1汽車發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)2第一章總論第一節(jié)發(fā)動機(jī)總體設(shè)計(jì)一、主要設(shè)計(jì)指標(biāo)和設(shè)計(jì)要求結(jié)構(gòu)空間外形尺寸小，體積功率(Pe／V，KW／㎡)大，升體積(V／Vh，㎡／L)小?？傎|(zhì)量總質(zhì)量G、比質(zhì)量(G／Pe，kg／kw)、升質(zhì)量(G／Vh，kg/L)均小。功率有效功率Pe滿足所裝汽車適宜的最高車速要求，升功率(Pe／Vh，kw/L)大。環(huán)境保護(hù)廢氣排放和噪聲達(dá)到法規(guī)要求。生產(chǎn)成本生產(chǎn)能耗小，材料費(fèi)用降低，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)適于組織經(jīng)濟(jì)批量生產(chǎn)。3使用成本可靠性、耐久性好，使用油耗低，保養(yǎng)費(fèi)少，提高汽車的有效利用程度。二、發(fā)動機(jī)方案設(shè)計(jì)（概念設(shè)計(jì)）

發(fā)動機(jī)方案設(shè)計(jì)要抉擇的內(nèi)容有：機(jī)種汽油機(jī)和柴油機(jī)。

沖程數(shù)四沖程二沖程

冷卻方式水冷式發(fā)動機(jī)風(fēng)冷式發(fā)動機(jī)氣缸數(shù)及其排列4

缸徑、行程汽油機(jī)適宜于較小缸徑，例如70~90mm，超過100mm時(shí)容易發(fā)生爆震。柴油機(jī)適宜于較大缸徑，例如100~150mm，缸徑過小難于組織直噴式燃燒，如采用渦流室熱效率將降低。汽車發(fā)動機(jī)采用短行程的優(yōu)點(diǎn)是換氣效率較好、曲軸主軸頸與連桿軸頸的重疊度較大，適宜于高轉(zhuǎn)速。長行程燃燒較完全，因而向降低轉(zhuǎn)速采用略大于1的行程缸徑比(S/D)變。系列化主要指標(biāo)功率、扭矩、油耗、重量和外形尺寸.燃燒室新技術(shù)的采用三、發(fā)動機(jī)布置設(shè)計(jì)5第二節(jié)發(fā)動機(jī)主要參數(shù)的選擇6—、平均有效壓力

平均有效壓力Pe是標(biāo)志發(fā)動機(jī)工作循環(huán)過程的有效性和制造完善性的指標(biāo)之一對于自然吸氣式四沖程發(fā)動機(jī)，有對于增壓四沖程發(fā)動機(jī)，有7

提高的充氣系數(shù)方法有:(1)采用合理的進(jìn)氣系統(tǒng)，減少進(jìn)氣阻力。

(2)采用合理的配氣機(jī)構(gòu)和配氣定時(shí)(如氣門頂置、大的進(jìn)氣門直徑、多氣門布置、完善的凸輪外形、最佳的氣門重量角度等)。

(3)汽油機(jī)用多腔化油器、多個(gè)化油器或汽油噴射，后者是發(fā)展方向。

(4)適當(dāng)?shù)倪M(jìn)氣預(yù)熱。

提高熱效率的方法；

(1)汽油機(jī)提高壓縮比。(2)合理組織燃燒工作過程。8提高機(jī)械效率的方法有：(1)選擇最佳的配合間隙、優(yōu)質(zhì)潤滑油、摩擦副材料和減磨涂層。(2)發(fā)動機(jī)保持最佳的熱狀況。(3)合理設(shè)計(jì)活塞結(jié)構(gòu)，精心安排活塞裙部尺寸，適當(dāng)減小軸承尺寸，減少活塞環(huán)數(shù)。(4)從工藝上保證加工精度，改善表面質(zhì)量。(5)改善充量更換減小泵氣損失，減小發(fā)動機(jī)運(yùn)行必需附件的功率損失。9

對柴油機(jī)提高平均有效壓力的最有效措施是采用廢氣渦輪增壓、增壓一中冷，它還能兼收改善燃料經(jīng)濟(jì)性和降低發(fā)動機(jī)噪聲的效果。平均有效壓力的選擇要有基礎(chǔ)性試驗(yàn)研究依據(jù),并且應(yīng)參考同類型發(fā)動機(jī)的實(shí)際數(shù)據(jù)。二、活塞平均速度SnVm=3010

活塞平均速度Vm對發(fā)動機(jī)的性能、工作可靠性和使用壽命有很大影響。一般說來Vm增大會使發(fā)動機(jī)的功率增高，但活塞組的熱負(fù)荷和曲柄連桿機(jī)構(gòu)的慣性負(fù)荷增大，運(yùn)動件摩擦副的磨損加劇，壽命下降。同時(shí)，由于進(jìn)排氣流速增大，進(jìn)排氣阻力與氣流速度的平方成正比例增加，會使充氣系數(shù)下降。所以，隨著Vm的提高，就有必要增大氣門通路斷面、增加氣門個(gè)數(shù)、選用較好的材料、較高的加工精度、采用特殊的表面處理、設(shè)計(jì)高熱負(fù)荷下工作可靠且結(jié)構(gòu)輕巧的活塞組。11

現(xiàn)代汽車發(fā)動機(jī)的S／D值一般在0.8~1.2之間，高速汽油機(jī)S／D在0.8~l范圍，高速柴油機(jī)考慮到有利于混合氣形成和燃燒，一般用稍大于1的S／D值。

平均有效壓力和活塞平均速度都是表征活塞式發(fā)動機(jī)強(qiáng)化程度的重要參數(shù)。兩者乘積通常稱為發(fā)動機(jī)的強(qiáng)化指標(biāo)。這兩個(gè)主要參數(shù)應(yīng)當(dāng)慎重選擇。12在D,Cm確定后,就可以合理選擇S/D：1）選擇較小的S/D可以減小發(fā)動機(jī)的高度，寬度和重量。2）小的S/D可以減小S，加大曲軸的連桿軸頸和主軸頸的重疊度，提高曲軸的彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度，以及曲軸的疲勞強(qiáng)度。3）當(dāng)S/D減小時(shí)，發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速可以增加，提高發(fā)動機(jī)的升功率，但增加了運(yùn)動件的慣性力和發(fā)動機(jī)的噪聲。4）S/D小，柴油機(jī)為保證一定的壓縮比以及燃燒室容積與壓縮容積之比，必須將活塞與氣缸之間的間隙設(shè)計(jì)得更小，這就增加了制造上的困難，如果間隙不能保證，將使發(fā)動機(jī)各項(xiàng)性能指標(biāo)難以達(dá)到。5）風(fēng)冷發(fā)動機(jī)應(yīng)考慮散熱片的布置，保證足夠的散熱面積，一般風(fēng)冷機(jī)S/D較大。13

扭矩

Pe*Vh*iMe=318.31*_________

τ

汽油機(jī)：Me=K*ηv/α*ηi*ηm

柴油機(jī)：Me=K*ηi*ηm*⊿g扭矩儲備系數(shù)：μm=Memax/Men轉(zhuǎn)速適應(yīng)系數(shù)：μn=nn/nMemax總彈性系數(shù)：μ=μm*μn14燃油消耗率 g/kw.h

柴油機(jī)：215~260(直噴式) 240~270(分隔式)

汽油機(jī):：300~35015第三節(jié)典型發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)分析16171819202122232425262728293031323334第四節(jié)活塞式發(fā)動機(jī)的發(fā)展一、廢氣渦輪增壓

柴油機(jī)用廢氣渦輪增壓，一般可提高功率30%~40%，增壓中冷可提高到50%~70%，而成本只增高8%~10%,重量只增加3%~5%。353637

相對自然吸氣式發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)來說，增壓發(fā)動機(jī)的設(shè)計(jì)有其特殊性，下面分別就汽、柴油機(jī)增壓和中冷作一簡述。1．柴油機(jī)增壓

柴油機(jī)增壓后，機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷都增大。機(jī)械負(fù)荷一般以最高燃燒壓力Pz的大小為標(biāo)志。增壓時(shí)進(jìn)氣壓力Pa、壓縮壓力Pa(始點(diǎn))、Pc(終點(diǎn))和Pmax都隨之提高。

熱負(fù)荷一般以活塞溫度和渦輪前廢氣溫度為標(biāo)志。增壓后，柴油機(jī)的進(jìn)氣溫度提高，工作循環(huán)溫度升高，熱負(fù)荷增大。熱負(fù)荷過高，熱應(yīng)力加大可引起燃燒室壁、氣門座面和活塞表面產(chǎn)生裂紋；發(fā)生活塞環(huán)結(jié)碳、零件間隙變化、潤滑油高溫結(jié)焦、油耗增高等故障。38

增壓機(jī)熱負(fù)荷的增加往往比機(jī)械負(fù)荷的影響更為嚴(yán)重，因而是提高增壓度的主要障礙。增壓器的最高比壓一般可達(dá)3~3.5。四沖程增壓柴油機(jī)Pe最高可達(dá)3.2MPa左右，在車用發(fā)動機(jī)上實(shí)際達(dá)到的較好水平是Pe＝1.4~1.8MPa。

設(shè)計(jì)增壓柴油機(jī)時(shí)應(yīng)采取以下技術(shù)措施：1)降低壓縮比,加大過量空氣系數(shù)2)調(diào)整供油系統(tǒng)3)調(diào)整配氣相位4)匹配好渦輪增壓器和進(jìn)排氣系統(tǒng)5)提高主要承載件的強(qiáng)度392．汽油機(jī)增壓

與柴油機(jī)增壓相比，汽油機(jī)增壓有許多不同點(diǎn)，諸如：汽油機(jī)是點(diǎn)燃式，被壓縮的是油氣混合氣，壓縮終點(diǎn)溫度過高就會發(fā)生爆震，它使汽油機(jī)增壓大受限制，增壓壓力一般在135~155kPa范圍；汽油機(jī)的壓縮比小，過量空氣系數(shù)范圍窄(0.85~1.05)，增壓時(shí)在變負(fù)荷變轉(zhuǎn)速工況下工作要求如此嚴(yán)格控制n的范圍，燃料系統(tǒng)的供油特性必須精心調(diào)整；汽油機(jī)吸入缸內(nèi)的是油氣混合氣，因而不能用較大的進(jìn)排氣門重疊角組織完善的掃氣，并利用進(jìn)氣降低熱負(fù)荷；汽油機(jī)工作轉(zhuǎn)速范圍寬，對增壓器的性能及其與發(fā)動機(jī)的匹配要求更高。40

汽油機(jī)增壓除引起機(jī)械負(fù)荷、熱負(fù)荷和NOn排放增高之外，還有爆震點(diǎn)的工作轉(zhuǎn)速下降、扭矩特性和動態(tài)性能變差問題。汽油機(jī)增壓的技術(shù)措施:1)爆震控制(1)降低壓縮比(2)推遲點(diǎn)火(3)進(jìn)氣中冷2)增壓器選用與匹配41

汽油機(jī)要求和其匹配的渦輪增壓器在較寬的流量范圍內(nèi)具有較高效率，在低流量時(shí)仍可達(dá)到較高的壓縮比。其基本匹配點(diǎn)在部分負(fù)荷工況，這就需要放氣系統(tǒng)，使標(biāo)定工況時(shí)增壓壓力得到限制，避免爆震。施放排氣方案較好，它可用較小型增壓器，由于其慣性較小，加速響應(yīng)性較好。3．增壓中冷

中冷是一種很有效的措施，有試驗(yàn)例子表明，增壓空氣每降低10℃，油耗率大約下降0.5%，而功率可提高2%~4%。42

汽車發(fā)動機(jī)增壓中冷普遍采用空對空中間冷卻器，進(jìn)氣溫度可冷卻到60℃左右。若將冷卻器與散熱器并列，用柴油機(jī)上的風(fēng)扇抽吸冷卻空氣來冷卻，則有一個(gè)缺點(diǎn),在低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)冷卻器也以高效工作，引起充氣過冷和不完全燃燒冒白煙問題。為此，發(fā)展出了緊湊的帶空氣渦輪風(fēng)扇的中間冷卻裝置，其管道配置也大為縮短(圖1—25)。這種冷卻系利用壓氣機(jī)出口空氣推動空氣渦輪，推動能量與壓氣機(jī)出口壓力和溫度相關(guān)，從而與柴油機(jī)的負(fù)荷相關(guān)。在低負(fù)荷時(shí)壓比上升是極小的，所以沒有能量供給空氣渦輪，因而風(fēng)扇不動，可以避免過冷冒白煙問題。43二、發(fā)動機(jī)的電子控制441．汽油機(jī)電子控制1)汽油噴射A．單點(diǎn)噴射(SPl)45464748B．多點(diǎn)噴射(MPI)49505152535455562)電子點(diǎn)火57A.點(diǎn)火觸發(fā)器58B．霍爾效應(yīng)發(fā)生器592．柴油機(jī)電子控制

高速柴油機(jī)應(yīng)用電子技術(shù)有如下一些優(yōu)點(diǎn)：

a)提高燃料經(jīng)濟(jì)性由于電子噴油泵控制自由度大、柔性好、響應(yīng)快，可在任何工況條件下選擇最佳的噴油量和噴油定時(shí)，從而可進(jìn)一步提高燃料經(jīng)濟(jì)性(約10％)。

b)提高動力性能電子調(diào)速器可顯著改善柴油機(jī)的扭矩特性(見固1—40)，可使常用轉(zhuǎn)速范圍的扭短有較大提高，汽車的加速性得到改善。

c)調(diào)速特性最佳化，可使汽車的加速反應(yīng)性和行駛穩(wěn)定性有所提高。

d)改善冷起動性能和排放。

e)降低怠速噪聲和振動。601)電子調(diào)速616263642)噴油定時(shí)執(zhí)行器65第二章曲柄連桿機(jī)構(gòu)受力分析

本章分析曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動規(guī)律和作用在主要零件上的力，作為分析計(jì)算強(qiáng)度、剛度、振動和磨損問題的依據(jù)。第一節(jié)曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)一、中心曲柄連桿機(jī)構(gòu)1．活塞位移66672．活塞速度、最大活塞速度和平均活塞速度68Vmax和Vm是影響活塞和氣缸磨損的重要指標(biāo)。3.活塞加速度、最大加速度69704．連桿的運(yùn)動71二、偏心曲柄連桿機(jī)構(gòu)72

實(shí)用上的偏心曲柄連桿機(jī)構(gòu)有圖2—3所示三種。圖中a，活塞銷中心向主推力邊偏置是為了減輕活塞對氣缸壁的敲擊，多用于汽油機(jī)。圖中b，活塞銷中心向次推力邊偏置，多用于柴油機(jī)。柴油機(jī)用中心曲柄連桿機(jī)構(gòu)可能發(fā)生這詳?shù)那闆r：次推力邊頂環(huán)隙不結(jié)碳，而主推力邊嚴(yán)重結(jié)碳，導(dǎo)致活塞環(huán)粘著。若將活塞銷向次推力邊偏置一個(gè)小距離，運(yùn)行中可使主推力邊邊活塞頂岸與缸壁問的間隙比燃燒開始時(shí)的值變小，從而改善導(dǎo)熱，減輕了主推力邊的熱負(fù)荷，使頂環(huán)隙整個(gè)圓周上不結(jié)碳。圖中c曲軸中心與氣缸中心線偏置的曲柄連桿偏置機(jī)構(gòu)，上、下止點(diǎn)的曲柄轉(zhuǎn)角分別為：7374第二節(jié)曲柄連桿機(jī)構(gòu)上的作用力一、氣體壓力75二、慣性力761．往復(fù)慣性力2．旋轉(zhuǎn)慣性力777879三、作用在曲柄連桿機(jī)構(gòu)上的力8081四、發(fā)動機(jī)的扭矩1．單缸扭矩發(fā)動機(jī)的翻倒力矩M’822．多缸機(jī)扭矩、各主軸頸和曲柄銷扭矩

知道了單缸扭短在一個(gè)循環(huán)的變化規(guī)律,考慮各缸的著火間隔角將各缸扭矩作移相疊加就得多缸扭矩。833．發(fā)動機(jī)指示功率和平均指示壓力84五、曲軸軸頸和軸承的負(fù)荷1，曲柄銷負(fù)荷矢量固85862．連桿軸承負(fù)荷矢量固8788第三章發(fā)動機(jī)的平衡第一節(jié)概述

發(fā)動機(jī)在穩(wěn)定工況運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，如果傳給支承的作用力的大小和方向都不隨時(shí)間而變化，則稱它是平衡的。

平衡性差的發(fā)動機(jī)會在支承上振動，傳給車架、車身、有損于汽車的行駛乎順性和乘座舒適性、加速駕駛員疲勞，影響行車安全。此外，聲頻域(20Hz一20kHz)內(nèi)的機(jī)械振動還會輻射噪聲；振動消耗能量，降低發(fā)動機(jī)的總效率；振動還可能引起緊固連接件的松動和過載，降低機(jī)件的耐久性。89

研究發(fā)動機(jī)不平衡力和力矩體系對外界(支承)的影響，稱為外平衡。一般取內(nèi)燃機(jī)在最大不平衡力和力矩的作用下的最大位移與氣缸直徑之比作為內(nèi)燃機(jī)外不平衡性的判據(jù)，當(dāng)該比值超過0.01時(shí)，就應(yīng)采取平衡措施，而轎車發(fā)動機(jī)則要求嚴(yán)格得多。

對外平衡了的發(fā)動機(jī)進(jìn)行曲袖和機(jī)體內(nèi)部所受彎矩和剪力的分析與計(jì)算。如果這類負(fù)荷過大，也應(yīng)采取乎衡措施(例如加平衡塊)加以消減，以求減小機(jī)體的工作應(yīng)力和軸承負(fù)荷。這種平衡分析稱內(nèi)平衡分析，如果曲軸不承受內(nèi)彎矩和剪力，則稱它是內(nèi)平衡。9091第二節(jié)平衡分析方法

發(fā)動機(jī)的平衡分析，實(shí)質(zhì)上就是對由各缸往復(fù)慣性力Pj和各曲拐旋轉(zhuǎn)慣性力Kr構(gòu)成的空間力系進(jìn)行合成，如果合成結(jié)果主矢量、主矩均為零，則發(fā)動機(jī)的運(yùn)動質(zhì)量是平衡的。反之就不平衡，這時(shí)要求出不平衡量隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律，以便研究平衡措施.92

分析平衡時(shí)，均假定各缸的運(yùn)動質(zhì)量、運(yùn)動件的主要有關(guān)尺寸都相同，所得結(jié)果表示發(fā)動機(jī)的理論平衡情況。實(shí)際上不可避免有制造誤差。為了保證高速發(fā)動機(jī)的實(shí)際平衡接近理想情況，必須對曲柄連桿機(jī)構(gòu)主要運(yùn)動件的重量、尺寸規(guī)定嚴(yán)格的公差，必要時(shí)分組裝配。嚴(yán)格控制公差的主要項(xiàng)目有：活塞組重量相等、各連桿組重量相等和重心位置相同、曲拐夾角均勻、曲柄半徑和連桿長度相等、曲軸動平衡、飛輪靜平衡等等。93一、單列式發(fā)動機(jī)的平衡分析1．旋轉(zhuǎn)慣性力平衡分折941)旋轉(zhuǎn)慣性力合力計(jì)算952)旋轉(zhuǎn)慣性力合力矩計(jì)算

對于第i拐，旋轉(zhuǎn)慣性力對0點(diǎn)的力矩為Mri＝K·Zi，其方向與慣性力相差π／2，用復(fù)數(shù)表示為:則合力矩為：96以三拐曲軸為例作解折。三拐曲軸的曲拐夾角為120度。取第三拐的中心0點(diǎn)為簡化中心：972．往復(fù)慣性力平衡分析9899100101102103104105106107這是一個(gè)橢圓方程,即R矢端軌跡是一個(gè)橢圓。108109110111112113114115116117118119120121122123124125126127128129130131132133134135136137138139140141142143144145146147148149150151152多質(zhì)量系統(tǒng)微分方程式153154155156157158159160161162計(jì)算時(shí)需要判別相連兩次計(jì)算的剩余扭矩之積的符號，當(dāng)符號為“十”時(shí)按計(jì)算步長繼續(xù)往前搜索，為“一”時(shí)用“二分法”縮短步長計(jì)算。163164165166167168169170171172173174175176177178179180181182183184185第六章噪聲控制技術(shù)第一節(jié)噪聲基礎(chǔ)知識1.噪聲的定義一般說來，凡屬對人聽覺“不需要的聲音”就是噪聲。2．聲壓、聲強(qiáng)和聲功率聲壓P在有聲波傳播的聲場中某點(diǎn)的田時(shí)壓強(qiáng)與大氣壓之差值(N／㎡)。聲強(qiáng)I在垂直于聲波傳播方向的單位面積上，單位時(shí)間內(nèi)通過的聲能(w／㎡)聲功率W聲源在單位時(shí)間內(nèi)輻射出的總聲能，它是描述聲源強(qiáng)弱的物理量(w)。186187188189190第二節(jié)內(nèi)燃機(jī)噪聲及其控制內(nèi)燃機(jī)噪聲的發(fā)生機(jī)制見圖6—2，噪聲分?jǐn)?shù)如下：191192一、進(jìn)氣噪聲其主要成因有二：(1)空氣在進(jìn)氣管中的壓力脈動造成低頻噪聲，其頻率成分(2)空氣以高速流經(jīng)進(jìn)氣門造成的高頻渦流噪聲。1931941、排氣噪聲1)廢氣在排氣管中的壓力脈動2)排氣門流通截面處的寬帶渦流噪聲195三、風(fēng)扇噪聲風(fēng)扇本身的噪聲由葉片旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲組成。196鋼板沖壓風(fēng)扇的一般設(shè)計(jì)原則是：(1)依據(jù)風(fēng)扇定則，綜合考慮風(fēng)量Q，消耗功率和噪聲．合理選擇風(fēng)扇的參數(shù).從滿足一定風(fēng)量考慮，宜取較大的風(fēng)扇直徑；從減少功率消耗考慮。宜取較低的轉(zhuǎn)速。(2)按降噪要求設(shè)計(jì)風(fēng)扇葉片的要點(diǎn)；

—定Q下選用較寬的風(fēng)扇葉片。這樣叮降低一定Q下選用較大的葉片安裝角(40度~50度)（3）葉片數(shù)不大于6，葉片數(shù)從2到6，Q呈直線增加。超過6時(shí)，Q的增加率不大．而每增加一片，噪聲約增高1dB。197(3)合理布置冷卻系統(tǒng)。(4)采用翼型斷面風(fēng)扇。198199四、燃燒噪聲燃燒噪聲的發(fā)生機(jī)理是；氣缸內(nèi)壓力劇變引起的動載荷，激發(fā)結(jié)構(gòu)振動輻射噪聲。氣體的沖擊波引起高頻振動。200201202203204

控制齒輪噪聲的措施是盡可能用較小的齒輪間隙.裝曲軸扭振減振器。對頂置凸輪軸式發(fā)動機(jī)，采用齒形合成橡膠帶驅(qū)動配氣機(jī)構(gòu)。

七、配氣機(jī)構(gòu)噪聲

發(fā)動機(jī)低速下的噪聲主要是氣門開閉時(shí)，以及挺住在凸輪鼻部附近產(chǎn)生的配氣機(jī)構(gòu)聲。發(fā)動機(jī)高速時(shí)的配氣機(jī)構(gòu)噪聲是由于氣門的不規(guī)運(yùn)動(氣門飛脫和落座反跳)造成的。氣門彈簧的顫振也會發(fā)生簧圈之間的碰擊高頻噪聲。205八、控制結(jié)構(gòu)振動幅射噪聲的措施(1)提高結(jié)構(gòu)剛度，減小外部聲發(fā)射表面的振動。206207208209210211212213214215216第七章曲軸設(shè)計(jì)第一節(jié)曲軸的工作條件和設(shè)計(jì)要求一、曲軸的功用曲軸的組成：曲柄，功率輸出端，自由端，主軸頸，曲柄臂。二、設(shè)計(jì)要求：1、具有足夠的疲勞強(qiáng)度。減少應(yīng)力集中，加強(qiáng)薄弱環(huán)節(jié)。2、具有足夠的剛度。減少變形，以免惡化活塞連桿組及軸承的工作條件。3、軸頸具有良好的耐磨性。4、曲柄排列合理。5、材料選擇適當(dāng)，充分發(fā)揮材料的強(qiáng)度潛力。217218第二節(jié)曲軸主要尺寸的確定和結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)21922011、主軸頸和曲柄銷 軸頸應(yīng)短而粗，以增加曲軸的剛度，提高曲軸自振頻率，縮短缸心距，但軸頸長度不能過短，否則會使軸承的承載能力變差。柴油機(jī)：

直列

V型D1=（0.7~0.8）DD2=(0.63~0.7)DD1=(0.75~0.95)DD2=(0.63~0.70)DL1=(0.35~0.50)DL2=(38~0.48)DL1=(0.30~0.50)DL2=(0.45~0.65)DL1=(0.50~0.70)D1L1=(0.60~0.70)D2L1=(0.45~0.65)D1L2=(0.8~0.9)D2221

直列

V型D1=(0.65~0.75)DD2=(0.60~0.65)DD1=(0.6~0.7)DD2=(0.55~0.62)DL1=(0.3~0.5)DL2=(0.35~0.45)DL1=(0.25~0.35)DL2=(0.45`0.65)DL1=(0.4~0.7)D1L2=(0.5~0.7)D2L1=(0.4~0.6)D1L2=(0.8~1)D2汽油機(jī)：222L不小于0.3D為宜。L/D的設(shè)計(jì)趨勢是減少。1）、在缸心距一定時(shí)可相應(yīng)地增加曲柄臂的寬度。2）、主軸頸長度的適當(dāng)減少，要減小軸頸變形所造成軸承負(fù)荷的不均勻。曲柄銷直徑小宜過大，否則旋轉(zhuǎn)慣性力過大，同時(shí)為保證拆裝方便，連桿大頭應(yīng)能夠從氣缸中抽出22312、曲柄臂 交變彎曲應(yīng)力造成曲柄臂斷裂是曲軸的主要破壞型式。

直列V型b=（1.05~1.30）Dh=(0.22~0.28)Db=（1.00~1.30）Dh=(0.20~0.25)D柴油機(jī)：224

直列V型b=（0.75~1.20）Dh=(0.18~0.25)Db=（0.75~1.00）Dh=(0.18~0.22)D汽油機(jī)：

增加曲柄臂的h和b均增大曲柄臂的強(qiáng)度,但增加厚度的效果更明顯。 多缸機(jī)具有等厚曲柄臂的曲軸各曲柄銷圓角的應(yīng)力是不同的，因此，應(yīng)設(shè)計(jì)成不等厚曲柄臂。 曲柄臂形狀，橢圓為好。22513、曲軸圓角 主軸頸圓角，曲柄銷圓角。 圖中r/d 從0.04增加到0.06應(yīng)力下降50%。 沉割圓角，多圓弧圓角。226一些細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)：1．平衡塊2272．油道布置2282293．曲軸的止推4、輕量化設(shè)計(jì)230231232233234235提高曲軸疲勞強(qiáng)度的方法11、采用合理結(jié)構(gòu)，減少應(yīng)力集中。

1）、增大主軸頸和曲柄銷重疊度A。

A=（D1+D2）/2-r=0.5(D1+D2-S)增大A可顯著提高曲軸的疲勞強(qiáng)度，曲柄臂越薄越窄這種作用越明顯。R/h=0.26b/d=1.6的曲柄，當(dāng)A/d從-0.1增大至0.1,彎曲疲勞強(qiáng)度提高10%。A/d從0.1增大至0.3,彎曲疲勞強(qiáng)度提高23%。2362)、加大過渡圓角。

r=（0.05~0.08）D。r應(yīng)大于2mm。3）、軸頸減重孔。曲軸軸頸具有適當(dāng)尺寸和形狀的減重孔，可以減輕曲軸重量，減小旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的離心力，同時(shí)還可以改善圓角的應(yīng)力的分布，提高曲軸強(qiáng)度。4）、卸載槽：曲柄銷圓角內(nèi)側(cè)或主軸頸圓角外側(cè)曲柄臂上開的凹槽。曲柄銷圓角卸載槽，主軸頸圓角卸載槽。卸載槽尺寸由試驗(yàn)確定。23712、采用表面強(qiáng)化處理方法，提高曲軸疲勞強(qiáng)度。1）、圓角滾壓。圓角滾壓是一種利用材料產(chǎn)生塑性變形的強(qiáng)化方法。當(dāng)滾壓產(chǎn)生的應(yīng)力超過材料的屈服極限時(shí)，便會產(chǎn)生塑性變形，發(fā)生冷作硬化，這樣將在表面層內(nèi)形成殘余壓應(yīng)力，從而提高曲軸的疲勞強(qiáng)度。珠光體球墨鑄鐵效果最明顯。彎曲疲勞強(qiáng)度提高50~90%。鋼曲軸可提高20~70%。曲軸滾壓后曲軸會變形，主軸頸跳動會超差，如果冷校會降低疲勞強(qiáng)度。主軸頸精磨，主軸頸沉割圓角，多圓角同時(shí)滾壓。2382）、感應(yīng)淬火： 使表面產(chǎn)生殘余應(yīng)力，硬度增加。 軸頸淬火，層深3~7mm，HRC55~63，提高耐磨性。 軸頸圓角同時(shí)淬火，圓角產(chǎn)生30~60kg/cm2的殘余壓應(yīng)力，曲軸疲勞強(qiáng)度提高30~100%。圓角淬火后曲軸產(chǎn)生變形。粗磨——淬火——精磨。3）、噴丸處理： 圓角強(qiáng)化。2394）、氮化和軟氮化：提高曲軸耐磨性和疲勞強(qiáng)度的化學(xué)熱處理方法。 氮化：指氣體氮化。加熱——通氨氣——保溫——活性氮原子滲入，得到含氮組織。 軟氮化：在Fe—N共析溫度以下（530~570℃）進(jìn)行的碳氮共滲過程。碳飽和——Fe3N核心——化合層——擴(kuò)散層?；蠈樱?0%Fe3N+Fe4N。20%Fe3N。 氮化層表面硬度高,提高耐磨性,擴(kuò)散層中氮的滲入阻止鐵晶格的滑移,產(chǎn)生殘余應(yīng)力,因而能顯著提高曲軸的疲勞強(qiáng)度。240

調(diào)質(zhì)處理的零件氮化后疲勞強(qiáng)度提高顯著。 鹽浴氮化：碳鋼提高60~80%。低碳鋼提高20~30%。球墨鑄鐵提高50~70%。 氣體氮化使鋼曲軸提高30~40%。 氮化的變形。氮化后不能磨削，為減少變形，通常需進(jìn)行中間退火，先去掉切削應(yīng)力。241

化合物層擴(kuò)散層厚度

氮化時(shí)間

h

溫度℃厚度硬度HV氣體氮化0.005≤10000.1≮40500氣體軟氮化0.07~0.015550~7000.1~0.34~5570鍍鈦氮化0.101000~1500中間層:0.1~0.14擴(kuò)散層1..5~21~2600鹽浴氮化0.008~0.01570~7000.4~0.81.2~2570242五、材料：碳素鋼：45，50。合金鋼：35CrMo，40Cr，40CrMnB鋼，調(diào)質(zhì)處理，索氏體，碳鋼HB207~269，合金鋼HB241~352。表面淬火加回火，淬硬層2~5mm，碳鋼HRC55~63，合金鋼HRC52，細(xì)針狀馬氏體或馬氏體—屈氏體。

243球墨鑄鐵：QT70-2。球墨鑄鐵，正火，HB240~300，珠光體>85%,石墨球化>3級，石墨球徑>3級，允許≯2%磷共晶存在和滲碳體總量不大于3%。表面淬硬+中溫回火，層深1.5~4.5mm,HRC45,屈氏體+回火馬氏體。244第三節(jié)曲軸有限元分析245246247248249第五節(jié)曲軸的實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析和疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)

一、三維光彈性應(yīng)力分析應(yīng)力一光性定律250251252

二、疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)253254第八章連桿組設(shè)計(jì)第一節(jié)連桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)255256257一、工作情況：1、連桿力Pl引起的拉壓疲勞載荷。進(jìn)氣上止點(diǎn)為最大拉伸載荷。膨脹上止點(diǎn)為最大壓縮載荷。2、連桿力矩引起的橫向彎曲。3、壓入連桿襯套，擰緊螺栓，壓緊軸瓦產(chǎn)生的靜載荷。258二、設(shè)計(jì)要求：1、結(jié)構(gòu)簡單，尺寸緊湊。2、保證足夠的剛度，強(qiáng)度，減輕重量。3、L盡量短。4、軸承工作可靠。三、連桿長度：L λ=r/l259

設(shè)計(jì)趨勢：在保證連桿及相關(guān)機(jī)件在運(yùn)動時(shí)不與其它機(jī)件相碰的情況下，選擇最小的連桿長度。

JB3764—84規(guī)定：汽油機(jī)：l±0.05， 柴油機(jī)：l±0.03。2．連桿小頭結(jié)構(gòu)小頭軸承比壓：q=pz/（d1B1）青銅襯套：≤62Mpa強(qiáng)化柴油機(jī)≤79Mpa260261

柴油機(jī)

汽油機(jī)d1=(0.35~0.38)Dd1=(0.25~0.30)DB1=(0.95~1.05)d1B1=(1.2~1.4)d1d=(1.1~1.25)d1d=(1.05~1.15)d12621小頭的變形和應(yīng)力分布：小頭在最大慣性力作用下產(chǎn)生縱向伸長的橢圓變形，在最高燃?xì)鈮毫ψ饔孟庐a(chǎn)生橫向伸長的橢圓變形。影響小頭變形和應(yīng)力分布的主要因素：1）、小頭的結(jié)構(gòu)型式。2）、小頭的間隙。 間隙影響載荷分布狀況，間隙過大，則小頭承受的載荷接近于集中載荷。3）、連桿襯套的壓配過盈和工作時(shí)的熱膨脹。263264四、連桿桿身：典型結(jié)構(gòu)，工字梁。一五、連桿大頭:結(jié)構(gòu)型式：平切口，斜切口。

柴油機(jī)

汽油機(jī)D2=(0.63~0.70)DD2=(0.55~0.65)DB2=(0.60~0.70)DB2=(0.60~0.70)DDm=(0.12~0.14)Ddm=(0.10~0.12)D265

柴油機(jī)

汽油機(jī)H3=（0.45~0.5）D2H3=（0.35~0.4）D2H4=（0.35~0.5）D2H3=（0.38~0.44）D2斜切口：H3′=（0.20~0.25）D2D2連桿軸頸尺寸。連桿螺栓中心距應(yīng)盡量靠邊近軸瓦，中心距C=（1.24~1.31）D2。螺栓外側(cè)邊厚不小于（2~4）mm。大頭最大橫向尺寸小于氣缸直徑。266大頭設(shè)計(jì)中針對薄弱環(huán)節(jié)采取的加強(qiáng)措施：1）、加強(qiáng)大頭剛度，減小變形。H3，H4，C。2）、連桿蓋上設(shè)計(jì)各種加強(qiáng)筋。加強(qiáng)筋到螺栓孔支承面處要圓滑過渡。3）、螺栓支承面或螺母支承面要圓弧過渡，避免加工尖角。 可采用鍛造圓角或圓弧沉割來減少應(yīng)力集中，但必需盡量提高圓弧沉割處的光潔度。4）、斜切口連桿長叉口一側(cè)變形較大，除采用大圓弧過渡外，還可用單筋與桿身相連，以提高大頭剛度。

267268269270連桿材料及工藝NJ20-85：45#，40Cr，35CrMo，JB3764-84：45#，50#，45Mn，40Cr，35CrMo，42CrMo， 調(diào)質(zhì)，HB217~293。細(xì)晶粒索氏體，允許有少量的斷續(xù)網(wǎng)狀分布的鐵素體存在。非調(diào)質(zhì)鋼：在碳素結(jié)構(gòu)鋼中加入微量的釩，鈦，或鈮微合金化元素，通過控制軋制和冷卻，使微合金化元素的碳化物或氮化物彌散析出，起到晶粒細(xì)化和析出強(qiáng)化的作用，從而，鋼在熱軋（鍛）狀態(tài)的性能達(dá)到凋質(zhì)鋼的水平，可直接加工成零件。271二汽：35MnVN。 一汽：40MnV。 英國，美國，日本等。JB3764-84：小頭孔圓度，圓柱度，7級。小頭襯套圓度，圓柱度，7級。大頭圓度，圓柱度，5級。大小頭軸線平行度，在連桿擺動平面內(nèi)，7級，垂直于連桿擺動平面內(nèi)，6級。大頭內(nèi)側(cè)面對大頭軸線的垂直度，8級。連桿體與連桿蓋接合面對大頭孔軸心線的位置度不大于0.20mm。連桿螺栓導(dǎo)孔或螺孔軸心線對支承面的垂直度10級。支承螺栓或螺母的平面對接合面的平行度9級。272連桿的關(guān)鍵工序的加工及精度1、精鏜大小頭孔，采用帶自動測量和補(bǔ)償?shù)膶Ｓ眠B桿大小頭精鏜床，IT6，Ra0.6~0.8，二孔軸心線平行度0.01~0.03mm。2、大小頭孔珩磨，采用金剛鏜床，（T7140，T7160）IT6，Ra0.4~0.8，扭曲度0.03~0.05，兩孔平行度0.02~0.04，孔與端面的垂直度0.02~0.03。3、連桿體，蓋連接螺栓孔的加工，采用專機(jī)打中心孔，槍鉆，槍鉸及擠螺紋，螺紋精度4H5H-L，垂直度0.02~0.03/1002734、上下平面加工，磨床MB7480。5、兩孔中心距，同時(shí)珩磨，中心距靠夾具精度保證，或用專機(jī)的主軸中心保證，0.03~0.04。6、國外加工精度比國內(nèi)高一級。274第二節(jié)連桿有限元分析275276第三節(jié)連桿螺栓設(shè)計(jì)一、連桿螺栓的工作負(fù)荷和預(yù)緊力277278279280二、螺拴疲勞強(qiáng)度和防松性能的提離用扭矩法間接控制預(yù)緊力。二次擰緊法檢測螺栓伸長量塑性域緊固法

該法的優(yōu)越性由圖8—16顯而易見。將螺拴緊固到屈服點(diǎn)，可使所需的預(yù)緊力受摩擦系數(shù)的影響減小。屈服點(diǎn)的離散依從于螺栓強(qiáng)度的離散，其值很小，所以可實(shí)現(xiàn)高精度的緊固。281282283284三、提高連桿螺栓疲勞強(qiáng)度的措施：11、減少螺栓承受的變動負(fù)荷。

1）、提高連桿大頭的剛度。

2）、采用柔性螺栓，降低螺栓剛度。2、盡量減少應(yīng)力集中。 圓角處，螺紋根部，尾部，光潔度。3、減少附加的彎曲應(yīng)力。結(jié)構(gòu)對稱，支承面平且與螺栓孔垂直。大頭剛度。28514、螺紋載荷均勻分配，頭幾牙切成10O~15O的倒角。25、采用合理工藝。冷墩成型工藝。滾壓螺紋。286287288第九章軸瓦設(shè)計(jì)第一節(jié)軸瓦的工作特點(diǎn)與要求一、工作條件：

1、負(fù)荷重。

2、速度高。

3、溫度高。

4、變形引起的邊緣負(fù)荷大。289二、軸瓦材料1．疲勞強(qiáng)度足夠高對軸瓦材料的要求：2．抗咬合性、順應(yīng)性和嵌藏性好3．耐蝕性好4．與鋼背結(jié)合牢固，結(jié)合強(qiáng)度高290291表面涂層材料： 工作表面覆以軟金屬涂層，以進(jìn)一步提高表面性能。 涂層方法：電鍍。 為防止鍍層中的銦，鉛等元素向合金層擴(kuò)散，在鍍層與合金層之間需鍍一層鎳，稱為鎳柵層。

Pb-10Sn，Pb-10Sn-2Cu，Pb-10Sn-3Cu，Pb-10In。292第二節(jié)軸瓦結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)力計(jì)算一、直徑、寬度與軸承間隙： 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本參數(shù)：直徑D、寬度B、徑向間隙⊿（軸向間隙⊿Z）。1、直徑和寬度：

B/D<0.4，窄軸承。

B/D=0.4~0.6正常軸承。

B/D>0.6，寬軸承。293B/D的確定：1）、結(jié)構(gòu)要求。 主軸承，普通平軸瓦 0.3~0.6

帶翻邊軸瓦或止推片的 首尾及中間主軸承0.45~1.0

連桿大頭0.4~0.65

連桿小頭0.85~1.15

高強(qiáng)化發(fā)動機(jī)中,為增大曲軸剛度,一般盡可能加大軸頸直徑和曲柄臂的厚度，常采用窄軸承。2942）、潤滑要求： 油膜承載能力與軸承寬度三次方成正比。為形成足夠厚度的油膜，希望選用盡可能大的B/D值，但寬度過大，潤滑油的流量減少，摩擦發(fā)熱加劇，潤滑油的溫度上升，粘度下降，油膜厚度反而減薄。B/D=0.4~0.6。2953）、材料要求： 比壓Pmax：

Pmax pmax=≤[pmax] D*BPmax——作用在軸承上的最大負(fù)荷。[pmax]——許用比壓。296b）、工作表面線速度。

πDnV=≤Vmax60n——軸頸轉(zhuǎn)速。Vmax——許用線速度。軸承間隙：徑向間隙⊿=D-d。相對間隙ψ=⊿/D（‰）。297ψ的數(shù)值對軸承的潤滑性能有極大的影響。減小ψ值油膜承載能力提高，但ψ值過小，潤滑油的流量減少，摩擦發(fā)熱加劇，使?jié)櫥蜏囟壬仙?，粘度下降，油膜厚度反而減薄。確定實(shí)際使用的間隙時(shí)，應(yīng)考慮：1）、合理的公差范圍。 軸頸和軸承孔精度愈高，間隙變動范圍愈小。在加工經(jīng)濟(jì)性合理的前提下，間隙公差帶盡量限制在最佳值附近的狹小范圍內(nèi)，保證軸承具有穩(wěn)定的承載能力。2982）、零件的位置精度與變形。 若軸承孔和軸頸的位置精度，以及機(jī)體、曲軸的剛度能嚴(yán)格控制，則可按最佳的ψ值選擇較小的間隙，否則，應(yīng)選用稍大的間隙值，以免卡死。3）、潤滑油的濾清程度。 若選用較小的軸承間隙，潤滑油的濾清精度必需相應(yīng)提高。4）、軸承材料的要求。

299巴氏合金順應(yīng)性好，選用較小的ψ值，銅基合金順應(yīng)性較差，應(yīng)選用較大的ψ值。鋁基合金順應(yīng)性較好，但線膨脹系數(shù)大，為防止起動時(shí)發(fā)熱卡死，應(yīng)選用較大的ψ值。

ψ（‰）汽車發(fā)動機(jī)主軸頸，連桿大頭巴氏合金0.6~1.2柴油機(jī)主軸頸，連桿大頭帶鍍層的銅鉛合金，鉛青銅0.75~1.0

鋁基合金0.80~1.5連桿小頭銅基，鋁基合金0.2~0.5止推軸承軸向間隙0.1~0.3mm。300二、結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)：1、壁厚、合金層、涂層厚度。1）、壁厚：

軸徑t/d<500.04~0.06550~1000.025~0.05>1000.02~0.0353013022)、合金層厚度： 減薄合金層厚度對提高合金層的疲勞強(qiáng)度效果十分顯著。

0.2~0.7mm。3）、涂層厚度：

0.02~0.03mm。3032、瓦口削薄量：軸瓦以很大的過盈量裝配于座孔中，瓦口附近將產(chǎn)生內(nèi)縮趨勢。304305306307

軸頸mmAmmBmm30~800.013~0.0256~8>80~1500.015~0.0358~12>150~2000.030~0.05025~303083、自由彈勢： 軸瓦安裝后，軸瓦對口平面附近貼合面在壓力較低，為保證沿整個(gè)圓周具有比較均勻的貼切合壓力，在自由狀態(tài)下對口平面間的開口尺寸比座孔直徑略為增大。此增大值為自由彈勢⊿S。缸徑200mm以下柴油機(jī)軸瓦的⊿S

軸瓦尺寸壁厚mm

平軸瓦⊿Smm

翻邊軸瓦⊿Smm

≤3.50.5~1.50.2~1.2>3.50.3~1.30.1~0.63094、定位措施：軸瓦或軸套在座孔內(nèi)的固定主要依靠過盈配合，定位措施僅保證裝配軸瓦時(shí)軸瓦位置的正確性。薄壁軸瓦主要采用定位唇。斜切口主要采用銷釘。5、止推軸承310311第三節(jié)軸心軌跡計(jì)算CAE312313314315316第十章活塞組設(shè)計(jì)活塞組的工作條件：1、機(jī)械負(fù)荷。Pj，PG，PN，PZ高達(dá)14Mpa。2、熱負(fù)荷。燃燒瞬時(shí)的溫度高達(dá)1800~2600℃?；钊?shù)臏囟冗_(dá)350℃。3、高速滑動，潤滑不良。Cm高達(dá)13~15m/S?；钊M的摩擦損失占全部摩擦損失的60%以上。317

活塞組的設(shè)計(jì)基本要求：

(1)選用300一400℃溫度下仍有足夠機(jī)械強(qiáng)度、耐磨、比重小、熱膨脹系數(shù)小、導(dǎo)熱性好、具有良好減摩性和工藝性的材料。高速內(nèi)燃機(jī)通常用鋁合金材料鑄造或鍛造活塞。液壓強(qiáng)造活塞組織細(xì)密，導(dǎo)熱性較好；

(2)設(shè)計(jì)合理的形狀和壁厚，盡量減輕重星，緩和應(yīng)力集中，使散熱良好，強(qiáng)度符合要求，并有控制裙部膨脹的措施。對高強(qiáng)化機(jī)必要時(shí)采取冷卻活塞的措施；

(3)在不增加活塞組的摩擦損失的條件下，保證燃燒室氣密性好，審氣、竄油星不超過規(guī)定要求，且能保證滑動面上有足夠的潤滑油；318(4)設(shè)計(jì)合理的活塞裙部型線和配缸間隙．使在各種工況下都能保持活塞與氣缸的最佳配合．減輕活塞敲擊和缸套振動引起穴蝕的傾向。319第一節(jié)活塞的設(shè)計(jì)320321322

一、活塞頭部的設(shè)計(jì)

活塞頭部的設(shè)計(jì)要點(diǎn)：盡可能改善活塞項(xiàng)和第一環(huán)的工作條件；防止頂部熱裂和環(huán)粘結(jié)；以及環(huán)措過度磨損。323

提高活塞頂部和第一道環(huán)工作可靠性的一些措施如下：(1)活塞頂部向環(huán)區(qū)的過渡設(shè)計(jì)“熱流型”斷面。傳入活塞頂?shù)臒崃縌，約占燃料總發(fā)熱量的2~4%。散出的熱量：活塞環(huán)占Q的70~80%。 活塞裙占Q的10~20%。 活塞內(nèi)腔占Q的10%。324325326

（3)當(dāng)活塞溫度過高時(shí)，用噴油冷卻，甚至冷卻油腔頃油冷卻。在標(biāo)定功率工況，前者一般能使活塞項(xiàng)中央和第一環(huán)槽區(qū)的高溫下降20一30℃；后者用于增壓柴油機(jī)降低幅度可達(dá)30一40℃。汽車內(nèi)燃機(jī)隨著高327(4)對活塞頂作硬膜陽極氧化處理，形成高硬度的耐熱層，增大熱阻，減少頭部的吸熱量。328(5)適當(dāng)成小活塞頭部與缸孔的間隙。329環(huán)槽設(shè)計(jì)： 環(huán)槽的高度決定于活塞環(huán)的軸向高度。 環(huán)槽的設(shè)計(jì)關(guān)鍵：

a）、槽底圓弧，0.2~0.5mm。

b）、環(huán)岸倒角，0.2~0.5×45°。

c）、環(huán)槽側(cè)隙：汽油機(jī)：一環(huán)：0.05~0.10mm，二、三環(huán)：0.03~0.07mm，油環(huán)更小。柴油機(jī)稍大。330 d）、環(huán)槽背隙：氣環(huán)：0.5mm。油環(huán)稍大。

e）、第一環(huán)槽下平面的平面度在全部圓周上不大于0.007mm。 鑄鐵鑲?cè)Σ巯缕矫婧推渌h(huán)槽下平面在全部圓周上不大于0.010mm。環(huán)槽平面母線對裙部軸線的垂直度，環(huán)槽呈蝶形，向上傾斜不大于25：0.07。環(huán)槽呈傘形，向下傾斜不大于25：0.03。梯形槽除外。 環(huán)槽平面對裙部軸線的圓跳動不大于0.5mm。 環(huán)槽底表面對裙部軸線的圓跳動不大于0.15mm。331環(huán)岸外圓表面對裙部軸線的圓跳動不大于0.10mm。3321解決活塞頭部裂紋的措施：從結(jié)構(gòu)上解決頭部裂紋的措施如下：1）、合理設(shè)計(jì)活塞頭部形狀，降低活塞頭部的機(jī)械應(yīng)力，使頂面的應(yīng)力狀態(tài)在疲勞極限的范圍以內(nèi)。2）、避免加工尖角，采用較大的過渡圓弧，以消除應(yīng)力集中。3）、降低活塞熱負(fù)荷，提高鋁合金的疲勞極限，使頂部的應(yīng)力狀態(tài)處在安全范圍之內(nèi)。4）、在燃燒室喉口鑄入鎳合金護(hù)圈。3331提高活塞環(huán)槽耐磨性的措施：1）、提高活塞環(huán)槽的加工質(zhì)量。2）、正確選擇活塞環(huán)于環(huán)槽的側(cè)隙，減少對環(huán)槽的沖擊磨損。3）、鑲耐磨圈。在第一環(huán)槽處（有時(shí)包括第二環(huán)槽）鑄入一個(gè)耐磨鑄鐵環(huán)座，環(huán)座于活塞材料依靠互相擴(kuò)散形成分子結(jié)合。材料：鎳鉻奧氏體鑄鐵。4）、環(huán)槽上下表面鍍硬鉻。334

二、活塞裙部的設(shè)計(jì)335活塞裙部及其側(cè)表面形狀的設(shè)計(jì)： 活塞裙部及其側(cè)表面形狀設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，在于保證裙部有足夠的貼切合面積和良好的潤滑條件，以及保證發(fā)動機(jī)在不同工況下都具有最小的活塞間隙。1、裙部橢圓：活塞在氣體壓力和側(cè)壓力作用下的變形，以及活塞溫度場的不均勻而產(chǎn)生的熱變形，均使活塞裙部沿活塞銷軸線方向變長，而氣缸產(chǎn)生沿軸線方向縮短的橢圓變形。

336為了適應(yīng)這種變形，需要采取一定的措施，以保證活塞有足夠的承壓面積和防止活塞被拉毛或過渡磨損。1）、將裙部設(shè)計(jì)成橢圓。2）、將銷座附近的裙部外側(cè)部位設(shè)計(jì)成凹陷狀。裙部橢圓的規(guī)律：1）、單橢圓規(guī)律。

D－d e0= _______ (1－cos2θ) 4 45O方向附近有擦傷痕跡。3373382）、雙橢圓規(guī)律。

D－de0= _______[(1－cos2θ)－K(1－cos4θ)]4 K>0徑向縮短量減少,橢圓變胖。

K<0徑向縮短量增大,橢圓變瘦。斯太爾6108ZK=+0.2斯太爾ND71560K=-0.0515依維柯S8140.21K=+0.11依維柯S8140.27K=-0.086110AK=0.10160油冷K=+0.103393）、偏心—橢圓規(guī)律：銷孔軸線方向±（45O~55O）范圍內(nèi)設(shè)計(jì)偏心圓弧。小型高速柴油機(jī)鋁活塞：eθ=45=0.045~0.06mm。橢圓度：0.3~0.5mm/100mm缸徑。橢圓度沿高度有變化和不變化兩種。340活塞側(cè)表面形狀：1）、利用溫度沿側(cè)表面的分布規(guī)律，形成側(cè)表面形狀。不同的溫度分布規(guī)律，將形成不同的側(cè)表面形狀。高性能汽車發(fā)動機(jī)活塞沿裙長的溫度分布規(guī)律可以假定為：

T=T0e-mz

式中：T0為Z=0即裙部上端處的溫度值。活塞材料的線膨脹系數(shù)在裙部溫度范圍內(nèi)變化很小，可以認(rèn)為是一定值，因而，裙部的熱膨脹將與各點(diǎn)的溫度成正比。根據(jù)上面的溫度分布規(guī)律，在裙長Z處的徑向縮減量⊿Z為：341 ⊿Z=⊿0e-mz

⊿0上端處的徑向縮減量。 系數(shù)m需要通過試驗(yàn)求得。

2）、將流體動力潤滑理論運(yùn)用在裙部型線的設(shè)計(jì)中。如果沿活塞裙長方向溫度分布呈超越函數(shù)分布，活塞側(cè)表面形狀按此規(guī)律設(shè)計(jì)后，活塞在工作過程中將轉(zhuǎn)化成正圓柱，然而，活塞裙部及缸套兩個(gè)正圓柱面相對滑動卻不是最為理想的，如果使活塞熱膨脹后的裙部不是一直線，而是一中部凸出的桶形曲線，這樣就可以在裙部與缸壁之間形成一楔形油膜，由于高速運(yùn)動而產(chǎn)生的流體動力效應(yīng)，兩壁之間的油壓增高，可使兩壁面為油膜分開，實(shí)現(xiàn)流體動力潤滑效果，從而降低兩壁面間的摩擦與磨損。342因此，冷態(tài)下的活塞裙部側(cè)表面形狀規(guī)律，不只是決定于溫度不均而導(dǎo)至的熱膨脹量，同時(shí)也影響到運(yùn)用流體動力潤滑的效果。應(yīng)力爭使活塞外形設(shè)計(jì)成：即使熱膨脹變型后，活塞外型與缸壁間形成一恰當(dāng)?shù)挠拖?，以獲得最佳的潤滑作用和使活塞穩(wěn)定導(dǎo)向的條件，從而改善活塞的工作條件。3、裙部鑲鋼片34334414、配缸間隙。⊿0⊿⊥共晶鋁硅合金：0.0060.0014過共晶鋁硅合金：0