工能力越强，发动机性能越好。

所以活塞的工艺设计对发动机性能有至关重要的影响。

目前，在中小型柴油机方面开展的研究工作大都放在减少废气排放，因此出现深盆顶活塞的应用，这是专为改善燃烧状况减少碳氢化合物而设计的。

近十年来，开发能满足高达的活塞的要求越来越迫切。

与球铁相比，锻钢具有更高的机械强度和延伸率，只有选材和工艺处理适当，即能保证活塞工作安全可靠，由此产生了可以承受更高的锻钢整体活塞和钢顶钢裙组合活塞，整体锻钢活塞适用于较小缸径柴油机。

连杆是发动机中传动力的重要零件，它把活塞上的往复惯性力传递给曲轴以输出功率，连杆在工作过程中主要承受装配载荷和交变载荷的作用，工作较苛刻。

环保节能是现代汽车的发展方向，因此对发动机连杆的要求是不仅要有足够的强度和刚度，而且要尺寸小重量轻，为实现这要求，现代汽车发动机零部件设计开发必须采用现代设计方法及技术。

针对柴油机连杆小头断裂的问题，在进行连杆设计中通过对不同的连杆小头壁厚和连杆小头的过渡圆角进行有限元分析，选择合适的过渡圆角和小头壁厚以达到设计要求，而连杆大头采用工字形结构时，其安全系数比连杆大头采用圆形结构提高以上，其重量也比圆形结构轻。

工字形结构还能很好的控制大头孔的变形，而连杆大头与支撑面采用半圆弧的安全系数有很大的提高。

二〇四年五月十八日星期日柴油机总体设计方案高速柴油机设计的要求高速柴油机设计应满足下列基本要求最佳的使用性能包括最佳的动力性能最小的外形尺寸最轻的总质量，能满足各种特定用途对发动机性能的要求。

最佳的经济性能主要可以概括为下列三方面最佳的使用经济性包括完善的工作过程，特别是组织良好的燃烧过程，以降低燃油消耗精心设计润滑系统，在保证发动机获得良好润滑的前提下降低润滑油消耗量具有良好的装拆工艺性，易于装拆维修，减少维修费用的支出。

最佳的制造经济性包括优化设计，使整机及零部件具有良好的加工工艺性选用价廉适用的制造材料选用优质价廉的零配件降低不必要的加工精度。

最好的可靠性和最长的使用寿命这是发动机成功的重要标志。

首先在结构上要保证发动机具有良好的刚度，在各种工况下工作时，各零部件不允许发生不正常的变形和振动。

发动机的各易磨损件要有必要的寿命，所有摩擦副在设计时应考虑减摩措施和材料的配对等。

最佳的环保性能目的在于减少有害物质的排放。

日益严格的环保法规对柴油机的废气排放提出了更高的要求。

因此在设计阶段，在燃烧过程的组织排放后处理等方面，应考虑采取相应的措施。

柴油机设计的内容高速柴油机用途的确定发动机的具体用途是设计的重要依据，不针对具体用途无法设计台优秀的发动机。

对高速柴油机而言，产量最大的配套是各种车辆，其它依次为拖拉机和各种农业机械工程机械等。

各种用途对发动机的要求不同。

若要设计成功台理想的发动机，针对其具体用途进行设计是至关重要的。

本次设计的柴油机是针对车辆进行配套设计的，同时它也可以用于其它领域。

柴油机类型的确定四冲程及两冲程目前我国使用的机型均为四冲程，国外绝大部分机型也是四冲程。

四冲程柴油机四个行程完成个工作循环，在相同的活塞排量和转速下，非增压时功率比二冲程柴油机低，但易于组织增压，增压比比较高。

在转速不变的情况下通过二〇四年五月十八日星期日增压可较大幅度的提高发动机的功率。

活塞组热负荷低，工作过程易于组织，启动性能较好，动力性和燃油经济性好，燃油消耗率低，机油消耗率低，且低速性能好，可以有较大的扭矩储备，可以在较宽广的转速范围内获得良好经济性能。

燃油喷射系统转速较低，便于设计制造，且寿命较长，可靠性好。

因此，我们选择的机型为四冲程柴油机。

冷却方式目前世界各国生产的机型仍以水冷为主。

中小型有风冷品种，但品种不多。

签于风冷机型在制造上要求较高难度较大，大批量生产和销售均有难度，此次设计为水冷方式。

水冷冷却较均匀，热负荷低，充气效率平均有效压力及升功率高，气缸冷却效率高，且较均匀，活塞与缸套间隙较小，机油消耗率较低，这些都有利于柴油机的进步强化和降低废气排放。

气缸布置气缸布置形式有直列立式，卧式型型型。

其所以有各种气缸布置形式，是基于配套机型总体布置的要求，或有利于平衡散热等。

型布置则主要为了缩短缸以上多缸机的长度，以利于发动机与各种机型更完善的匹配。

此次设计为三缸，小缸径柴油机，故采用直列立式气缸布置。

进气系统是否增压采用增压可改善排放，增大功率，降低燃油消耗等，特别在改善排放方面，增压及增压中冷具有决定性的作用。

但由于技术和成本的原因，此次设计暂且不用增压系统。

气门数常规高速柴油机多为二气门，而实践证明，多气门对高速柴油机工作过程，特别是进气和燃烧的改善有很好的作用，但其铸造要求高，成本高，在目前排放指标不是很高的情况下我们仍采用二气门。

燃烧室类型燃烧室类型对于高速柴油机的燃烧过程和性能的影响很大，直接体现在燃油消耗率上。

由于直喷式燃烧系统动力性好，燃油机油消耗率低启动性能好，以及寿命长等特点，它比分开式燃烧室燃油消耗率低左右。

在节约能源上有巨大优势，所以此次设计采用直喷式，燃烧室形状为型。

凸轮轴侧置与顶置侧置凸轮轴是现代高速柴油机传统设计的标准模式，被广泛采用。

此次设计为侧置式，用齿轮传动。

柴油机主要设计参数的确定高速柴油机的主要设计参数有如下众所周知的关系式中积和耐磨性。

销座通常有肋片与活塞内壁相连，以提高其刚度。

销座孔的中心线般位于活塞中心线的平面内。

但也有些活塞销孔中心线偏离活塞中心线平面，如本次设计的活塞。

活塞销座轴线向在做功行程中受测向力的面偏移了二〇四年五月十八日星期日，这是因为如果活塞销对中布置，则当活塞越过上止点时侧压力的作用方向改变，会使活塞敲击气缸壁发出噪声。

如果把活塞销偏移布置，则可使活塞较平稳地从压向气缸的面过渡到另面，而且过渡时刻早于达到最高燃烧压力的时刻，可以减轻活塞敲缸，减小噪声，改善发动机工作的平顺性。

但这种活塞销偏置的结构，却带来活塞裙部两端的尖角负荷增大，引起这些部位的磨损或变形增大。

这就要求活塞的间隙尽可能的小。

活塞环活塞环的设计要求具有足够的强度。

密封性能好。

刮油能力强，除改进油环结构外，要求气环也能够其控制机油的作用。

要耐磨，特别是提高抗熔着磨损抗拉缸的能力。

磨合性能和抗结胶性能良好。

降低环的高度，减少环数，尽量减少摩擦损失。

合适的环槽侧隙，减小环对环槽的冲击。

热稳定性好，即在高温时能保证环的弹力和形状。

成本低，工艺性好二活塞环的种类及作用活塞环是具有定弹性的金属开口圆环，自由状态下它的外径大于气缸直径，装入气缸后与气缸壁紧贴。

按功用不同，活塞环分为气环密封环和油环刮油环。

气环的作用是保证活塞与气缸壁间的密封，防止气缸中的高温高压燃气大量漏入曲轴箱，同时将活塞顶上的热量传给气缸壁，再由冷却液或空气带走。

油环的作用是消除活塞环的泵油作用，刮除气缸壁上的多余机油，防止机油回窜到燃烧室。

并在缸壁上留下层均匀分布的机油油膜，可以减小活塞活塞环与气缸壁的磨损和摩擦阻力，使机器可靠工作。

此外油环还起到封气的辅助作用。

三活塞环的选择的活塞环设计有两道气环和道油环。

第道气环的工作条件最为恶劣，它的好坏对活塞组窜气窜油将产生影响。

因此选用抗拉缸及抗胶结性能好的桶面环内扭曲环。

它可以满足密封性好迅速磨合刮油二〇四年五月十八日星期日能力强的要求。

第二道气环除考虑到密封外，还应具有定的刮油能力。

因此采用兼有气环密封和油环刮油双重作用的锥面内扭曲环。

最后道油环选用螺旋撑簧油环，在油环背面加有撑簧，不但提高了环的压力，而且环压均匀弹性稳定，从而使油膜均匀磨损下降，机油耗下降。

活塞销活塞销的尺寸与机构活塞销的结构为圆柱体，中空形式，可减少往复惯性质量，有效利用材料。

尺寸如下外径内径长度二活塞销的材料活塞销的功用是连接活塞和连杆小头，将活塞承受的气体作用力传给连杆。

活塞销在高温下承受很大的周期性冲击载荷，润滑条件很差般靠飞溅润滑，容易疲劳和磨损。

因此，活塞销的材料应具有足够的刚度强度表面硬度和冲击韧性活塞销般用低碳钢或低碳合金钢制造，先经表面渗碳处理以提高表面硬度而获得良好的耐磨性，并保证芯部有足够的韧性以抗冲击，然后再进行精磨和抛光。

为了减轻质量，从而减小往复惯性力，活塞通常做成中空的圆柱体。

活塞销的内孔形状有圆柱形两段截锥形以及两段截锥与段圆柱的组合形如本次设计，图等。

圆柱形内孔容易加工，但活塞销质量较大。

两段截锥形内孔的活塞销质量较小，又接近于等强度梁的要求，但孔的加工较复杂。

组合形内孔的结构介于两者之间。

图活塞销的结构图活塞销与活塞销座孔和连杆小头衬套孔的连接配合，般多采用全浮式，在发动机运转过程中，活塞销不仅可以在连杆小头衬套孔内，还可以在销座孔内缓慢的转动。

同时，在活塞两端还装有弹性卡环，以防止其轴向窜动，刮伤气缸壁。

全浮式连接有利二〇四年五月十八日星期日于将飞溅来的润滑油分布到摩擦表面上，以使活塞销各部分的磨损较为均匀，提高了活塞销的疲劳强度和使用寿命。

二〇四年五月十八日星期日连杆强度校核连杆小头计算由于压配衬套和温度过盈而产生的温度过盈量式中小头内径毫米连杆小头温升，取衬套锡青铜线膨胀系数小头钢的线膨胀系数毫米衬套与小头配合面上由总过盈量所产生的单位压力式中衬套压配时的最大过盈量毫米小头外径毫米小头内径毫米衬套内径毫米泊桑系数号钢取连杆材料钢的抗拉弹性模数，公斤厘米锡青铜抗拉弹性模数，公斤厘米公斤厘米由引起的小头内表面应力外表面应力内表面应力二〇四年五月十八日星期日斯捷潘诺夫推荐和为故本计算满足要求连杆杆身的强度计算取断面为计算截面已知毫米，毫米，毫米，毫米，。

断面对其垂直于摆动平面轴线的惯性矩和应力经计算，厘米。

断面对其位于摆动平面内轴线的惯性矩和应力经计算，厘米式中为系数，对于各种钢材在垂直于摆动平面内的应力幅和平均应力杆身中间截面在摆动平面内的应力幅和平均应力二〇四年五月十八日星期日安全系数故杆身满足要求连杆大头盖的计算大头盖受力在进气冲程开始，当活塞在上死点时承受往复运动质量和连杆大头剖分面以上的旋转运动质量的惯性力由ⅢⅢ，得公斤式中活塞组质量Ⅲ小头分配质量Ⅲ大头分配质量大头盖质量。

应力式中两螺孔间距离毫米和分别为大头盖和轴瓦断面的惯性矩和分别为大头盖和轴瓦断面的横断截面大头盖计算断面的抗弯断面模数二〇四年五月十八日星期日由厘米厘米厘米厘米厘米代入应力公式得经上述计算，连杆强度满足要求，尺寸合理。

二〇四年五月十八日星期日结论本次设计的主要内容是柴油机的活塞连杆组件，通过对以往设计的借鉴，并充分利用新技术，主要对以下零部件进行