文档介绍：100系列柴油机活塞设计前言活塞是发动机中主要配件之一,它与活塞环、活塞销等零件组成活塞组,与气缸盖等共同组成燃烧室,承受燃气作用力并通过活塞销与连杆把动力传给曲轴,以完成内燃发动机工作过程。由于活塞处于一个高速、高压与高温恶劣工作环境,又要考虑到发动机运行平稳及耐用,因此要求活塞也必须要有足够强度与刚度,导热性好,耐热性高,膨胀系数小(尺寸及形状变化要小),相对密度小(重量轻),耐磨及耐腐蚀,还要成本低。由于要求多而高,有些要求互相矛盾,很难找到一个能够完全满足各项要求活塞材料。现代发动机活塞普遍用铝合金制造,因为铝合金材具有密度小,导热性好突出优点,但同时又有膨胀系数比较大,高温强度比较差缺点,这些缺点只能通过合理结构设计以满足使用要求。所以,发动机质量优劣,不但要看采用材料,同时也要看设计合理性。1活塞概述活塞是发动机“心脏”,承受交变机械负荷与热负荷,是发动机中工作条件最恶劣关键零部件之一。活塞功用是承受气体压力,并通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转,活塞顶部还是燃烧室组成部分。、高压、高速、润滑不良条件下工作。活塞直接与高温气体接触,瞬时温度可达2500K以上,因此,受热严重,而散热条件又很差,所以活塞工作时温度很高,顶部高达600~700K,且温度分布很不均匀;活塞顶部承受气体压力很大,特别是作功行程压力最大,汽油机高达3~5MPa,柴油机高达6~9MPa,这就使得活塞产生冲击,并承受侧压力作用;活塞在气缸内以很高速度(8~12m/s)往复运动,且速度在不断地变化,这就产生了很大惯性力,使活塞受到很大附加载荷。活塞在这种恶劣条件下工作,会产生变形并加速磨损,还会产生附加载荷与热应力,同时受到燃气化学腐蚀作用。,并通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转,活塞顶部还是燃烧室组成部分。,根据不同发动机工作条件与要求,活塞本身构造有各种各样,一般将活塞这个小东西分为头部、裙部与活塞销座三个部分。    头部是指活塞顶端与环槽部分。活塞顶端完全取决于燃烧室要求,顶端采用平顶或接近平顶设计有利于活塞减少与高温气体接触面积,使应力分布均匀。多数汽油机采用平顶活塞,有些发动机(例如直喷式柴油机与新型缸内喷注汽油机)为了混合气形成需要,提高燃烧效率,将爆燃减少到最小程度,需要活塞顶端具有较复杂形状,设有一定深度凹坑作为燃烧室一部分。活塞凹槽称为环槽,用于安装活塞环。活塞环作用是密封,防止漏气与防止机油进入燃烧室。活塞裙部是指活塞下部分,它作用是尽量保持活塞在往复运动中垂直姿态,也就是活塞导向部分。  活塞裙部形状极有讲究,尤其是象轿车一类轻型乘用车,设计者从发动机结构与性能出发,常在活塞裙部上动脑筋,以尽量使发动机结构紧凑运行平稳。  活塞销座是活塞通过活塞销与连杆连接支承部分,位于活塞裙部上方。高速发动机活塞销座特别之处在于销座孔不一定与活塞在同一中心线平面上,可向一侧偏移一点点,即向作功行程时活塞接触缸壁一侧偏移,这样当活塞到上止点变换方向后活塞敲击缸壁程度会减少,从而减少了发动机噪声。(1)要有足够刚度与强度,传力可靠;(2)导热性好,耐高压、耐高温、耐磨损;(3)质量小,重量轻,尽可能减小往复惯性力。铝合金材料基本上满足上面要求,因此,活塞一般都采用高强度铝合金,但在一些低速柴油机上采用高级铸铁或耐热钢。2活塞结构设计发动机型号:100系列柴油机活塞直径:D=(其中两道气环,一道油环)气环高度取5,:销空压如断铝或青铜衬套,使得在不提高活塞销直径与重量前提下,:环境压力环境温度几何压缩比有效压缩比燃烧过量空气系数参与废弃系数参与非其温度增压空气压力最大燃烧压力Z点热利用系数B点热利用系数燃烧室扫其系数燃料质量分数燃料低热值(一)热力过程计算充气过程系数(1)增压器后空气温度式中,去增压器内平均多变压缩指数(2)压缩始点温度式中,——新气预热度,=5K; ---比热修正系数,=(3)压缩始点压力(4)充气系数压缩过程参数(5)平均多变压缩指数式中,a,b————常数,对于空气(忽略残余废气),a=,b=,式(1