小型汽油机活塞连杆的设计与校核

小型汽油机活塞连杆的设计与校核

高速柴油机和汽油机[q1]=5

裙部比压： q1?Nmax DH2根据已知条件得：1.04 q1<[q1]，合格。

2.7 活塞销的主要结构尺寸及其强度校核

1) 活塞销的功用是连接活塞和连杆小头，并把活塞承受的气体压力传给连杆。活塞销在高温下周期地承受很大的冲击载荷，其本身又作摆转运动，而且处于润滑条件很差的情况下工作，因此，要求活塞销具有足够的机械强度和刚度，表面韧性好，耐磨性好，重量轻以减小往复运动惯性力。

根据活塞销的工作条件和设计要求，销的工作表面应具有高硬度，内部应富有韧性和较高的强度，但是硬的表层和内部必需紧密结合，保证销在冲击载荷作用下没有金属剥落和金属层之间分离的现象。所以，需要对销进热处理，对于选择低碳钢作为材料的活塞销，需要进行渗碳和淬火。根据不同销的尺寸大小，渗碳层的深度一般在0.5~2mm之间。对于45钢的活塞销则是进行表面淬火，淬火层深度为1~1.5mm。销经热处理后，其外表面硬度为HRC=58~65，内部硬度约HRC=36。

2） 活塞销的结构尺寸，主要指活塞销外直径d，内直径d0，销的长度l0。根据高功率强化发动机的活塞销而言，可知：

许用弯曲应力????230~500MPa； 许用剪切应力????120~220MPa；

,弯曲应力计算：活塞销表面受到气体压力PZ和往复惯性力Pjpin的共同作用。

活塞销中央截面的弯矩：

M?,式中 P?Px?Pjpin。

p?l?2lp?1.5lx? ； 12 17

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空心销的抗弯断面系数为W?0.11?a4d3

其中 a?d/d0

所以弯曲应力为??M/W 即 ????P?l?2lp?1.5lx?1.2d31?a4??

根据已知条件得：185.475MPa 最大剪切应力计算

最大剪切应力出现在销座和连杆小头的截面上，横断面上的最大剪切应力发生在中性层上，其值按下式计算： ?max0.85P1?a?a2 ?24d1?a????根据已知条件得：371.754MPa 所以,所测得的应力是符合条件得。 2.8活塞环主要结构尺寸及其强度校核

活塞环的结构尺寸主要有环高b，径向厚度t和切口间隙?（工作间隙）、

S0（自由开口间隙）。

对于四冲程发动机来说，有气环和油环。绝大部分都放在活塞销座以上的位置。气环在上，油环在下。汽油机一般都是这样放置的，但是在有些柴油机中，为了增强刮油效果，也常把一个油环放在活塞销座以下的裙部位置。

活塞环在环槽中运动，因此在环槽的轴向和径向上，都因该有适当的间隙。轴向间隙不能过大，因为当环在环槽中上下运动时，环与环槽之间发生撞击。间隙大，撞击也大，增加了环与环槽所承受的机械负荷。此外，间隙大也不利于密封。因为当环在改变运动法向的过程中，总有某一瞬时处于环槽的中间位置，形成气体泄漏通路。间隙越大，泄漏延续的时间越长。间隙过小也有弊病，这时环与环槽受热后产生膨胀和变形，间隙过小，环在环槽内运动易被卡住。此外机油产生的积碳颗粒充塞在间隙内，如果间隙过小，会使环失去活动余地，严重时可能把环卡住，引起其他故障。所以，最适当间隙的选定，应使活塞防漏部在活塞

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膨胀后正好与缸壁接触，而又不发生抱缸。这样，既能减轻各道气环的受热强度，又降低了各道环的热负荷。由于温度分布的不均匀，可把防漏部作成圆柱形、圆锥等不同的形状和尺寸。以便更好的完成工作。

活塞环高度不宜过高，因为窄环对气缸的适应性较好，易于磨合，摩擦损失小，能够降低整个活塞组的高度和质量，并且环的高度减小，使环背和环槽间的空间变小，环背压力容易建立起来，提高密封效果。对于中小型高速汽油机，一般气环b=1.5~4 mm，取值b=2mm。环的高度和径向厚度之间也有一定的比例，一般为b??0.55?0.75??t，取中间比例0.65，则径向厚度t=3mm。

活塞环的切口间隙有两种： 其一，工作间隙?：

??3.14D??t?a??, 式中 ?t——活塞环的工作温升；

a——活塞环材料的线膨胀系数为0.006；

?,——环在热状态下切口两端不相碰，而刘处的热间隙，一般可取为0.06~1mm。

根据已知条件得： 其二，自由切口间隙S0： S0/t?3~4；

在相同?下，S0越大，环装入气缸后产生的弹力就越大安装应力就相对较小。

第一道环肩强度校验 活塞防漏部第一环槽处温度较高，并承受很大的气体压力。因此，常常发生第一环肩跟部产生裂纹或断裂。为此，要对第一环肩处的受力情况进行强度分析计算。

将第一环肩看作是一块沿直径为D1?D?2t/?0.91D?62mm 的活塞环槽

?2底圆外周固定的圆环形平板。在其全部面积F?D2?D1?612mm2，从上面

4,作用着燃气压力P1?0.9PZ?9MPa,从下面作用着P1?0.22PZ?2.2MPa燃气压

??力，可得到：

环肩根部受到的弯矩为：

Mu??p1?p1,?环肩根部的抗弯断面系数为：

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??D42?D12D?D?41；

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W?,?D1b,62；

式中 b是环肩的厚度3.4mm。

2Mu?D?弯曲应力为 ?u??4.42Pz?,??10?3

W?b?根据已知条件得：?u?17.68MPa； 环肩部剪切应力：

???p?p???D41,12?D12??D1b,?3.21pzD?10?2 ,b根据已知条件得：??6.42MPa

其复合应力为： ???u2?3?2?20.86MPa?????30~40MPa。

由此可以发现增加环肩的高度b,，就可以减小环肩的复合压力，因此一般的铝合金活塞第一环肩比其他环肩要搞一些。

活塞环装入气缸后会产生一定的弹力p0，以保证环能压紧在缸壁上，这时活塞换的形状是圆形的。将环从气缸中取出，环处于自由状态中就不在是圆形而是一个复杂的几何形状，环在自由状态下的形状就是我们所需要的制造尺寸。

??第三节 连杆体的设计及校核

3.1连杆的工作条件和设计要点

连杆在高速运动中承受由活塞组传递气缸压力和往复惯性力的反复压缩和拉伸，由此可能疲劳破坏，是内燃机主要受力的运动件之一。连杆大小头的轴承润滑条件苛刻，工作中反复受到挤压和冲击。

连杆必须有足够的结构刚度和疲劳强度。也就是说，在挤压或冲击作用下，杆身不会被显著压弯；连杆大小头不致显著失圆。杆身弯曲会使活塞相对于气缸、轴承相对于轴劲发生弯曲；孔的失圆会使轴承失去正常配合。如果强度不足，在发动机运转过程中一旦发生连杆杆身、大头盖和连杆螺栓断裂，会使机器遭到严重的破坏。

连杆长度l（大小头孔的中心距）是设计时应该慎重选择的一个重要参数，通常用连杆比??R 来表示。?值越小，连杆越长。连杆长度的确定，必须与l20