毕业论文：2.0升汽车发动机活塞组设计

参考文献在条件相同时，主要由于充量系数的差别，水冷机比风泠机高。

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。

汽油机结构参数的选取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平均有效压力活塞平均速度根据内燃机学的基本计算公式其中为发动机的有效功率，为发动机的平均有效压力，依题为为汽缸的工作容积，依题为为发动机的汽缸数目，依题为为为发动机的转速为活塞的平均速度，依题为为发动机活塞的行程为发动机汽缸直径为发动机的行程数，依题为根据以上的条件代入公式得计算化简后取带回原式可以确定所以基本参数得以确定。

缸径行程比汽油机的取值范围为转速的确定根据内燃机设计杨连生，汽油机转速在之间取活塞速度符合活塞速度小于的要求汽缸工作容积与升功率气缸工作容积由于平均有效压力范围在，取得气缸工作容积升功率曲柄半径与连杆长度之比的选取于的范围在之间，选取。

又因曲柄半径所以连杆长度为缸心距的确定由于汽油机干缸套的缸心矩为，所以初选，得。

压缩比与燃烧室容积，总容积压缩比范围为，根据内燃机学周保龙，受爆燃限制，汽油机压缩比不超过，取ε则燃烧室容积ε，汽缸总容积热力学计算燃烧过程数学模型根据设计任务书的要求，设计的为，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。

选取汽油机压缩比，理论范围之间其中为活塞在下止点时气缸的容积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。

假设工质是在闭口系统中作封闭循环。

假设工质的压缩及膨胀是绝热等熵过程。

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。

绝热压缩起点选取压缩冲程的下止点设为点时的气体参数其中为大气的压力系数取为，得，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绝热压缩过程选取压缩冲程终点设为点，从点到点的压缩过程看作是多变的压缩过程，理论图体积压力系列系列多变指数取为根据多变过程的热力学计算公式常数和点的气体状态，可以计算出从点到点的压缩过程中各个点的状态参数。

经过计算后得到点的状态参数定容增压过程选取定容增压的终点设为点，从点到点看作为定容压缩过程，其定容增压比，则点的状态参数绝热膨胀过程选取膨胀过程的终点设为点，从点到点可以看作是多变的膨胀过程，其多变指数为。

绘制图绘制理论图根据多变过程的热力学计算公式常数和点的气体状态，可以计算出从点到点的膨胀过程中各个点的状态参数。

计算后，得未调整的图图理想图绘制调整图调整的图因为实际过程比较复杂，所以在得到的，图上要修正得到，理论图体积压力系列系列最高压力不在上止点，还有点火提前角，排气提前角的修正，显然实际的边界被破坏，气体就直接从缝隙处短路外泄，任何环背压力和都建立不起来。

只要在整个环周上还剩下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。

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。

气环的设计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环。

图常用的活塞环断面形状矩形环桶面环锥面环。

梯形环内切正扭曲环锥面内倒角反扭曲环锥面环图外周面具有很小的斜角般为，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。

梯形环图两侧面夹角多为左右。

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环。

扭曲环图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。

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道气环另有油环，重型强化柴油机则用道气环。

气环的尺寸参数主要有环的径向厚度轴向高度图以及环的自由状态形状和自由开口端距。

减小环高有利于缩短活塞高度，减小环的颤振倾向，目前已达到左右的极限。

过小的使环和环槽的加工困难。

径向厚度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下就可得出要求的平均径向壁压，但在套装到活塞头部上时易于折断。

对合金铸铁的活塞环来说。

环槽深度取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。

喷涂法能造成定多孔性，也有定储油能力。

喷钼环主要用于增压强化柴油机的第环。

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。

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，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，最高只能达到左右。

如用高强度材料，用较大的径向厚度，壁压可能进步提高，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可使壁压达到以上，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。

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。

活塞环强度校核为了确定任意断面中的弯矩，可把活塞环看成是开口对面的对称面固定的悬臂梁，因为活塞环从自由状态变到工作状态时断面不发生旋转。

于是作用在单元环上的单元力对断面产生的弯矩可写成环从到段上的压力对断面的总弯矩为式中材料确定后为常数，也为常数，对结构参数定的均压环，自然状态的曲率半径随而变，故活塞环在自由状态下不是圆形小结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步的理解和掌握。

设计的整个过程都有老师在旁指导，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。

计算机计算，绘图的应用能力等方面得到进步的提高。

初步建立了工程的观念处理问题。

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，让我们能从个全新的角度重新学习认识以前学过的专业课知识。

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些了解。

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。

参考文献杨连生内燃机设计北京中国农业机械出版社，陆际青汽车发动机设计北京清华大学出版社，杨连生内燃机设计北京中国农业机械出版社，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，周龙保内燃机学北京机械工业出版社，吴兆汉内燃机设计北京北京理工大学出版社，沈维道工程热力学北京高等教育出版社，附录附表些需要的参数活塞行程活塞直径转速往复惯性质量压缩比ε余隙容积曲柄半径连杆长度半径长度曲柄角速度进气压力压力升高比多变指数多变指数活塞面积气缸工作容积余隙容积排量旋转运动质量附表运动学计算图表曲轴转角活塞位移活塞速度活塞加速度体积随