第四章活塞组的设计 1、活塞组的工作条件 活塞组是工作强度最大的组件之一。工作中承受的载荷：(1)承受很大的 机械负荷：(2)承受很高的热负荷：(3)强烈的磨损。 2、活塞的基本结构 活塞头部包括活塞顶，顶岸（火力岸）及活塞环带。组成燃烧室，承受气 体压力，接受高温气体的作用。 活塞裙部环带以下的部分，起导向作用力。 活塞销座位于裙部中央上方，销座中安装活塞销。活塞通过销座将气体作 用力及惯性力经由活塞传递给连杆。 3、活塞的主要尺寸 活塞高度H活塞高度与项岸高度、环带高度及裙部高度有关。 压缩高度H1压缩高度决定了活塞销的位置，它与顶岸高度、环带设计及上 裙高度有关。 顶岸高度h顶岸高度确定了第一环的位置。 环带高度环带高度取决于活塞环数、环高及环岸高度。 4、活塞顶的厚度的确定 活塞顶的厚度8是根据强度、刚度及散热条件来确定的。由于6值越大，顶 部热应力也越大，因此在满足强度要求的条件下，尽量使6值取得小些。对于 直径较小的活塞若能满足散热要求，一般也能满足强度要求。活塞顶厚度随活 塞材料不同而有较大的差别。铝活塞的6值：汽油机为(0.06~0.10)D,柴油机 为 5、第一环槽的工作条件 活塞组吸入的热量，多数要由第一环传出，这使第一环槽的热负荷过高，强 度降低，并使机油炭化，造成积炭，使环槽严重磨损。 6、确定第一环槽的位置的条件 为了使第一环槽能正常地工作而不至过早地损坏，除了适当地选择项岸高度 外，不可采取以下措施：(1)保证活塞在上止点时，第一环的位置处于冷却水 之中。(2)将第一道环安排在活塞顶厚度以下。(3)在第一环槽之上开一个 槽，这个槽称为隔热槽，其目的是改变活塞顶到第一环槽之间的热流形式，降 低第一环的温度。(4)减少顶岸和缸套之间的间隙，减少气流通往第一环槽的 流通面积，降低第一环槽处的温度。(5)在铝合金活塞环槽处加镶块，由于第 一环槽底部的磨损最严重，因此常在第一环槽处镶上一个镶块。(6)在活塞顶
第四章 活塞组的设计 1、活塞组的工作条件 活塞组是工作强度最大的组件之一。工作中承受的载荷：（1）承受很大的 机械负荷；（2）承受很高的热负荷；（3）强烈的磨损。 2、活塞的基本结构 活塞头部 包括活塞顶，顶岸（火力岸）及活塞环带。组成燃烧室，承受气 体压力，接受高温气体的作用。 活塞裙部 环带以下的部分，起导向作用力。 活塞销座 位于裙部中央上方，销座中安装活塞销。活塞通过销座将气体作 用力及惯性力经由活塞传递给连杆。 3、活塞的主要尺寸 活塞高度 H 活塞高度与顶岸高度、环带高度及裙部高度有关。 压缩高度 H1 压缩高度决定了活塞销的位置，它与顶岸高度、环带设计及上 裙高度有关。 顶岸高度 h 顶岸高度确定了第一环的位置。 环带高度 h 环带高度取决于活塞环数、环高及环岸高度。 4、活塞顶的厚度的确定 活塞顶的厚度δ是根据强度、刚度及散热条件来确定的。由于δ值越大，顶 部热应力也越大，因此在满足强度要求的条件下，尽量使δ值取得小些。对于 直径较小的活塞若能满足散热要求，一般也能满足强度要求。活塞顶厚度随活 塞材料不同而有较大的差别。铝活塞的δ值：汽油机为（0.06~0.10）D,柴油机 为 5、第一环槽的工作条件 活塞组吸入的热量，多数要由第一环传出，这使第一环槽的热负荷过高，强 度降低，并使机油炭化，造成积炭，使环槽严重磨损。 6、确定第一环槽的位置的条件 为了使第一环槽能正常地工作而不至过早地损坏，除了适当地选择项岸高度 外，不可采取以下措施：（1）保证活塞在上止点时，第一环的位置处于冷却水 之中。（2）将第一道环安排在活塞顶厚度以下。（3）在第一环槽之上开一个 槽，这个槽称为隔热槽，其目的是改变活塞顶到第一环槽之间的热流形式，降 低第一环的温度。（4）减少顶岸和缸套之间的间隙，减少气流通往第一环槽的 流通面积，降低第一环槽处的温度。（5）在铝合金活塞环槽处加镶块，由于第 一环槽底部的磨损最严重，因此常在第一环槽处镶上一个镶块。（6）在活塞顶
部进行硬模阳极氧化处理，可提高活塞顶面耐热性及其硬度，并增加热阻，使 顶部降温。()在活塞顶部进行硬模阳极氧化处理。 7、活塞环数由什么确定 活塞环数取决于密封的要求，它与内燃机的气体压力及转速有关。 8、减少活塞高度的方法 除了环的数目外，为减小环带部的高度就要从减小环槽和环岸的高度着手。 9、活塞计算的项目 以经验设计计算活塞时，一般只计算第一环岸的强度、裙部及销座的单位压 力。活塞顶、尤其是形状复杂的活塞顶，其强度计算是十分困难的，通常以经 验设计为主，而不进行计算。 10、第一环岸主要计算项目 第一环岸主要计算在最大气体爆发压力时的剪切与弯曲强度。 11、活塞裙部比压的计算 活塞裙部比压q,一般按下式进行计算，即 :最大侧压力，由动力计算求得。近似取8~12% ,单位mPa。 H2:活塞裙部高度 12、活塞销座比压的计算 活塞销座比压力q1按下式计算，即： 13、活塞销表面比压的计算
部进行硬模阳极氧化处理，可提高活塞顶面耐热性及其硬度，并增加热阻，使 顶部降温。(7)在活塞顶部进行硬模阳极氧化处理。 7、活塞环数由什么确定 活塞环数取决于密封的要求，它与内燃机的气体压力及转速有关。 8、减少活塞高度的方法 除了环的数目外，为减小环带部的高度就要从减小环槽和环岸的高度着手。 9、活塞计算的项目 以经验设计计算活塞时，一般只计算第一环岸的强度、裙部及销座的单位压 力。活塞顶、尤其是形状复杂的活塞顶，其强度计算是十分困难的，通常以经 验设计为主，而不进行计算。 10、第一环岸主要计算项目 第一环岸主要计算在最大气体爆发压力时的剪切与弯曲强度。 11、活塞裙部比压的计算 活塞裙部比压 q，一般按下式进行计算，即 ：最大侧压力，由动力计算求得。近似取 8~12% ，单位 mPa。 H2：活塞裙部高度 12、活塞销座比压的计算 活塞销座比压力 q1 按下式计算，即： 13、活塞销表面比压的计算
连杆小头部分的活塞销表面单位压力为： 活塞销座表面单位压力为： 14、活塞销弯曲应力的计算 沿活塞销长度方向的负荷分布，与活塞销及销座的刚度之比有关，也和活塞 销与连杆小头衬套的间隙及活塞销与销座的间隙有关。试验表明：在销座部 分、销表面受的压力大致成三角形规律分布：在销与连杆小头接触部分，压力 分布可认为相当于均匀负荷。这时活塞销中央部分所受的弯矩最大为： 弯曲应力为： 一般内燃机活塞弯曲应力的许用值为100250mPa:军用内燃机为230-500 MPa。 15、活塞销的剪切力 最大剪应力tmx作用在销座和连杆小头之间的截面上，发生在中性轴所在的 直径上。 16、活塞销最大变形与变形后的应力 由于
连杆小头部分的活塞销表面单位压力为： 活塞销座表面单位压力为： 14、活塞销弯曲应力的计算 沿活塞销长度方向的负荷分布，与活塞销及销座的刚度之比有关，也和活塞 销与连杆小头衬套的间隙及活塞销与销座的间隙有关。试验表明：在销座部 分、销表面受的压力大致成三角形规律分布；在销与连杆小头接触部分，压力 分布可认为相当于均匀负荷。这时活塞销中央部分所受的弯矩最大为： 弯曲应力为： 一般内燃机活塞弯曲应力的许用值为 100~250mPa；军用内燃机为 230~500 MPa。 15、活塞销的剪切力 最大剪应力τmax 作用在销座和连杆小头之间的截面上，发生在中性轴所在的 直径上。 16、活塞销最大变形与变形后的应力 由于
的作用，活塞销压扁失圆，铅垂直径下降，水平直径上升。当直径增大量比连 杆小头轴承的最小间隙还小时，轴承就有被咬死的可能。所以应对活塞销失圆 时的最大变形进行计算。活塞销的最大变形发生在水平直径受力最大的部位。 利用能量法和莫尔积分，可求出活塞销直径的增大量为： 活塞销变形后，销的横截面上产生弯曲应力，最大的应力是在中央断面上。 该断面上下1、2、3、4点的正应力值较大，一般情况下，受拉的1、4点，以 内表面4点处拉应力最大，其值为： 17、活塞环的主要尺寸 活塞环的主要尺寸是环的高度b,环的径向厚度。 目前的趋势是减少环数和减小环的高度。诚小活塞环高度可诚少摩擦损失： 可使环适应气缸的不均匀磨损和变形，避免表面接触应力集中，提高耐熔着磨 损的能力，减少往复运动质量：提高环的密封性能等。而且，窄的环也有利磨 合。 活塞环的径向厚度大与活塞环对气缸壁的接触压力有关。随着径向厚度的增 大，活塞环对气缸壁的接触压力使增大。但是厚度过大，应力也大，当环往活 塞上安装时就容易折断：而且对气缸壁的横向变形的适应性也低。 18、活塞环根据接触压力进行分类 活塞环根据接触压力进行分类：均压环沿整个工作表面对气缸壁的压力是均 匀的。非均压环沿整个工作表面对气缸壁的压力不是均匀的；在切口附近的压 力最高，压力分布呈梨形，通称为梨形环或高点环：在切口附近的压力较小， 压力分布呈苹果形，通称为苹果环或低点环。 19、活塞均压环的自由状态形状 自由状态下环的曲率半径，在 处最小，在 处最大。 20、活塞环的弯曲应力 活塞环工作时的强度计算，因剪切力与轴向力影响较小，则只计算弯矩。活 塞环的弯曲应力应按两种状况进行计算：工作状态下的弯曲应力：套装应力。 21、活塞环的套装应力：
的作用，活塞销压扁失圆，铅垂直径下降，水平直径上升。当直径增大量比连 杆小头轴承的最小间隙还小时，轴承就有被咬死的可能。所以应对活塞销失圆 时的最大变形进行计算。活塞销的最大变形发生在水平直径受力最大的部位。 利用能量法和莫尔积分，可求出活塞销直径的增大量为： 活塞销变形后，销的横截面上产生弯曲应力，最大的应力是在中央断面上。 该断面上下 1、2、3、4 点的正应力值较大，一般情况下，受拉的 1、4 点，以 内表面 4 点处拉应力最大，其值为: 17、活塞环的主要尺寸 活塞环的主要尺寸是环的高度 b，环的径向厚度。 目前的趋势是减少环数和减小环的高度。减小活塞环高度可减少摩擦损失； 可使环适应气缸的不均匀磨损和变形，避免表面接触应力集中，提高耐熔着磨 损的能力，减少往复运动质量；提高环的密封性能等。而且，窄的环也有利磨 合。 活塞环的径向厚度大与活塞环对气缸壁的接触压力有关。随着径向厚度的增 大，活塞环对气缸壁的接触压力使增大。但是厚度过大，应力也大，当环往活 塞上安装时就容易折断；而且对气缸壁的横向变形的适应性也低。 18、活塞环根据接触压力进行分类 活塞环根据接触压力进行分类：均压环 沿整个工作表面对气缸壁的压力是均 匀的。非均压环 沿整个工作表面对气缸壁的压力不是均匀的；在切口附近的压 力最高，压力分布呈梨形，通称为梨形环或高点环；在切口附近的压力较小， 压力分布呈苹果形，通称为苹果环或低点环。 19、活塞均压环的自由状态形状 自由状态下环的曲率半径，在 处最小，在 处最大。 20、活塞环的弯曲应力 活塞环工作时的强度计算，因剪切力与轴向力影响较小，则只计算弯矩。活 塞环的弯曲应力应按两种状况进行计算：工作状态下的弯曲应力；套装应力。 21、活塞环的套装应力：
将活塞环往活塞上套装时，切口扳得比S还大，则正对切口处的最大套装弯 曲应力得
将活塞环往活塞上套装时，切口扳得比 S0 还大，则正对切口处的最大套装弯 曲应力得