100系列柴油机活塞设计
大功率柴油机活塞设计与制造技术
１ ９ ． ７
２ ０ ． ５
０ ． ０ ０ ５ ５ ８
０ ． ０ ２ ％
根 据 当前 发 动 机 升 功 率 的现 状 和 发 动 机 活塞 的 主要
设料 的 设 计 ，结 构 的 设
０ ． ０ ０ ６ ８ ２ ７ ０ ． ０ ２ ５ ％
２
现代 制 造 技 术与 装 备
２ ０ １ ３ 第５ 期总 第 ２ １ ６ 期
大 功率 柴 油机 活塞 设计 与制造 技术
盖 磊
（ 山东 滨州 渤 海 活塞 股 份有 限公 司 ， 滨州 ２ ５ ６ ６ ０ ２）
摘 要 ： 当发 动机 功 率升 功 率超 过 ３ ０ Ｋ ｗ／ １ ， 爆 发 压 力在 １ ７ ＭＰ ａ 一 ２ ０ ＭＰ ａ时 ， 普 通 重 力铸 造 工 艺制造 的铝 合金
是： 加１ 二 方便 ， 能够 降 低 活 塞 的 整体 重 量 ， 制 造 成 本 比钢
活 塞 内部会 产 生微 小缺 陷 ， 导致 活 塞 出现质 量 问题 ， 如 果采 用钢质 材料 制 造 活塞 必 然会 产 生加 工难 度 和制 造 成 本， 本 文介 绍 了一 种 大功 率 柴油机 铝 活 塞 ， 能够 满足 发 动机 升 功 率超 过 ３ ０ Ｋ ｗ／ １ ， 爆 发 压 力在 １ ７ ＭＰ ａ 一 ２ ０ ＭＰ ａ发 动
表 ２
Ｔ成本低 、 工作可靠的 ， 能 够 顺 应 车用 发 动机 向 大 功 率 、 高负荷 、 轻量 化 方 向发 展 。
１ 主 要 的 设 计 参 数
新材料 传统材料
（ Ｚ Ｌ １ ０ ９ ）
高温抗拉强 线膨胀系数 耐磨性 （ 摩擦 体积 度（ ３ ０ ０ ％时） （×１ ０ ６ ／ ） 失重 ） （ ｇ ） 稳 定 性 ｌ ｌ ０ ＭＰ ａ — ｌ ３ ０ ＭＰ ａ ９ ２ＭＰ
柴油机活塞组课程设计
柴油机活塞组课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解柴油机活塞组的基本结构及其工作原理；2. 学生能够掌握活塞、活塞环、活塞销等零部件的作用及相互关系；3. 学生能够了解柴油机活塞组在运行中的故障类型及其原因。
技能目标：1. 学生能够运用所学的知识对柴油机活塞组进行拆装和组装；2. 学生能够运用检测工具对活塞组进行常规检查，分析并解决简单故障；3. 学生能够通过查阅资料，了解并掌握活塞组的新技术、新工艺。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对柴油机维修工作的兴趣和热情，提高职业认同感；2. 培养学生严谨、细致的工作态度，养成良好的操作习惯；3. 培养学生的团队合作精神，提高沟通与协作能力。
本课程针对中职学校柴油机维修专业二年级学生设计，课程性质为理实一体化课程。
结合学生特点，课程目标注重理论知识与实践技能的相结合，突出实用性和操作性。
通过本课程的学习，使学生能够具备一定的柴油机活塞组维修技能，为今后从事相关工作打下坚实基础。
教学要求注重启发式教学，引导学生主动探究，提高学生分析问题和解决问题的能力。
课程目标的具体分解为后续教学设计和评估提供了明确的方向。
二、教学内容1. 柴油机活塞组结构及工作原理- 活塞、活塞环、活塞销的构造与功能- 活塞组在柴油机中的工作过程- 教材第二章第一节2. 柴油机活塞组的拆装与组装- 活塞组拆装工具的选择与使用方法- 活塞组拆装步骤及注意事项- 活塞组组装方法及质量检查- 教材第二章第二节3. 柴油机活塞组故障诊断与排除- 活塞组常见故障类型及原因- 故障诊断方法及流程- 排除故障的方法及技巧- 教材第二章第三节4. 柴油机活塞组新技术、新工艺介绍- 现代柴油机活塞组的设计特点- 新技术应用与发展趋势- 教材第二章第四节教学内容按照课程目标进行选择和组织，保证科学性和系统性。
教学大纲明确教学内容安排和进度，共计4个部分，分别对应教材第二章的四个节。
在教学过程中，注重理论与实践相结合，提高学生的操作技能和故障排除能力。
高强化柴油机活塞异型销孔结构设计与试验研究
垂
悄 如 姨 睡
１３ 活塞 销孔 厚度 Ｊ方 向网格 数对 收敛 性 的影 响 ． ｚ
假设 Ｌ 方 向网格 数 为 ６ ０个 ， 向 网格 数 为 Ｌ方
５ ０个 ， 方 向 网格 数变 化 范 围为 １ ～６个 ， 活塞 销 则 孔棱 缘耦 合 应力 随着 销孔 厚度 方 向 网格 数 的变 化见 图６ 。活 塞 销 孔 厚 度 的 网格 数 小 于 ３个 时 ， 孔 销
计 算 的准确 度 。
３２
岂
假 设 Ｌ 方 向 网格数 为 ５ ｏ个 ， ｈ方 向网 格数 为 ２个 ， 向 网格数 变化 范 围为 １ ～ ８ Ｌ方 Ｏ Ｏ个 ， 活塞 则 销孔棱缘耦合应力随着销孔 轴向网格数 的变化见 图 ４ 。
活塞 销 孔 轴 向 Ｌ 的 网格 数 小 于 ３ 。 Ｏ个 时 ， 孔 销 棱缘 应 力 随着 网格数 增加 的变 化梯 度较 大 ； １ 网 Ｌ 的 格 数大 于 ３ Ｏ个 时 ， 孔棱 缘 应力 随着 网格数 的增加 销 变 化较 小 ， 并且 在 网格 数 大 于 ５ ０个 时 ， 应力 数 值 近
２１ 年 １ ０１ ０月
刘 畅 ， ：高 强 化 柴 油 机 活 塞 异 型 销 孔 结 构 设 计 与 试 验 研 究 等
１ １ 活塞 销孔 轴 向 Ｌ 网格数 对收 敛性 的影 响 ． 。
棱缘 应力 随着 网格 数增 加 的变 化 梯 度较 大 ； 方 向 的网格数 大 于 ３ 时 ， 孑 棱 缘 应 力 随着 网格 数 的 个 销 Ｌ 增加 近似 稳定 不变 。因 此 ， 定 活塞 销 孔 厚 度 ＾方 设 向的 网格 数 大于 等 于 ３个 ， 以保 证 活 塞耦 合应 力 可
３ Ｏ
２８
似稳定 不 变 。因此 ， 设定 活 塞 销孑 轴 向 Ｌ Ｌ 的 网格数 大于等于 ５ 个 ， 以保证活塞耦合应力计算的准确度。 Ｏ 可
新型柴油机活塞参数化热分析
０ 引 言
２ ． １ 活 塞 几 何 模 型 参 数 化
目前 各 国对 柴 油 机 的 强 化 向 ＨＰ Ｄ方 向 发 展 ， 国 内车 用 柴 油 发 动 机 的 爆 发 压 力 设 计 已 经 达 到 １ ８
新 型 柴 油机 活塞 参 数 化 热分 析 米
孟 继祖 ，毛 虎 平 ， 张 志香 ，冯 耀 南
（ 中北 大 学 机 电 工 程 学 院 ， 山西 太 原 ０ ３ ０ ０ ５ １ ）
摘 要 ：为 满足 高 功 率 密度 （ ＨＰ Ｄ ） 发 动机 发 展 的 需 要 ， 设 计 了一 种 薄 壁 大 冷 却 油 腔 钢 结 构 活 塞 ，利 用 ＡＮ— Ｓ Ｙ Ｓ的参 数 化 设 计 语 言 ＡＰ Ｄ Ｌ 对该 活塞 进 行 参 数 化 几 何建 模 、加 载 以及 温 度 场 求 解 。并 计 算 分 析 新 型 柴 油 机 钢 活 塞 结 构 对 活塞 温度 场 的影 响 ． 为 活塞 产 品 的 系 列 优 化 设 计 提 供 了参 考 。
ＭＰ ａ Ｌ 】 ］ 。对 于铝合 金活 塞 ， 无论 采用 什 么强化 措 施 ， 还 是不 能令 人满 意 ， 特别 是热 疲劳 方面 。为解 决此 问题 ， 工程 师们 正在 大力研 发 柴 油 机新 型 整 体 式 全钢 活塞 ， 与普 通 的铸造 铝合金 活塞 相 比 ， 其高 温力 学性 能好 、 线 膨胀 系数 小 、 配缸 间隙小 （ 仅为 传统铝 活塞 的一 半 ） 、 耐 磨性 能好 、 刚 度高 、 使 用 寿命 长 。但是 整体 式钢 活塞 的 重 量相对 于铝 活塞 偏 大 ， 活塞表面温度也相对偏 高。 第 一环槽 温度 、 活塞 最 高 温度 和 热 应 力 是评 定 活 塞 热 状 态 的依 据 ， 特别是 第一 环槽 温度 ， 它不 仅影 响材料 强
6100柴油机活塞设计
100柴油机活塞设计一、100系列柴油机主要结构尺寸及参数：气缸直径D 100mm活塞行程S 115mm缸数 4曲柄半径R 57.5mm冲程数 4有效功率60kw转速2400r/min平均有效压力 1.05MPa升功率21.52kW/L最大爆发压力 5.5MPa二、活塞材料选取：根据上述对活塞设计的要求，活塞材料应满足如下要求：（1）热强度高。
即在高温下仍有足够的机械性能，使零件不致损坏；（2）导热性好，吸热性差。
以降低顶部及环区的温度，并减少热应力；（3）膨胀系数小。
使活塞与气缸间能保持较小间隙；（4）比重小。
以降低活塞组的往复惯性力，从而降低了曲轴连杆组的机械负荷和平衡配重；（5）有良好的减磨性能（即与缸套材料间的摩擦系数较小），耐磨、耐蚀；（6）工艺性好，低廉。
几种材料的比较：（1）灰铸铁：优点是耐磨性、耐蚀性、耐热性好、热强度较好、膨胀系数小，成本低，工艺性好；但其材料密度大，相同的活塞结构尺寸，质量比铸铝材料打，因而不宜用于高速发动机。
铸铁材料导热性差，不利于向外传递活塞热量导致活塞的热负荷比较大，因而现只应用于大中型、低速柴油机。
（2）铝基合金：优缺点与灰铸铁相反，密度只有灰铸铁的1/3，相对密度为2.65-2.82。
因此惯性小，有利于高速发动机的发展。
此外，其导热性非常好，热导率比铸铁大很多。
现今主要包括以下几种常用铝合金：①铝硅合金；②铝铜合金；③铝硅铜合金。
共晶铝硅合金是目前国内外应用最广泛的活塞材料，既可铸造，也可锻造。
含硅9%左右的亚共晶铝硅合金，热膨胀系数稍大一些，但由于铸造性能好，适应大量生产工艺的要求，应用也很广。
综上所述，该发动机活塞采用铝硅合金材料铸造而成。
三、活塞的结构设计：1.活塞头部的设计：活塞头部包括活塞顶和环带部分，其主要功用是承受气压力，并通过销座把它传给连杆，同时与活塞环一起配合气缸密封工质。
（1）压缩高度的确定：压缩高度1H 是由火力岸高度1h 、环带高度2h 和上裙尺寸3h 构成的，即：3211h h h H ++=①第一道环位置：根据活塞环的布置确定活塞压缩高度时，首先须定出第一环的位置，即所谓火力岸高度1h 。
04第三章活塞环的设计
第三章活塞环的设计内燃机的性能与活塞环的设计息息相关。
目前世界上活塞环设计已进入标准化系列化时代。
3.1 活塞环的设计原则根据活塞环的作用和工作条件，活塞环的设计应满足如下要求：1 有适当的弹力，以利初始密封；2 有较高的机械强度和热稳定性好；3 易磨合且有足够的耐磨性和抗结胶能力；4 加工工艺简单，成本低廉。
活塞环设计采用弹性弯曲理论，综合考虑环装入活塞的张开应力和环在气缸中的工作应力。
根据这些应力的最佳比例和环材料的强度和弹性模量，实际环的自由状态开口距离为2.5～3.5倍的环径向厚度，环直径/径向厚度之比在22～34之间。
经长期设计经验之积累和广泛的发动机运转测试，得出了压缩环、油环和环槽设计参数的推荐范围，如表3-1～3-4所示的数据，给活塞环设计提供一个全面的指南。
表3-1 气环侧隙环直径间隙顶环第二和第三道环76~178mm ＞178~250mm ＞250~405 mm ＞405~600mm ＞600mm 0.064/0.114 mm0.076/0.127 mm0.102/0.152 mm0.152/0.216 mm0.152/0.229 mm0.038/0.089 mm0.064/0.114 mm0.076/0.127 mm0.127/0.191 mm0.127/0.203 mm表3-2 油环侧隙环直径间隙76~178 mm＞178~250 mm ＞250~405 mm ＞405~600 mm ＞600 mm0.038/0.089 mm0.064/0.114 mm0.076/0.127 mm0.127/0.191 mm0.127/0.203 mm 表3-3 闭口间隙发动机型式单位缸径的闭口间隙水冷风冷及两冲程0.003/0.0040.004/0.005表3-4 侧面光洁度活塞环直径侧面光洁度CLA≤178 mm ＞178~405 mm ＞405~920 mm 最大0.4μm 最大0.8μm 最大1.6μm3.2 活塞环的设计要素活塞环的设计要素可以从材料、断面形状、表面处理等三个方面来进行分析、参数选择、方案对比。
活塞设计
1．活塞设计的要求：1.)具有较轻的结构重量，足够的刚度和强度；2.)避免各部分截面尺寸变化及壁厚差别太大；3.)避免局部过热，使温度分布尽可能均匀；4.)使用导热良好、耐疲劳性好、高温屈服点高的材料；5.)加强局部冷却。
2．活塞材料的要求：1.)强度高、重量轻、良好的滑动性；2.)绝热和导热性好、热膨胀系数小；3.)良好的耐磨和耐腐蚀性3．活塞压缩高度：压缩高度包括三部分组成：活塞顶至第一道活塞环槽间之顶岸高度h1（亦称火力岸高度），活塞环带高度h2以及由活塞销中心到头部最末道环槽之间的上裙高度h3。
1.)顶岸高度h1：首先要保证当活塞位于上止点时，第一道活塞环位置必须落在水套的冷却水腔位置处，以保证活塞环散热良好，防止过热。
非冷却活塞的h1值一般都取得稍大。
顶岸高度h1可比非冷却活塞更小。
2.)活塞环带高度h2：由环之数量、环高、环槽肩高所决定。
减少环的数量，显然可减小活塞与缸套间的摩擦功3.)上裙高度h3：应使环槽位置尽量处于销座外径的上方，以避免开有环槽而削弱销座强度，并可防止因在材料不很均匀的销座处开设环槽，引起环槽不均匀变形，影响正常工作。
4．合理布置第一环槽的位置：当活塞位于上止点位置时，第一道环必须处于气缸套水腔上沿以内，使活塞环得到良好的散热，降低第一道环槽温度。
5．减轻环槽的磨损的措施：1.)采用特殊耐磨镶圈，特别是铝合金活塞，高温时耐磨性大大低于铸铁。
选用的镶圈材料应同活塞铝合金具有相近的热膨胀系数，以防止发生松弛。
也可采用梯形截面结构。
2.)为提高环槽表面硬度及耐磨性，环槽上下侧表面采取镀铬、氮化或淬硬等表面处理。
3.)采用环槽耐磨垫环，将硬度较高和耐磨性好的垫环采用焊接或铆接工艺镶入活塞头部环槽内，以提高环槽耐磨性。
6．销座的工作条件：销与销座应有一定的强度和刚度，足够承压面和良好耐磨性。
强载柴油机活塞承受更高的燃气压力，使销与销座长期处在高比压、润滑困难、磨损增快的条件下工作。
X6130柴油机活塞连杆组设计-
北京建筑工程学院机电与汽车工程学院
毕业设计评价手册
学生姓名刘建
专业机械工程及自动化
班级机084
学号2105120812111
指导教师朱爱华
二O一二年二月七日一、毕业设计论文任务书
三、毕业设计（论文）指导书
三、调研提纲
四、调研报告评语及成绩
五、外文翻译评语及成绩
六、学生期中小结
七、期中检查评语及成绩
八、学生出勤情况
九、指导教师评语及建议成绩
十、审核人意见及建议成绩
十一、答辩记录
十二、答辩委员评定成绩记录
十三、答辩委员会评语及总评成绩
十四、学生对毕业设计（论文）题目及指导教师评价
十五、学生对毕业设计过程管理方法的意见及建议
（论文）题目教师
学生姓名专业班级
学生签字：年月日。
柴油机各系统 设计汇总
第三章各系统的设计及主要零部件的结构特点3．1活塞组活塞组包括活塞，活塞销和活塞环。
它们在气缸里做往复惯性运动，活塞主要作用是承受气缸的气体压力，并将此力通过活塞销传给连杆，以次推动曲轴旋转。
它还和气缸壁面一起活动构成密封装置，保证燃烧室的良好密封，这个功能是通过装在活塞头部环槽的一系列带开口的弹性活塞实现的。
在高温，高负荷，高速和少量的机油消耗的情况下，它一方面要保证漏气量少，另一方面又要使摩擦损失不大，同时还要保证足够的耐久性。
因此设计时要选用热强度好，耐磨，比重小，热膨胀系数小，导热性好，具有良好减磨性，工艺性的材料。
目前制造活塞常用的材料有共晶铝硅合金，过晶铝硅合金和铝铜合金。
设计选用共晶铝硅合金材料。
1、活塞设计的主要尺寸[4]（1）活塞高度H：根据《柴油机设计手册》，对于中小型柴油机而言，H/D范围在 1.0-1.1，而D=110mm，取H=113.5mm。
在选择活塞高度时要注意在合理布置的情况下尽量选择小的活塞高度，如果转速越高，要使H越小，尽量减轻活塞重量，从而控制由于转速高而应引的惯性力的增大。
（2）压缩高度H1：根据《柴油机设计手册》，H1/D范围在0.6-0.8，取H1=67mm。
HI=H5（换带高度）+H4（上裙高度）+h（顶岸高度）。
在保证气环良好良好工作情况下，宜缩短H1高度，以便降低整机的高度尺寸。
（3）顶岸高度h（第一活塞环至活塞顶部距离）：根据《柴油机设计手册》，对铝活塞h/D范围在0.07-0.20，取h=13.4mm。
在保证第一道环可靠工作下，也要使h尽量小，降低活塞重量和高度，但h越小，会使第一道环的热负荷越高，。
一般第一道环的温度不应该超过240度，否则润滑油可能粘结甚至结碳，易使活塞环在活塞中失去活动性，散失了密封和传热的功能（4）活塞环数目及排列：根据《柴油机设计手册》，中速机气环3-4道，油环1-2道，取气环2道，油环一道。
2道气环在上面，1道油环在气环下面。
柴油发动机结构及示功图(最新研发版)
一、柴油机外壳
正时齿轮
一
机 体 作 功 系组
成 中间齿轮
统 5 曲轴齿轮
气门顶杆
凸轮轴
气门摇臂
活塞环 活塞 飞轮 连杆 曲轴
一、柴油机外壳
一
机
体
作
功
系
组 成
统6
二、燃油系统
滤清器
高压油泵
手摇泵
喷油器
油箱
油水分离器
燃油系统的构成和油路走向
二
燃 油 系 统
组 成 1
二、燃油系统
二、燃油系统
调速器的功用与类型： 功用：柴油发电机组工作时，其负载是变化的，这就要求发电机组
曲轴箱 润滑系统 统上，柴油发动机由于比较笨重，升功率指标不如汽油机(转速较低)，噪声、振动较高，炭烟与颗粒(PM)
排放比较严重，所以一直以来很少受到轿车的青睐。特别是小型高速柴油发动机的新发展，一批先进的
气缸盖 进排气系统 技术，例如电控直喷、共轨、涡轮增压、中冷等技术得以在小型柴油发动机上应用，使原来柴油发动机
系
组 成
统1
一、柴油机外壳
一
机
体
作
功
系
组 成
统2
一、柴油机外壳
一
机
体
作
功
系
组 成
统3
一、柴油机外壳
一
机
体
作
功
系
组 成
统4
泵喷嘴 活塞 活塞环 连杆
http://www. 4miao. net/ http://www. 4miao. net/bjwzjs/service/ http://www. 4miao. net/ca se/ http://www. 4miao. net/dm oz/news / http://www. 4miao. net/about/ http://www. 4miao. net/bjwzjs/bjwzz zgs/ http://www. 4miao. net/si temap.xml http://www. 4miao. net/bjwzjs/bjwzz zgs/58. html
480柴油机活塞的设计毕业设计
第一章绪论1 我国柴油机的进展状况及趋势从建国初期开始，我国柴油机取得了长足的进展。
1959 年农业机械部成立，对我国柴油机的计划与进展起了重要作用。
这一时期中，上海柴油机厂试制成功了可与汽车、工程机械、船舶、农业机械、发电机等多种用途配套的135 系列柴油机。
在大功率柴油机方面，我国自行设计了12V180 型机车用柴油机、6250Z 型增压柴油机（用于发电与船舶）和6300 系列柴油机（用于船用、发电、排灌）。
在废气涡轮与增压柴油机方面：1958 年新中动力机厂研制成功我国第一台轴流式T250X 型排气涡轮增压器及882kW 的8L350Z 型柴油机，以后有关单位前后研制成功10 号径流式增压器（配6135 型柴油机）和12 号径流式增压器（配6160 型柴油机）。
1966 年开始的文化大革命使柴油机工业受到严峻的破坏，大体停留在20 世纪60 年代乃至倒退到50 年代的水平，与此同时国外技术迅速进展，从而拉大了我国柴油机工业与世界先进水平的差距。
这一时期我国柴油机进展的鼎盛时期，引进和开发的新产品种类繁多，其要紧代表产品有南汽生产配依维柯柴油机；一汽集团公司大连柴油机厂、无锡柴油机厂的CA498ACA4110A、CA6110A、CA6113 型柴油机；玉林柴油机厂、湖南动力机厂、柳州机械总厂的6105 Q 柴油机、朝阳柴油机厂100、102 等系列柴油机；第一拖沓机厂R100 系列柴油机；上海柴油机厂D6114、3300B 系列柴油机；江铃、庆铃的4JB1 柴油机；潍坊柴油机厂和杭州汽车发动机厂的WD615 系列柴油机；重庆康明斯发动机公司的系列柴油机；陕西柴油机厂12PC2—5V 型柴油机；上海船厂8RTA52U 柴油机；上海FM 公司的P7 泵；无锡动力机厂的Holset H 系列增压器；无锡欧压柴油机喷射的P 系列孔式喷油器。
另外，还有许多工厂生产各类类型柴油机和多种型号小型单缸柴油机，难以一一列举。
柴油机设计(活塞连杆组)之欧阳地创编
387柴油机设计（活塞连杆组）摘要本文主要介绍387柴油机活塞连杆组的设计。
在本次设计中，考虑到387柴油机主要应用于农业生产中的中小型机械，环境往往较为恶劣，需要内燃机具有较好的动力性能为农机产品提供足够的动力。
本次设计在387柴油机基础上加大了活塞的工作行程，改球形燃烧室为W形燃烧室，使其动力性与经济性都有所提高。
但由于工作行程的加大，平衡性变差，噪音与震动加大，在设计时对其采取一定的措施。
燃烧系统采用直喷型，易启动，节能效果明显，可使经济性和动力性大大提高。
发动机转速为3000r/min左右，12h标定功率约27kW，符合当今低速汽车对转速及功率的需求。
通过参数及工艺性能的控制可使燃油消耗率保持在245g/kW.h以内。
本文着重讨论了活塞连杆组部位的设计要求及特点。
本人主要任务是设计387柴油机的活塞连杆组，首先根据柴油机的性能指标对柴油机主要的性能参数进行了选择。
然后在参照387柴油机的活塞连杆组进行结构设计。
在阐述活塞连杆组设计过程的同时也对主要零部件的设计要点作了总结。
本说明书中重点论述了387柴油机活塞连杆组的设计依据与设计过程。
关键词：柴油机，活塞，连杆THE DESIGN OF 387 DIESEL ENGINE （PARTS OFPISTON GROUP）ABSTRACTThis paper mainly introduces the design of the 387 diesel engine partsof piston group. In this design, considering the 387 diesel engines are mainly applied in small and medium-sized machinery, agricultural production environment is bad, need often has better performance for internal machinery products provide enough power. The Diesel 387 which designed this time is on the basis of the old Diesel 387 and increasing the piston stroke, with its power performance and economical efficiency enhanced. However, because of the work itinerary increased, its balance became worse, noise and vibration also increased. So in this design, I have to take some certain measures. Combustion Chamber using injection type, easy to start, energy saving effect, and can make the efficiency and performance improvedgreatly. The engine speed is 3000r/min, about27kW/12h calibration power, speed and the currentlow power of the car needs. Through the parametersand process performance control can make fuel consumption in 245g/kW.This paper discusses thedesign requirements and characteristics of thecylinder important parts。
活塞结构设计与工艺设计
摘要内燃机的不断发展，是建立在主要零部件性能和寿命不断改进和提高的基础上的，尤其是随着发动机强化程度的提高、功率的增大和转速的增加，零部件尤其是直喷式柴油机活塞的工作环境变得更加恶劣了。
活塞的结构直接影响活塞的温度分布和热应力分布，因此就有必要对活塞的结构和性能作出预测和评价。
活塞式内燃机上最关键的运动件，它在高温高压下承受反复交变载荷，被称为内燃机的心脏。
本设计通过对内燃机铝活塞加工技术的发展、活塞的工作环境以及结构特点的分析，确定了活塞的加工过程以及加工方案。
其中主要包括：活塞顶部设计、活塞头部设计、活塞裙部设计、活塞的结构参数设计、和加工工艺的设计。
关键词：内燃机活塞结构加工AbstractThe continuous development of the internal combustion engine, is built on the basis of the performance and life of the main components continue to improve and enhance, especially with the improvement of the degree of enhancement of the engine, power increases and an increase in speed, parts and components in particular, is a direct injection diesel engine pistonwork environment becomes worse. The structure of the piston directly affect the temperature distribution of the piston and the thermal stress distribution, and therefore it is necessary to predict and evaluate the structure and performance of the piston。
柴油机的活塞设计分析以及强度校核的研究
1某款新型柴油机的活塞设计研究该柴油机的活塞材料应该满足下面的要求：机械强度高，耐磨性比较好、重量轻、导热系数大、线膨胀系数小、耐腐蚀性比较好、稳定性比较好、加工也比较方便，该工艺总共12%的共晶铝硅合金ZL111被选择用于处理。
1.1分析活塞的头部设计1.1.1分析在活塞的顶部活塞顶部的厚度也由最大气压决定，所以它具有足够的刚度和良好的导热性。
对于4个工作强度低的柴油发动机，选择未填充的平顶活塞顶盖。
为了将活塞环安装在活塞头上，必须加厚侧壁，这也有利于热传递。
在过渡半径中就是（0.05-0.1），其中d是7mm，侧壁的厚度为（0.05-0.1）d=7mm。
另外，活塞顶部的厚度由散热与刚度的条件决定，取决于强度。
当满足强度要求时，应尽可能取最小值。
1.1.2分析环槽的确定事实证明，第一环的磨损最大，发动机大修与活塞组之间的间隔很大程度上取决于第一环的使用寿命。
为了降低气环，尤其是第一个气环的温度，可以考虑采取以下措施：①第一环排列在活塞顶的厚度以下。
②隔热槽就是在第一环的上方开了一个槽。
③将滑块插入铝制活塞环的凹槽中。
④活塞顶部涂有等离子喷涂陶瓷。
某些发动机在第二个环形槽的底部有两个槽，它们不仅仅可以使用背面带有尖锐边缘的活塞环，这样还可以起到减压室的作用，防止了机油由燃烧室而流出，因此减少油耗。
环槽的高度取决于环的高度。
在具有较高机械负荷和热负荷的柴油发动机中，增加到第一转的侧隙为0.1-0.2mm。
其余约为0.04-0.13mm。
气环的后部间隙通常为0.5mm。
环形凹槽底部过渡的圆角通常为0.1-0.4mm。
在活塞的结构设计中具体如下：①一种推力侧与反侧是非对称设计的。
②为了减小活塞销的长度，这样优化了活塞销的形状。
③优化活塞销座上部的壁厚并减少质量。
在以上分析的基础上，柴油机采用了凹形顶部活塞，活塞表面涂有0.2-0.3mm的陶瓷。
1.2销座设计在销座的设计中应尽可能考虑活塞销的直径，以使销座之间能够相互适应。
柴油机活塞设计分析及强度校核研究
［ 关键 词 ］ ４ Ｌ １ ３ ２柴 油机 活塞 强度 活塞 头部 活塞裙部 活塞销 部
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：４ Ｌ１ ３ ２ Ｄｉ ｅ ｓ ｅ ｌ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ Ｐ ｉ ｓ ｔ ｏ ｎ Ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ Ｐ ｉ ｓ ｔ ｏ ｎ ｈ ｅ ａ ｄ Ｐ ｉ ｓ ｔ ｏ ｎ ｓ ｋ ｉ ｒ ｔ Ｐ ｉ ｓ ｔ ｏ ｎ ｐ ｉ ｎ ｄ ｅ ｐ ａ ｔ－ ｒ
１ ０
内 燃 机 与 配 件
２ ０ １ ３年 第 １ 期
柴 油机 活 塞 设计 分 析 及 强度 校 核研 究
Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｆ Ｄｉ ｅ ｓ ｅ ｌ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｐｉ ｓ ｔ ｏ ｎ ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ａ ｎｄ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｃ ｈｅ ｃ ｋ
多 新 的设 计 理 念 和设 计 方 法 被 引 入 到 活 塞 的 开 发
下裙部高 销孔直径
ｈ ４ ｄ
ｆ ０ ． ６ —０ ． ７ ） Ｈ ｆ Ｏ － ３ ～０ ． ３ ８ ） Ｄ
４ ８ ４ ７ ． ４
第一环岸高
其他环岸高
销 座 间 距 离
ｅ ｌ
． Ｏ ４ ～０ ． ０ ８ ） ０
ｆ Ｏ － ３ ５ ～０ ． ４ ２ ） Ｄ
所 以在 活塞 设计 上 一个 具 有 足够 强 度 和 刚度 ．
注： Ｄ一 气 缸 直 径 。
王 凯 周 娜 苏铁 熊 张俊 跃 ： 柴 油机 活 塞 设 计 分 析 及 强 度 校 核研 究
１ ４ Ｌ １ ３ ２ 柴 油 机 活 塞 设计
开题报告--4102C柴油机曲轴连杆活塞组改进设计
单列式柴油机的连杆，根据大头的结构一般可分为平切口连杆，写斜切口连杆及整体式连杆。采用何种切口形式的连杆，要通过气缸孔的直径是否便于拆装和是否便于通过曲轴箱侧壁上的窗口拆装连杆螺栓。
主要尺寸设计原则
1）连杆长度l与结构参数λ=R/l(R为曲柄半径)有关。连杆长度越短，即λ越大则可降低发动机高度，减轻运动件重量和整机重量，对高速化有利，但λ大使二级往复惯性力及气缸侧压力增大，并增加曲轴平衡块与活塞、气缸套相碰的可能性。连杆长度l和λ的数值由总体设计最后确定。
毕业设计（论文）开题报告
（学生填表）
学院：车辆与动力工程学院2013年4月9日
课题名称
4102C柴油机曲轴连杆活塞组改进设计
学生姓名
专业班级
课题类型
工程设计
指导教师
职称
课题来源
生产
1.设计（或研究）的意义
柴油机技术得以全面的发展，应用领域起来越广泛。大量研究成果表明，柴油机是目前被产业化应用的各种动力机械中热效率最高、能量利用率最好、最节能的机型。柴油机被广泛应用于船舶动力、发电、灌溉、车辆动力等广阔的领域，尤其是在车用动力方面的优势最为明显，全球车用动力“柴油化”趋势业已形成。
曲柄销：对于低中增压柴油机，dp=（0.70—0.80）,曲柄销长度lP=（0.50—0.70）D。
2）曲柄臂：中高速柴油机整体曲轴曲柄臂厚度h=(0.2—0.3)D;宽度b=(0.9—1.3)D。
3）曲轴圆角：曲轴圆角半径r应足够大，一般r/d=0.045,圆角半径过小会使应力集中严重。
4）具有良好的润滑条件，曲轴主轴颈和曲柄销一般采用压力润滑。
柴油机的发展将着重于改进燃烧过程，提高机械效率，减少散热损失，降低燃料消耗率；开发和利用非石油制品燃料、扩大燃料资源；减少排气中有害成分，降低噪声和振动，减轻对环境的污染；采用高增压技术，进一步强化柴油机，提高单机功率；研制复合式发动机、绝热式涡轮复合式发动机等；采用微处理机控制内燃机，使之在最佳工况下运转；加强结构强度的研究，以提高工作可靠性和寿命，不断创制新型柴油机。
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100系列柴油机活塞设计前言活塞是发动机中的主要配件之一，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和连杆把动力传给曲轴，以完成内燃发动机的工作过程。
由于活塞处于一个高速、高压和高温的恶劣工作环境，又要考虑到发动机的运行平稳及耐用，因此要求活塞也必须要有足够的强度和刚度，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的活塞材料。
现代发动机的活塞普遍用铝合金制造，因为铝合金材具有密度小，导热性好的突出优点，但同时又有膨胀系数比较大，高温强度比较差的缺点，这些缺点只能通过合理的结构设计以满足使用要求。
所以，发动机的质量优劣，不但要看采用的材料，同时也要看设计的合理性。
1活塞概述活塞是发动机的“心脏”，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零部件之一。
活塞的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的组成部分。
1.1 活塞的工作条件活塞在高温、高压、高速、润滑不良的条件下工作。
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，并承受侧压力的作用；活塞在气缸内以很高的速度(8～12m/s)往复运动，且速度在不断地变化，这就产生了很大的惯性力，使活塞受到很大的附加载荷。
活塞在这种恶劣的条件下工作，会产生变形并加速磨损，还会产生附加载荷和热应力，同时受到燃气的化学腐蚀作用。
1.2活塞的功用活塞的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的组成部分。
1.3 活塞的结构一般活塞都是园柱形体，根据不同发动机的工作条件和要求，活塞本身的构造有各种各样，一般将活塞这个小东西分为头部、裙部和活塞销座三个部分。
头部是指活塞顶端和环槽部分。
活塞顶端完全取决于燃烧室的要求，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的接触面积，使应力分布均匀。
多数汽油机采用平顶活塞，有些发动机（例如直喷式柴油机和新型的缸内喷注汽油机）为了混合气形成的需要，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的形状，设有一定深度的凹坑作为燃烧室的一部分。
活塞的凹槽称为环槽，用于安装活塞环。
活塞环的作用是密封，防止漏气和防止机油进入燃烧室。
活塞裙部是指活塞的下部分，它的作用是尽量保持活塞在往复运动中垂直的姿态，也就是活塞的导向部分。
活塞裙部的形状极有讲究，尤其是象轿车一类的轻型乘用车，设计者从发动机的结构和性能出发，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的支承部分，位于活塞裙部的上方。
高速发动机活塞销座的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的一侧偏移，这样当活塞到上止点变换方向后活塞敲击缸壁的程度会减少，从而减少了发动机噪声。
1.4 活塞的设计要求及材料选择(1) 要有足够的刚度和强度，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的要求，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 活塞的结构设计发动机型号: 100系列柴油机活塞直径:D=100mm2.1活塞的主要尺寸一.活塞总长GLmm D GL 1361610052.11652.1=-⨯=-=176 二.压缩高KHmmD KH 8210082.082.0=⨯==1. 顶岸高度Fmm D F 7.163.610023.03.623.0=-⨯=-= 2. 环带高度采用三道环（其中两道气环，一道油环） 气环高度取5mm ，油环高度取6mm 第一道环岸高度为6mm第二道环岸高度略小于第一道环岸高度为5mm 环带高度mm 2856725=+++⨯= 3. 环区高度f hmm F h f 7.44287.16=+=+=环带高度 4. 上裙高度mm h KH f 3.377.4482=-=-=上裙高度 三. 裙部长度SLmm D SL 85451003.1453.1=-⨯=-=7.473.3785=-=-=上裙高度下裙长度SL mm四. 活塞销直径与销座间距 1. 活塞销直径BOmm D BO 401004.04.0=⨯== 2. 活塞销座间距AAmm D AA 4510045.045.0=⨯== 五. 活塞重量N Gg D G N 1100101001.1101.13333=⨯⨯=∙=-2.2 活塞头部设计一. 活塞顶形状与厚度活塞顶选用型ω活塞顶厚度()()()mm D 20~101002.0~1.02.0~1.0=⨯==δ 取mm 15=δ二. 活塞头部截面形状 椭圆形2.3 活塞销座设计采用镶衬套销座: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的前提下,能提高销座的承载能力2.4.活塞裙部设计 活塞裙部采用椭圆形 2.5 活塞的强度计算2.5.1活塞最大爆发压力的计算：环境压力00.1013p Mp α= 环境温度0293T K = 几何压缩比17ε= 有效压缩比15.3ε'=燃烧过量空气系数α=1.65 参与废弃系数0.02r γ= 参与非其温度720r T K = 增压空气压力0.1118k p Mpa = 最大燃烧压力 5.8621z p Mpa = Z 点热利用系数0.70z ξ= B 点热利用系数0.85b ξ=燃烧室扫其系数 1.15s ϕ=燃料质量分数0.87C = 0.126H = 0.004O = 燃料低热值42286.68u kJ H kg=（一） 热力过程计算充气过程系数（1） 增压器后空气温度01 1.811.800.11182933060.1013k kn n k k p T T K p --⎛⎫⎛⎫=== ⎪⎪⎪⎝⎭⎝⎭ 式中，去增压器内平均多变压缩指数 1.8k n =（2） 压缩始点温度3065 1.110.027203211 1.02k k c r r a r T T T T K Kξγγ+∆+++⨯⨯===+式中，k T ∆——新气预热度，k T ∆=5K; c ξ---比热修正系数，c ξ=1.11（3） 压缩始点压力1.0 1.00.11180.1118a k p p Mpa Mpa ==⨯=（4） 充气系数`115.33060.111810.84111173210.111810.02k av a k r T p T p εηεγ==⨯⨯⨯=-++压缩过程参数（5） 平均多变压缩指数()()()1111`18.3158.315119.260.0025374115.31n n n a bT ε---==+⨯⨯+++ 式中，a ，b ————常数，对于空气（忽略残余废气），a= 19.26 ，b=0.0025第一次试算，式（1）等号右端代入1n =1.37 , 18.31510.36522.760n -== 第二次试算，式（1）等号右端代入1n =1.369, 18.31510.36522.760n -== 最后得1 1.365n =（6） 压缩终点温度()111.3651`32115.3869n c a T T K K ε--==⨯=（7） 压缩终点压力1 1.3650.111815.3 4.630n c a p p Mpa Mpa ε'==⨯=（8） 燃料燃烧所需理论空气量()()()()0110.870.1260.004=0.4950.21124320.2112432kmol kmol C H O L kg kg ⎛⎫⎛⎫=+-=+- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭空气空气燃料燃料（9） 燃烧所需的实际空气量()()()()0 1.650.495/0.817/L L kmol kg kmol kg α==⨯=空气燃料空气燃料 （10） 理论分子变化系数00.03690.063911 1.03871.65βα=+=+=（11） 实际分子变化系数0 1.03870.02 1.035110.02r r βγβγ++===++（12） Z 点烧去的燃料质量分数0.700.8240.85z z b x ξξ===（13） Z 点处分子变化系数01 1.03871110.824 1.0313110.02z z r x ββγ--=+=+⨯=++（14） Z 点燃烧产物的平均摩尔比定容热容()()[]()()()()()()[]()()zz z zr v r z r vr z v p m zT T T x c x z c x c 00307.089.19824.0064.002.0165.10025.026.1902.0824.002.0165.1824.064.002.0165.10036.047.2002.0824.0064.1064.011)064.1(+=⨯++++-+⨯+⨯++⨯++⨯=++'--++''+=γαγγαγ 式中，'v a c a bT =+（15） b 点燃烧产物的平均摩尔比定容热容()()()()()()()'''1.064(1)(1)10.0641.0640.0220.470.0036 1.65110.0219.260.00251.6510.020.06420.180.00322r v r v vpmb r b z bc c c T T T γαγαγ++-+=(+)++++-++=++=+式中，'v a c a bT =+（16） z 点燃烧产物的平均摩尔比定压热容8.31519.890.003078.31528.2020.00307ppmz vpmz z zc c T T =+=++=+（17） 燃料发热量()()()()()()''129342286.680.8710.02 1.03520.180.003229319.260.002529329342743.34/u u r vpmb v H H L c c kJ kg γβ=++-⨯=+++⨯-+⨯⎡⎤⎣⎦⨯=燃料（18） 压力升高比5.8621 1.2664.630z c p p λ===（19） cyz 段的燃料燃烧公式，就最大燃烧温度Z T简化后得 64999.8729.670.0032294z z T T =+第一次试算，取式（2）等号右端的z T = 1850K 得64999.87182435.644z T K K ==第二次试算，取式（2）等号右端的z T =1824K 得()()()()()()''08.3158.3150.7042743.34(1)19.260.00258698.315 1.2668691.650.4950.0220.180.003238698.315 1.2668691.031310.0228.2020.00307z uv c r vpmb z r ppmz z z zH c T c T L c T T T ξλγλαβγ++++⨯=+=++⨯+⨯⨯⨯++⨯+⨯⨯=⨯+⨯+64999.87182835.56z T K K ==第三次试算，取式（2）等号右端的z T = 1828K 得64999.87182735.57z T K K ==最后取1827z T K = 膨胀过程参数：（20） 初膨胀比1.0351827 1.721.266869z c βρλT ⨯===T ⨯（21） 后膨胀比'15.38.901.72εδρ===（22） 求多变膨胀指数2n 及膨胀终点温度b T ，zb 膨胀线上的后燃公式，()()()()2 1.03138.31518271.0315142743.340.850.70 1.0313 4.750.00073418271827 4.820.00070.81710.021.035 1.0315b b b T n T T ⎛⎫⨯- ⎪⎝⎭-=⎡⎤-++⨯⨯-+⎢⎥+⎣⎦（3）()2151898.315118560 4.820.0007bb bT n T T --=-- （4） 将式子（3）与式子（4）联立，得22111 1.03511827 1.03138.9b zn n z T T K ββδ--==⨯⨯ （5） 第一次试计算，取b T =1800K 得，222210.01812152n -== 1763b T K = 第二次试计算，取b T =1763K 得，223010.02012238n -== 1763b T =K 最后取1763b T K = 21.02n = （23） 膨胀终点压力()()28.3151'1z Z b b u b z zvpmz z vpmb br bT T n H c T c T L ββξξβγββ⎛⎫- ⎪⎝⎭-==-+-+21.026.86210.7388.9zb np p Mpa Mpa δ=== （二） 柴油机的指示参数（24） 理论平均指示压力(以有效行程为准)()()2111210.020.365111'111'111'4.630 1.266 1.721111.266 1.72 1.7211114.30.028.9 1.369115.31.438c n n p p n n Mpa Mpaλρλρρεδε--⎡⎤⎛⎫⎛⎫=-+---⎢⎥ ⎪ ⎪---⎝⎭⎝⎭⎣⎦⎡⨯⎤⎛⎫⎛⎫=⨯⨯-+--- ⎪ ⎪⎢⎥-⎝⎭⎝⎭⎣⎦=（25） 实际平均指示压力（以全行程为准）()()()()()()''1''1.43815.310.7380.11181715.31711.352i b a i p p p p Mpa Mpa εεεφε-+--=-1⨯-+--=-=式中，φ ————示功图丰满系数，φ=0.98（26） 指示油耗()()6612.54100.8410.111812.541028.9628.960.871306 1.352112.99v ki k i p gg Kw h LT p gKw h η⨯⨯⨯=⨯⨯=∙⨯⨯⨯=∙（27） 指示效率333600103600100.753112.9942286.68i i u g H η⨯⨯===⨯（28） 增压器中绝热压缩功()1000.2861005.210.11181005.229310.10138.426k k k TkS p W T p kJ kg kJ kg-⎡⎤⎛⎫⎢⎥=- ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦⎡⎤⎛⎫=⨯-⎢⎥ ⎪⎝⎭⎢⎥⎣⎦= （29） 增压器中绝热效率()()10.28600.444100.1118110.10130.640.1118110.1013k kk kS TkSk kk k p p T T p p η--⎛⎫⎛⎫-- ⎪ ⎪∆⎝⎭⎝⎭=-===∆⎛⎫⎛⎫-- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭式中，k-------比热容比，k =1.4，1 1.410.2861.4k k --==;k n ------多变指数， 1.8k n =，1 1.810.4441.8k k n n --==。