机械4120柴油机活塞连杆组优化设计.doc

4120柴油机活塞连杆组的优化设计 摘要： 活塞是发动机的心脏，活塞的工作情况非常恶劣，通常是在高速，高温，高压，的情况下，活塞在工作中与高温气体直接接触，使得温度急剧上升，并且分布不均，活塞顶部在工作中承受着很大的压力，尤其在做功时，使活塞产生冲击，并且两侧受侧压力的作用。在高速下做往复运动，承受惯性力。另外，活塞连杆组的摩擦损失占到了机械损失的，为此，有必要对活塞进行优化设计，使得有足够的强度和刚度，合理的形状和壁厚。能更好的满足工作要求。(400) 关键词： 基本数据： 直列，四缸，四冲程，气缸直径为D=120mm, 转速n=2200r/min =0.8MPa 绪论: 研究背景和研究意义 柴油机作为一种动力机械的应用越来越广泛，而柴油机的效率比较高，但是由于技术的原因，柴油机的热效率也不好提高，但是换一种想法，如果能够减少柴油机的机械损失，那么柴油机的功率会增加，能提高柴油机的性能，根据资料表面，在柴油机的机械损失中，活塞连杆组结构的摩擦损失是非常大的，占了机械损失的，如此高的损失，使得人们对机械如何减少活塞连杆组的摩擦损失进行了研究，通过各种各样的方法，进行实验，比较，试验，无论是在机械结构方面，燃料燃烧方面都进行了多方面的研究，研究的意义是通过对结构的优化，计算，材料的选择，能够提高活塞连杆组的强度，延长机构的使用寿命，从而减少这些方面的摩擦损失，再者减少燃油的消耗，提高柴油机的动力性，减少成本。 国内外研究现状 国外的柴油机起步比较早，自年开始，经过一百多年的发展，柴油机得以迅速的发展，应用领域也越来越广泛，可以用于船舶，发电，还有车辆动力等应用。尤其在车辆动力方面，柴油发动机的优势极为明显，热效率比汽油机高了好多，而且比汽油机节能环保，最低的燃油消耗可以，标定油耗达到达到大量的实践及实验表现，柴油机是现在用于各类动力机械中，热效率最高，能量利用率最好，且节能的机型。目前，柴油机化的趋势越来越明显，比如，在欧美的商业用车以及的轿车用的是柴油，而在日本也有的轿车。并且，这个比例是不断加大的。现在柴油机的一些新的技术的研发出来并应用在实际中，使得柴油机的性能又上了一大截，电控高压共轨技术的应用：电控是指喷油由计算机控制，计算机对每个喷油嘴的喷油量，时刻进行控制，使得柴油机的燃油性和动力性达到最好，传统是有机械控制的，但是控制精度无法精确。高压是指喷油系统的压力高，能够使得喷油的压力大，雾化好，燃烧的更充分。而共轨是指由公共的油管同时提供相同的压力，质量的燃油，使的性能更好（2）中冷技术，还有尾气再循环技术的应用等。 在国内，柴油机的发展比较晚，技术明显赶不上国外，在大型的车辆及船运中柴油运用的比较多，但在小型车，如轿车的应用上比较少，做的比较好的是玉柴，还有锡柴等。但总体竞争力不强，还有政策的原因，因为传统的柴油噪声大，容易排黑烟，在一些大的城市是明文禁止使用柴油轿车，还有一个不足，就是，柴油的品质太差，如果品质不好的话，会使得气缸燃烧的不充分，燃料利用的不充分，对活塞的损伤加大，使得摩擦损失加大，使得机械损失加大。 本论文研究的内容 本次论文的研究内容“4120柴油机活塞连杆的优化设计”，是对缸径为四缸柴油机进行设计，首先要对柴油机进行整体的布局，对活塞进行设计，活塞的顶部，头部，裙部的合理配置，与尺寸的计算，进行布局，看合不合乎要求，从而再来进行结构的合理布局来减少活塞的尺寸及质量，但必须保证活塞的疲劳强度足够大，连杆的设计，选择小的行程比，这样连杆的长度减少了，使得结构紧凑，能减少应力，加强了大头部的强度，通过理论的计算提高活塞连杆组的耐摩擦能力,抗疲劳强度，减少摩擦损失，使得热效率高，节能，环保，并且降低发动机的整体高度。 1 4120柴油机的工作原理: 如图所示，是柴油机的曲柄连杆机构的结构和原理。工作时，活塞只是沿气缸做直线往复运动。而曲轴是由两个中心线不在同一直线的轴构成，其中的一个轴安置在曲轴箱的中心孔内，叫作主轴。主轴只能在曲轴箱内绕本身的中心线转动 。连杆是两端带有孔的一个直杆，一端与活塞销相连，而另一端与曲轴相连接。它便随着活塞的直线移动和曲轴的旋转运动而进行摆动。 当活塞做往复运动时，会由连杆使得曲轴绕主轴的中心从而产生旋转运动。但是，活塞的直线移动与曲轴的转动是相互连在一起的。一般用字母表示行程。当曲轴转动半圈（即），活塞则移动一个冲程。如果用字母表示曲柄半径的话（曲轴主轴的中心到连杆轴的中心的距离），则 由此看出，活塞的行程等于曲柄半径的倍。当活塞位于下止点的位置时，气缸体内的容积叫做气缸的总容积，可以用字母表示，而它等于燃烧室容积加上气缸工作容积，即： 压缩比，用字母表示，即： 压缩比可以表示为活塞从上止点运行到下止点时，气体在缸内的被压缩的程度。如果压缩比越大，则可表示气体