（终稿）摆动活塞式发动机的结构设计（全套完整有CAD）

因此活塞方面随着气体的压力，方面又要将力通过活塞销传给连杆。

它直接承爱高温高压的燃气压力，并在气缸中高速往复运动。

图为活塞的示意图图参考样机的设计以及考虑活塞的强度要求，我们先将扇形活塞的角度定为左右，其宽度与气缸宽度致均为。

扇形活塞下方的直板为扫气板，其作用就是将气体充分地扫进燃烧室内。

而为了便于实现活塞与活动缸壁的密封，我们将扇形活塞与活动缸壁做成体，因此我们从上图中便可看出，扇形活塞后加突出的圆盘即为活动缸壁。

由于还要在活动缸壁上加工出环槽用以密封，因此，缸壁的半径取，厚度取，缸壁的半径决定了气缸台阶的半径也为。

扫气板由于也要开密封槽，厚度也取。

而扇形活塞内径则依主轴进行设计，这在下面的设计中再做介绍。

．摇杆长度的设计扇形活塞上半部有小孔即为活塞销孔。

活塞销孔中心到扇形活塞中心的距离即为摇杆的长度。

由扇形活塞的受力可知，扇形活塞的侧面受到力作用。

其力的作用中心约位于扇型活塞直径的处，即是.考虑到机构设计数据的简单和连杆与主轴的干涉，取大值，定为。

这样在整个曲柄摇杆机构中摇杆的长度就出来了。

．扇形活塞材料的选择由于活塞承受高温气体的加热，般最高燃烧温度高达度以上，活塞侧面最高温度达度，这会使材料的机械强度显著下降。

同时，活塞在气缸中高速运动，活塞与气缸壁之间摩擦严重。

因此扇形活塞最好用强度高重量轻热膨胀系数小导热性好的材料制造。

铸铁活塞虽有强度高，热膨胀系数小等优点，但重量大，导热性差，所以在中小型高速内燃机中很少采用。

铝合金活塞重量轻，导热性好，用于中小型高速内燃机可以满足强度要求，因而应用非常广泛。

但是，其主要缺点却是热膨胀系数大。

．扇形活塞与气缸的间隙活塞在高速摆动时，要求活塞与气缸顶壁间有恒定的最佳间隙，以减小摩擦和磨损。

如果间隙过小，由于铝合金膨胀系数大，内燃机热车时活的温度范围内工作。

水冷系统般由水箱水套水泵风扇散热器节温器等组成。

风冷系统由散热片风扇导流罩等组成。

.润滑系统其作用是将润滑油输送到内燃机各运动部件的摩擦表面，以减少摩擦阻力和磨损，同时起到冷却密封清洗和防锈的作用。

主要包括机油泵机油滤清器机油散热器机油压力表机油温度表和阀门润滑油道等。

.点火系统它是汽油机特有的个系统。

其功能就是在定的时刻产生电火花，点燃气缸内的可燃混合气。

由于我们所设计的为二冲程汽油机，而且利用吸气口与排气口就能控制空气的进与出，因此没有给它配备专门的配气机构。

本文主要考虑的是曲柄连杆机构的设计，再辅以冷却系统及润滑系统的设计。

.曲柄连杆机构的设计曲柄连杆机构是内燃机借以实现将热能转变为机械能的最主要的机构，它的零件可分为固定件与运动件两类。

固定件包括气缸端盖气缸垫气缸体等。

运动件包括活塞连杆组和曲轴飞轮组。

活塞连杆组由活塞密封环活塞销连杆等零件组成曲轴飞轮组由曲轴飞轮及装在曲轴上的其他零件组成。

下面我们就发动机的曲柄连杆机构进行分析设计气缸的设计气缸是内燃机中重要部位，气缸中装有活塞，活塞在气缸中高速往复运动。

气缸端面是用气缸端盖封闭的，中间再用密封圈加以密封。

为了保持结构的简易性，我们没有在气缸体壁留出水道以冷却，而只是在气缸端盖上做出水道冷却。

主轴承安装在气缸端盖上。

为了保证主要机构工作可靠，气缸和轴承的尺寸和相对位置都加工得比较精确。

参考样机的设计，我们暂时将气缸的内径设为，考虑到总体的功率问题，这里我们将活塞的厚度定为。

为了减少气缸与活塞之间的摩擦损失，气缸外壁尺寸和形状要求比较精确，表面粗糙度要高。

如果按级精度的尺寸公差来加工气缸必然会增加加工困难，并且提高零件的加工成本。

因此，般将尺寸公差加大，按级精度来加工，然后按级精度的尺寸公差来选配，这样加工就比较容易，而且成本也降低了。

为了提高气缸的耐磨性，可选用含有少量合金元素镍的优质铸铁，这种材料机械强度高，耐磨性好，但成本相对会高些。

我们知道气缸是个类似于环形塞逆时针摆动至死点时，可燃性混合气体已经被压缩在左燃烧室内。

经火花塞点火后，压缩气体爆炸产生作用力，推动扇形活塞向右摆动，发动机开始工作。

此时左储气室开始进气。

右工作室进气已经完毕，右气门关闭。

图图为扇形活塞运转过定角度之后，右工作室工作冲程。

扇形活塞顺时针摆动，左气门进气，左储气室增压。

右工作室封闭，右工作室气体被压缩。

图图为扇形活塞继续顺时针摆动，左工作室开始排气，左气门保持开启，左储气室与左工作室相贯通，左工作室开始进气。

右工作室则继续压缩。

图图为扇形活塞继续顺时针摆动至死点，左气门还是保持开启，而左工作室与左储气室持续贯通，左工作室充气工作此时已经完成。

右工作火花塞点火，右储气室进气开始。

图图为右工作室工作冲程，扇形活塞逆时针摆动，右气门保持开启，右储气室持续进气，且开始增压。

左工作室开始压缩，左气门关闭。

图图为扇形活塞继续逆时针摆动，右工作室已经开始排气，右储气室与工作室已经贯通，压缩气体进入右工作室，右气门保持开启。

左工作室继续压缩，左气门保持关闭。

此时工作冲程接近完毕，最后摆动至左死点，即图所示位置，而后按图说明完成次往复热循环运动。

图从以上原理图我们可以看出二冲程摆动发动机机主要有以下优点每转做功，因此升功率较大约为四冲程汽油机的倍，运转比较平稳而且构造较简单，重量也较轻，制造和维修都比较方便。

但是我们也看到了，不论将排气口开得多大，都不能将废气从气缸内排除得比较干净，而且换气时要损失部分做功冲程，再加上有部分混合气体在扫气时随同废气流失，所以动力性较差。

此外，因做功频率较大，所以热负荷较高。

因此二冲程摆动发动机可以较多地应用在摩托车和些小型机具上，或用作些柴油机的起动机。

.曲柄摇杆机构传动分析摆动活塞发动机的传动是依靠个曲柄摇杆机构，通过燃料在燃烧室中燃烧，推动扇形活塞在气缸内定范围角度内作往复的摆动，通过个与活塞相连的连杆把活塞的摆动传动到输出轴上的曲柄，从而使曲柄带动输出轴转动，实现从热能向机械能的转换如图。

活塞在来回摆动个过程中，带动曲轴转动周。

图．极位夹角曲柄摇杆机构摇杆处在两个极位时，曲柄所在两个位置之间的夹角称为极位夹角。

．第二冲程活塞压缩到上止点附近时，火花塞点燃混合气体，高温高压的燃气膨胀，推动活塞下移做功。

活塞下移做功时进气孔关闭，密闭在曲轴箱内的可燃混合气体冲入气功，驱除废气，进行换气过程。

此过程直进行到下冲程活塞上移，三个气孔完全关闭为止。

总之，活塞上行时进行换气压缩曲柄轴箱进气活塞下行时进行做功压缩曲柄轴箱混合气体换气。

二冲程发动机的换气过程二冲程发动机与四冲程发动机相比，由于省去单独的进排气冲程，必须在下死点前后很短的时间内同时进行进排气，进排气的时间差不多只有四冲程发动机的三分之，因此，必须用有压力的新气清除气缸内的废气，称为扫气作用。

如果在此期间，有可能把废气完全驱除，而用新鲜气充满气缸，则与同样大小同样转速的四冲程发动机相比，可使功率增大。

但如扫气作用进行得不好，在气缸中残留下很多废气，与新气混合，而且新气中相当部分进入气缸后并没有留在缸内，而在扫气期间短路经过排气口流出缸外的话，则由于气缸内空气不足加上为了压缩新气要消耗定能量，功率就要受到影响。

如果是汽化器式发动机，新气中含有燃料，短路溜走的燃料又会造成浪费。

这样会使燃料消耗率增高很多，而且排气污染更严重。

由此可见，对二冲程发动机来说，扫气作用对性能影响特别大。

如果扫气不良，压缩空气中废气率高，实际的混合气体浓度将很稀，经常由于缺火使工作不稳定，有时也会因为压缩过量，温度过高而发生爆燃。

小负荷由于进气节流，缺火会特别严重，甚至变成两转爆发次，像四冲程那样。

由于二冲程的汽化器式发动机经济性较差，如果能采用汽油直接喷射即可大大改善指标燃料消耗可下降左右。

二冲程原理应用于柴油机，效果显著。

排气口经开启，膨胀过程就告结束，因此排气口应尽可能晚开启，但是它应保证扫气孔紧跟着它开启时，气缸内的压力能降低到足够低，以避免废气倒流，同时还保证扫气过程又足够的时间，所以排气口不能开的太晚。

由于气口的存在，使发动机的实际压缩比低于几何压缩比。

实际压缩比应该为几何压缩比减去个排气口相对高度，而对于摆动活塞则应该减去个排气口的相对角度。

扫气口的开启时间也应该从类似的考虑确定。

应该注意的是，换气过程中气体的流量不仅是活塞的位置的函数，而且是时间的函数，故发动机的转速越高，气口相对高度或摆动活塞发动机的排气相对角度就要越大。

至于扫气口和排气口的关闭时间，如果扫气孔比排气孔先关，新气可能逃逸，过后充填也就不可能了。

所以最好是不对称换气，即排气口先开先关，扫气口后开后关。

短短几十年，发动机成为高新技术的集成。

无论是燃油经济性动力性废气排放水平等等，是任何种其他动力机械所无法比拟的。

这切都来源于电子技术发挥的作用。

汽车内燃机是通过燃料的燃烧，把燃料的化学能转化为热能，再将热能转化为机械功的热动力机械。

热力学燃烧学和机械学的理论分析表明，内燃机是热效率最高的热力机械，但仍存在着巨大的节能及降低尾气污染的潜力。

内燃机.内燃机的概述内燃机是发动机的种。

发动机是把种形式的能转变为机械能的机器。

能够将燃料中的化学能经过燃烧转变为热能，并通过定的结构使之再转化为机械能的发动机也称为热机。

内燃机是热机的种，他区别于其他形式热机的特点，是燃料在机器内部燃烧，燃料燃烧时放出大量的热量，使燃烧后的气体膨胀推动机械做功。

燃气是实现热能向机械能转化的媒介物质，这种媒介物质称为工作介质。

发动机可以根据不同的特征来分类按所用燃料分有汽油发动机柴油发动机和其他代用燃料发动机。

汽油发动机是用电火花强制点燃由汽油与空气组成的可燃混合气，使之燃烧并产生热能，故汽油机又称强制点火式发动机。

柴油机使用的柴油是直接喷入发动机气缸，在高温高压条件下自燃而产生热能，故柴油机又称压燃式发动机。

按完成个工作循环所需要的活塞冲程数分有四冲程发动机和二冲程发动机。

按结构特点分有水冷发动机和风冷发动机单缸发动机和多缸发动机。

多缸发动机根据各缸的排列方式，又有直列式发动机和形发动机等。

汽车发动机大多采用水冷式多缸发动机。

按活塞的运动方式分有往复活塞式发动机和旋转发动机。

往复活塞发动机的活塞为上下运动，旋转发动机的活塞是旋转的。

现代汽车用的内燃机绝大多数为往复活塞式内燃机。

为了方便叙述我们对各种型式的内燃机都简称为内燃机或发动机。

本文主要介绍的便是在旋转活塞式发动机上进行改造，而得出的摆动活塞式发动机，其工作冲程为二冲程。

发动机是汽车拖拉机飞机和船舶等机器的动力源，是它们的“心脏”，其性能是决定这些机器使用性能好坏的关键。

往复机摆动，活塞，发动机，结构设计，毕业设计，全套，图纸内容提要内燃机的发明，带动了汽车的发展，给世人在“行”上带来极大的便利，使得窨距离缩小，人们的工作速度得以提高。

内燃机是发动机的种。

发动机是把种形式的能转变为机械能的机器。

发动机是汽车拖拉机飞机和船舶等动力机械的动力之源，是它们的“心脏”，其性能是决定这些机器使用性能好坏的关键。

往复式发动机由于受自身结构的限制，已经不太适用于高转速大功率的工作场合。

通过对往复式发动机与旋转式发动机的结构特点与工作原理进行对比分析后。

作者试求设计种能够结合往复式发动机与旋转式发动机特点于身的新型发动机摆动活塞式发动机。

首先，针对摆动活塞式发动机的工作原理进行设计与分析。

这种新型发动机既具备传统发动机的曲柄连杆机构，又具备了旋转式发动机的旋转特性。

它利用扇形活塞转子在定角度范围内旋转的摆动，通过活塞销带动曲柄连杆机构的运动，最终将力传到曲轴上作为动力输出。

其次，针对摆动活塞式发动机的总体结构进行设计。

即主要针对发动机的重要传动机构曲柄连杆机构进行结构分析与设计，其中包括发动机气缸燃烧室活塞连杆组以及曲轴等部件的结构设计与分析。

最后，借鉴目前广泛使用的发动机辅助机构冷却系统与润滑系统。

对冷却