杆机构中的作用力作用于活塞连杆机构的力分为缸内气压力运动质量的惯性力摩擦阻力。

由于摩擦力的数值较小且变化规律很难掌握，受力分析时把摩擦阻力忽略不计，因此主要研究气压力和运动质量惯性力变化规律对机构构件的作用。

计算过程中所需的相关数据参照风冷柴油机，如附表所示。

气缸内工质的作用力作用在活塞上的气体作用力等于活塞上下两面的空间内气体压力差与活塞顶面积的乘积，即式中活塞上的气体作用力缸内绝对压力大气压力活塞直径，。

由于活塞直径是定的，活塞上的气体作用力取决于活塞上下两面的空间内气体压力差，对于四冲程发动机来说，般取，，对于缸内绝对压力，在发动机的四个冲程中，计算结果如表所示，由式计算气压力如表所示。

机构的惯性力惯性力是由于运动不均匀而产生的，为了确定机构的惯性力，必须先知道其加速度和质量的分布。

加速度从运动学中已经知道，现在需要知道质量分布。

实际机构质量分布很复杂，必须加以简化。

为此进行质量换算。

机构运动件的质量换算质量换算的原则是保持系统的动力学等效性。

质量换算的目的是计算零件的运动质量，以便进步计算它们在运动中所产生的惯性力。

表缸内绝对压力计算结果四个冲程终点压力计算公式计算结果进气终点压力压缩终点压力膨胀终点压力排气终点压力注平均压缩指数取压缩比，平均膨胀指数取最大爆发压力取此时压力角，取。

书附录表发动机主要性能参数气缸排列方式直列四缸供油方式直接喷射排量缸径行程行程缸径连杆中心长缸体高缸心距压缩比额定功率最大扭矩平均有效压力点火顺序第章前言选题的目的和意义活塞连杆机构是发动机的传递运动和动力的机构，通过它把活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动而输出动力。

因此，活塞连杆机构是发动机中主要的受力部件，其工作可靠性就决定了发动机工作的可靠性。

随着发动机强化指标的不断提高，机构的工作条件更加复杂。

在多种周期性变化载荷的作用下，如何在设计过程中保证机构具有足够的疲劳强度和刚度及良好的动静态力学特性成为活塞连杆机构设计的关键性问题。

通过设计，确定发动机活塞连杆机构的总体结构和零部件结构，包括必要的结构尺寸确定运动学和动力学分析材料的选取等，以满足实际生产的需要。

清晰地了解活塞连杆机构在运行过程中的受力状态，对进步研究发动机的平衡与振动发动机增压的改造等均有较为实用的应用价值。

国内外的研究现状活塞是发动机的心脏，在汽缸内的活塞暴露在高温高压的燃烧气体中做高速的往复运动，承受交变的机械负荷和热负荷，是发动机中工作条件最恶劣的关键部件之。

在活塞设计中要求活塞具有充分的承受交变爆发压力的强度和高耐磨性，平稳的导向性和良好的密封功能，且质量要轻。

目前，为了优化活塞设计，国内外活塞设计制造机构在活塞的结构上作出了如下创新设计。

采用推力侧与反推力侧非对称的设计。

由于活塞在汽缸内上下运动的过程中，推力侧受力大于反推力侧，因此在设计活塞的过程中，便可以将反推力侧的面积设计的小些，从而达到降重的目的。

优化活塞销形状，减少活塞销长度，改变活塞销座为楔形，从而使活塞销座的总长度最短。

对于活塞销座最上面部分，优化其壁厚，以达到减轻质量的目的。

为进步保证销孔的安全，销孔中加衬套的设计实例在逐年增加，活塞的异形销孔也由以前的单边异形销孔演变为双边异形销孔。

活塞的冷却方面最新的进展是开发出波浪形的内冷油道，也有个别设计实例，即为了加强对活塞环槽的冷却，将活塞环槽的耐磨镶圈与冷却油道设计为体，极大地降低了活塞环槽和，关键在于分析活塞连杆机构中各种力的作用情况，并根据这些力对活塞连杆机构的主要零件进行强度刚度磨损等方面的分析计算和设计，以便达到发动机输出转矩及转速的要求。

图曲柄连杆机构运动简图活塞做往复运动时，其速度和加速度是变化的。

它的速度和加速度的数值以及变化规律对曲柄连杆机构以及发动机整体工作有很大影响，因此，研究活塞连杆机构运动规律的主要任务就是研究活塞的运动规律。

活塞位移假设在时刻，曲柄转角为，并按顺时针方向旋转，连杆轴线在其运动平面内偏离气缸轴线的角度为，如图所示。

当时，活塞销中心在最上面的位置，此位置称为上止点。

当时，点在最下面的位置，此位置称为下止点。

此时活塞的位移为式中连杆比。

式可进步简化，由图可以看出即又由于将式带入式得式是计算活塞位移的精确公式，为便于计算，可将式中的根号按牛顿二项式定理展开，得考虑到∕，其二次方以上的数值很小，可以忽略不计。

只保留前两项，则式带入式得活塞的速度将活塞位移公式对时间进行微分，即可求得活塞速度的精确值为将式对时间微分，便可求得活塞速度得近似公式为从式可以看出，活塞速度可视为由与两部分简谐运动所组成。

当或时，活塞速度为零，活塞在这两点改变运动方向。

当时，，此时活塞的速度等于曲柄销中心的圆周速度。

活塞的加速度将式对时间微分，可求得活塞加速度的精活塞顶面的温度。

为解决燃烧室喉口因爆发压力及火焰的冲刷而产生的开裂，燃烧室喉口采用陶瓷镶圈设计实例已经出现。

汽车发动机的未来发展方向是高动力输出和低燃油耗，因此活塞在保持其高可靠性的同时要求其更轻摩擦损失更低。

对于汽油机活塞而言，采用超短裙部的锻造铝活塞是未来的发展方向和目标。

使用铝基复合材料能很好的适应未来轿车柴油机的高爆发压力，高耐磨的设计要求。

对于重型车用柴油机而言，由于不能适应高爆发压力的需要，锻钢活塞会逐渐取代铝活塞而成为设计的主流。

汽车发动机活塞正朝着高强度高耐磨高精度低膨胀轻量化结构复合组合化得方向发展。

随着中国汽车市场的快速发展，特别是随着我国中重型汽车的快速发展和国排放标准的全面实施，我国中高档发动机活塞市场将迎来历史性的巨大发展契机。

据中国汽车协会统计，年全年，我国车用柴油机产销分别达到万台和万台，产销量双双突破历史记录。

按照平均每车缸计算，年商用车活塞市场产销量将达到万只和万只。

本次毕业设计的目的就是通过对活塞材质的选取结构的探究，加工过程的改进，来获得符合要求，拥有尽可能高性能的活塞。

发动机性能的改善，势必也对连杆提出了更高的要求，现代高性能发动机对连杆的要求是重量轻强度高刚度好惯性力小，尽量采用强化工艺等。

发展趋势是采用短连杆结构。

发动机运动部件重量的减轻，有助于降低能耗和噪声可以改善发动机的排放。

对短连杆的需求是因为发动机正朝着体积小和功率大的方向发展。

设计研究的主要内容对内燃机运行过程中活塞连杆机构受力分析进行深入研究，其主要的研究内容有对活塞连杆机构进行运动学和动力学分析，分析活塞连杆机构中各种力的作用情况，并根据这些力对活塞连杆机构的主要零部件进行强度刚度等方面的计算和校核，以便达到设计要求二分析活塞连杆机构中主要零部件如活塞，连杆等的工作条件和设计要求，进行合理选材，确定出主要的结构尺寸，并进行相应的尺寸检验校核，以符合零件实际加工的要求三应用对活塞连杆机构的零件分别建立平面图形系统地反应工程图上的各类信息，以便实现对机构的进步精确设计。

第章活塞连杆机构的受力分析活塞的分析研究活塞连杆机构的受力在垂直摆动平面内连杆杆身的安全系数为杆身安全系数许用值在的范围内，则校核合格。

连杆大头的结构设计与强度刚度计算连杆大头的结构设计与主要尺寸连杆大头的结构与尺寸基本上决定于曲柄销直径长度连杆轴瓦厚度和连杆螺栓直径。

其中在在曲轴设计中确定，，，则大头宽度，轴瓦厚度取，大头孔直径。

连杆大头与连杆盖的分开面采用斜切口，大头凸台高度，取，取，为了提高连杆大头结构刚度和紧凑性，连杆螺栓孔间距离，取，般螺栓孔外侧壁厚不小于毫米，取毫米，螺栓头支承面到杆身或大头盖的过渡采用尽可能大的圆角。

二连杆大头的强度校核假设通过螺栓的紧固连接，把大头与大头盖近似视为个整体，弹性的大头盖支承在刚性的连杆体上，固定角为，通常取，作用力通过曲柄销作用在大头盖上按余弦规律分布，大头盖的断面假定是不变的，且其大小与中间断面致，大头的曲率半径为。

连杆盖的最大载荷是在进气冲程开始的，计算得作用在危险断面上的弯矩和法向力由经验公式求得车辆与动力工程学院毕业设计说明书由此求得作用于大头盖中间断面的弯矩为作用于大头盖中间断面的法向力为式中，大头盖及轴瓦的惯性矩大头盖及轴瓦的断面面积，，在中间断面的应力为式中大头盖断面的抗弯断面系数，计算连杆大头盖的应力为般发动机连杆大头盖的应力许用值为，则校核合格。

车辆与动力工程学院毕业设计说明书连杆螺栓的设计连杆螺栓的工作负荷与预紧力根据气缸直径初选连杆螺纹直径，根据统计，取。

发动机工作时连杆螺等进行了主要结构参数的设计计算，并通过校核检验尺寸选取的是否合适。

分析了零部件的工作条件，总结应满足的设计要求，合理选择材料，以满足强度和刚度的校核。

车辆与动力工程学院毕业设计说明书参考文献周龙保内燃机学北京机械工业出版社袁兆成内燃机设计北京机械工业出版社陈家瑞汽车构造北京机械工业出版社王定祥现代工程机械柴油机北京机械工业出版社赵新房看图学修柴油机北京人民邮电出版社万欣等内燃机设计天津天津大学出版社，高秀华等内燃机北京化学工业出版社，詹友刚野火版机械设计教程北京机械工业出版社，谭荣望等内燃机结构设计北京中国铁道出版社，唐开元柴油机增压原理北京国防工业出版社，柴油机设计手册编辑委员会柴