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2.0升汽车发动机活塞组设计


目录
0 前言 ???????????????????????????????????3 1 汽油机结构形式的设计 ???????????????????????????3
1.1 气缸数和气缸布置的选择 1.2 冷却方式的选择 ?????????????????????????3

????????????????????????????

3 ??????????????????????????4

2 汽油机结构参数的选择
2.1 缸径的确定

??????????????????????????????????4 ?????????????????????????????5

2.2 行程缸径比 S/D 的选取 2.3 转速 n 的确定

?????????????????????????????????5 ?????????????????????????????5 ????????????????????????5

2.4 汽缸工作容积与升功率

2.5 曲柄半径与连杆长度之比λ 的选取 2.6 缸心距的确定

????????????????????????????????5 ??????????????????????????5

2.7 压缩比、 燃烧室容积及总容积

3 热力学计算 ????????????????????????????????6 3.1 作出 P-V 图 ??????????????????????????????????6 3.1.1 压缩过程 ??????????????????????????????????6 3.1.2 膨胀过程 ??????????????????????????????????6 3.1.3 P-V 图的绘制 ????????????????????????????????7 4 运动学计算 ????????????????????????????????9 5 动力学计算 ???????????????????????????????11
5.1 曲柄连杆机构的动力分析 5.1.1 沿气缸中心线的总作用力 5.1.2 P 力的传递与分解 ???????????????????????????11 ??????????????????????????12

??????????????????????????????13

6 活塞设计 ????????????????????????????????15
6.1 活塞的材料 ??????????????????????????????????16 ???????????????????????????????16 ????????????????????????????????16 ??????????????????????????????16 ????????????????????????????????16 ??????????????????????????????16 ???????????????????????????????17
0

6.2 活塞主要尺寸设计 6.2.1 活塞高度 6.2.2 压缩高度 6.2.3 火力岸高度 6.2.4 环带高度 6.2.5 活塞顶部厚度

6.3 活塞裙部及其侧表面形状的设计 ??????????????????????????17 6.3.1 裙部椭圆 ?????????????????????????????????17 6.3.2 配缸间隙 ?????????????????????????????????17 6.4 活塞头的质量计算 ????????????????????????????????17

7 活塞销的设计???????????????????????????????18
7.1 活塞销的材料 ??????????????????????????????????18 7.2 活塞销与销座的结构设计 ?????????????????????????????18 7.3 活塞销与销座的配合 ???????????????????????????????18 7.4 活塞销质量 ???????????????????????????????????18 7.5 活塞销刚度和强度的校核 ?????????????????????????????19

8 活塞环设计????????????????????????????????20
8.1 活塞的密封机理 ?????????????????????????????????20 8.2 气环的设计 ???????????????????????????????????20 8.3 油环的设计 ???????????????????????????????????20 8.4 强度校核 ????????????????????????????????????20

10 小结 ??????????????????????????????????20 参考文献 ?????????????????????????????????21 附表 1 ??????????????????????????????????22 附表 2 ??????????????????????????????????23 附表 3 ??????????????????????????????????25 附表 4 ??????????????????????????????????27 附表 5 ??????????????????????????????????30

1

2.0L 四行程汽油机活塞组设计
0 前言
这学期学院为我们专业开始了《汽车发动机设计》 ,为期 3 周。 汽车工程学院针对我们热能与动力工程专业特别开设的专业课设计《汽车发动机设计》 是非常必要的,这是因为发动机是汽车的心脏,汽车的行使速度、加速性、爬坡度、牵引 力决定于发动机;汽车常见故障大部分来源于发动机;汽车的然有经济性和经常费用也主 要决定于发动机。为了实现汽车的设计目标,根据发动机的重要性,汽车方案设计对发动 机的型式和主要参数、指标是作了规定的。所以发动机设计是一个重要的阶段,其中包括 结构空间、总质量、功率、环境保护、生产成本、使用成本等指标。通过这次我们亲身的 设计实践,让我们对这些专业课的基础知识和基本理论能有进一步的理解和掌握,使我们 在分析、计算、设计、绘图、运用各种标准和规范、查阅各种设计手册与资料以及计算机 应用能力等各个方面得到进一步的提高,能够全面地检验并巩固我们以前所学的专业课知 识,并通过结合实际情况,让我们能从一个全新的角度重新学习、认识以前学过的专业课 知识。除此之外,此次课程设计还为我们下学期的毕业设计奠定了坚实的基础,为我们将 来走上工作岗位埋下了铺路石。 我们要充分利用这次课程设计的机会,了解国内外发动机的发展现状,并尽可能发挥 我们的能力,保质保量地完成此次课程设计。本设计主要工作任务是四行程汽油机活塞组 的设计。

1 汽油机结构形式的设计
1.1 汽缸数和气缸布置的选择
直列 4 缸 内燃机的气缸数和气缸布置方式,对其结构紧凑性、外形尺寸比例、平稳性及制造使 用成本都有很大影响。目前小轿车各轻型车除最小排量的车型用 2 缸或 3 缸外,绝大多数 用 4 缸机,少数高级轿车用 6 缸机或八缸机。 至于气缸布置,不超过 6 缸的内燃机绝大数是单列的,单列式发动机结构简单,工作简单,
2

成材本低,使用维修方便,能满足一般要求,而且以各气缸线所在平面与地面垂直居多。 结合国内制造使用成本,生产条件及运转平衡性等,初步选用直列 4 缸机。 目前汽车发动机多采用直列 4 缸、6 缸和 V 型 8 缸的结构。 根据现有的国产汽油发动机的功率和汽缸数目的匹配关系, 设计 2.0 升的汽油发动机, 所要匹配的汽缸数目定为直列 4 缸机。

1.2 冷却方式
水冷 常用的冷却方式有水冷和风冷两种,水冷式发动机由于冷却较好而且均匀,强化的潜 力要比风冷式发动机大,因此在汽车发动机上至今大多数还是水冷式发动机。参考文献[5] 在条件相同时,主要由于充量系数的差别,水冷机比风泠机高 5%~10%。此外风冷发动机 功率和燃料消耗受气温变化影响较大,不如水冷发动机指标稳定。综合以上各因素,本设 计冷却方式选用水冷方式。

2.汽油机结构参数的选取
2.1 汽缸直径的确定
根据设计任务书所提供的设计条件: 所要设计的汽油发动机的排量为 2.0L 平均有效压力: 活塞平均速度:
p ? 0.8 ~ 1.2M p a C m ? 18m s

根据内燃机学的基本计算公式:

pem * Vs * i * n ????? (1) 30? S *n vm ? ????????? (2) 30 Pe ? Vs ?

?
4

D 2 * S ??????? (3)

其中 Pe ——为发动机的有效功率,

p em ——为发动机的平均有效压力,依题为 0.8 ~ 1.2Mpa Vs ——为汽缸的工作容积,依题为 0.5L
3

i ——为发动机的汽缸数目 ,依题为为 4

n ——为发动机的转速
vm ——为活塞的平均速度,依题为 ? 18 m
S ——为发动机活塞的行程
D ——为发动机汽缸直径

s

? ——为发动机的行程数,依题为 4
根据以上的条件代入公式(1)(2)(3)得: , ,

70 ?

0.8*

?
4

* D2 * S * 4 * 30 * 4

30 * Cm S

计算化简后取 D=70mm

S=80mm

带回原式可以确定 n=5500 r/min 所以基本参数得以确定。

2.2 缸径行程比 S/D
汽油机 S/D 的取值范围为 0.8-1.2 S/D=80÷70=1.14

2.3 转速 n 的确定
根据《内燃机设计》 (杨连生)P2,汽油机转速在 2500-6000r/min 之间 取 n=5000r/min s*n ? 13 .3m / s 活塞速度 v m ? 30 符合活塞速度小于 18m/s 的要求

2.4 汽缸工作容积与升功率
? 0.307L 4 由于平均有效压力 Pme 范围在 0.8MPa—1.2Mpa,取 Pme=0.9 MPa .得 p *Vs * n * i P e = 1 / 30 me =68Kw ?
气缸工作容积 Vs= 气缸工作容积 Vs=

?D 2 S

?D 2 S
4

? 0.307L

升功率 PL=Pme*n/30 ? =31.6KW/L

2.5 曲柄半径与连杆长度之比λ 的选取
于λ =r/l 的范围在 1/3~1/4 之间,选取λ =0.3。又因曲柄半径 r=39mm 所以连杆长 度为 L=r/λ =39/0.3=130mm
4

2.6 缸心距的确定
由于汽油机干缸套的缸心矩 Lo/D 为 1.12-1.24,所以初选 Lo/D=1.2,得 Lo=84mm。

2.7 压缩比与燃烧室容积 Vc,总容积 Va
压缩比范围为 7—12,根据《内燃机学》 (周保龙)P308,受爆燃限制,汽油机压缩比 不超过 10,取ε =9 则燃烧室容积 Vc=Vs/(ε -1)=38.46mL, 汽缸总容积 Va=Vc+Vs=(38.46+307.72)=346.18mL

3 热力学计算
3.1 燃烧过程数学模型
根据设计任务书的要求,设计的为 2.0L,4 行程的汽油发动机,将其实际循环简化为 混合加热循环,这个循环过程称为汽油发动机的理论循环。选取汽油机压缩 V 比 ? ? a ?9 ,理论范围 8~12 之间其中 Vc Va ——为活塞在下止点时气缸的容积

Vc ——为活塞在上止点时气缸的容积
《内燃机学》的简化知:发动机的热力实际循环过程分为进气过程、压缩过程、膨胀 过程、排气过程。实际的循环过程复杂,难以用简单的数学模型来分析,所以为了计算发 动机的循环做功过程提出了理论循环过程。发动机的理论循环是将非常复杂的实际工作过 程加以简化,忽略一些因素,以便于作简易的定量处理。通过对理论循环的研究,可以清 楚的确定影响性能的一些重要因素,从而找到提高发动机性能的基本途径。最简单的理论 循环是空气标准循环,简化的条件为: 1)假设工质是理想气体,其物理常数与标准状态下的空气物理常数相同。 2)假设工质是在闭口系统中作封闭循环。 3)假设工质的压缩及膨胀是绝热等熵过程。 4)假设燃烧时外界无数个高温热源定容或定压向工质加热。工质放热为定容放热。 根据汽油机的混合气燃烧迅速,近似为定容加热循环。

3.1.1 绝热压缩起点
选取压缩冲程的下止点(设为 A 点)时的气体参数 Pa ? ?0.8 ~ 1?P0 其中 P0 为大气的 压力, P0 =1.03*105pa,系数取为 0.93,得: Pa ? 0.9Mp , Va ? 3.46*10?4 m3 根据活塞的 运动规律,计算出气缸内容积随曲轴转角的变化规律,得: V? =0.346L
5

3.1.2 绝热压缩过程
选取压缩冲程终点(设为 B 点) ,从 A 点到 B 点的压缩过程看作是多变的压缩过程, 多变指数取为 n1 ? 1.30 根据多变过程的热力学计算公式 P *V 1.3 ? Pa *Va1.3 =常数和 A 点的 气体状态,可以计算出从 A 点到 B 点的压缩过程中各个点的状态参数。经过计算后得到 B 点的状态参数: Pb ? 0.954Mpa

Vb ? 0.038*10?3 m3

3.1.3 定容增压过程
选取定容增压的终点(设为 C 点) ,从 B 点到 C 点看作为定容压缩过程,其定容增 压比 ? ? 7 ,则 C 点的状态参数: Pc ? ? * Pb ? 7 * 0.954 ? 6.678Mpa

Vc ? 0.034*10?3 m3

3.1.4 绝热膨胀过程
选取膨胀过程的终点(设为 D 点) ,从 C 点到 D 点可以看作是多变的膨胀过程,其 多变指数为 n2 ? 0.81。

3.2 绘制 P-V 图
3.2.1 绘制理论 P-V 图
根据多变过程的热力学计算公式 P *V n ? Pd *Vd1.3 ? 常数和 C 点的气体状态,可以计算 出从 C 点到 D 点的膨胀过程中各个点的状态参数。计算后,得:

PD ? 0.63Mpa Ve ? 0.56*10?3 m3
未调整的 P-V 图
理论P-V图 系列1 系列2

12 11 10 9 8

压力(Mp)

7 6 5 4 3 2 1 0

0

50

100

150

200

体积(mL)

图 1 理想 P-V 图

250

300

350

400

450

500

550

600

6

3.2.2 绘制调整 P-V 图
调整的 P-V 图: 因为实际过程比较复杂,所以在得到的 P~V,P~φ 图上要修正得到, 最高压力不在上止点,还有点火提前角,排气提前角的修正,显然实际的边界条件是不可 能得到的,所以只能做一些适当的修正。
理论P-V图
12 11 10 9 8

系列1 系列2

压力(Mp)

7 6 5 4 3 2 1 0

3.3 热力学平均有效压力校核
由热力学计算所绘制的示功图为理论循环的示功图,其围成的面积表示的是汽油机所 做的指示功 Wi 数值由对示功图积分后求得的面积来表示

0

50

其中

Va ? 0.346m ?3 Vc ? 0.034m ?3

Vd ? 0.05176 ?3 m

经过计算后得: Wi ? 565J 所以汽油机的平均有效压力:
7

100

Wi ? ?

150
Vd

?P2 ? P1 ?dv ? ?Vd ?P3 ? P1 ?dv Vc
Va

200

体积(mL)

图 2 调整 P-V 图

250

P2 ? 8.56M p a

P1 ?

Pd *Vd1.29 P1 ? Vd1.29

300

Pa *Va1.35 Va1.35

350

400

450

500

550

600

Pem ?

Wi *? m 565* 0.85 ? ? 0.548Mpa Vs 0.25* 3.14 * 0.07 * 0.07 * 0.08

其中?m ——为汽油机的机械效率,? m ? 0.85 根据计算得 0.8 ? Pem ? 0.878 ? 1.2 根据得到的示功图可以按照积分的思想得到指示功
Wi ? ? Pdv 得到计算结果如下
Vc Va

表 1 示功图积分数据表 Wi(j) 574.410233 Pi(Mpa) 1.54995024 Pme(Mpa) 0.8134955216 Pe(KW) 68.91868206

所给定的结果满足设计要求(Pme=0.8~1.2,Pe=70kw) 所以校核合格。 ,

4 运动学计算
4.1 活塞位移
根据活塞的运动规律,计算出活塞的位置随曲轴转角的变化规律: ? ? ? X ? r * ??1 ? Cos? ? ? ?1 ? Cos? ?? 4 ? ? 其中 ? ——为曲柄半径和连杆长度的比,根据设计书的要求,取 ? =0.29

r ——为曲轴半径, r ? 92 / 2 ? 46 mm
经过计算后的数据和 X ? ? 得图表,数据见后附附录。

活塞位移x(mm) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

活塞位移x(mm)

0

60

120

180

240

300

360

420

480

540

600

660

图 3 活塞位移

4.2 活塞瞬时速度
根据活塞的位移规律, 对曲轴转角 ? 求倒得到活塞的瞬时速度 V 随曲轴转角 ? 的变化规律: 经过计算后的数据和 V ? ? 得图表,数据见后附附录。
8

720

? ? ? V ? r?? Sin? ? Sin2? ? 2 ? ?

活塞速度v(m/s) 30 20 10 0 -10 -20 -30
图 4 活塞速度

活塞速度v(m/s)
0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720

4.3 活塞的加速度、最大加速度
根据活塞的瞬时速度规律, 对曲轴转角 ? 求倒得到活塞的加速度 V 随曲轴转角 ? 的变化规 律: j ? r? 2 ?Cos? ? ?Cos2? ? 经过计算后的数据和 j ? ? 得图表,数据见后附附录。

活塞加速度a(m/s2) 20000 15000 10000 5000 0 活塞加速度 a(m/s2)

0 60

120 180

240 300

360 420 480

540 600

-5000 -10000 -15000

图 5 活塞加速度

5 力学计算
5.1 气体压力:由 P~V 图转化为 P~α 图
随着曲轴转角的变化,缸内的气体压力也会随之发生变化。将热力学计算中的
9

660 720

P ? ?V 图转化为 P ? ?? 图,即气缸内气体压力随曲轴转角的变化规律。0~180 度为进

气行程,汽缸内的气体压力在理论循环下基本可以认为是一恒定值且小于大气压力; 180~360 度为多边压缩行程,汽缸内的气体压力可由绝热方程求出;360~540 度为多变 的膨胀过程,汽缸内的气体压力可由绝热方程求出;540~720 度为排气行程,可以认为 汽缸内的气体压力是均匀下降至 ?0.8 ~ 1?P0 。由于已知了曲轴转角α 和活塞位移 X 的关 系式,又因 V=13。33+ ? D2X/4000,则可以在 EXCEL 表格中,求取出相应转角α 时对应 气缸容积 V。每隔 5°求(p,V) 。下面列出来了一部分转角α 下压力 p 的数据: 利用上面求解出的数据,做出 p~α 图。如图:
P-α 图

9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 200 400
p~α 图

600

800

图6 5.2 往复惯性力

分析机构的惯性力时,通常将连续分布质量的实际活塞曲柄连杆机构离散成用往 复运动质量的动力学等效当量系统来分析, 往复惯性力的产生是由于活塞和连杆小头 的质量在活塞瞬时速度的不均匀条件下产生的。 往复惯性力的大小不仅与活塞和连杆 小头的往复惯性质量有关,还与活塞的瞬时加速度有关。其加速度已经在运动学中计 算完毕,往复惯性质量

m j ? m1 ? m2 ,

其中 m1 ——为活塞组的质量

m2 ——计算断面以上那部分连杆往复运动质量。
活塞的质量在估算时,将活塞当作薄壁圆筒处理。 活塞
4 其中 D——为活塞的外径,D=70mm
10

m1 ? ? *

?

* D 2 ? ?D ? t ? * H
2

?

?

t——为活塞的厚度, t=8mm H——为活塞的高度,H=(0.8~1.0)D=84mm

? ——为活塞的密度, 在此处用共晶铝硅合金 66-1, 密度为 2.7g/cm3 L?l m2 ? *m L 其中 L——为连杆的长度
l ——为连杆质心到连杆大头的距离

m ——为连杆的质量
经过估算得到 mj = m2+m1=0.782kg 用公式 Pj ? ?m j * r? 2 ?Cos? ? ?Cos2? ? 即可以计算出活塞连杆小头的往复惯性力 随曲轴转角的变化规律,具体的计算数据见后附表。

5.3 旋转往复惯性力
分析机构的惯性力时,通常将连续分布质量的实际活塞曲柄连杆机构离散成用往复运 动质量和旋转运动质量的动力学等效当量系统来分析,连杆质心以下的质量和曲柄销组质 量离散为旋转惯性质量。

mr ? mcr ? m2 。

(4) (5) (6)

m j=m p ? m1 Pj ? ?r?2 (sin ? ? 2? sin 2? )

Kr ? mr r? 2

随曲轴转角的变化规律,具体的计算数据见后附录。

5.4 合力的计算
忽略机构摩擦阻力,则作用在曲柄连杆机构上的力只要研究气体压力和机构运动质量 的惯性力。 气缸内工质作用在活塞上的总气体压力为:

Pg=PG ? P0
PG ――缸内绝对压力,Mpa;

(7)

P0 ――大气压力,一般取 0.1Mpa
Pg 随着曲轴转角 α 的变化规律 Pg=f(α) ,依据发动机型式和工况而不同。对新设计得发 动机可由热力计算或参考同类型发动机的示功图;对已有的发动机可用各种燃烧分析仪。 作用在曲柄连杆机构上的力:气体压力于往复惯性力两者作用在气缸中心线上,将往 复惯性力也用单位活塞面积的压力来计算,则合成的单位面积的力为
11

P ? Pg ? Pj ? Pg Fh ? r?2 (sin ? ? 2? sin 2? )

(8)

其中分解后得到其他的力侧压力 Pn、连杆力 Pl、切向力 t、径向力 k、单缸扭矩 Mi。公式 分别为:
侧压力 Pn=Ptanβ 连杆力 Pl=P/cosβ 切向力 t=Pl sin(α +β )=P 径向力 k=Plcos(α +β )=P sin(α +β ) cosβ

(9) (10) (11) (12)

cos(α +β ) cosβ

图7

连杆受力图

用 Excel 表绘制侧压力、连杆力、切向力、径向力随曲轴转角的变化。 如图:

7 6 5 4 3 2 1 0 -1 0 -2
图 8 侧压力、连杆力 单缸扭矩

侧压力 随曲柄转 角的变化

连杆力随 曲柄转角 的变化

200

400

600

800

Mi ? trFh ?10?2
r ? ? ?曲轴半径,cm; Fh ? ?活塞面积,cm 2

(13)

用 Excel 表绘制,得出单缸扭矩图:

12

500 400 300 200 100 0 0 -100 -200 100 200 300

单缸扭矩(Nm)

单缸扭矩 (Nm)

400

500

600

700

800

图9 采用直列式四缸发动机,其发火间隔角为
。 ? ? 720 ? 720 ? 180 ? 4
。 。

单缸扭矩

点火顺序为 1-3-4-2,由此按发火次序依次叠加个缸得到合成扭矩图:
合成扭矩(Nm)

500 400 300 200 100 0 -100 0 200

400

600

800

图 9 合成扭矩 从发动机有效功率公式来看,当缸径D、缸数Z和冲程数 τ 已选定时,在燃油经济性 最佳的前提下,要尽可能提高输出功率,就只有依靠平均有效压力 Pme 和活塞平均速度 Vm 两个主要参数的合理选择了。 发动机的有效功率为:
13

Pe ? 0.07854?

Pme ? cm ? i ? D 2 (kw) τ

(1)

式中 Pme――平均有效压力,MPa Vm――活塞平均速度,m/s; n―――标定转速,r/min; D―――气缸直径,cm; τ―――行程数,四冲程 τ=4,二冲程 τ=2。 取整得到如下结果: 表2 缸径、行程、转速参数表 D(mm) S(mm) n(r/min) 70 80 5500 Vs(L) 0.307 Vc(L) 0.556 Va(L) 0.056

Pme(mpa) Vm (m/s) S/D 1 13.3 1.1

所示的结果得到发动机的结构参数。查有关手册,所得到的发动机参数满足现代发动机的 一般技术水平,而且现在的加工技术可以达到这个水平。

6 活塞设计
6.1 活塞的材料
共晶硅铝合金 制造活塞的材料应有小的密度 ? 、 足够的高温强度 ? 、 高的热导率 ? 、 低的线胀系数 a 以及良好的摩擦性能(减摩性和耐磨性)。常用材料为铝硅合金, 。共晶铝硅合金具有满意的 综合性能,工艺性良 好,应用最为广泛。过共晶铝硅合金中的初生硅晶体使耐热性、 耐磨性改善,膨胀系数减小,但加工工艺性恶化。过共晶铝硅合金广泛用于高热负荷活塞。

6.2 活塞主要尺寸设计

14

6.2.1 活塞高度 H
H=1D 选择 H=84mm

6.2.2 压缩高度 H1 H1=0.8D
选择 H 1 =56mm

6.2.3 火力岸高度 h
h=0.07D=5.6mm 选取 h=6mm

6.2.4 环带高度
现代四行程发动机一般采用二道气环和一道油环。 气环的厚度一般为 2.0~3.0mm( 《汽 车发动机设计》p308)。 环岸要求有足够的强度, 使其在最大气压下不致被损坏。 第一道环的环岸高度 b1 一般 为 1.5~2.5c(c 指环槽高度) ,第二道环的环岸高度 b2 为 1~2c。 第一环岸高 C1=0.03~0.04D=0.04*84=3.4mm 环高 b1 为 2.0~3.0mm 取 2.0mm 环高 b2 为 2.0~3.0mm 取 2.0mm 环高 b3 油环为 4.0~6.0mm 取 4.0mm 环岸高 C2 为 1.5b1 取 3.0mm b1=2,b2=2, b3=4,C1=4, C2= C 3 =3mm 则环带高度为 15mm 取 4mm

6.2.5 活塞顶部厚度δ
为 0.06~0.10D δ =0.08D=5.6 取δ =6mm。

6.2.6 活塞侧壁厚度及内部过渡圆角
活塞头部要安装活塞环,侧壁必须加厚,一般取(0.05~0.1)D,取 0.1D,厚度则为
15

8mm 为改善散热状况,活塞顶与侧壁之间应该采用较大的过度圆角,一般取 R=0.05~0.1D 则圆角半径取为 3.6mm

6.2.7 活塞销座间距
B=0.35-0.40D 取 0.4 则活塞销座间距为 28mm 有关活塞的尺寸设计结果: 名称 数值 压缩高度取 H1 56 环带高度 H3 15 火力岸高度 H4 6 总高度 84 壁厚 内圆直径 D’ 外圆直径 D 第一道环的环岸高度 b1 第二道环的环岸高度 b2 第一道环槽高度 C1 第二道环槽高度 C2 环槽深度 8 66 82 2 2 4 3 8

单位 mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm

6.3 活塞裙部及其侧表面形状的设计
活塞裙部及其侧表面形状设计的关键,在于保证裙部有足够的贴切合面积和良好的 润滑条件,以及保证发动机在不同工况下都具有最小的活塞间隙。

6.3.1 裙部椭圆
1) 、将裙部设计成椭圆。 2) 、将销座附近的裙部外侧部位设计成凹陷状。 裙部椭圆的规律: 为了使活塞在正常工作温度下于气缸壁之间保持右比较均匀的间隙,不至于在气缸内 卡死或是引起局部磨损,必须在常温下预先把活塞裙部的横断面加工成椭圆形,其长轴垂 直于活塞销轴线方向,其矩轴于长轴的差值视发动机的不同而不同,一般为 0.08~ 0.025mm。 为了视铝合金活塞在工作状态下(热态)接近一个圆柱形,害必须把活塞做成上小下 大的近似圆锥形。其锥度视发动机的不同而不同,一般为 0.05~0.1mm。 实际取Δ :对活塞下下部和头部取 0.1mm;对活塞裙中部取 0.08mm

6.3.2 配缸间隙
16

为了视铝合金活塞在工作状态下(热态)接近一个圆柱形,害必须把活塞做成上小下 大的近似圆锥形。其锥度视发动机的不同而不同,一般为 0.05~0.1mm。 活塞顶部间隙:0.240mm(活塞销中心平面内) ;0.210mm 垂直于活塞销中心线平面内 活塞裙部间隙:0.09mm(活塞销中心平面内) ;0.04mm 垂直于活塞销中心线平面内

6.4 活塞头的质量计算
对活塞进行简化变成可计算体积的几何体,从而计算出其体积和质量。简化图如下。
D V?

V ??
H

?
H1

D?

H4 活塞销 孔轴线

H2

? l min

D ??

H3

V ??? 活塞的质量在估算时,将活塞当作薄壁圆筒处理。 活塞
* D 2 ? ?D ? t ? * H 4 其中 D——为活塞的外径,D=84mm m1 ? ? *
2

?

?

?

t——为活塞的厚度, t=8mm H——为活塞的高度,H=(0.8~1.0)D=84mm

? ——为活塞的密度, 在此处用共晶铝硅合金 66-1, 密度为 2.7g/cm3
故可知活塞的质量为 m 活塞=227.8g

7 活塞销的设计
活塞工作时顶部承受很大的大气压力,这些力通过销座传给活塞销,再传给连杆。因 而活塞销座和活塞销的设计必须保证足够的强度、足够的承压面积和耐磨性。

7.1 活塞销的材料
活塞销一般用低碳钢或低碳合金钢(如 20Cr)制造,经表面参碳淬 火处理,以提高表面硬度,使中心具有一定的冲击韧性。表面需进行精磨和抛光。

7.2 活塞销与销座的结构设计
17

d=(0.25~0.3)D=0.3D=25mm 取 25mm d0=(0.48~0.6)d=12.6mm l=(0.9~0.95)D=65.3mm 活塞销外径 d 1 =25,;活塞销内径 d 2 =12.6。活塞销长度 l=65.3mm。

7.3 活塞销与销座的配合
活塞顶所承受的气压力通过活塞销座和活塞销传给连杆。由于结构上的限制,活塞销 的 直径 d 不可能超过 0.4D(表 11-1),活塞销的长度不可能超过 0.85D,因此活塞销总的 承压面积极为有限,还要在活塞销座与连杆小头衬套之间合理分配。所以,不论在销与销 座之间,还是在销与连杆之间,承压面积都很小,表面比压很高。加上活塞销与销座或活 塞销与连杆衬套之间相对运动速度很低, 液体润滑油膜不易形成。 在这种高压低速条件下, 要保证可靠的液体润滑,配合副的工作间隙要尽可能小。经验表明,当活塞销与销座以及 活塞销与连杆小头衬套之间的工作状态(热态)间隙在(1~3) 10-4d 时,可以可靠工作。于 是,在装配状态(冷态),销与销座则有(1~3) 10-4d 的过盈,以补偿铝合金活塞销孔在工 作时较大的热膨胀。为了稳定地保持极小的间隙而又转动灵活,活塞销外圆、活塞销孔和 连杆小头衬套孔都应有极高的加工精度。不但尺寸公差要严格,尤其要保证严格的圆柱度 和表面粗糙度。如果尺寸公差偏大,而圆柱度和表面粗糙度值足够小,则可以按尺寸分组 选配的办法保证配合副的理想间隙。

7.4 活塞销质量 m3
m1 ? ? *

?

4 m=112g

* D 2 ? ?D ? t ? * H
2

?

?

7.5 活塞销刚度和强度的校核
为保证活塞销和销座的可靠工作,需校核活塞销的弯曲变形,失圆变形,销座上的表 面压力和活塞销的应力。 d 25 ?? 1= 0.35 D 70 δ =d2/d1=1.67 活塞销的弯曲变形: ? D ( F=4.5 1 - ?2)3/2 4 Z 2 ? 10?8 = ? (1 ? ? ) pD 61.7 ? 81 f ? 4.5(1 ? ? 2 )3/ 2 4 z 2 ? 10 ?8 ? 4.5 ? (1 ? 0.29 2 ) 3/ 2 ? 0.0327 mm ? (1 ? ? ) 0.29 4 (1 ? 0.67 2 ) 许用变形: ? f ? ? 0.0004 D ? 0.0328mm 满足要求。
18

失圆变形:
1? ? 3 61.7 ? 81 ?d ? 4.7 ( ) ?10?8 ? 4.7 ? 1 ? ?2 1 ? ? 1 ? 0.292 pz D ? 1 ? 0.67 ? ?8 ? ? ?10 ? 0.020mm 1 ? 0.67 ? ?
3

许用失圆变形: ? ?d ? ? 0.012 ? ?1 ? 0.01D ? ? 0.0218mm 满足要求。 作用在销孔上的表面压力:

q ? 1.58

pz ? 0 ? ?2

?

61.7 0.29 ? 1 ? 0.292

? 342.6

小于极限值 560bar,满足要求。 活塞销的纵向弯曲应力:

? 1 ? 0.093

pz 61.7 ? 0.093 ? ? 281N / mm 2 4 3 4 ? ?1 ? ? ? 0.29 ? ?1 ? 0.67 ?
3

活塞销的横向弯曲应力:

? 2 ? 0.0685

pz 1 ? ? 61.7 1 ? 0.67 ? 0.0685 ? ? 216 N / mm 2 2 ? ?1 ? ? ? 0.29 ?1 ? 0.67 ?2

所以总弯曲应力:

? ? ?12 ? ? 22

=354.4N/mm2

在许用应力 200 到 400 N/mm2 之间,满足要求。 经以上计算可知设计的活塞销满足刚度和强度要求。

8 活塞环设计
活塞与活塞环一起防止气缸内的高压气体下窜到曲轴箱,同时把很大一部分活塞顶接 收的热量传给气缸壁,起这种作用的活塞环称为气环。此外,还设置专门的油环,在活塞 下行时把气缸壁上多余的机油刮回油底壳,以减少上窜机油量。一般要求通过环组的窜气 量不超过总进气量的 0.5%,机油消耗量不超过燃油消耗量的 0.5%。

8.1.活塞环的密封机理
内燃机活塞组与气缸之间应用带开口的弹性金属环实现往复式密封。 由于开口的存在, 漏气通路不可能完全消除。为了防止大量漏气,一般采用多个活塞环形成随活塞运动的迷 宫式密封。 为减小活塞组与气缸之间的漏气通路, 活塞环的外周面必须以一定的弹力 p o 与气缸壁 紧密贴合,形成第一密封面(图 11-8)。这样一来,缸内气体不能短路直接通过环周与气缸 之间,而是进入环与环槽之间,一方面轴向不平衡力 FA 将环向环槽的侧面压紧,形成第二
19

密封面,同时,作用在环背的气压力造成的径向不平衡力 FR 又大大加强了第一密封面。尽 管环背气压力有时大大超过环本身弹力 p o ,但 p o 的作用仍是关键。如果 p o 降到零,即环 周与缸壁之间出现缝隙(一般称为活塞环“漏光”),第一密封面被破坏,气体就直接从缝 隙处短路外泄, 任何环背压力和 FR 都建立不起来。 只要在整个环周上还剩下一个哪怕是很 小的弹力,被密封气体就会自行帮助密封,而且要密封的气体压力越高,附加的密封力也 越大。可以认为,具有这种自适应特性的简单环式密封系统,是往复活塞式内燃机有强大 生命力的结构保证之一。 必须指出,活塞组的密封作用不仅取决于活塞环,而且与活塞的设计有很大关系。 活塞应保 证活塞环工作温度不会过高。环带部分与气缸的间隙应尽可能小。环槽应加工精确,且在 工作中不发 生过大变形。环槽与环之间的间隙要合适。

8.2.气环的设计
8.2.1 气环的断面形状
根据活塞环的密封机理,形状简单、加工方便的矩形(断面)环完全可以满足要求。但 这种环磨合性较差,作用在活塞环上的力及其密封面密封性不理想。 桶面环(图 11-9b)的外周面是直径等于缸径的球面的中段, 其特点是能适应活塞的摆动, 并且活塞上行和下行时均能在环的外周面上形成润滑油膜,摩擦面不易烧伤。环与气缸接 触面积小,比压大,密封性好。桶面环广泛用作高速、高负荷的强化内燃机的第一环。

图 11—9
a)矩形环 b)桶面环

常用的活塞环断面形状
e)内切正扭曲环 f)锥面内倒角反扭曲环

c)锥面环。d)梯形环

锥面环(图 11-9c)外周面具有很小的斜角(一般为 30? ~ 60? ),它新装入气缸时与气缸线 接触,磨合快,下行时有良好的刮油作用。安装时不能上下装反,否则使窜机油加剧。这 种环适用于第二、三气环。 梯形环(图 11—9d)两侧面夹角多为 150 左右。 装这种环的活塞在气缸中工作时的侧向位 移使环与环槽侧面间的间隙不断变化,可防止环槽中机油结胶甚至碳化,适用于热负荷较 高的柴油机作为第一环。 扭曲环(图 11-9e)采用内切或倒角造成断面相对弯曲中性轴不对称,使环装入气缸发生 弯曲变形后发生不超过 10 的盘状正扭曲。它有与锥面环类似的作用,但加工容易些,不过 扭曲环的扭曲角沿环周是不均匀的。 反扭曲环(图 11—9f)工作时扭曲成盖子状,配合外圆的锥面,具有很强的密封性和刮 油能力,常用于紧挨油环的那道气环。

8.2.2 气环的尺寸参数
在保证密封的前提下,活塞环的数目应尽可能少,因为减少环数可缩小活塞高度,减 轻活塞质量,减小发动机总高度,降低发动机摩擦损失。现代高速内燃机大多采用 2 道气 环(另有 1 油环),重型强化柴油机则用 3 道气环。
20

气环的尺寸参数主要有环的径向厚度 t 、轴向高度 b (图 11-8)以及环的自由状态形状和 自由开口端距 S0。 减小环高 b 有利于缩短活塞高度,减小环的颤振倾向,目前 bmin 已达到 1mm 左右的极 限。过小的 b 使环和环槽的加工困难。 径向厚度 t 较大的环弯曲刚度大,对气缸表面畸变的跟随性差,但耐磨性相对较好。刚 性环在较小的端距 S 下就可得出要求的平均径向壁压 p 0 ,但在套装到活塞头部上时易于
0

S t ? 3.5 ~ 3.7 折断。对合金铸铁的活塞环来说 D t ? 23 ~ 25 , p 0 =0.1~0.2MPa, 0 。 环槽深度取 0.9d=76mm

8.2.3 活塞环的材料
活塞环是内燃机中磨损最快的零件,因此适当选择材料和表面处理工艺十分重要。 活塞环一般是由合金铸铁铸造,高强度环用球墨铸铁,经热处理以改善材料的热稳定 性。少数活塞环用合金钢制造。 活塞环的工作表面通常用各种镀层或涂层,以提高其耐磨性、耐蚀性或改善磨合性。 最常用的耐磨层为镀铬和喷钼。松孔镀铬不仅硬度高,耐磨耐蚀,而且储油,抗胶合,广 泛用于汽油机和自然吸气柴油机。钼熔点高,喷钼层抗胶合、抗磨损性能好,能适应高温 下工作。喷涂法能造成一定多孔性,也有一定储油能力。喷钼环主要用于增压强化柴油机 的第一环。 所有活塞环都要进行磷化、镀锡或氧化处理,以改善磨合性和防锈。

8.3.油环的设计
气缸与活塞运动副用飞溅的机油润滑。油环的作用是把飞溅到气缸壁上的多余润滑油 刮下来,回到油底壳,以减少发动机的机油消耗量。 为了能在高速运动中对抗机油的流体动压力刮下机油,只留下很薄的油膜,油环工作 面的着壁压力应足够大。因为油环没有环背气压力帮助压向气缸壁,着壁压力完全靠本身 的弹力产生。单体铸铁油环(图 11-10a),由于材料强度所限,只能通过减小与气缸接触的 工作面积来提高壁压, 最高只能达到 0.5MPa 左右。 如用高强度材料, 用较大的径向厚度 t , 壁压可能进一步提高,但环刚性大,对气缸变形的追随性差,刮油能力不好。用具有切向 弹力的螺旋衬簧的铸铁油环(图 11-10b)可使壁压达到 0.8MPa 以上,即使环的外圆磨损,壁 压也比较稳定,因为壁压主要由衬簧产生。这种环厚度 t 小,柔性好,在气缸变形较大的 条件下也能很好地刮油。这种油环目前应用很广,尤其在高速柴油机上。铸铁环表面要通 体镀铬。 上述两种单体油环与环槽不可避免地有侧向间隙,在环正常轴向移动或颤振而悬浮在 环槽中间时,机油可能通过侧隙上窜。这种影响在高转速时更大,所以现代高速汽油机常 用无侧隙钢片组合式油环。 为了使油环刮油有效,除了油环结构外,还应注意活塞的配合。用单体油环时必须保 持环槽侧隙尽可能小,这意味着环槽加工精度要高,变形要小。还应注意环槽须有面积足 够的泄油通道,以免回油受节流造成过高动压,使油环浮起。一般希望在油环槽底和槽下 都加工出很多泄油孔,使泄油通畅。

8.4.活塞环强度校核
21

为了确定任意断面 BB 中的弯矩,可把活塞环看成是开口对面的对称面 AA 固定的 悬臂梁,因为活塞环从自由状态变到工作状态时 AA 断面不发生旋转。于是作用在单元环 上 rd ? 的单元力 dp=p0br0d ? 对断面 BB 产生的弯矩可写成 dM ? dpr0 sin(? ? ? )d? 环从 ? = ? 到 ? ? ? 段上的压力对 BB 断面的总弯矩 M 为

M ? ? d M? ?
?

?

?

?

0

p b r n (? ? ? ? ) d 0s i ?

1 / 4b p ? ( D ? )t ( 1 c o s D ? 0

)

?? *
式中: k ?

1 2

D?t 1? k ( ? c? s 1 o

)

3 p0 D D * * * ( ? 1) 2 2 E t t

材料确定后 E 为常数,P0 也为常数,对结构参数 D 一定的均压环,自然状态的曲率半径 ρ 随α 而变,故活塞环在自由状态下不是圆形





通过这次我们亲身的设计实践,让我们对这些专业课的基础知识和基本理论能有进一 步的理解和掌握。设计的整个过程都有老师在一旁指导,有问题可以及时解决,学到了很 多发动机和曲轴的知识,这也是我觉得这次设计比以前简单的原因吧。我把这次课程所学 到的东西总结为以下几点: 1.分析、计算、设计、绘图、运用各种标准和规范、查阅各种设计手册与资料。 2.计算机计算,绘图的应用能力等方面得到进一步的提高。 3.初步建立了工程的观念处理问题。 4. 能够全面地检验并巩固我们以前所学的专业课知识,并通过结合实际,让我们能从 一个全新的角度重新学习、认识以前学过的专业课知识。 5. 了解国内外发动机的发展现状,对当代先进的发动机技术有了一些了解。 6. 此次课程设计还为我们下学期的毕业设计奠定了坚实的基础。

22

参考文献
[1] 杨连生.内燃机设计.北京:中国农业机械出版社,1981. [2] 陆际青.汽车发动机设计.北京:清华大学出版社,1990. [3] 杨连生.内燃机设计.北京:中国农业机械出版社,1981. [4] 唐增宝,何永然,刘安俊.机械设计课程设计.武汉:华中科技大学出版社,1999. [5] 周龙保.内燃机学.北京:机械工业出版社,2005. [6] 吴兆汉.内燃机设计.北京:北京理工大学出版社,1990. [7] 沈维道.工程热力学.北京:高等教育出版社,2002.





附表 1 一些需要的参数
活塞行程 s (mm) 92 曲柄半径 r(cm) 46 多变指数 n1 活塞直径 D (mm) 84 连杆长度l 半径/长度λ (cm) 158 多变指数 n2 (cm2) 1.35 1.29 55.417824 积(L) 0.563251937 728 (L) 2.03833 1.535 mr(kg) 0.29 活塞面积 Fh (rad/s) (Mp) 575.958 气缸工作容积 +余隙容 0.09 排量 3.6 旋转运动质量 转速 n(r/min) 5500 往复惯性质量 mj(kg) 压缩比ε
(kg)

余隙容积 vc(L) 10.5 进气压力 0.0537

3 曲柄角速度ω

pa

压力升高比

附表 2
曲 轴 转 角 0 0.000 5 0.000 0.000 2.976 活塞 位移 x (m) 活塞速 度v (m/s) 活塞加 速度 j (m/s?)

运动学计算图表
体积随位移 的变化 缸内绝对压 力 (MP) 往复惯性 力(MP) 旋转惯性 力

19684.728 19559.432

0.053667617 0.054917813
23

0.07 0.07

-59054185 7784.7525 -58678296 7784.7525

10 0.001 15 0.002 20 0.004 25 0.006 30 0.008 35 0.011 40 0.014 45 0.017 50 0.020 55 0.024 60 0.028 65 0.032 70 0.036 75 0.040 80 0.044 85 0.049 90 0.053 95 0.057 10 0.060 0 10 0.064 5 11 0.068 0 11 0.071 5 12 0.074 0 12 0.077

5.915 8.778 11.531 14.140 16.574 18.806 20.813 22.576 24.079 25.313 26.271 26.955 27.366 27.512 27.405 27.060 26.494 25.726 24.778

19186.028 18571.905 17729.161 16674.285 15427.728 14013.367 12457.887 10790.094 9040.183 7238.970 5417.134 3604.459 1829.133 117.087 -1508.572 -3028.047 -4425.229 -5687.952 -6808.137

0.058652498 0.064824267 0.073355159 0.084138189 0.097039439 0.111900652 0.128542268 0.1467668 0.166362498 0.187107175 0.208772121 0.23112599 0.253938589 0.276984447 0.300046111 0.322917076 0.345404302 0.367330256 0.388534459

0.072 0.073 0.074 0.076 0.077 0.078 0.079 0.079 0.079 0.08 0.081 0.081 0.082 0.083

-57558084 7784.7525 -55715715 7784.7525 -53187482 7784.7525 -50022855 7784.7525 -46283184 7784.7525 -42040100 7784.7525 -37373660 7784.7525 -32370283 7784.7525 -27120548 7784.7525 -21716911 7784.7525 -16251401 7784.7525 -10813377 7784.7525 -5487398 7784.7525 -351261 7784.7525

0.083 4525715.3 7784.7525 0.083 9084141.9 7784.7525 0.084 0.084 0.084 13275686 7784.7525 17063855 7784.7525 20424411 7784.7525

23.671

-7781.806

0.408874514

0.085

23345418 7784.7525

22.427

-8608.973

0.428226613

0.085

25826918 7784.7525

21.069

-9293.418

0.446485535

0.085

27880254 7784.7525

19.618

-9842.354

0.46356417

0.086

29527063 7784.7525

18.093 -10265.994

0.47939261

0.086

30797983 7784.7525

24

5 13 0.079 0 13 0.082 5 14 0.084 0 14 0.086 5 15 0.088 0 15 0.089 5 16 0.090 0 16 0.091 5 17 0.092 0 17 0.092 5 18 0.092 0 18 0.092 5 19 0.092 0 19 0.091 5 20 0.090 -6.592 -10949.281 0.552208004 0.092438418
25

16.512 -10577.035

0.493916851

0.087

31731105 7784.7525

14.893 -10790.077

0.507097187

0.087

32370232 7784.7525

13.247 -10921.001

0.51890636

0.087

32763002 7784.7525

11.586 -10986.308

0.529327545

0.088

32958925 7784.7525

9.920 -11002.472

0.538352265

0.088

33007417 7784.7525

8.254 -10985.290

0.545978295

0.088

32955871 7784.7525

6.592 -10949.284

0.552207668

0.089

32847851 7784.7525

4.936 -10907.148

0.557044825

0.089

32721445 7784.7525

3.287 -10869.281

0.560495016

0.09

32607842 7784.7525

1.642 -10843.393

0.562562973

0.09

32530180 7784.7525

0.000 -10834.230

0.563251937

0.09

32502691 7784.7525

-1.642 -10843.392

0.562563056 0.090148813

32530177 7784.7525

-3.287 -10869.279

0.560495184 0.090598102

32607836 7784.7525

-4.936 -10907.146

0.557045077 0.091356444

32721437 7784.7525

32847844 7784.7525

0 20 0.089 5 21 0.088 0 21 0.086 -11.586 -10986.311 5 22 0.084 -13.247 -10921.006 0 22 0.082 -14.892 -10790.088 5 23 0.079 -16.512 -10577.051 0 23 0.077 -18.093 -10266.017 5 24 0.074 -19.618 0 24 0.071 -21.069 5 25 0.068 -22.427 0 25 0.064 -23.670 5 26 0.060 -24.778 0 26 0.057 -25.726 5 27 0.053 -26.494 0 27 0.049 -27.060 -3028.136 0.322918457 0.190728579 9084408.4 7784.7525
26

-8.254 -10985.289

0.545978717 0.093865054

32955866 7784.7525

-9.920 -11002.472

0.538352771

0.09566449

33007416 7784.7525

0.529328136 0.097872892

32958932 7784.7525

0.518907036 0.100535685

32763019 7784.7525

0.507097947 0.103709167

32370263 7784.7525

0.493917694 0.107462628

31731152 7784.7525

0.479393534 0.111881096

30798050 7784.7525

-9842.384

0.463565172 0.117068908

29527151 7784.7525

-9293.455

0.44648661 0.123154349

27880366 7784.7525

-8609.019

0.428227758 0.130295719

25827056 7784.7525

-7781.861

0.408875723 0.138689269

23345582 7784.7525

-6808.201

0.388535723 0.148579658

20424602 7784.7525

-5688.024

0.367331569 0.160273789

17064072 7784.7525

-4425.310

0.345405654 0.174159191

13275929 7784.7525

5 28 0.044 -27.405 0 28 0.040 -27.512 5 29 0.036 -27.366 0 29 0.032 -26.955 5 30 0.028 -26.272 0 30 0.024 -25.313 5 31 0.020 -24.079 0 31 0.017 -22.576 5 32 0.014 -20.813 0 32 0.011 -18.806 5 33 0.008 -16.574 0 33 0.006 -14.140 5 34 0.004 -11.531 0 34 0.002 5 35 0.001 -5.915 19185.998 0.058652799 1.907661606
27

-1508.668

0.30004751 0.210612726 4526002.7 7784.7525

116.985

0.276985851 0.234624524

-350955.9 7784.7525

1829.026

0.253939986 0.263817848

-5487079 7784.7525

3604.350

0.231127366 0.299565501

-10813049 7784.7525

5417.023

0.208773461 0.343660408

-16251068 7784.7525

7238.860

0.187108467 0.398441898

-21716580 7784.7525

9040.075

0.166363727 0.466940969

-27120224 7784.7525

10789.990

0.146767952 0.553017632

-32369970 7784.7525

12457.788

0.12854333 0.661415332

-37373365 7784.7525

14013.276

0.111901612 0.797557643

-42039828 7784.7525

15427.647

0.097040285 0.966731484

-46282940 7784.7525

16674.215

0.084138911 1.172047868

-50022644 7784.7525

17729.103

0.073355748 1.410441391

-53187308 7784.7525

-8.778

18571.861

0.064824715 1.666638137

-55715582 7784.7525

-57557994 7784.7525

0 35 0.000 5 36 0.000 0 36 0.000 5 37 0.001 0 37 0.002 5 38 0.004 0 38 0.006 5 39 0.008 0 39 0.011 5 40 0.014 0 40 0.017 5 41 0.020 0 41 0.024 5 42 0.028 0 42 0.032 26.955 3604.569 0.231124614 1.177197444
28

-2.976

19559.417

0.054917965 2.084858836

-58678250 7784.7525

0.000

19684.728

0.053667617 2.150698484

-59054185 7784.7525

2.976

19559.447

0.054917661 7.742514543

-58678342 7784.7525

5.914

19186.058

0.058652196 6.904372165

-57558175 7784.7525

8.778

18571.949

0.064823819 6.068386848

-55715848 7784.7525

11.531

17729.219

0.073354571 5.173802484

-53187656 7784.7525

14.140

16674.355

0.084137468 4.334854603

-50023066 7784.7525

16.574

15427.809

0.097038593 3.606222478

-46283427 7784.7525

18.806

14013.457

0.111899693 3.000693485

-42040372 7784.7525

20.813

12457.985

0.128541206 2.509263403

-37373955 7784.7525

22.576

10790.199

0.146765648 2.114781057

-32370596 7784.7525

24.079

9040.291

0.166361269 1.799092686

-27120873 7784.7525

25.313

7239.081

0.187105883 1.546030671

-21717242 7784.7525

26.271

5417.244

0.20877078

1.34226102

-16251733 7784.7525

-10813706 7784.7525

5 43 0.036 0 43 0.040 5 44 0.044 0 44 0.049 5 45 0.053 0 45 0.057 5 46 0.060 0 46 0.064 5 47 0.068 0 47 0.071 5 48 0.074 0 48 0.077 5 49 0.079 0 49 0.082 5 50 0.084 13.247 -10920.995 0.518905683 0.414712224
29

27.366

1829.239

0.253937192

1.04259098

-5487717 7784.7525

27.512

117.189

0.276983043 0.932065221

-351566.1 7784.7525

27.406

-1508.476

0.300044712 0.840699903 4525427.8 7784.7525

27.060

-3027.958

0.322915695

0.76469086 9083875.4 7784.7525

26.494

-4425.148

0.34540295 0.701084417

13275443 7784.7525

25.726

-5687.879

0.367328942 0.647574541

17063637 7784.7525

24.778

-6808.073

0.388533194 0.602349594

20424220 7784.7525

23.671

-7781.751

0.408873306 0.563977022

23345254 7784.7525

22.427

-8608.927

0.428225468 0.531316609

25826780 7784.7525

21.069

-9293.380

0.446484459 0.503455072

27880141 7784.7525

19.618

-9842.325

0.463563169

0.47965657

29526975 7784.7525

18.093 -10265.972

0.479391687 0.459325086

30797916 7784.7525

16.512 -10577.019

0.493916009 0.441975714

31731057 7784.7525

14.893 -10790.067

0.507096427 0.427212644

32370201 7784.7525

32762984 7784.7525

0 50 0.086 5 51 0.088 0 51 0.089 5 52 0.090 0 52 0.091 5 53 0.092 0 53 0.092 5 54 0.092 0 54 0.092 5 55 0.092 0 55 0.091 5 56 0.090 0 56 0.089 5 57 0.088 0 57 0.086 -11.586 -10986.313 0.529328728
30

11.587 -10986.306

0.529326954 0.404209891

32958918 7784.7525

9.920 -11002.472

0.538351758 0.395490078

33007417 7784.7525

8.254 -10985.292

0.545977874 0.388378431

32955876 7784.7525

6.592 -10949.286

0.552207331 0.382735821

32847859 7784.7525

4.936 -10907.151

0.557044573 0.378453804

32721452 7784.7525

3.287 -10869.283

0.560494848 0.375451213

32607848 7784.7525

1.642 -10843.394

0.562562889 0.373671707

32530183 7784.7525

0.000 -10834.230

0.563251937 0.373082118

32502691 7784.7525

-1.642 -10843.391

0.56256314

0.09

32530173 7784.7525

-3.287 -10869.277

0.560495351

0.089

32607830 7784.7525

-4.936 -10907.143

0.557045329

0.088

32721430 7784.7525

-6.592 -10949.279

0.552208341

0.087

32847836 7784.7525

-8.254 -10985.287

0.545979138

0.087

32955861 7784.7525

-9.920 -11002.472

0.538353277

0.086

33007416 7784.7525

0.085

32958939 7784.7525

5 58 0.084 -13.247 -10921.012 0 58 0.082 -14.892 -10790.098 5 59 0.079 -16.512 -10577.066 0 59 0.077 -18.093 -10266.039 5 60 0.074 -19.617 0 60 0.071 -21.069 5 61 0.068 -22.427 0 61 0.064 -23.670 5 62 0.060 -24.778 0 62 0.057 -25.726 5 63 0.053 -26.494 0 63 0.049 -27.060 5 64 0.044 -27.405 0 64 0.040 -27.512 5 65 0.036 -27.366 1828.920 0.253941383
31

0.518907712

0.085

32763037 7784.7525

0.507098708

0.084

32370294 7784.7525

0.493918537

0.084

31731199 7784.7525

0.479394457

0.083

30798116 7784.7525

-9842.413

0.463566173

0.082

29527240 7784.7525

-9293.493

0.446487685

0.082

27880478 7784.7525

-8609.064

0.428228902

0.082

25827193 7784.7525

-7781.915

0.408876931

0.081

23345746 7784.7525

-6808.264

0.388536988

0.081

20424793 7784.7525

-5688.097

0.367332882

0.08

17064290 7784.7525

-4425.391

0.345407006

0.08

13276172 7784.7525

-3028.225

0.322919838

0.079 9084674.8 7784.7525

-1508.763

0.300048908

0.079 4526290.2 7784.7525

116.884

0.276987256

0.078

-350650.7 7784.7525

0.077

-5486760 7784.7525

0 65 0.032 -26.955 5 66 0.028 -26.272 0 66 0.024 -25.313 5 67 0.020 -24.079 0 67 0.017 -22.576 5 68 0.014 -20.814 0 68 0.011 -18.807 5 69 0.008 -16.574 0 69 0.006 -14.140 5 70 0.004 -11.531 0 70 0.002 5 71 0.001 0 71 0.000 5 72 0.000 0 0.000 19684.728 0.053667617 0.07 -59054185 7784.7525 -2.977 19559.402 0.054918117 0.071 -58678205 7784.7525 -5.915 19185.968 0.058653101 0.071 -57557904 7784.7525 -8.778 18571.816 0.064825163 0.071 -55715448 7784.7525 17729.045 0.073356336 0.071 -53187135 7784.7525 16674.145 0.084139633 0.072 -50022434 7784.7525 15427.566 0.097041131 0.072 -46282697 7784.7525 14013.186 0.111902572 0.073 -42039557 7784.7525 12457.690 0.128544392 0.073 -37373070 7784.7525 10789.886 0.146769105 0.074 -32369657 7784.7525 9039.966 0.166364956 0.075 -27119899 7784.7525 7238.749 0.187109759 0.076 -21716248 7784.7525 5416.912 0.208774802 0.076 -16250736 7784.7525 3604.240 0.231128742 0.077 -10812721 7784.7525

附表 3

动力学计算图表
32

曲 轴 转角

连杆力 MP

侧压力 MP

切向力 t(MP)

径向力 k(MP)

单缸扭矩(Nm)

合成扭矩(Nm)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130

-1.0956172 -1.0891823 -1.0679754 -1.0352957 -0.990639 -0.9336881 -0.8673341 -0.7916307 -0.707804 -0.6182515 -0.5234635 -0.4240136 -0.3225917 -0.221927 -0.1216217 -0.0243117

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36

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0.58782223 0.58792558 0.58647975 0.58044818 0.57084527 0.55462006 0.53185771 0.50277199 0.46566908 0.41904399 0.36475162 0.30074421 0.22942415 0.14929652 0.06331265

-0.085233 -0.0977927 -0.1093236 -0.1190262 -0.126814 -0.1317515 -0.133574 -0.1321426 -0.1268995 -0.1173817 -0.1041708 -0.0868839 -0.066533 -0.0431313 -0.0180818

-0.2169865 -0.252411 -0.2866233 -0.3175484 -0.3448474 -0.36574 -0.3790493 -0.3837974 -0.3776198 -0.3581783 -0.3261588 -0.2792515 -0.2195644 -0.1461455 -0.0628937

-0.54630744 -55.31463847 225.859562 -0.53098512 -64.34510259 169.141387 -0.5116694 -73.06658182 108.187093 -0.48588384 -80.95006806 52.8514555 -0.4549116 -87.90919691 8.31936542 -0.41693847 -93.23515793 -0.37308743 -96.62800786 -0.3247757 -97.83838944 -0.27249026 -96.26360316 -0.21749982 -91.30752369 -22.178026 -37.776595 -39.41637 -28.480242 -5.9625751

-0.16329164 -83.14505792 25.4766573 -0.11164976 -71.18735448 -0.06653504 -55.97179439 63.982445 107.27221

-0.03051129 -37.25570613 154.056841 -0.00727142 -16.0329889 201.28105

-0.0295088 0.00826598 0.02950155 0.000652929 -0.1268064 0.03455625 0.12646823 -0.2260605 0.05941559 0.22278772 -0.327745 0.08231275 0.31589533 -0.4281193 -0.5275542 0.1017022 0.39899132 0.11719867 0.46936759 -0.00925543 -0.03832745 -0.08733212 -0.15521629 -0.24084754 -0.34101553 -0.45174691 -0.56750309 -0.68426356 -0.79487207 -0.89540554 -0.97897003 -1.0420469

7.520594571 247.719456 32.23953218 291.328701 56.79348858 329.377944 80.52866581 360.656379 101.711662 382.945709 119.6521207 394.62146

-0.6233488 0.12782579 0.52179708 -0.7139005 0.13307864 0.55279167 -0.7966918 0.13252137 0.55915834 -0.872379 0.12649718 -0.9377111 0.54113625

133.0175505 394.333976 140.918753 380.734528 142.5417565 353.440675 137.9475304 313.478931 126.8171106 262.029628 109.8192933 202.828812 87.42088423 140.728555 60.77782638 82.0608011

0.11492774 0.49747419

-0.9936478 0.09855859 0.43079568 -1.0372968 0.07785995 0.34293191 -1.0689736 0.05383454 0.23841735

37

715 720

-1.0881804 0.02750725 0.12222485 -1.0956172 3.3725E-06 1.5002E-05

-1.08129448 -1.09561717

31.15780107 32.9673379 0.003824279 -3.805247

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