán)高度取5mm,油環(huán)高度取7mm
第一道環(huán)岸高度為6mm 第二道環(huán)岸高度略小于第一道環(huán)岸高度,為5mm
(四)活塞銷直徑為BO=44mm 頂環(huán)槽寬為3mm
(五)群長SL=100mm 下裙長為65mm
(六)銷座間距AA=44mm
(七)活塞重量 系數(shù)X=0.9—1.4 取X=1.23,
(八)頂部厚度S=15mm 總長=80+65=145mm
燃燒室
鋁的線性膨脹系數(shù)為
活塞頭部的最大溫度為350攝氏度,所以其變形量為
活塞裙部最大溫度為200攝氏度,所以其形變量為
3活塞最大爆發(fā)壓力的計(jì)算
最大爆發(fā)壓力計(jì)算參考《內(nèi)燃機(jī)原理》
環(huán)境壓力 環(huán)境溫度
幾何壓縮比 有效壓縮比
燃燒過量空氣系數(shù) 參與廢棄系數(shù)
參與非其溫度 增壓空氣壓力
最大燃燒壓力 Z點(diǎn)熱利用系數(shù)
B點(diǎn)熱利用系數(shù) 燃燒室掃其系數(shù)
燃料質(zhì)量分?jǐn)?shù) 燃料低
3.1熱力過程計(jì)算
充氣過程系數(shù) 增壓器后空氣溫度:
式中,去增壓器內(nèi)平均多變壓縮指數(shù)
(1) 壓縮始點(diǎn)溫度
式中,——新氣預(yù)熱度,=5K; ---比熱修正系數(shù),=1.11
(2) 壓縮始點(diǎn)壓力
(3) 充氣系數(shù)
(4) 平均多變壓縮指數(shù)
(1) 式中,a,b—常數(shù),對于空氣(忽略殘余廢氣),a= 19.26 ,b=0.0025
第一次試算,式(1)等號右端代入=1.37 ,
第二次試算,式(1)等號右端代入=1.369,
(5) 壓縮終點(diǎn)溫度
(6) 壓縮終點(diǎn)壓力
(7) 燃料燃燒所需理論空氣量
(8) 燃燒所需的實(shí)際空氣量
(9) 理論分子變化系數(shù)
(10) 實(shí)際分子變化系數(shù)
(11) Z點(diǎn)燒去的燃料質(zhì)量分?jǐn)?shù)
(12) Z點(diǎn)處分子變化系數(shù)
(13) Z點(diǎn)燃燒產(chǎn)物的平均摩爾比定容熱容
式中,
(14) b點(diǎn)燃燒產(chǎn)物的平均摩爾比定容熱容
式中,
(15) z點(diǎn)燃燒產(chǎn)物的平均摩爾比定壓熱容
(16) 燃料發(fā)熱量
壓力升高比
(17) Cyz段的燃料燃燒公式,就最大燃燒溫度
簡化后得 (2)
第一次試算,取式(2)等號右端的= 2000K 得
第二次試算,取式(2)等號右端的=2200K 得
第三次試算,取式(2)等號右端的= 2196K 得
最后取
膨脹過程參數(shù):
(18) 初膨脹比
(19) 后膨脹比
(20) 求多變膨脹指數(shù)及膨脹終點(diǎn)溫度,zb膨脹線上的后燃公式,
(3)
(4)
將式子(3)與式子(4)聯(lián)立,得
(5)
第一次試計(jì)算,取=2000K 得,
第二次試計(jì)算,取2189K 得,
K
最后取
(23) 膨脹終點(diǎn)壓力
3.2柴油機(jī)的指示參數(shù)
(21) 理論平均指示壓力(以有效行程為準(zhǔn))
(22) 實(shí)際平均指示壓力(以全行程為準(zhǔn))
式中, ————示功圖豐滿系數(shù),=0.98
(23) 指示油耗
(24) 指示效率
(25) 增壓器中絕熱壓縮功
(26) 增壓器中絕熱效率
式中,k-------比熱容比,=1.4,;------多變指數(shù),,。
(27) 增壓器實(shí)際壓縮功
式中,-----增壓器機(jī)械效率,=0.96
(28) 增壓器的相對作功率
3.3柴油機(jī)有效效率
(29) 柴油機(jī)總機(jī)械效率
式中, ;-------增壓器相對功率; 。
(30) 柴油機(jī)平均有效壓力
(31) 柴油機(jī)有效油耗
(32) 有效功率
(33) 活塞形成容積比例尺 代表 ;
壓力比例尺代表0.1Mpa。
壓縮容積: =18.4 代表
壓縮終點(diǎn)壓力: 代表
壓縮始點(diǎn)容積 代表
壓縮始點(diǎn)壓力 代表
最大壓力的容積 代表 ,
計(jì)算壓縮曲線ac上各點(diǎn)壓力,即
式中,,在1至之間選定。
計(jì)算膨脹曲線zb上各點(diǎn)壓力,即
式中,x在1至之間選定。
根據(jù)以上兩式,計(jì)算出壓縮曲線和膨脹曲線各點(diǎn)坐標(biāo)參數(shù)兵列表如下:
表3-1
序號
壓縮線上的
膨脹線上的
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
189
94.5
63.0
47.3
37.8
31.5
27.0
23.6
21.0
18.9
17.2
1
2.57
4.47
6.61
8.95
11.48
13.2
17.0
19.9
23.0
26.2
3.36
8.6
15.0
22.2
30.1
38.6
44.4
57.1
1
2.00
3.01
4.02
5.03
6.04
7.04
8.05
9.06
28.46
38.7
63.5
90.18
118.6
171.9
200.4
229.1
257.8
根據(jù)上表畫出示功圖
圖3-1 6120型柴油機(jī)計(jì)算示功圖
Fig.3-1 Table of 6120 diesel engine calculate exploit show
4活塞銷的受力分析
活塞受力分析:
曲軸在10度轉(zhuǎn)角時產(chǎn)生最大爆發(fā)壓力,如圖所示:
60sin10=200sinα 所以sin=600.1736/200=0.0521
所以α=3度
圖4-1
Fig..4-1
其中:D——活塞直徑 R——曲軸半徑 mj——往復(fù)運(yùn)動質(zhì)量 連桿比λ=R/l=60/200=0.3 n=1300r/min
曲軸轉(zhuǎn)速
對活塞銷的校核:
1、畫出活塞銷的Q、M圖
圖4-2
Fig. 4-2
活塞銷外徑44mm,內(nèi)徑do=0.25d=11mm
=
選活塞銷材料為45號鋼,調(diào)質(zhì)處理,得
所以該活塞銷符合強(qiáng)度。
5活塞的加工工藝
表5-1活塞加工工藝過程
Tablet.5-4 piston machining technics process
工序號
工序名稱
定位基準(zhǔn)及技術(shù)條件
設(shè)備
工裝
0
毛坯鍛造
按活塞鍛造工藝進(jìn)行
1
粗車底面B止口φ110
粗基準(zhǔn)是毛坯外圓,金屬模液壓鍛造,壁厚均勻〔有的用內(nèi)腔做為基準(zhǔn)〕
車床
三角卡盤自動定心
2
粗鏜活塞銷孔φ44
下端面B,內(nèi)止口及毛坯銷孔,活塞頂部壓緊
鏜床
鏜刀
3
粗車頂面C,圓φ120及環(huán)槽
下端面B內(nèi)止口銷孔處
半自動車床,液壓、仿型、多刀
專用刀具
4
鉆銷座油空
頂面C定位下斷面
銷孔定位方向
臺鉆
鉆模
5
精車下端面B,內(nèi)止口φ110
精基準(zhǔn):外圓面環(huán)槽端平面
車床
專用夾頭
6
精車:
①環(huán)槽
②外圓面
③頂面
精基準(zhǔn):下端面B內(nèi)止口銷孔拉緊
仿型、多刀車床
專用刀具
7
精車燃燒室
基準(zhǔn)“統(tǒng)一原則”同工序6
車床
成形刀
8
銑裙部圓弧
外圓面活塞銷孔
專用銑床
銑刀
9
精細(xì)鏜活塞銷孔
頂面圓柱銷孔
專用鏜床
精鏜銷孔夾具
10
車鎖環(huán)槽
銷孔定位
車鎖環(huán)車床
鏜刀
11
液壓銷孔
銷孔定位
液壓銷孔車床
液壓器
12
精磨裙部外圓
外圓面定位
仿型磨床
參考文獻(xiàn):
[1]劉達(dá)利,齊丕驤編著.新型鋁活塞.北京:國防工業(yè)出版社,1999.8(專著)
[2]劉永長主編.內(nèi)燃機(jī)原理.武漢:華中科技大學(xué)出版社,2001.6 (專著)
[3]吳建華,常綠主編.汽車發(fā)動機(jī)原理.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.7(專著)
[4]甘永立主編.幾何量與課程設(shè)計(jì).上海:上??茖W(xué)技術(shù)出版社,2005.7(專著)
[5]陸耀祖主編.內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造與原理.北京:中國建材工業(yè)出版社,2004.1(專著)
[6]李鳳平等主編.機(jī)械圖學(xué).沈陽:東北大學(xué)出版社,2003.9(專著)
[7]唐大放等主編.機(jī)械設(shè)計(jì)工程學(xué). 徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2001.9(專著)
[8]單輝祖編.材料力學(xué). 北京:高等教育出版社,2004.4(專著)
[9]劉希恭主編.微型汽車零部件及代換手冊.天津:天津科學(xué)技術(shù)出版社,2000.2(專著)
[10]曾東建主編.汽車制造工藝學(xué).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.9(專著)
15
課程設(shè)計(jì)任務(wù)書
一、設(shè)計(jì)題目:活塞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與加工工藝
二、設(shè)計(jì)參數(shù):五十鈴6120、排量2.0L、為120135、轉(zhuǎn)速1300rmin
頂岸高度F、活塞銷直徑BO、裙長SL、銷座間距A、總長GL、最大爆發(fā)壓力、活塞銷校核
三、設(shè)計(jì)要求:
1用計(jì)算機(jī)繪制活塞總裝配圖一張(A1圖)、零件圖(加工工件)一張(A2圖)
2設(shè)計(jì)說明書一份(包括零件圖分析、定位方案確定、定位誤差計(jì)算等內(nèi)容;最好能寫出整個工藝過程)
四、進(jìn)度安排:
第一周: 查找課程設(shè)計(jì)所需要的書籍,資料。
第二周: 對活塞進(jìn)行尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算。
第三周: 強(qiáng)度校核
第四周: 繪圖并書寫說明書。
第五周: 應(yīng)用制圖軟件繪制零件圖及裝配圖并完善課程設(shè)計(jì)說明書。
五、總評成績及評語:
指導(dǎo)教師 簽名日期 年 月
目 錄
前 言 1
1活塞的概述 2
1.1活塞的功用及工作條件 2
1.2活塞的材料 2
1.3活塞結(jié)構(gòu) 2
1.3.1活塞頂部 2
1.3.2活塞頭部 3
1.3.3活塞裙部 3
2活塞的結(jié)構(gòu)參數(shù) 4
3活塞最大爆發(fā)壓力的計(jì)算 5
3.1熱力過程計(jì)算 5
3.2柴油機(jī)的指示參數(shù) 8
3.3柴油機(jī)有效效率 10
4活塞銷的受力分析 11
5活塞的加工工藝 13
參考文獻(xiàn): 14
課程設(shè)計(jì)
前 言
內(nèi)燃機(jī)的不斷發(fā)展,是建立在主要零部件性能和壽命不斷改進(jìn)和提高的基礎(chǔ)上的,尤其是隨著發(fā)動機(jī)強(qiáng)化程度的提高、功率的增大和轉(zhuǎn)速的增加,零部件尤其是直噴式柴油機(jī)活塞的工作環(huán)境變得更加惡劣了?;钊慕Y(jié)構(gòu)直接影響活塞的溫度分布和熱應(yīng)力分布,因此就有必要對活塞的結(jié)構(gòu)和性能作出預(yù)測和評價(jià)。
活塞是內(nèi)燃機(jī)上最關(guān)鍵的運(yùn)動件,它在高溫高壓下承受反復(fù)交變載荷,被稱為內(nèi)燃機(jī)的心臟,特別是坦克、艦艇和軍用車船用內(nèi)燃機(jī)活塞則要求更高,它已成為制約內(nèi)燃機(jī)發(fā)展的一個突出問題。
本次課程設(shè)計(jì)的題目是發(fā)動機(jī)鋁活塞的結(jié)構(gòu)及工藝設(shè)計(jì),選擇利用合適的機(jī)床加工發(fā)動機(jī)活塞,通過這次課程設(shè)計(jì),要求熟練掌握并能在實(shí)際問題中進(jìn)行創(chuàng)新和優(yōu)化其加工工藝過程。
1活塞的概述
1.1活塞的功用及工作條件
活塞是曲柄連桿機(jī)構(gòu)的重要零件煤氣主要功用是承受燃燒氣體壓力和慣性力,并將燃燒氣體壓力通過活塞銷傳給連桿,推動曲軸旋轉(zhuǎn)對外作功。此外,活塞又是燃燒室的組成部分。
活塞是內(nèi)燃機(jī)中工作條件最嚴(yán)酷的零件。作用于活塞上的氣體壓力和慣性力都是周期變化的,燃燒瞬時作用于活塞上的氣體壓力很高,如增壓內(nèi)燃機(jī)的最高燃燒壓力可達(dá)14—16MPa。而且活塞還要承受在連桿傾斜位置時側(cè)壓力的周期性沖擊作用,在氣體壓力、往復(fù)慣性力和側(cè)壓力的共同作用下,可能引起活塞變形,活塞銷座開裂,活塞側(cè)部磨損等。由此可見,活塞應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度,而且質(zhì)量要輕。
活塞頂部直接與高溫燃?xì)饨佑|,活塞頂部的溫度很高,各部的溫差很大,柴油機(jī)活塞頂部常布置有凹坑狀燃燒室,使頂部實(shí)際受熱面積加大,熱負(fù)荷更加嚴(yán)重。高溫必然會引起活塞材料的強(qiáng)度下降,活塞的熱膨脹量增加,破壞活塞與氣缸壁的正常間隙。另外,由于冷熱不均勻所產(chǎn)生的熱應(yīng)力容易使活塞頂部出現(xiàn)疲勞熱裂現(xiàn)象。所以要求活塞應(yīng)有足夠的耐熱性和良好的導(dǎo)熱性,小的線膨脹系數(shù)。同時在結(jié)構(gòu)上采取適當(dāng)?shù)拇胧乐惯^大的熱變形。
活塞運(yùn)動速度和工作溫度高,潤滑條件差,因此摩擦損失大,磨損嚴(yán)重。要求應(yīng)具良好的減摩性或采取特殊的表面處理。
1.2活塞的材料
現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)廣泛使用鋁合金活塞。鋁合金導(dǎo)熱性好(比鑄鐵大3-4倍),密度?。s為鑄鐵的1/3)。因此鋁活塞慣性力小,工作溫度低,溫度分布均勻,對改善工作條件減少熱應(yīng)力延緩機(jī)油變質(zhì)有利。目前鋁活塞廣泛采用含硅12%左右的共晶鋁硅合金制造,外加銅和鎳,以提高熱穩(wěn)定性和高溫機(jī)械性能。鋁活塞毛胚可采用金屬模鑄造,鍛造和液壓模鍛等方法生產(chǎn)。
為了提高鋁活塞的強(qiáng)度和硬度,并穩(wěn)定形狀尺寸,必須對活塞進(jìn)行淬火和時效熱處理。
1.3活塞結(jié)構(gòu)
活塞按部位不同,分為頂部,頭部和裙部三部分。
1.3.1活塞頂部
活塞頂部是燃燒室的組成部分,其形狀與燃燒室形狀和壓縮比有關(guān),一般有平頂,凸頂和凹頂三種。
1.3.2活塞頭部
活塞頭部是指由活塞頂部到油環(huán)下端面之間的部分。在活塞頭部加工有用來安裝氣環(huán)和油環(huán)的氣環(huán)槽和油環(huán)槽。在油環(huán)槽的低部還加工有回油孔或橫向切槽?;钊^部有足夠的厚度,從活塞頂部到環(huán)槽區(qū)的斷面要盡可能的圓滑,過度圓角半徑應(yīng)足夠大,以減少熱流阻力,便于熱量從活塞頂部經(jīng)活塞環(huán)傳給氣缸壁,使活塞環(huán)的溫度不至于過高。
1.3.3活塞裙部
活塞頭以下的部分為活塞裙部,活塞銷座位于裙部。裙部起導(dǎo)向作用,并承受側(cè)壓力。因此,活塞裙部的形狀保證活塞在氣缸得到良好的導(dǎo)向,氣缸與活塞之間在任何工況下都能保證均勻,合適的間隙,并有一定的承壓面積。
2活塞的結(jié)構(gòu)參數(shù)
發(fā)動機(jī)選取為6120型柴油機(jī),參數(shù)設(shè)計(jì)參照《新型鋁活塞》
活塞缸徑D=120mm
(一)壓縮高度KH=80mm
(二)頂岸(第一環(huán)槽至活塞頂端距離)F=17mm
(三)采用三道環(huán)(其中兩道氣環(huán),一道油環(huán))
氣環(huán)高度取5mm,油環(huán)高度取7mm
第一道環(huán)岸高度為6mm 第二道環(huán)岸高度略小于第一道環(huán)岸高度,為5mm
(四)活塞銷直徑為BO=44mm 頂環(huán)槽寬為3mm
(五)群長SL=100mm 下裙長為65mm
(六)銷座間距AA=44mm
(七)活塞重量 系數(shù)X=0.9—1.4 取X=1.23,
(八)頂部厚度S=15mm 總長=80+65=145mm
燃燒室
鋁的線性膨脹系數(shù)為
活塞頭部的最大溫度為350攝氏度,所以其變形量為
活塞裙部最大溫度為200攝氏度,所以其形變量為
3活塞最大爆發(fā)壓力的計(jì)算
最大爆發(fā)壓力計(jì)算參考《內(nèi)燃機(jī)原理》
環(huán)境壓力 環(huán)境溫度
幾何壓縮比 有效壓縮比
燃燒過量空氣系數(shù) 參與廢棄系數(shù)
參與非其溫度 增壓空氣壓力
最大燃燒壓力 Z點(diǎn)熱利用系數(shù)
B點(diǎn)熱利用系數(shù) 燃燒室掃其系數(shù)
燃料質(zhì)量分?jǐn)?shù) 燃料低
3.1熱力過程計(jì)算
充氣過程系數(shù) 增壓器后空氣溫度:
式中,去增壓器內(nèi)平均多變壓縮指數(shù)
(1) 壓縮始點(diǎn)溫度
式中,——新氣預(yù)熱度,=5K; ---比熱修正系數(shù),=1.11
(2) 壓縮始點(diǎn)壓力
(3) 充氣系數(shù)
(4) 平均多變壓縮指數(shù)
(1) 式中,a,b—常數(shù),對于空氣(忽略殘余廢氣),a= 19.26 ,b=0.0025
第一次試算,式(1)等號右端代入=1.37 ,
第二次試算,式(1)等號右端代入=1.369,
(5) 壓縮終點(diǎn)溫度
(6) 壓縮終點(diǎn)壓力
(7) 燃料燃燒所需理論空氣量
(8) 燃燒所需的實(shí)際空氣量
(9) 理論分子變化系數(shù)
(10) 實(shí)際分子變化系數(shù)
(11) Z點(diǎn)燒去的燃料質(zhì)量分?jǐn)?shù)
(12) Z點(diǎn)處分子變化系數(shù)
(13) Z點(diǎn)燃燒產(chǎn)物的平均摩爾比定容熱容
式中,
(14) b點(diǎn)燃燒產(chǎn)物的平均摩爾比定容熱容
式中,
(15) z點(diǎn)燃燒產(chǎn)物的平均摩爾比定壓熱容
(16) 燃料發(fā)熱量
壓力升高比
(17) Cyz段的燃料燃燒公式,就最大燃燒溫度
簡化后得 (2)
第一次試算,取式(2)等號右端的= 2000K 得
第二次試算,取式(2)等號右端的=2200K 得
第三次試算,取式(2)等號右端的= 2196K 得
最后取
膨脹過程參數(shù):
(18) 初膨脹比
(19) 后膨脹比
(20) 求多變膨脹指數(shù)及膨脹終點(diǎn)溫度,zb膨脹線上的后燃公式,
(3)
(4)
將式子(3)與式子(4)聯(lián)立,得
(5)
第一次試計(jì)算,取=2000K 得,
第二次試計(jì)算,取2189K 得,
K
最后取
(23) 膨脹終點(diǎn)壓力
3.2柴油機(jī)的指示參數(shù)
(21) 理論平均指示壓力(以有效行程為準(zhǔn))
(22) 實(shí)際平均指示壓力(以全行程為準(zhǔn))
式中, ————示功圖豐滿系數(shù),=0.98
(23) 指示油耗
(24) 指示效率
(25) 增壓器中絕熱壓縮功
(26) 增壓器中絕熱效率
式中,k-------比熱容比,=1.4,;------多變指數(shù),,。
(27) 增壓器實(shí)際壓縮功
式中,-----增壓器機(jī)械效率,=0.96
(28) 增壓器的相對作功率
3.3柴油機(jī)有效效率
(29) 柴油機(jī)總機(jī)械效率
式中, ;-------增壓器相對功率; 。
(30) 柴油機(jī)平均有效壓力
(31) 柴油機(jī)有效油耗
(32) 有效功率
(33) 活塞形成容積比例尺 代表 ;
壓力比例尺代表0.1Mpa。
壓縮容積: =18.4 代表
壓縮終點(diǎn)壓力: 代表
壓縮始點(diǎn)容積 代表
壓縮始點(diǎn)壓力 代表
最大壓力的容積 代表 ,
計(jì)算壓縮曲線ac上各點(diǎn)壓力,即
式中,,在1至之間選定。
計(jì)算膨脹曲線zb上各點(diǎn)壓力,即
式中,x在1至之間選定。
根據(jù)以上兩式,計(jì)算出壓縮曲線和膨脹曲線各點(diǎn)坐標(biāo)參數(shù)兵列表如下:
表3-1
序號
壓縮線上的
膨脹線上的
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
189
94.5
63.0
47.3
37.8
31.5
27.0
23.6
21.0
18.9
17.2
1
2.57
4.47
6.61
8.95
11.48
13.2
17.0
19.9
23.0
26.2
3.36
8.6
15.0
22.2
30.1
38.6
44.4
57.1
1
2.00
3.01
4.02
5.03
6.04
7.04
8.05
9.06
28.46
38.7
63.5
90.18
118.6
171.9
200.4
229.1
257.8
根據(jù)上表畫出示功圖
圖3-1 6120型柴油機(jī)計(jì)算示功圖
Fig.3-1 Table of 6120 diesel engine calculate exploit show
4活塞銷的受力分析
活塞受力分析:
曲軸在10度轉(zhuǎn)角時產(chǎn)生最大爆發(fā)壓力,如圖所示:
60sin10=200sinα 所以sin=600.1736/200=0.0521
所以α=3度
圖4-1
Fig..4-1
其中:D——活塞直徑 R——曲軸半徑 mj——往復(fù)運(yùn)動質(zhì)量 連桿比λ=R/l=60/200=0.3 n=1300r/min
曲軸轉(zhuǎn)速
對活塞銷的校核:
1、畫出活塞銷的Q、M圖
圖4-2
Fig. 4-2
活塞銷外徑44mm,內(nèi)徑do=0.25d=11mm
=
選活塞銷材料為45號鋼,調(diào)質(zhì)處理,得
所以該活塞銷符合強(qiáng)度。
5活塞的加工工藝
表5-1活塞加工工藝過程
Tablet.5-4 piston machining technics process
工序號
工序名稱
定位基準(zhǔn)及技術(shù)條件
設(shè)備
工裝
0
毛坯鍛造
按活塞鍛造工藝進(jìn)行
1
粗車底面B止口φ110
粗基準(zhǔn)是毛坯外圓,金屬模液壓鍛造,壁厚均勻〔有的用內(nèi)腔做為基準(zhǔn)〕
車床
三角卡盤自動定心
2
粗鏜活塞銷孔φ44
下端面B,內(nèi)止口及毛坯銷孔,活塞頂部壓緊
鏜床
鏜刀
3
粗車頂面C,圓φ120及環(huán)槽
下端面B內(nèi)止口銷孔處
半自動車床,液壓、仿型、多刀
專用刀具
4
鉆銷座油空
頂面C定位下斷面
銷孔定位方向
臺鉆
鉆模
5
精車下端面B,內(nèi)止口φ110
精基準(zhǔn):外圓面環(huán)槽端平面
車床
專用夾頭
6
精車:
①環(huán)槽
②外圓面
③頂面
精基準(zhǔn):下端面B內(nèi)止口銷孔拉緊
仿型、多刀車床
專用刀具
7
精車燃燒室
基準(zhǔn)“統(tǒng)一原則”同工序6
車床
成形刀
8
銑裙部圓弧
外圓面活塞銷孔
專用銑床
銑刀
9
精細(xì)鏜活塞銷孔
頂面圓柱銷孔
專用鏜床
精鏜銷孔夾具
10
車鎖環(huán)槽
銷孔定位
車鎖環(huán)車床
鏜刀
11
液壓銷孔
銷孔定位
液壓銷孔車床
液壓器
12
精磨裙部外圓
外圓面定位
仿型磨床
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