金銀花采摘機設(shè)計含sw三維及9張CAD圖.zip

金銀花采摘機設(shè)計含sw三維及9張CAD圖.zip,金銀花,采摘,設(shè)計,sw,三維,CAD 摘 要 我國乃農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，隨著科技的不斷發(fā)展，技術(shù)的不斷更新，農(nóng)業(yè)設(shè)備的加工制造技術(shù)很重要。金銀花在藥用和保健方面都有很大的價值，讓人們發(fā)現(xiàn)了無限商機。因而我國也有大量種植，為國家的經(jīng)濟收益做了很大的貢獻。本次設(shè)計在老師指導(dǎo)下決定做出的金銀花采摘機，就是為了提高采摘的速度，減輕工人的勞動強度。論文內(nèi)容中包含了金銀花的負壓單元，金銀花收集箱，手持金銀花采摘單元等部件組成的。其中重點設(shè)計部分是動力單元和手持金銀花采摘單元。動力單元選二沖程的汽油機來進行驅(qū)動，負壓單元選引風(fēng)機的結(jié)構(gòu)。這次還用到了SOLIDWORKS軟件把整個手持金銀花采摘進行三維的建模，之后導(dǎo)出二維的工程圖來。 關(guān)鍵詞：金銀花采摘機；收集箱；手持；驅(qū)動；引風(fēng)機 Abstract China is a big country in agricultural production. With the continuous development of science and technology and the continuous updating of technology, the processing and manufacturing technology of agricultural equipment is very important. Honeysuckle has great value in medicine and health care, and has made people discover unlimited business opportunities. Therefore, our country also has a large number of planting, which has made great contributions to the economic benefits of the country. Under the guidance of the teacher, this design decided to make the honeysuckle picking machine, so as to improve the picking speed and reduce the labor intensity of the workers. The paper contains honeysuckle negative pressure unit, honeysuckle collection box, handheld honeysuckle picking unit and other components. The key part is the power unit and the handheld honeysuckle picking unit. The power unit selects the two stroke gasoline engine to drive, and the negative pressure unit selects the structure of the fan. This time also used the SOLIDWORKS software to complete the three-dimensional modeling of the whole handheld honeysuckle picking, and then exported two-dimensional engineering drawings. Key words: Honeysuckle picking machine; collecting box; hand-held; drive; induced draft fan 目錄 摘 要 I Abstract II 第一章 引言 1 1.1 課題研究的目的及意義 1 1.2采摘機研究現(xiàn)狀 1 1.2.1國內(nèi)的研究現(xiàn)狀 1 1.2.2國外的研究現(xiàn)狀 2 1.3 課題的研究內(nèi)容 3 第二章 金銀花采摘機的總體設(shè)計方案 4 2.1金銀花采摘機的組成及各部分關(guān)系概述 4 2.2 金銀花采摘機驅(qū)動方案的確認 4 2.3 總體方案擬定 5 第三章 金銀花采摘機整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計 6 3.1 汽油機的設(shè)計 6 3.2 離合器的設(shè)計 6 3.2.1 離合器的選擇 6 3.2.2 離合器基本參數(shù)和主要尺寸選擇 7 3.2.3離合器主動盤的設(shè)計 10 3.2.4 離合器壓盤的設(shè)計 10 3.2.5 離合器彈簧的設(shè)計 11 3.3 引風(fēng)機的設(shè)計 12 3.4 手持金銀花采摘器的設(shè)計 13 3.5 采摘輥軸的設(shè)計及強度校核計算 14 3.5.1 軸校核安全系數(shù) 14 3.5.2軸的靜強度安全系數(shù)校核 15 3.6 金銀花采摘機手拉車的設(shè)計 16 3.7 本章小結(jié) 17 第四章 汽油機活塞組件的設(shè)計校核 18 4.1 活塞的設(shè)計 18 4.1.1 活塞的工作條件和設(shè)計要求 18 4.1.2 活塞的材料 19 4.1.3 活塞頭部的設(shè)計 20 4.1.4 活塞裙部的設(shè)計 25 4.2 活塞銷的設(shè)計 27 4.2.1 活塞銷的結(jié)構(gòu)、材料 27 4.2.2 活塞銷強度和剛度計算 27 4.3 活塞銷座 28 4.3.1 活塞銷座結(jié)構(gòu)設(shè)計 28 4.3.2 驗算比壓力 29 4.4 活塞環(huán)設(shè)計及計算 29 4.4.1 活塞環(huán)形狀及主要尺寸設(shè)計 29 4.4.2 活塞環(huán)強度校核 29 4.5 本章小結(jié) 31 第五章 金銀花采摘機三維造型的設(shè)計 31 5.1 零件建模 31 5.1.1采集器箱體三維建模的形成 31 51.2 汽油機支架的三維建模形成 32 5.1.3其他零件的三維模型造型 32 5.2零件裝配 33 5.3三維向二維的轉(zhuǎn)換 34 第六章 結(jié)論 37 6.1 本論文所取得的結(jié)果 37 6.2 技術(shù)展望 37 參考文獻 38 致謝 39 IV 第一章 引言 1.1 課題研究的目的及意義 金銀花是多年生長的，枝條半常綠呈纏繞匍匐莖的一種灌木植物。它的枝條很細很長，枝條里面是空心的，藤的顏色是褐色到赤褐色的。葉子是卵的形狀而且對稱生長出來，枝葉上面密密地長著柔毛和腺毛。金銀花會在夏天開花，苞片葉形狀的，唇形的花上會有一股淡淡的香味，花外也長了柔毛和腺毛，花的雄蕊和花柱都會從花冠里面伸出頭來，也是成對的長在葉腋下，花的顏色一開始是白的，后來又變成黃色，黃白交在一起，之后會結(jié)出球狀的漿果，果子熟了之后是黑的。 金銀花的作用很大，藥用和保健方面都有很大的價值。其中屬于國家商業(yè)部的南京野生植物研究所研發(fā)出了的金銀花茶，這個產(chǎn)品在各地相當暢銷。金銀花還能提取出來一種叫做綠原酸的醫(yī)用原料，這種原料能賣到1000元/公斤以上，雖然貴了點國內(nèi)外市場上銷路還是很好。金銀花也可以不提取，直接烘干就能出口了，每年中國出口的金銀花能到數(shù)千萬美元的金額。 因為計算機和自動化控制技術(shù)的發(fā)展得相當快，農(nóng)業(yè)方面已經(jīng)變得更加機械化、自動化、智能化。甚至加了機器人的技術(shù)，比如在水果的種植業(yè)對機械化程度的要求相當高，機械化、智能化程度會變成未來現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的特征。 這次設(shè)計，學(xué)會了把幾門課程綜合運用起來去解決問題。學(xué)到了很多，掌握了很多新的知識，運用了很多學(xué)習(xí)的技能，也確實把所學(xué)的理論知識與生產(chǎn)實踐得到了有機結(jié)合，加強了我們的綜合素養(yǎng)。 1.2采摘機研究現(xiàn)狀 1.2.1國內(nèi)的研究現(xiàn)狀 在20 世紀70 年代，國內(nèi)開始研究采摘方面的機械，發(fā)明出了跟手扶拖拉機配套的機械振動式的山楂采果機、氣囊式的采果器、手持電動式的采果器。后面兩個還只是輔助人工采摘的機械，機械把果子保護的很好，不過工作效率還是很低的。到了80 年，開始發(fā)明切割型的采摘器了，從剪刀采果子開始往機械采果發(fā)展，舉個例子，有一種人工的剪枝采摘器，夾口上面裝了切刀，下面裝了夾鉗，工作的時候是先鉗住果柄之后再剪斷。電機式的采摘器上面有個果柄引導(dǎo)突片，可以把果柄引到切刀上來，有電機會讓切刀來回運動就能把果柄剪斷。還有一種振搖式的采摘器，帶著撥叉不停在樹里面擺動來把果子振下來。之后又發(fā)明了更多的工具比如液壓式的剪枝升降平臺，直接抬高了工作位置，方便了采摘。自90年代，種植果樹又開始大熱起來，出現(xiàn)了很多中小型的種植戶，那么簡易采摘器也對應(yīng)的發(fā)展開來了。之后又在市面上出現(xiàn)了氣動剪枝機、輔助升降平臺等等。比如92 年浙江金華農(nóng)機所開發(fā)了一種升降機，是拖拉機操作的，能上升到7米的高度。07年機械研究院開發(fā)了國內(nèi)第一臺LG是1 型多功能的作業(yè)機。這是一種走式的操作機器，它把采摘、修剪、噴藥、運輸、動力發(fā)電等這么多功能都集合到一個機器上面；主要是汽油機帶來一些動力分到主機的變速箱上面，再通過變速箱讓兩條橡膠履帶開始運動行走，另外的動力工作到空壓機上面，可以用氣動來剪枝機子以及抬升升降機；這款的履帶部分是橡膠材料的，可以用到比較松軟潮濕的地面?？諌簷C可以把升降平臺抬升到一米五的高處。這一種操作機代表著我國單一的采摘機演變成多功能操作的集合機械。 中國的南方大多是丘陵山區(qū)，這種地方可以用到采摘機械的不多，機械化工作基本上還沒有開展。臺灣省想要在坡地上進行機械化操作，在一些農(nóng)機具上面進行改造，發(fā)明了一種自走式的牽引振動采果機，非常適合在坡地工作。它把坡地搬運車當作總機體，用一個旋轉(zhuǎn)盤裝到振動機的下面，工作采果子的時候圓盤可以360°地轉(zhuǎn)，上面的牽引推桿會瞄準要收果子的樹干，牽引推桿上面還裝了四連桿，可以自動調(diào)整推桿的角度，讓推桿工作的角度很準，有繩子會套住樹枝干跟推桿一頭，只要一拉緊果子就會被拉下來。 1.2.2國外的研究現(xiàn)狀 上個世紀40年代，英美法等一些西方國家就開始研究開發(fā)果園采摘機械了，40年代中期的時候美國發(fā)現(xiàn)了振動搖擺式的機械，拿來摘胡桃和杏子等水果，到了50 年代中期的時候，歐美那些國家又開始大范圍的用振搖果樹方式的一種采摘機械，還出現(xiàn)了用拖拉機來發(fā)出動力的振搖采摘機。發(fā)展到60年代，振搖式的采摘機械結(jié)構(gòu)也變了，從單一的定沖程的改進成慣性式的振搖機、氣力的振搖機、撞擊式的等各種類別的采摘機器。那個時代的機器采摘大多效率不高，收到的果子壞的比較多，那些特別容易受傷、又要保持果子完好的鮮食類水果以及需要儲存的水果，全都沒辦法用這種機器來采，太暴力了。來到60年代中期，美國又發(fā)明出來一種可以配合著采摘工具一起來用的液壓升降平臺車，效率又提升了一大步。之后到了60年代的后期，歐美有些國家在研究開發(fā)水果采摘機的時候結(jié)合了如何來種果樹來適合修剪，例如把果樹的樹形修剪好，讓整個樹形更方便機械化操作。70 年代后不同動力來源的切割式采摘機器，比如油鋸、氣動剪等等。其中氣動剪的出名的廠商是瑞士的FELCO 公司，意大利的CAMPAGNOLA 公司等等。 日本的丘陵山區(qū)面積太廣了，占整個國家的 71%，果園的種植的地方跟我國的南方很相似，所以好多平地上用的采摘機器都不好用。日本在90 年代就著手研究可以用到陡坡上的采摘機器。其中四國農(nóng)業(yè)試驗場開發(fā)了一種自走式的采摘車，這個機器的行走部分就是樞軸式的擺動懸掛結(jié)構(gòu)，還用上了電視攝像機+無線電控制集合在一起。這款采摘車的車輪之間是足夠?qū)挼模匦暮芎艿?，所以它爬坡很厲害；還把就地車輪設(shè)成正反轉(zhuǎn)的構(gòu)造，所以它的回轉(zhuǎn)能力也很不錯；利用樞軸的懸掛部分，讓機體不會出現(xiàn)大的擺動、 工作走起來很穩(wěn)定，在的坡度上都能用。 1.3 課題的研究內(nèi)容 1） 翻閱參考了那些跟金銀花采摘機相關(guān)的資料和標準數(shù)據(jù)，把整個金銀花采摘機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、它的組成部分大體掌握。 2）確認出金銀花采摘機的設(shè)計方案。 3）計算出金銀花采摘機設(shè)備的相關(guān)參數(shù)，設(shè)計出其中主要的零部件并且進行校驗。 4）用軟件對金銀花采摘機進行三維建模。 第二章 金銀花采摘機的總體設(shè)計方案 2.1金銀花采摘機的組成及各部分關(guān)系概述 金銀花采摘機主要有執(zhí)行系統(tǒng)跟驅(qū)動系統(tǒng)這兩個部分來構(gòu)成的，合起來也能叫機械系統(tǒng)。 這里面的執(zhí)行系統(tǒng)就是用來采摘金銀花的部件，就完成這部分的工作就可以了；里面的驅(qū)動系統(tǒng)工作的話就會生產(chǎn)動力，再把動力傳到執(zhí)行系統(tǒng)里面的各個部件，讓部件開始運轉(zhuǎn)的裝置。一般常見的是內(nèi)燃機式傳動、液壓式傳動、氣壓式傳動、電傳動等。 2.2 金銀花采摘機驅(qū)動方案的確認 市面上大多數(shù)機械設(shè)備一般會選下面幾種驅(qū)動方式：液壓式的驅(qū)動系統(tǒng)、氣動式的驅(qū)動系統(tǒng)、電機式的驅(qū)動系統(tǒng)、內(nèi)燃機式的驅(qū)動系統(tǒng)這四種。 液壓驅(qū)動 液壓方式驅(qū)動能輸出比較大功率、可以準確控制、可以完成無級調(diào)速，機器反應(yīng)相當快，還能控制連續(xù)軌跡等。不過這種方式的缺點是能量損失的比較多，比如泄漏、壓力損失等等，而且傳動的效率相對來說比較低。液壓傳動方式還要加上比如液壓站、控制閥等等配套的設(shè)備來工作，它在載荷大、驅(qū)動慢速、大成本大體積的方面比較適合。這次設(shè)計的課題是手持式金銀花采摘機，那么液壓式的就可以排除了。 氣動驅(qū)動 氣動式的功率/質(zhì)量的比值大，而且體積相對比較小，結(jié)構(gòu)緊湊小巧，機器的密封還不錯，成本也不高。不過針對手持式的金銀花采摘，氣源怎么設(shè)還沒能解決，所以氣壓式的也排除在外。 電機驅(qū)動 跟氣動式的和液壓式的來比一下，定位更準，反應(yīng)也很快，速度快、精度高的連續(xù)軌跡控制都可以完成，伺服性能也不錯；還是分析這次金銀花采摘機，電源沒辦法一直供應(yīng)著。 內(nèi)燃機驅(qū)動 這種方式的金銀花采摘機大多是汽油機、離合器、傳動裝置、操縱裝置等共同構(gòu)成的。常常會在傳動軸的一頭裝上 的單缸二沖程風(fēng)冷汽油機還有離心式的摩擦離合器；另外一頭會裝上用引風(fēng)機做的氣吸部分。整個機器大概重，轉(zhuǎn)速大概是。 2.3 總體方案擬定　 這次的金銀花采摘機的條件是便攜手持方式，那么設(shè)計出的金銀花采摘機大體結(jié)構(gòu)請看下圖： 圖2是1 手持方式金銀花采摘機結(jié)構(gòu) 對于手持式的金銀花采摘機，工作原理并不復(fù)雜，通常是汽油機+引風(fēng)機的一起生成負壓環(huán)境；汽油機還裝了一個小發(fā)電機來提供電力；金銀花的采集部分是選了雙輥的構(gòu)造，雙輥上面裝了采集齒針，兩個直流的小電機驅(qū)動著雙輥一起相對的轉(zhuǎn)動，就能把金銀花收集上來了，再經(jīng)過負壓管傳送到收集箱里面去。 第三章 金銀花采摘機整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計 3.1 汽油機的設(shè)計 汽油機大多是二沖程風(fēng)冷式的，這里汽油機的轉(zhuǎn)速是，排量是，功率（1.1PS），油箱容量是，所以我們決定選小松牌的HTZ7510/CHTZ6010型二沖程風(fēng)冷的汽油機。汽油機的工作過程是：氣缸體上設(shè)了進氣孔、排氣孔和換氣孔三個孔，活塞會控制著這些孔分別在某個時刻關(guān)上。 汽油機工作的時候會有兩個循環(huán)行程： 第一個行程：活塞從最下面的止點移動到上面，三個孔全部被閉上，氣缸里面的混合氣開始被壓縮；接著氣孔打開讓可燃混合氣體進入到曲軸箱里； 第二個沖程：當活塞快要移到最上面的止點時，火花塞就能把可燃的混合氣體打火點著了，氣體燃燒后開始膨脹，又把活塞推著往下面運動了。這個時候的氣孔是關(guān)著的，曲軸箱里面的混合氣被壓縮著；當活塞快要回到最下面的止點時，排氣孔又打開了，把燃燒生出的廢氣沖出來；之后換氣孔打開，剛剛那些受到壓力的混合氣體沖到氣缸里面，把廢氣徹底擠出去，一個換氣的過程就完成了。汽油機的整體結(jié)構(gòu)見下圖： 圖3-1 汽油的大體機結(jié)構(gòu)圖 3.2 離合器的設(shè)計 3.2.1 離合器的選擇 通過離合器裝在不同的位置來區(qū)分，可以分成前置式的和后置式的。直接裝到曲軸上的離合器就是前置式的，裝到變速器的主軸上面的就是后置式的。前置式的離合器是跟汽油機的曲軸連一起的，沒有調(diào)速來增加扭矩，所以傳出來的轉(zhuǎn)矩比較小，里面的摩擦片的大小、多少片和壓緊的力度都可以小點，不過他的轉(zhuǎn)速還比較高，機器的磨損會嚴重一點。在中小型的汽油機上面用的比較多。后置式的是把傳出來的動力減過速之后再傳給離合器，它傳出來的轉(zhuǎn)矩是比較大的，不過轉(zhuǎn)速又稍微低一點，所以離合器的外形相對要大一點。 通過摩擦副的性質(zhì)不一樣又可以把離合器分成干式的和濕式的，絕大多數(shù)的汽油機都是把摩擦片、離合器的壓盤全浸到油里面運動的濕式離合器； 還可以通過摩擦片的片數(shù)來區(qū)分，有單片和多片離合器之分。那些大型的汽油機一般會選單片/多片的干式離合器。這種的特點是從動的部分重量不大，不足的地方是摩擦的片徑很大，散熱也不太好，摩擦片的質(zhì)量也要選上乘的。除此之外，汽油機跟變速器之間要進行密封處理。中小型的汽油機一般會選多片的濕式離合器，把3是8片的摩擦片全浸到機油里面工作。多片濕式的離合器工作起來相當安全可靠，分開以及接合在一起的時候很圓滑不帶沖擊，噪音不大，不過這類離合器需要不停地攪拌機油，浪費動力。 濕式多片的離合器優(yōu)點很多，它的徑向尺寸不大、很耐得住熱、耐磨程度也很好等，當離合器在半接合的時候方便工作。掛擋制動的時候，后輪上的制動力可以很快地滿足最大的地面附著力，緊緊抱死住后輪。假如受到的轉(zhuǎn)矩太大，離合器主+從動片就會相對的打滑，就能把整個傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩降下來了。這種離合器不足的地方是它的軸向尺寸太大。 摩擦離合器傳遞出的最大轉(zhuǎn)矩的能達到多少，是通過摩擦面之間的壓力、摩擦系數(shù)來定的，還有摩擦面的面數(shù)和尺寸大小也有一定關(guān)聯(lián)。想要把最大轉(zhuǎn)矩變大一些，可以選摩擦系數(shù)相對大一點的摩擦片，或者加大壓力，又或者加大摩擦面都是可以的。 總結(jié)上面內(nèi)容，這次設(shè)計的離合器確定成是后置式的+多片摩擦離合器。 3.2.2 離合器基本參數(shù)和主要尺寸選擇 (1)摩擦片的片數(shù)：，這里是選5。 (2)選出離合器的后備系數(shù)： 這個后備系數(shù)屬于離合器的重要參數(shù)之一，這個參數(shù)可以表示離合器傳遞汽油機的最大轉(zhuǎn)矩是不是可靠。我們選的時候，必須確認能可靠地傳出最大轉(zhuǎn)矩、離合器上的滑磨不能太大、也要排除傳動系統(tǒng)的過載荷。由可以知道。 (3)摩擦片上工作的總壓緊力大小 其中 是摩擦片的摩擦系數(shù)大小，這里取 是平均的摩擦半徑大小，這里取 是摩擦片的數(shù)目，取 代進去得到 (4)摩擦片的摩擦面單位面積上面的壓力大小 (Mpa) 單位平均壓力大小關(guān)系著離合器的工作性能好壞以及工作壽命的長短，選取的時候還要結(jié)合離合器的工作要求，比如汽油機的后備功率的大小，摩擦片的大小、摩擦片用什么材料，還有質(zhì)量和后備系數(shù)等參數(shù)的連帶關(guān)系。 =Mpa 其中 A代表著摩擦片的面積大小 (5)摩擦片的尺寸大小 當外徑D選的是一樣的時候，就用相對小一點的內(nèi)徑d，這樣的的話雖然可以把摩擦的面積加大，傳遞的轉(zhuǎn)矩加大，但容易讓摩擦面上產(chǎn)生不均衡的壓力，內(nèi)外圓周之間的相對滑磨速度相差的特別大，這樣摩擦面的磨損會很不勻稱，散熱和扭轉(zhuǎn)減振器在這樣的情況下裝得不方便。 查資料 ， 其中是汽油機的最大扭矩，單位是N*m， 是經(jīng)驗系數(shù)。 ①經(jīng)驗系數(shù)： 經(jīng)驗系數(shù)的大小常常是在汽油機排量是范圍內(nèi)取， 這次我們?nèi)　? 那么得到=。 求內(nèi)徑是 其中代表著比值大小，大多在 以內(nèi)取值，這里定。 那么內(nèi)徑大小是。 現(xiàn)在國產(chǎn)的摩擦片的厚度規(guī)定的尺寸大多是 這三種里面來選，這次確定。 ②摩擦片選什么材料： 石花摩擦材料是很容易熱衰退的、加上是很強的致癌物，所以我們從70年代到80年代的中期，開始把石花摩擦材料逐步的替換掉，不用來做制動器了。跟著現(xiàn)代社會的發(fā)展，對環(huán)保和安全提出來的條件更高了，各個國家都在研究開發(fā)非石花摩擦材料，發(fā)現(xiàn)了非石花的半金屬型的摩擦材料、燒結(jié)金屬型的摩擦材料、代用纖維增強/聚合物粘接的摩擦材料、復(fù)合纖維的摩擦材料等等，它們共同的特色是： 1)全都不含石花的成分，大多是用代用纖維/聚合物來當作增強材料。 2)都加了金屬的成分，讓摩擦的濕度和壽命都增長了。 3)還會添進多種添加劑或者填料，讓摩擦的穩(wěn)定和抗粘著能力變大、對制動額噪聲和震顫情況有緩解作用。 制動系統(tǒng)和它的摩擦傳動系統(tǒng)達到一定程度的可靠運行，我們還要對非石花的摩擦材料加了更高的一些要求：材料的摩擦系數(shù)一定要高并且很穩(wěn)定，它的靜摩擦系數(shù)跟動摩擦系數(shù)的差距一定夠小，摩擦系數(shù)不能被外界條件影響太多，導(dǎo)熱性要好、熱容量和高溫力學(xué)強度承受的數(shù)值一定要高，耐磨性能和抗粘性能也要足夠高，排除那些容易擦傷表面的，振動也不能打，原材料一定要充足價格夠低，制造工藝不要復(fù)雜。 a. 離合器摩擦片之間的摩擦系數(shù)是， 的取值范圍一般是，這里。 (6)離合器中間片的設(shè)計： 中間片的厚度大小一般是，選中碳鋼材質(zhì)的鋼板沖壓出來，中間片的環(huán)行摩擦表面的撓度不要超過，摩擦表面的上面隔的間隔就沖出一個正方形的凹坑/菱形的溝槽，正方形吭大多是深度0.2~0.3mm，邊長0.50~0.75mm大小，菱形槽大多是深度0.2~0.3mm，加槽的原因是可以加大摩擦，讓可靠性得到提升。 (7)確定出離合器傳遞扭矩的大?。? 離合器能傳出多大的扭矩來，主要是看摩擦力矩的大小，根據(jù)離合器裝的位置，離合器的靜摩擦力矩是得按國際規(guī)定來定的： 后置式的離合器=， 這里是取=2.0==19.4(N*m) (8)求出摩擦片的平均摩擦半徑大?。? 其中，是摩擦片的外徑大小，單位是mm 是摩擦片的內(nèi)徑大小，單位是mm 那么可以算出 (9)求出離合器的壽命長短 其中，。 。 。 3.2.3離合器主動盤的設(shè)計 離合器的外殼尺寸是通過摩擦片/中間片來定的，從縱向深度方面確保摩擦片、中間片和壓盤可以安裝。裝輪轂的時候，內(nèi)徑要比中間片大一些。殼體的上面，沿著軸向方向要放開口槽，數(shù)量跟摩擦片的齒牙數(shù)目一樣，大多是8個，這次設(shè)計是做的12個槽，摩擦片上面凸出來的齒牙要能放進開口槽里頭，插好就得一起轉(zhuǎn)，加上摩擦片能沿著開口槽進行軸方向的運動。殼子大多會選鋁合金壓鑄出來的材料。 3.2.4 離合器壓盤的設(shè)計 (1)選出壓盤的傳動方式：壓盤的傳動方式分了兩類，一種拿壓盤當成主動件的，第二種是壓盤當作從動件的。這里我們選了第二種。 (2)確定出壓盤幾何尺寸的大?。耗Σ疗拇笮Q定了壓盤的大小，壓盤要多厚只要讓壓盤的質(zhì)量足夠，剛度夠大就可以了。也可以查資料按照公式進行校驗看厚度是不是符合條件。 壓盤的材料大多是選鑄鐵。 3.2.5 離合器彈簧的設(shè)計 (1)離合器的彈簧數(shù)目： 大多是在內(nèi)選，這里取。 (2)彈簧工作時的壓緊力大?。? (3)彈簧工作時的應(yīng)力大小： 其中，是工作的應(yīng)力大??； 是彈簧圈的中徑大小； 是彈簧的鋼絲直徑大小； 是旋繞比值，。 確定出2mm，那么，，= 代進去得到（） (4)選出彈簧的材料：大多是65Mn的鋼絲/碳素的鋼絲做出來的。 (5)彈簧確定的工作結(jié)構(gòu)：這次我們選拉伸彈簧。離合器會選手動頂桿式的機構(gòu)來當成操縱結(jié)構(gòu)，所以這個拉伸彈簧是符合條件的。 (6)求出彈簧的工作圈數(shù)和中圈數(shù)： 工作的圈數(shù)是 ， 其中是剪切彈性模量的碳鋼， =。 是彈簧的剛度，通常會取，這次設(shè)計是 那么得到 ，按標準選。 彈簧的總?cè)?shù)是多少，大多是比工作的圈數(shù)多到， 所以總?cè)?shù)是=。 (7) 離合器的分離的時候，彈簧的變形量大小： 變形量跟壓盤的行程是一樣的，一般是=， 這次設(shè)計取。 3.3 引風(fēng)機的設(shè)計 這次設(shè)計的手持式金銀花采摘機的總要組成部分就是引風(fēng)機，它起到了生成負壓的作用，還得把吸進來的花朵進行收集。這次的引風(fēng)機構(gòu)造見下圖3-2，引風(fēng)機的葉輪見3-3表示： 圖3-2 引風(fēng)機的外觀構(gòu)造 圖3-3 引風(fēng)機的葉輪 引風(fēng)機主要是外殼+葉輪構(gòu)成的，引風(fēng)機的葉輪是通過汽油機輸出的動力開始運轉(zhuǎn)的，能生成氣吸力，引風(fēng)機的外殼上面安放了入花口和出口，入花口直接和收集箱連一起，出花口跟外面相連通。 3.4 手持金銀花采摘器的設(shè)計 采花器是整個機器的重點部件，怎么設(shè)計要看下面兩點：第一個得把花朵從花桃上面順暢的采摘下來；第二個要聯(lián)系到人機結(jié)合的 工程層面，保證工人要用得順手，這次采花器的設(shè)計結(jié)構(gòu)看下圖： 圖3-4 手持式的采摘器 仔細看上圖，采摘器有三個組成部分：采摘箱體、采集雙輥、動力小電機這三個構(gòu)件。小電機生成動力，兩個輥受到驅(qū)動就會進行相對的運動，金銀花這時就被收集上來，負壓管會負責(zé)把采上來的花朵輸送到收集箱里面去。 3.5 采摘輥軸的設(shè)計及強度校核計算 應(yīng)用于軸的材料種類很多，主要根據(jù)軸的使用條件，對軸的強度、剛度和其它機械性能等的要求，采用的熱處理方式，同時考慮制造加工工藝，并力求經(jīng)濟合理，通過設(shè)計計算來選擇主軸的材料。 軸的設(shè)計應(yīng)滿足下列幾方面的要求：在結(jié)構(gòu)上要受力合理，盡量避免或減少應(yīng)力集中，足夠的強度（靜強度和疲勞強度），必要的剛度，特殊情況下的耐腐蝕性和耐高溫性，高速軸的振動穩(wěn)定性及良好的加工工藝性，并應(yīng)使零件的軸上定位可靠、裝備適當和裝拆方便等。 3.5.1 軸校核安全系數(shù) 圖3-5 受力分析 彎矩圖，在上面，＝46743.2Nm 易知在頂端處為最危險截面，校核此處的安全系數(shù) 旋轉(zhuǎn)軸的校核公式 ， []=1.3~1.5 （3.12） 式中 ——為材料的彎曲疲勞極限 MPa 根據(jù)調(diào)質(zhì) 40 d=105mm 可以知道： =335N/mm， =685N/mm M——軸危險截面上的彎矩 N.mm T——軸危險截面的轉(zhuǎn)矩 N.mm W——軸危險截面上的抗彎截面模數(shù) W——軸危險截面上的抗扭截面模數(shù) W= W= ——彎曲和剪切疲勞極限的綜合影響系數(shù)，由=685N/mm， 在表中標準化為700，由配合H7/m6 選=3.39 =2.44 則==2.133>[s]＝1.5 滿足要求。 3.5.2軸的靜強度安全系數(shù)校核 該校核的目的在于校核軸對塑性變形的抵抗能力，軸的強度是根據(jù)軸所受的最大 瞬時載荷（包括動載荷和沖擊載荷）來計算的 =[] （3.13） 式中： ——軸危險截面上的最大彎矩和扭矩 ——作用于軸上的最大軸向載荷 W ——軸危險截面的抗彎和抗扭截面系數(shù)。 A——軸危險截面的面積 ——屈服極限為 =490 []=1.7~2.2 且/=190/685=0.72屬于低塑材料 ==5.354[]＝2.2 也滿足要求。 3.6 金銀花采摘機手拉車的設(shè)計 金銀花采摘機器雖然工作起來很靈巧便利，但是它裝的汽油機和風(fēng)機加起來的重量還是有些分量的，我們就安排設(shè)計了一個手拉車，結(jié)構(gòu)看下圖： 圖3-5 手拉車的外形 看圖，主要是車輪、車架、安裝板共同組裝了手拉車。上面的安裝板是起到固定汽油機和引風(fēng)機的功能。 3.7 本章小結(jié) 分段說明了引風(fēng)機、汽油機、離合器、采花器、手拉車等部件的設(shè)計過程。 39 第四章 汽油機活塞組件的設(shè)計校核 4.1 活塞的設(shè)計 汽油機的活塞運動可以看成是一個活塞組，這涵蓋了活塞、活塞銷、活塞環(huán)等等零部件，氣缸里面活塞會不停地往復(fù)循環(huán)的運動，載汽油機里面這些零部件的工作條件最嚴格最辛苦。汽油機工作起來是不是可靠壽命長不長，跟活塞組的工作狀態(tài)有很大聯(lián)系。 4.1.1 活塞的工作條件和設(shè)計要求 1、活塞可能受到的機械負荷大小 在汽油機開始工作的時候，活塞有可能會受到的機械載荷有下面幾種：在有一定周期改變的氣體的壓力大小、不停地循壞來回的慣性力、慣性力引起的側(cè)向力大小。機械有一定的載荷，活塞的每個部位都會受到相應(yīng)的應(yīng)力大小：活塞的頂上面可能有動態(tài)的彎曲應(yīng)力作用著；活塞銷的座子可能有拉壓力以及彎曲應(yīng)力的作用；環(huán)岸那里有可能是彎曲和剪應(yīng)力的作用。環(huán)槽的地點和裙部那里的損耗是相對比較大的。 想要滿足機械上的負荷，我們確定活塞的時候必須讓每一個地方的壁厚和形狀都要滿足條件，只要強度+剛度達到一定的程度，活塞的結(jié)構(gòu)還是越緊湊小巧越好的，截面產(chǎn)生變化的地方要用恰當?shù)膱A滑來過渡，好把集中的應(yīng)力給降下來。 2、活塞可能會受到的熱負荷大小 氣缸里面的活動不停來回運動，活塞頂?shù)纳厦婺茏钕雀杏X到溫度變高的燃氣，燃氣點燃之后最高能到，所以活塞頂那里的溫度也相當高?；钊还鈺艿礁邷兀瑴囟鹊姆植家膊黄胶?，每個不同點的溫度差別還是很大的，因為會有熱應(yīng)力生成，熱應(yīng)力會把活塞的頂上面的表面影響到裂開都有可能。 3、磨損的程度大小 汽油機一旦進行工作了，側(cè)向力就有可能發(fā)生，而且還是很大的，氣缸里面，活塞的運動是相當快速的，這時候的活塞組跟氣缸的表面之間肯定互相摩擦的相當厲害，再加上這里的潤滑也不太好，所以磨損顯得更加嚴重了。 4、確定出活塞組的整體的設(shè)計條件 （1）一定得選熱強度比較好的、耐磨程度相當強的、比重以及熱膨脹的系數(shù)都要小的、導(dǎo)熱性能也得好、減磨性能和工藝性也得盡可能的高些，材料一定要滿足上面的特點； （2）設(shè)計出來的形狀以及壁的厚度一定要恰當。讓活塞組的散熱要快，強度+剛度也得達到條件，重量盡可能的用輕一些的，降低集中的應(yīng)力大??； （3）燃燒室要保持好密封程度，減少竄氣和竄油，不能讓活塞組的摩擦加重； （4）任何一種工作情況，活塞+缸套之間的配合程度要適合； （5）限制住活塞從高溫度的燃氣里面吸收到的熱量多少，讓吸來的熱量能快些順利地排掉，里面的溫度不能太高； （6）保證機油的油耗不高，滑動面的上面潤滑油一定要是足量的。 4.1.2 活塞的材料 上面把活塞的設(shè)計條件列出來了，那么活塞的材料要滿足下面幾點： （1）材料的熱強度一定要高。溫度達到時機械性能也要夠好，讓零件不容易損傷； （2）材料的導(dǎo)熱要好，吸熱要差。頂上面和環(huán)區(qū)的溫度大小一定得限制好，溫度不可以一下子沖高，熱應(yīng)力大小也要控制好； （3）材料的膨脹系數(shù)不能大?；钊鷼飧字g的空隙不能大； （4）材料的比重也要小。這樣能把活塞組工作的往復(fù)慣性力降下來，連帶著曲軸連桿組的機械負荷和平衡配重也會小一些； （5）材料的減磨性要比較好，可以耐得了磨損、腐蝕； （6）材料的工藝性能是可行的，低價格的。 經(jīng)過上面的說明，灰鑄鐵材料是很耐磨的、耐腐蝕程度也高、膨脹系數(shù)也不大、熱強度也很好，再加上價格不貴、工藝性也可行，被大范圍的用作活塞的制造材料。不過發(fā)展到現(xiàn)在，汽油機的轉(zhuǎn)速越來越快，很多性能都加強了。比重太大+導(dǎo)熱不行是灰鑄鐵活塞的兩個不足的地方，所以跟著時代走肯定會被替代掉，這時候鋁基輕合金的材料就變成生產(chǎn)活塞的主要材料了。 鋁合金的比重不太大，只占灰鑄鐵的1/3大小，所以做出來的結(jié)構(gòu)重量只有鑄鐵的。還因為鋁合金的慣性很小，對提高速度有幫助。鋁合金材料的導(dǎo)熱情況也很不錯，熱傳導(dǎo)的系數(shù)能到鑄鐵材料的倍，這樣做出來的活塞降溫效果就相當好了。汽油機上選鋁活塞還能把壓縮比變大、進一步改進了汽油機的工作效果。 共晶鋁硅合金的材料運用得也很廣，它可以鑄造也能鍛造。其中硅含量大概是9%的亞共晶鋁硅的合金，這個材料的熱膨脹系數(shù)稍微大些，鑄造性能尤其突出，所以運用的范圍也是很廣的。 總結(jié)之后，這一次我們就選鋁硅合金加上鑄造來做成活塞。 4.1.3 活塞頭部的設(shè)計 1、重點的設(shè)計部分 活塞的頭上是活塞頂+環(huán)帶這兩個部分，是用來承受氣體壓力的，經(jīng)過銷座會把壓力傳到連桿上面，活塞環(huán)還會一直配合著氣缸的密封條件。所以我們在設(shè)計活塞頭的時候，一定要注意下面幾個部分： （1）機械的強度+剛度一定要滿足一定的條件，不然就可能出現(xiàn)裂開或變形的太多，一旦環(huán)槽變形了，活塞環(huán)肯定會被影響； （2）溫度不可以過高，溫差要盡可能的小，避免出現(xiàn)熱變形和熱應(yīng)力，保持活塞環(huán)的環(huán)境，防止頂頭熱疲勞裂開來； （3）尺寸安排一定要緊湊，常見的壓縮高度只要少掉1單位，連帶著汽油機的高度就能跟著少掉單位，這樣一來，活塞的重量會變小了。的大小是頭部的尺寸大小來定的。 2、壓縮的高度尺寸大小怎么確定 活塞的壓縮高度大小就會關(guān)聯(lián)到汽油機的總高度的值，還關(guān)連到氣缸套和機體的尺寸數(shù)據(jù)、質(zhì)量的多少也相干。先進的汽油機都要求把活塞的壓縮高度變小，越小的話，它的壓縮高度可以經(jīng)過火力岸的高度大小、環(huán)帶的高度大小、上裙的尺寸大小合成出來， =++ 先要把壓縮的高度降下來，只要強度滿足了，盡可能的把環(huán)岸、環(huán)槽的高度、銷孔的直徑往小減小就行了。 （1）第一環(huán)的地點 當我們設(shè)計活塞環(huán)的壓縮高度時，第一步就是確定第一環(huán)的地點，這就是火力岸的高度。想要小， 的數(shù)值也不能大， 也不能太小，不然的話第一環(huán)那邊的溫度一定會就高出很多，這時活塞環(huán)的彈性肯定會受到高溫，松弛又粘結(jié)的情況就來了。那么我們在確定火力岸的高度時，一定要看第一環(huán)槽的熱載荷大小確定好之后，取小一點就行。 大多汽油機是取，代表著活塞的直徑數(shù)值，這里取活塞的直徑大小是，求出火力岸的具體高度數(shù)值是： （2）環(huán)帶的高度進行求解 活塞的高度大小要是能降下來，活塞環(huán)槽的軸向高度的數(shù)值也得小一點，那么對應(yīng)的活塞環(huán)的慣性力也會跟著小的，這個情況下，對環(huán)槽的側(cè)面沖擊力就小多了，可以幫助環(huán)槽耐受的時間更長。不過也不能太小，因為太小會讓制環(huán)工藝變復(fù)雜。小型的高速內(nèi)燃機上面，通常的氣環(huán)高度是，油環(huán)的高度數(shù)值取。 這次我們是確定的三道的活塞環(huán)，第一個、第二個環(huán)當作壓縮環(huán)，也可以叫成氣環(huán)，第三個環(huán)叫做油環(huán)。這里是定，，。 環(huán)岸的高度是，保證環(huán)岸在有氣壓力的負荷下不會壞掉就行了。很顯然第二個環(huán)岸受的負荷就要比第一個環(huán)岸小很多，溫度跟著也低一些，第一個環(huán)岸如果壞了，才會影響到第二環(huán)。所以，只要把第一環(huán)設(shè)成最大的，其它的小點就行。通常的情況下，，， 因為汽油機是接近下限的數(shù)，那么 ， 。 得到環(huán)帶的高度是。 （3）上裙的尺寸大小怎么確認 如果活塞的頭部的環(huán)確定好了，那么壓縮的高度H1的大小，最后是經(jīng)過活塞銷的軸線到最低的環(huán)槽之間的間隔h3來定的，油環(huán)的工作效果如果是比較好的，那么環(huán)放進槽里面的軸向間隙就要很小，環(huán)槽的變形不能太大，不然就直接卡死了。我們在選出的活塞的上裙尺寸色的時候，要把銷座上面的油環(huán)槽加到銷座外徑的上面，銷座的強度大小要保證開槽之后，強度也不會減弱，也要避免銷座那里的材料分布不均衡產(chǎn)生的應(yīng)力，確保油環(huán)的環(huán)境。 對于汽油機的壓縮高度取， 那么 。 繼續(xù)求出 。 3、活塞的頂部和環(huán)帶斷面是怎么確認 （1）活塞的頂處的處理 活塞的頂?shù)男螤钤趺刺幚?，是要看燃燒室是什么樣子的。只看活塞的話，把活塞組的熱負荷大小、集中的應(yīng)力降下來就可以了，選最小的受熱面積、加工起來最容易的活塞頂，也就是平頂?shù)男螤?。大多?shù)都用的是平頂活塞，其中型號EA113 5V 1.6L的汽油機的高壓縮比大小是，只要用類似平頂模樣的活塞就行了。一般情況來看，活塞的頂可以用最小厚度，汽油機是，那么?；钊敳课降臒幔且?jīng)過活塞環(huán)來傳出去的。那些沒有強制冷卻要求的活塞，傳到氣缸壁上的熱占到了，經(jīng)過活塞本體傳到氣缸壁上的熱占了，傳到曲軸箱里面的空氣和機油只占到了大概的量。 活塞頂部的厚度得從中央慢慢擴大到四周，需要過渡的圓角也要足夠大，這樣一來活塞的頂上面吸到熱量就能很快地傳到第二、三個環(huán)那里，把第一個環(huán)那里的熱負荷降下來了，溫度也跟著降下來。 活塞的頭部還有活塞環(huán)這個部分，側(cè)面的厚度也要加一些，常常會在內(nèi)選，這次取也就是，活塞頂處跟側(cè)壁面之間要用比較大的渡圓角來過渡，常常會在內(nèi)選，這次取也就是。防止積炭和受熱太多了，活塞頂?shù)谋砻嬉芄鉂?，有要求的還要進行拋光處理?；钊?shù)男螤钊绻菑?fù)雜的，要排除尖角出現(xiàn)，出現(xiàn)了尖角都要打磨圓整，不然高溫的時候就可能化掉。 （2）環(huán)帶的斷面的怎么確認 當活塞在高溫度的負荷狀態(tài)，環(huán)帶的壁厚要設(shè)的足夠大，它的導(dǎo)熱能力也不能低，熱量防止都集中到最高的一環(huán)，這時的平均大小是。我們設(shè)計環(huán)槽斷面的時候，要把環(huán)跟環(huán)槽的之間的配合選選好，這對之后的工作能不能可靠耐久影響很大。槽底額圓角大多?；钊沫h(huán)岸設(shè)恰當?shù)牡菇?，因為如果岸部跟缸壁壓得很緊產(chǎn)生毛刺時，沒有倒角活塞環(huán)就會被卡死，出現(xiàn)漏氣或者過熱的現(xiàn)象，倒角又不太大，不然活塞環(huán)漏氣加重。這時倒角一般是。 （3）環(huán)岸和環(huán)槽的設(shè)置 設(shè)計環(huán)岸和環(huán)槽一定要保證活塞+活塞環(huán)好正常運作，機油的消耗量也要小，不要有活塞環(huán)粘起來卡死住或者嚴重的磨損發(fā)生，氣環(huán)槽的下平面要垂直于活塞的軸線，這樣環(huán)的下邊可以完完全全跟缸桶觸碰到，機油往上串的可能就變小了。活塞環(huán)的側(cè)隙要保證不會發(fā)生上面的情況下盡量的小。第一環(huán)跟環(huán)槽的側(cè)隙大多取，第二、三環(huán)稍微小點就可以了，是，油環(huán)要更小點，這樣對活塞環(huán)的穩(wěn)定運行有好處，還能把機油的油耗降下來。油環(huán)槽里面必須分布回油孔，要勻稱的分布到主次推力面的旁邊，回油孔對能不能減油耗很有用處。下面把三道活塞環(huán)的開口間隙和側(cè)隙的大小都列到下表中了： 表4-1 活塞環(huán)的開口間隙大小+側(cè)隙的取值范圍 活塞環(huán) 開口的間隙大小/ 側(cè)隙的大小/ 第一道環(huán)處 第二道環(huán)處 第三道環(huán)處 活塞環(huán)的背隙還是比較大的，可以排除環(huán)跟槽下面的圓角帶來影響。 通常的氣環(huán)取，油環(huán)取的稍微大點，看下圖4-1。 （4）對環(huán)岸的強度進行校驗 膨脹沖程開始發(fā)生的時候，會產(chǎn)生一個爆發(fā)的壓力，第一道環(huán)會緊緊壓到第一環(huán)岸上面。為了要節(jié)流，第一環(huán)岸受到的壓力會比下面的壓力大很多，這時的不平衡的力就會在岸根那里生出相對大的彎曲+剪切應(yīng)力，只要應(yīng)力超過一定數(shù)，比鋁合金在一定溫度下的強度極限和疲勞極限還要大，這時的岸根很容易出現(xiàn)裂掉，特別的做過相關(guān)試驗，活塞頂上受到最高的爆發(fā)壓力的時候，，，見下圖4-2。 已知數(shù)是=，那么求出，。 圖4-1 環(huán)到環(huán)槽之間的配合間隙+環(huán)槽的結(jié)構(gòu) 圖4-2 第一環(huán)岸的受力 Figure3是1 The ring and the ring groove and ring groove clearance Figure3是2 First Force of the Central Coast 什么叫環(huán)岸，這是一個厚度是、內(nèi)外的圓直徑是和的圓環(huán)形狀的板子，順著內(nèi)圓柱的面來緊固住，想要準確的算出固定面上的應(yīng)力不容易，所以我么簡化一下，看成簡單的懸臂梁粗略地來算就可以了。根據(jù)正常的尺寸比例，先假設(shè)槽底/岸根的直徑是， 那么算到環(huán)槽的深度大小是： 岸根上面受到的彎矩是 環(huán)岸根那里，斷面上的抗彎系數(shù)大約是 環(huán)岸根部，危險斷面上的彎曲應(yīng)力是 同理，求出剪切應(yīng)力大小是： 應(yīng)力大小求出： 可以知道鋁合金的材料，溫度高的話強度就會減弱，環(huán)岸根那邊就會產(chǎn)生集中的應(yīng)力，那么鋁合金的許用應(yīng)力大小是，，比較一下就知道是合格的。 4.1.4 活塞裙部的設(shè)計 什么是活塞的裙部，活塞的頭那里的最低一個環(huán)槽往下的那一部分的活塞?；钊樦鴼飧鬃鰜砘剡\動的時候，裙部會起到導(dǎo)向的效果，還要受到連桿一直擺動生成的側(cè)壓力。所以設(shè)計裙部的時候，要讓活塞導(dǎo)向正確，實際的承受到壓力的面積是足夠的，潤滑油膜也要夠厚，不能出現(xiàn)間隙太大，一大就可能敲缸，有噪聲發(fā)出來，也不可以太小，活塞就可能拉傷。 活塞只要工作了，裙部也會跟著變化。第一點，活塞會有側(cè)向力的影響，裙部表面也會感受到，大多是在銷孔之間的弧形表面上受到。這時裙部就像快被壓扁了，活塞在銷座方向上的尺寸顯然就放大了；第二點，會有爆發(fā)的壓力+慣性力一起作用到活塞的頂上面，在活塞銷座的跨度范圍里面，活塞的頂就可能產(chǎn)生變形，又讓活塞在銷座方向上的尺寸放大了；第三，溫度變高了會出現(xiàn)熱膨脹現(xiàn)象，銷座部分的壁厚比其它地方要厚一些，熱膨脹的后果更厲害。上面說到的三種情況帶來的后果就是讓活塞在銷座方向變大了，就會把裙部的截面變形成了橢圓狀的，壓成長軸方向的橢圓形狀，這時兩個端面到氣缸之間的間隙就沒有了，還可能有拉毛發(fā)生。其實機械的變形關(guān)系不算大，受高熱膨脹的變形才是主要緣由。 我么想要控制不發(fā)生拉毛，活塞的裙部跟氣缸之間的空隙要流的足夠大。太大也不行的，因為太大空子就可能敲缸。最實用的就是盡力減小傳到裙部的熱量，把裙部受到的膨脹降到最低；裙部的形狀做成什么樣，要聯(lián)系活塞的溫度分布情況、壁的厚度大小等等。 活塞的裙部的橫斷面大小要跟發(fā)生變形之后的形狀相配合。我們一般會把裙部的橫斷截面按橢圓形來做，長軸是跟活塞銷的中心線的垂直方向一樣，短軸跟銷軸方向保持平行。最一般的橢圓形狀是： 其中是橢圓的長軸、是橢圓的短軸，見下圖表示。 缸徑假如小于，那么裙部開槽的活塞，橢圓度的大小，通常是。 圖4-3 活塞銷的裙部的橢圓形 1、先求裙部的尺寸大小 生成的側(cè)壓力最多的是作用到活塞的裙部。想要活塞裙表面的潤滑油膜厚度的一直保持著，那么它表面的比壓肯定是小的。我們想要確定活塞的裙部長度是多少，先要保持一定大小的受壓力的面積，把比壓大小和磨損的程度降下來。 裙部的長度怎么定，通過裙部比壓的最大值，先把最小的長度確定下來，根據(jù)這次課題的具體條件再來調(diào)整。 裙部的單位面積壓力的大小，也就是裙部的比壓： 其中：是最大的側(cè)作用力大小，求得是 是活塞的直徑，單位是； 是裙部的高度，單位是。 我們?nèi)　? 那么 大多數(shù)的汽油機活塞的裙部比壓值大概是，比較下來，這次設(shè)計的數(shù)值是符合條件的。 2、確定出銷孔的放置在哪里 活塞銷不可以跟活塞裙的軸線交在一起，得往受到膨脹的側(cè)壓力的一邊，也就是主推面的一邊偏移了，假如銷軸線跟軸線交在一起，那么活塞就可能超過上止點，只要側(cè)壓力的方向變了，活塞就會從次推力面貼著氣缸壁的那一個面瞬間橫掃過來，變換成主推力的那一面緊緊貼住氣缸壁的另外一面了，這就會拍擊氣缸，發(fā)出噪聲，對耐久能力有傷害。假如是把活塞銷偏心進行布置了，可以讓瞬見的過渡轉(zhuǎn)化成分布的過渡，而且過渡時刻會比最高燃燒壓力的時刻還要快，汽油機就能更加可靠平穩(wěn)地工作了。 4.2 活塞銷的設(shè)計 4.2.1 活塞銷的結(jié)構(gòu)、材料 1、確定出活塞銷的大小尺寸 活塞銷外面看是一個圓柱體，里面其實是空心的，這樣做的意義是，讓慣性的質(zhì)量足夠小，材料的利用率就更多了。活塞銷跟銷座、連桿小頭襯套孔之間都是用全浮方式的連接配合。 活塞銷的外直徑的大小取，這次取， 活塞銷的內(nèi)直徑的大小取，這次取， 活塞銷的長度取，這次取 2、怎么確認出活塞銷用什么材料 活塞銷用低碳合金鋼加上表面滲碳處理，這樣一來材料的硬度相對變高、耐磨能力也加強了、內(nèi)部的沖擊韌性變得高了。這種材料的表面加工精度及粗糙程度也是相當高的，高溫度情況下還是很穩(wěn)定的。 4.2.2 活塞銷強度和剛度計算 活塞在運動的時候，活塞銷的表面會有氣體的壓力加上來回的慣性力一起影響著，那么得到的總的作用力就是，活塞銷的長度定成，連桿小頭的高度大小是，活塞銷的跨度定作。 1、算出最大的彎曲應(yīng)力是多少 中央截面那里的彎矩力大小是 抗彎斷面的系數(shù)是 ， 因為 那么彎曲應(yīng)力額大小是 2、算出最大的剪切應(yīng)力大小是多少 在銷座和連桿小頭之間的截面上面會產(chǎn)生最大的剪切應(yīng)力。其中橫斷截面的最大剪切應(yīng)力一般是在中性層上的，可以得到： 許用的彎曲應(yīng)力大小是； 許用的剪切應(yīng)力大小是， 比較一下，結(jié)果是滿足條件的。 4.3 活塞銷座 4.3.1 活塞銷座結(jié)構(gòu)設(shè)計 支撐活塞的部件就是銷座，它還可以把功率傳出來。銷座的強度+剛度一定保證達標，足夠來應(yīng)付活塞銷產(chǎn)生的變形量，應(yīng)力的集中可能會讓銷座產(chǎn)生疲勞最后裂開來；受到壓力的表面要足夠大，耐磨程度也要好。 銷座的內(nèi)徑大小取，銷座的外徑大小是，通常會取內(nèi)徑的，這次取 活塞銷的彎曲跨度越小，它的彎曲變形程度會跟著小下來，銷座系統(tǒng)工作起來就更加的安全可靠，所以我們常常把連桿小頭到銷座開擋之間的距離取作，一般精度條件夠了，兩邊只放就可以了，間隙定成。 4.3.2 驗算比壓力 銷座的比壓力大小是： 。 4.4 活塞環(huán)設(shè)計及計算 4.4.1 活塞環(huán)形狀及主要尺寸設(shè)計 上面已經(jīng)選好了是三道活塞環(huán)，第一個和第二個環(huán)是代表氣環(huán)，第三個環(huán)是油環(huán)。 第一個環(huán)是桶形狀的，扭曲環(huán)，材料選的是球墨鑄鐵加上表面鍍鉻。桶形環(huán)跟缸筒之間用圓弧來接觸，活塞擺動對它的運動關(guān)系不大，楔形的潤滑油膜很好保持住。 第二個環(huán)是鼻形狀的環(huán)，是鑄鐵的，這種環(huán)可以排除泵油出現(xiàn)，潤滑效果很不錯。 第三個就是油環(huán)，這是鋼帶做的環(huán)，重量是比較輕的，比壓也足夠高，刮油的能力很強。 活塞環(huán)里面的尺寸參數(shù)是大多是環(huán)的高度大小、徑向的厚度大小。 氣環(huán)在，油環(huán)在， 這次取，，。 活塞環(huán)的徑向厚度是，如果缸徑在以內(nèi)時，， 這次取。 4.4.2 活塞環(huán)強度校核 活塞環(huán)開始運動，剪應(yīng)力大小、軸向力跟它的關(guān)聯(lián)不太大，只要算出彎矩大小就可以校驗了?；钊h(huán)的平均半徑跟徑向的厚度的比值一般是比5還要大的，能根據(jù)直桿的彎曲正應(yīng)力大小來求出。 1、算出工作時候受到的彎曲應(yīng)力的大小 活塞斷面的最大彎矩大小是： 得出最大的彎曲應(yīng)力是： 斷面都是壓環(huán)的，開口間隙跟活塞環(huán)平均的接觸壓力之間的關(guān)系是： 代進去得到最大的彎曲應(yīng)力是 其中：， ； ，在里選取； 是氣缸的直徑大小，單位是； 是活塞環(huán)額徑向厚度大小，單位是 那么得到 因為活塞環(huán)工作下的許用彎曲應(yīng)力是，得到結(jié)果是合格的。 2、求出套裝上的應(yīng)力大小 在套裝環(huán)到活塞上面的時候，我們扳切口的時候要開大口一點，應(yīng)該比自由狀態(tài)的間隙大一點就行，均壓環(huán)的話，這時候正對著切口的地方，套裝的最大彎曲應(yīng)力大小是： 其中：是跟套裝方法相關(guān)的系數(shù)，大多是，這次我們?nèi)。? 可以求出 套裝的時候在普通溫度下操作，受的應(yīng)力時間是很短的，那么套裝時的應(yīng)力許用值比工作時許用值的還要大，看一下算的結(jié)果還是滿足條件的。 4.5 本章小結(jié) 我們在設(shè)計活塞的時候，依照順序確認了活塞、活塞銷、活塞銷座、活塞環(huán)