摘要
本文以捷达EA113汽油机的相关参数作为参考，对四缸汽油机的曲柄连杆机构的主要零部件进行了结构设计计算，并对曲柄连杆机构进行了有关运动学和动力学的理论分析与计算机仿真分析。
首先，以运动学和动力学的理论知识为依据，对曲柄连杆机构的运动规律以及在运动中的受力等问题进行详尽的分析，并得到了精确的分析结果。其次分别对活塞组、连杆组以及曲轴进行详细的结构设计，并进行了结构强度和刚度的校核。再次，应用三维CAD软件：Pro/Engineer建立了曲柄连杆机构各零部件的几何模型，在此工作的基础上，利用Pro/E软件的装配功能，将曲柄连杆机构的各组成零件装配成活塞组件、连杆组件和曲轴组件，然后利用Pro/E软件的机构分析模块(Pro/Mechanism)，建立曲柄连杆机构的多刚体动力学模型，进行运动学分析和动力学分析模拟，研究了在不考虑外力作用并使曲轴保持匀速转动的情况下，活塞和连杆的运动规律以及曲柄连杆机构的运动包络。仿真结果的分析表明，仿真结果与发动机的实际工作状况基本一致，文章介绍的仿真方法为曲柄连杆机构的选型、优化设计提供了一种新思路。
关键词：发动机；曲柄连杆机构；受力分析；仿真建模；运动分析；Pro/E
ABSTRACT
This article refers to by the Jeeta EA113 gasoline engine’s related parameter achievement, it has carried on the structural design compution for main parts of the crank link mechanism in the gasoline engine with four cylinders, and has carried on theoretical analysis and simulation analysis in computer in kinematics and dynamics for the crank link mechanism.
First, motion laws and stress in movement about the crank link mechanism are analyzed in detail and the precise analysis results are obtained. Next separately to the piston group, the linkage as well as the crank carries on the detailed structural design, and has carried on the structural strength and the rigidity examination. Once more, applys three-dimensional CAD software Pro/Engineer establishing the geometry models of all kinds of parts in the crank link mechanism, then useing the Pro/E software assembling function assembles the components of crank link into the piston module, the connecting rod module and the crank module, then using Pro/E software mechanism analysis module (Pro/Mechanism), establishes the multi-rigid dynamics model of the crank link, and carries on the kinematics analysis and the dynamics analysis simulation, and it studies the piston and the connecting rod movement rule as well as crank link motion gear movement envelopment. The analysis of simulation results shows that those simulation results are meet to true working state of engine. It also shows that the simulation method introduced here can offer a new efficient and convenient way for the mechanism choosing and optimized design of crank-connecting rod mechanism in engine.
Key words: Engine；Crankshaft-Connecting Rod Mechanism；Analysis of Force；Modeling of Simulation；Movement Analysis；Pro/E
目录
摘要.........................................................................................................................................I Abstract ................................................................................................................................ II 第1章绪论 .. (1)
1.1 选题的目的和意义 (1)
1.2 国内外的研究现状 (1)
1.3 设计研究的主要内容 (3)
第2章曲柄连杆机构受力分析 (4)
2.1 曲柄连杆机构的类型及方案选择 (4)
2.2 曲柄连杆机构运动学 (4)
2.1.1 活塞位移 (5)
2.1.2 活塞的速度 (6)
2.1.3 活塞的加速度 (6)
2.2 曲柄连杆机构中的作用力 (7)
2.2.1 气缸内工质的作用力 (7)
2.2.2 机构的惯性力 (7)
2.3 本章小结 (14)
第3章活塞组的设计 (15)
3.1 活塞的设计 (15)
3.1.1 活塞的工作条件和设计要求 (15)
3.1.2 活塞的材料 (16)
3.1.3 活塞头部的设计 (16)
3.1.4 活塞裙部的设计 (21)
3.2 活塞销的设计 (23)
3.2.1 活塞销的结构、材料 (23)
3.2.2 活塞销强度和刚度计算 (23)
3.3 活塞销座 (24)
3.3.1 活塞销座结构设计 (24)
3.3.2 验算比压力 (24)
3.4 活塞环设计及计算 (25)
3.4.1 活塞环形状及主要尺寸设计 (25)
3.4.2 活塞环强度校核 (25)
3.5 本章小结 (26)
第4章连杆组的设计 (27)
4.1 连杆的设计 (27)
4.1.1 连杆的工作情况、设计要求和材料选用 (27)
4.1.2 连杆长度的确定 (27)
4.1.3 连杆小头的结构设计与强度、刚度计算 (27)
4.1.4 连杆杆身的结构设计与强度计算 (30)
4.1.5 连杆大头的结构设计与强度、刚度计算 (33)
4.2 连杆螺栓的设计 (35)
4.2.1 连杆螺栓的工作负荷与预紧力 (35)
4.2.2 连杆螺栓的屈服强度校核和疲劳计算 (35)
4.3 本章小结 (36)
第5章曲轴的设计 (37)
5.1 曲轴的结构型式和材料的选择 (37)
5.1.1 曲轴的工作条件和设计要求 (37)
5.1.2 曲轴的结构型式 (37)
5.1.3 曲轴的材料 (37)
5.2 曲轴的主要尺寸的确定和结构细节设计 (38)
5.2.1 曲柄销的直径和长度 (38)
5.2.2 主轴颈的直径和长度 (38)
5.2.3 曲柄 (39)
5.2.4 平衡重 (39)
5.2.5 油孔的位置和尺寸 (40)
5.2.6 曲轴两端的结构 (40)
5.2.7 曲轴的止推 (40)
5.3 曲轴的疲劳强度校核 (41)
5.3.1 作用于单元曲拐上的力和力矩 (41)
5.3.2 名义应力的计算 (45)
5.4 本章小结 (47)
第6章曲柄连杆机构的创建 (48)
6.1 对Pro/E软件基本功能的介绍 (48)
6.2 活塞的创建 (48)
6.2.1 活塞的特点分析 (48)
6.2.2 活塞的建模思路 (48)
6.2.3 活塞的建模步骤 (49)
6.3 连杆的创建 (50)
6.3.1 连杆的特点分析 (50)
6.3.2 连杆的建模思路 (50)
6.3.3 连杆体的建模步骤 (51)
6.3.4 连杆盖的建模 (52)
6.4 曲轴的创建 (52)
6.4.1 曲轴的特点分析 (52)
6.4.2 曲轴的建模思路 (52)
6.4.3 曲轴的建模步骤 (53)
6.5 曲柄连杆机构其它零件的创建 (55)
6.5.1 活塞销的创建 (55)
6.5.2 活塞销卡环的创建 (55)
6.5.3 连杆小头衬套的创建 (55)
6.5.4 大头轴瓦的创建 (55)
6.5.5 连杆螺栓的创建 (56)
6.6 本章小结 (56)
第7章曲柄连杆机构运动分析 (57)
7.1 活塞及连杆的装配 (57)
7.1.1 组件装配的分析与思路 (57)
7.1.2 活塞组件装配步骤 (57)
7.1.3 连杆组件的装配步骤 (58)
7.2 定义曲轴连杆的连接 (59)
7.3 定义伺服电动机 (60)
7.4 建立运动分析 (60)
7.5 进行干涉检验与视频制作 (61)
7.6 获取分析结果 (62)
7.7 对结果的分析 (64)
7.8 本章小结 (64)
结论 (65)
参考文献 (66)
致谢 (67)
附录 (68)
第1章绪论
1.1 选题的目的和意义
曲柄连杆机构是发动机的传递运动和动力的机构，通过它把活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动而输出动力。因此，曲柄连杆机构是发动机中主要的受力部件，其工作可靠性就决定了发动机工作的可靠性。随着发动机强化指标的不断提高，机构的工作条件更加复杂。在多种周期性变化载荷的作用下，如何在设计过程中保证机构具有足够的疲劳强度和刚度及良好的动静态力学特性成为曲柄连杆机构设计的关键性问题[1]。
通过设计，确定发动机曲柄连杆机构的总体结构和零部件结构，包括必要的结构尺寸确定、运动学和动力学分析、材料的选取等，以满足实际生产的需要。
在传统的设计模式中，为了满足设计的需要须进行大量的数值计算，同时为了满足产品的使用性能，须进行强度、刚度、稳定性及可靠性等方面的设计和校核计算，同时要满足校核计算，还需要对曲柄连杆机构进行动力学分析。
为了真实全面地了解机构在实际运行工况下的力学特性，本文采用了多体动力学仿真技术，针对机构进行了实时的，高精度的动力学响应分析与计算，因此本研究所采用的高效、实时分析技术对提高分析精度，提高设计水平具有重要意义，而且可以更直观清晰地了解曲柄连杆机构在运行过程中的受力状态，便于进行精确计算，对进一步研究发动机的平衡与振动、发动机增压的改造等均有较为实用的应用价值。
1.2 国内外的研究现状
多刚体动力学模拟是近十年发展起来的机械计算机模拟技术，提供了在设计过程中对设计方案进行分析和优化的有效手段，在机械设计领域获得越来越广泛的应用。它是利用计算机建造的模型对实际系统进行实验研究，将分析的方法用于模拟实验，充分利用已有的基本物理原理，采用与实际物理系统实验相似的研究方法，在计算机上运行仿真实验。目前多刚体动力学模拟软件主要有Pro/Mechanics，Working model 3D，ADAMS等。多刚体动力学模拟软件的最大优点在于分析过程中无需编写复杂仿真程序，在产品的设计分析时无需进行样机的生产和试验。对内燃机产品的部件装配进行机构运动仿真，可校核部件运动轨迹，及时发现运动干涉；对部件装配进行动力学仿真，可校核机构受力情况；根据机构运动约束及保证性能最优的目标进行机构设计优化，可最大限度地满足性能要求，对设计提供指导和修正[2]。目前国内大学和企
业已经已进行了机构运动、动力学仿真方面的研究和局部应用，能在设计初期及时发现内燃机曲柄连杆机构干涉，校核配气机构运动、动力学性能等，为设计人员提供了基本的设计依据[3-4]。
目前国内外对发动机曲柄连杆机构的动力学分析的方法很多，而且已经完善和成熟。其中机构运动学分析是研究两个或两个以上物体间的相对运动，即位移、速度和加速度的变化关系：动力学则是研究产生运动的力。发动机曲柄连杆机构的动力学分析主要包括气体力、惯性力、轴承力和曲轴转矩等的分析，传统的内燃机工作机构动力学、运动学分析方法主要有图解法和解析法[5]。
1、解析法
解析法是对构件逐个列出方程，通过各个构件之间的联立线性方程组来求解运动副约束反力和平衡力矩，解析法又包括单位向量法、直角坐标法等。
2、图解法
图解法形象比较直观，机构各组成部分的位移、速度、加速度以及所受力的大小及改变趋势均能通过图解一目了然。图解法作为解析法的辅助手段，可用于对计算机结果的判断和选择。解析法取点数值较少，绘制曲线精度不高。不经任何计算，对曲柄连杆机构直接图解其速度和加速度的方法最早由克莱茵提出，但方法十分复杂[6]。
3、复数向量法
复数向量法是以各个杆件作为向量，把在复平面上的连接过程用复数形式加以表达，对于包括结构参数和时间参数的解析式就时间求导后，可以得到机构的运动性能。该方法是机构运动分析的较好方法。
通过对机构运动学、动力学的分析，我们可以清楚了解内燃机工作机构的运动性能、运动规律等，从而可以更好地对机构进行性能分析和产品设计。但是过去由于手段的原因，大部分复杂的机械运动尽管能够给出解析表达式，却难以计算出供工程设计使用的结果，不得不用粗糙近似的图解法求得数据。近年来随着计算机的发展，可以利用复杂的计算表达式来精确求解各种运动过程和动态过程，从而形成了机械性能分析和产品设计的现代理论和方法。
通过对机构运动学和动力学分析，我们可以清楚了解内燃机工作机构的运动性能、运动规律等，从而可以更好地对机构进行性能分析和产品设计。但是过去由于手段的原因，大部分复杂的机构运动尽管能够给出解析式，却难以计算出供工程使用的计算结果，不得不用粗糙的图解法求得数据。随着计算机的发展，可以利用复杂的计算表达式来精确求解各种运动过程和动态过程，从而形成机械性能分析和产品设计的现代理论和方法。
机械系统动态仿真技术的核心是利用计算机辅助技术进行机械系统的运动学和动力学分析，以确定系统各构件在任意时刻的位置、速度和加速度，进而确定系统及其及其各构件运动所需的作用力[5]。目前，在对内燃机曲柄连杆机构进行动力学分析时，大多采用的是专业的虚拟样机商业软件，如ADAMS等。这些软件的功能重点是在力学分析上，在建模方面还是有很多不足，尤其是对这些复杂的曲柄连杆机构零部件的三维建模很难实现。因而在其仿真分析过程中对于结构复杂的模型就要借助CAD软件来完成，如Pro/E、UG、Solidworks等[4]。当考虑到对多柔体系统进行动力学分析时，有时还需要结合Ansys等专业的有限元分析软件来进行[7]。这一过程十分复杂，不仅需要对这些软件有一定了解，还需要处理好软件接口之间的数据传输问题，而且软件使用成本也很高。
1.3 设计研究的主要内容
对内燃机运行过程中曲柄连杆机构受力分析进行深入研究，其主要的研究内容有：（1）对曲柄连杆机构进行运动学和动力学分析，分析曲柄连杆机构中各种力的作用情况，并根据这些力对曲柄连杆机构的主要零部件进行强度、刚度等方面的计算和校核，以便达到设计要求；
（2）分析曲柄连杆机构中主要零部件如活塞，曲轴，连杆等的工作条件和设计要求，进行合理选材，确定出主要的结构尺寸，并进行相应的尺寸检验校核，以符合零件实际加工的要求；
（3）应用Pro/E软件对曲柄连杆机构的零件分别建立实体模型，并将其分别组装成活塞组件，连杆组件，然后定义相应的连接关系，最后装配成完整的机构，并进行运动仿真分析，检测其运动干涉，获取分析结果；
（4）应用Pro/E软件将零件模型图转化为相应的工程图，并结合使用AutoCAD 软件，系统地反应工程图上的各类信息，以便实现对机构的进一步精确设计和检验。
第2章曲柄连杆机构受力分析
研究曲柄连杆机构的受力，关键在于分析曲柄连杆机构中各种力的作用情况，并根据这些力对曲柄连杆机构的主要零件进行强度、刚度、磨损等方面的分析、计算和设计，以便达到发动机输出转矩及转速的要求。
2.1曲柄连杆机构的类型及方案选择
内燃机中采用曲柄连杆机构的型式很多，按运动学观点可分为三类，即:中心曲柄连杆机构、偏心曲柄连杆机构和主副连杆式曲柄连杆机构。
1、中心曲柄连杆机构
其特点是气缸中心线通过曲轴的旋转中心，并垂直于曲柄的回转轴线。这种型式的曲柄连杆机构在内燃机中应用最为广泛。一般的单列式内燃机，采用并列连杆与叉形连杆的V形内燃机，以及对置式活塞内燃机的曲柄连杆机构都属于这一类。
2、偏心曲柄连杆机构
其特点是气缸中心线垂直于曲轴的回转中心线，但不通过曲轴的回转中心，气缸中心线距离曲轴的回转轴线具有一偏移量e。这种曲柄连杆机构可以减小膨胀行程中活塞与气缸壁间的最大侧压力，使活塞在膨胀行程与压缩行程时作用在气缸壁两侧的侧压力大小比较均匀。
3、主副连杆式曲柄连杆机构
其特点是内燃机的一列气缸用主连杆，其它各列气缸则用副连杆，这些连杆的下端不是直接接在曲柄销上，而是通过副连杆销装在主连杆的大头上，形成了“关节式”运动，所以这种机构有时也称为“关节曲柄连杆机构”。在关节曲柄连杆机构中，一个曲柄可以同时带动几套副连杆和活塞，这种结构可使内燃机长度缩短，结构紧凑，广泛的应用于大功率的坦克和机车用V形内燃机[8]。
经过比较，本设计的型式选择为中心曲柄连杆机构。
2.2 曲柄连杆机构运动学
中心曲柄连杆机构简图如图2.1所示，图2.1中气缸中心线通过曲轴中心O，OB 为曲柄，AB为连杆，B为曲柄销中心，A为连杆小头孔中心或活塞销中心。
当曲柄按等角速度 旋转时，曲柄OB上任意点都以O点为圆心做等速旋转运动，活塞A点沿气缸中心线做往复运动，连杆AB则做复合的平面运动，其大头B点与曲柄一端相连，做等速的旋转运动，而连杆小头与活塞相连，做往复运动。在实际分析
课程设计说明书 设计题目 院（系）专业班学生姓名 完成日期 指导教师（签字） 华中科技大学
目录 一目的与要求 (1) 二设计任务 (2) 三工作过程模拟计算 (3) 四动力学计算 (7) 五设计感想 (10) 参考文献 (11) 附录A 发动机外特性曲线 (12) 附录 B F g-?、F j-?、F-?曲线图 (13) 附录 C F N-?、F L-?、F t-?、F k-?、R B-?曲线图 (14) 附录 D 发动机合成扭矩∑M k-?曲线图 (15)
一目的与要求 1.目的 发动机课程设计是《发动机现代设计》课程的后续教学环节，旨在对刚学习过的发动机设计课程以及发动机原理课程的知识进行综合运用，加深对专业知识的理解。在课程设计环节，通过总体性能计算（工作过程模拟计算与动力学计算）将发动机的结构参数与性能参数结合起来，弄清结构与性能之间的内在联系；通过发动机总体布置图设计，对发动机的总体结构有一个全面而具体的了解，并深化对发动机各主要零件的作用和设计要求的理解。 2.要求 对提供的教学参考资料要认真分析，在理解的基础上借鉴，不要盲目照搬照抄。独立完成，可以讨论，不许抄袭；按时完成，不得延期。交课程设计材料（计算说明书与图纸）时必须通过指导教师的考核，不得代交。计算说明书应包括：计算目的、已知条件、变量说明、计算结果及说明（分析）等，其中动力学计算应有受力分析图，曲线图应标明坐标及单位。所绘图纸应符合工程图纸规范要求。
二设计任务 4110柴油机总体方案设计 1. 技术参数 机型：立式，直列，水冷，四冲程，废气涡轮增压、中冷燃烧室型式：直喷式 气缸直径：110mm 活塞行程：125mm（曲柄半径：62.5mm） 缸数：4 发火顺序：1-3-4-2 压缩比：17 标定功率(kW)/转速(r/min)：140/2300 最大扭矩（N.m）/转速（r/min）： 640/1450~1550 外特性最低燃油耗率（g/kW.h）：200 标定工况燃油耗率（g/kW.h）：210 机油耗率（g/kW.h）：≤1.0 调速率：≤8% 怠速（r/min）： 750 曲轴旋转方向（从前端看）：顺时针 气门间隙（冷态）：进气门0.3～0.4，排气门0.4～0.5 冷却方式：强制水冷 润滑方式：压力、飞溅复合式 启动方式：电启动 配气定时：进气门开，上止点前20oＣＡ；进气门关，下止点后43oＣＡ排气门开，下止点前60oＣＡ；排气门关，上止点后20oＣＡ 供油提前角：上止点前18±2oＣＡ 2. 其他有关数据 活塞质量：1.32kg 活塞销质量：0.58kg 活塞环总质量：0.088kg 连杆大头质量（直开口/斜开口, kg）： 1.89/1.98 连杆小头质量(kg)：0.704 连杆长度L(mm)：210 曲柄销直径：70mm 曲柄销长度：40mm 主轴颈直径：85mm 主轴颈长度（非止推挡）：36mm 曲柄臂厚度：28mm 曲柄臂宽度：126mm
汽车发动机的曲柄连杆机构 【概述】 曲柄连杆机构是汽车发动机实现工作循环，完成能量转换的传动机构，用来传递力和改变运动方式。工作中，曲柄连杆机构在做功行程中把活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动，对外输出动力，而在其他三个行程中，即进气、压缩、排气行程中又把曲轴的旋转运动转变成活塞的往复直线运动。总的来说曲柄连杆机构是发动机借以产生并传递动力的机构。通过它把燃料燃烧后发出的热能转变为机械能。 发动机工作时，曲柄连杆机构直接与高温高压气体接触，曲轴的旋转速度又很高，活塞往复运动的线速度相当大，同时与可燃混合气和燃烧废气接触，曲柄连杆机构还受到化学腐蚀作用，并且润滑困难。可见，曲柄连杆机构的工作条件相当恶劣，它要承受高温、高压、高速和化学腐蚀作用。 【组成】 曲柄连杆机构的主要零件可以分为三组，即机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组。 机体组 机体是构成发动机的骨架，是发动机各机构和各系统的安装 基础，其内、外安装着发动机的所有主要零件和附件，承受各种 载荷。因此，机体必须要有足够的强度和刚度。发动机的机体组 主要由气缸体、曲轴箱、气缸盖和气缸垫等零件组成。 气缸体 气缸体是发动机各个机构和系统的装配基体，并由它来保持发动机各运动部件相互之间
的准确位置关系。气缸体上部的圆柱形空腔称为气缸，下半部为支承曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间。在气缸体内部铸有许多加强筋，冷却水套和润滑油道等。 一、气缸体的工作条件、要求及材料 （1）应具有足够的强度和刚度、耐磨损和耐腐蚀、适当冷却 ?发动机中最大的零件 ?承受拉、压、弯、扭等机械负荷 ?承受高温燃气很大的热负荷 ?发动机大部分零件安装在机体上 （2）力求结构紧凑、质量轻 ?尽量减小整机的重量（发动机最大的零件） ?加强肋（减小质量、保证刚度与强度） （3）机体材料 ?一般高强度灰铸铁或球墨铸铁、合金铸铁 ?为了减轻质量、加强散热采用铝合金 二、气缸体的分类 （一）按结构形式 根据气缸体与油底壳安装平面的位置不同，通常把气缸体分为一般式、龙门式和隧道式三种形式。 （1）一般式气缸体其特点是油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。这种气缸体的优点是机体高度小，重量轻，结构紧凑，便于加工，曲轴拆装方便；但其缺点是刚度和强度较差 （2）龙门式气缸体其特点是油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心。它的优点是强度和刚
金属材料热处理原理与工艺课程设计40Mn发动机连杆螺栓热处理工艺设计 院、部： 学生姓名： 学号： 指导教师：职称 专业： 班级： 完成时间：
摘要 综述了发动机连杆螺栓的工作环境，使用性能，失效形式，连杆螺栓材料的选择，热处理工艺等。主要就连杆螺栓的热处理工艺做了详细的分析，通过大量的实验得出了连杆螺栓材料热处理后的金相组织图等资料。分别对球化退火、淬火、回火过程中组织、硬度的的变化做了分析。并就实验中出现的问题作了分析，以供参考。 关键词：连杆螺栓热处理；等温退火；淬火；回火；问题分析
目录 摘要............................................................................................................................................. I 前言. (1) 1 连杆螺栓的使用性能 (1) 2 材料选择及技术要求 (1) 2.1.螺栓的热处理工艺规范 (2) 2.2材料的选择 (2) 3 热处理工艺及目的 (3) 3.1退火 (3) 3.2正火 (3) 3.3淬火 (4) 3.4回火 (4) 4 设计说明 (4) 4.1失效形式 (4) 4.2工作要求 (4) 4.3结构钢40M N的化学成分 (5) 4.3.1 主要特性 (5) 4.3.2 材料分析 (5) 4.3.3 力学性能要求 (6) 4.3.4 基于材料的零件设计 (6) 4.5热处理工艺说明 (7) 5 设计方案 (8) 5.1正火 (8) 5.2调质处理 (8) 5.3回火的制定 (9) 6 螺栓的热处理质量检测 (9) 6.1硬度计 (9) 6.2外观检测与金相组织检验 (9) 7 螺栓热处理回火缺陷的原因及解决方案 (10) 参考文献 (11)
课程设计任务书
目录 1 绪论 (1) 1.1CATIA V5软件介绍 (1) 1.2ADAMS软件介绍 (1) 1.3S IM D ESIGNER软件介绍 (2) 1.4本次课程设计的主要内容及目的 (2) 2 曲柄连杆机构的建模 (3) 2.1活塞的建模 (3) 2.2活塞销的建模 (5) 2.3连杆的建模 (5) 2.4曲轴的建模 (6) 2.5汽缸体的建模 (8) 3 曲柄连杆机构的装配 (10) 3.1将各部件导入CATIA装配模块并利用约束命令确定位置关系 (10) 4 曲柄连杆机构导入ADAMS (14) 4.1曲柄连杆机构各个零部件之间运动副分析 (14) 4.2曲柄连杆机构各个零部件之间运动副建立 (14) 4.3曲柄连杆机构导入ADAMS (16) 5 曲柄连杆机构的运动学分析 (17) 结束语 (21) 参考文献 (22)
1 绪论 1.1 CATIA V5软件介绍 CATIA V5(Computer-graphics Aided Three-dimensional Interactive Application)是法国Dassault公司于1975年开发的一套完整的3D CAD/CAM/CAE一体化软件。它的内容涵盖了产品概念设计、工业设计、三维建模、分析计算、动态模拟与仿真、工程图的生成、生产加工成产品的全过程，其中还包括了大量的电缆和管道布线、各种模具设计与分析、人机交换等实用模块。CATIA V5不但能保证企业内部设计部门之间的协同设计功能而且还可以提供企业整个集成的设计流程和端对端的解决方案。CATIA V5大量应用于航空航天、汽车及摩托车行业、机械、电子、家电与3C产业、NC加工等领域。 由于其功能的强大而完美，CATIA V5已经成为三维CAD/CAM领域的一面旗帜和争相遵从的标准，特别是在航空航天、汽车及摩托车领域。法国的幻影2000系列战斗机就是使用CATIA V5进行设计的一个典范；波音777客机则使用CATIA V5实现了无图纸设计。另外，CATIA V5还用于制造米其林轮胎、伊莱克斯电冰箱和洗衣机、3M公司的粘合剂等。CATIA V5不仅给用户提供了详细的解决方案，而且具有先进的开发性、集成性及灵活性。 CATIA V5的主要功能有：三维几何图形设计、二维工程蓝图绘制、复杂空间曲面设计与验证、三维计算机辅助加工制造、加工轨迹模拟、机构设计及运动分析、标准零件管理。 1.2 ADAMS软件介绍 ADAMS即机械系统动力学自动分析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)，该软件是美国MDI公司(Mechanical Dynamics Inc.)开发的虚拟样机分析软件。目前，ADAMS己经被全世界各行各业的数百家主要制造商采用。根据1999年机械系统动态仿真分析软件国际市场份额的统计资料，ADAMS软件销售总额近八千万美元、占据了51%的份额。 ADAMS软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格郎日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、
工程软件训练 目录 目录 (1) 第1章绪论 (3) 第2章活塞组的设计 (4) 2.1 活塞的设计 (4) 2.1.1 活塞的材料 (4) 2.1.2 活塞头部的设计 (4) 2.1.3 活塞裙部的设计 (5) 2.2 活塞销的设计 (5) 2.2.1 活塞销的结构 (5) 第3章连杆组的设计 (6) 3.1 连杆的设计 (6) 3.1.1 连杆材料的选用 (6) 3.1.2 连杆长度的确定 (6) 3.1.3 连杆小头的结构设计 (6) 3.1.4 连杆杆身的结构设计 (6) 3.1.5 连杆大头的结构设计 (6) 3.2 连杆螺栓的设计 (7) 第4章曲轴的设计 (8) 4.1 曲轴的结构型式和材料的选择 (8) 4.1.1 曲轴的结构型式 (8) 4.1.2 曲轴的材料 (8) 4.2 曲轴的主要尺寸的确定和结构细节设计 (8) 4.2.1 曲柄销的直径和长度 (8) 4.2.2 主轴颈的直径和长度 (9) 4.2.3 曲柄 (9) 4.2.4 平衡重 (9) 4.2.5 油孔的位置和尺寸 (10) 4.2.6 曲轴两端的结构 (10) 1
工程软件训练 第5章曲柄连杆机构的创建 (11) 5.1 活塞的创建 (11) 5.2 连杆的创建 (11) 5.3 曲轴的创建 (11) 第六章曲柄连杆机构静力学分析 (13) 6.1 活塞的静力分析 (13) 6.2 连杆的静力分析 (13) 2
工程软件训练 第1章绪论 曲柄连杆机构是发动机的传递运动和动力的机构，通过它把活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动而输出动力。因此，曲柄连杆机构是发动机中主要的受力部件，其工作可靠性就决定了发动机工作的可靠性。随着发动机强化指标的不断提高，机构的工作条件更加复杂。在多种周期性变化载荷的作用下，如何在设计过程中保证机构具有足够的疲劳强度和刚度及良好的动静态力学特性成为曲柄连杆机构设计的关键性问题[1]。 通过设计，确定发动机曲柄连杆机构的总体结构和零部件结构，包括必要的结构尺寸确定、运动学和动力学分析、材料的选取等，以满足实际生产的需要。 在传统的设计模式中，为了满足设计的需要须进行大量的数值计算，同时为了满足产品的使用性能，须进行强度、刚度、稳定性及可靠性等方面的设计和校核计算，同时要满足校核计算，还需要对曲柄连杆机构进行动力学分析。 为了真实全面地了解机构在实际运行工况下的力学特性，本文采用了多体动力学仿真技术，针对机构进行了实时的，高精度的动力学响应分析与计算，因此本研究所采用的高效、实时分析技术对提高分析精度，提高设计水平具有重要意义，而且可以更直观清晰地了解曲柄连杆机构在运行过程中的受力状态，便于进行精确计算，对进一步研究发动机的平衡与振动、发动机增压的改造等均有较为实用的应用价值。 本文以捷达EA113汽油机的相关参数作为参考，对四缸汽油机的曲柄连杆机构的主要零部件进行了结构设计计算，并对曲柄连杆机构进行了有关运动学和动力学的理论分析与计算机仿真分析。 3
. 摘要 以桑塔纳2000AJR型发动机为例，基于相关参数对发动机曲柄滑块机构主要零部件进行结构设计计算，同时进行强度、刚度等方面的校核，并进行相关力学分析和机构运动仿真分析，以达到良好的生产经济效益。 目前国外对发动机曲柄连杆机构的动力学分析的方法很多，而且已经完善和成熟，但仍缺乏一种基于良好生产效益、经济效益上的综合性分析，本次设计在清晰、全面剖析的基础上，有机地将各研究模块联系起来，达到既简便又清晰的设计目的，力求为发动机曲柄滑块机构的设计提供一种综合全面的思路。 分析研究的主要模块分为以下三个部分：第一，对发动机曲柄滑块机构进行力学分析，着重分析活塞的位移、速度、加速度以及工质的作用力和机构的惯性力；第二，进行曲柄滑块机构活塞组、连杆组以及曲轴的结构设计，并对其强度和刚度进行校核；第三，应用Pro∕Engineer 建立曲柄滑块机构主要零部件的几何模型，并利用Pro/Mechanism进行机构仿真。 关键词：发动机；曲柄滑块机构；力学分析；机构仿真
目录 第一章绪论 (1) 1.1国外发展现状 (1) 1.2研究的主要容 (1) 第二章总体方案的设计 (2) 2.1原始参数的选定 (2) 2.2原理性方案设计 (2) 2.3 结构的设计 (3) 2.4 确定设计方案 (3) 第三章中心曲柄连杆机构的设计 (5) 3.1 气缸的作用力分析 (5) 3.2 惯性力的计算 (5) 第四章活塞以及连杆组件的设计 (8) 4.1 设计活塞组件 (8) 4.2 设计活塞销 (9) 4.3 活塞销座 (9) 4.4 连杆的设计 (9) 第五章曲轴的设计 (11) 5.1 曲轴的材料的选择 (11) 5.2 确定曲轴的主要尺寸和结构细节 (11) 第六章曲柄连杆机构的创建 (13)
汽车运动机构课程设计说明书 温州大学机电工程学院 2013年6月
机械原理设计说明书 题目:汽车转向机构 学院:机电工程学院 专业:汽车服务工程 班级:11汽车服务本 姓名:叶凌峰俞科王栋柄 王璐吴海霞欧阳凯强 学号:11113003233 11113003243 11113003199 11113003209 11113003218 11113003174指导老师:李振哲
目录 一.设计题目 (1) 1.1课程设计目的和任务 (1) 1.2课程设计内容与基本要求 (2) 1.3机构简介 ........................................................................ 错误！未定义书签。 1.4参考数据 (5) 1.5设计要求 (5) 二. 设计方案比较 (6) 2.1设计方案一 (6) 2.2设计方案二 (7) 2.3设计方案三 (8) 2.4最终设计方案 ................................................................ 错误！未定义书签。 三.虚拟样机实体建模与仿真 (9) 四.虚拟样机仿真结果分析 (10) 4.1运动学仿真 (11) 4.1.1运动学仿真--转向盘位移仿真曲线 (11) 4.1.2运动学仿真--轮胎位移仿真曲线 (11) 4.1.3运动学仿真--转向盘速度仿真曲线 (12) 4.1.4运动学仿真--轮胎速度仿真曲线 (12) 4.1.5运动学仿真--转向盘加速度仿真曲线 (13) 4.1.6运动学仿真--轮胎加速度仿真曲线 (13) 4.2动力学分析 (14) 4.2.1转向盘受力仿真曲线 (14) 4.2.2轮胎受力仿真曲线 (14) 五. 课程设计总结 (15) 5.1机械原理课程设计总结 (15) 5.2设计过程 (15) 5.3设计展望 (16) 5.4设计工作分工表 (16) 5.5参考文献 (16)
曲柄连杆机构课程 设计
目录 目录 (1) 第1章绪论 (3) 第2章活塞组的设计 (4) 2.1 活塞的设计 (4) 2.1.1 活塞的材料 (4) 2.1.2 活塞头部的设计 (4) 2.1.3 活塞裙部的设计 (5) 2.2 活塞销的设计 (5) 2.2.1 活塞销的结构 (5) 第3章连杆组的设计 (6) 3.1 连杆的设计 (6) 3.1.1 连杆材料的选用 (6) 3.1.2 连杆长度的确定 (6) 3.1.3 连杆小头的结构设计 (6) 3.1.4 连杆杆身的结构设计 (6) 3.1.5 连杆大头的结构设计 (6) 3.2 连杆螺栓的设计 (7) 第4章曲轴的设计 (8) 4.1 曲轴的结构型式和材料的选择 (8) 4.1.1 曲轴的结构型式 (8) 4.1.2 曲轴的材料 (8)
4.2 曲轴的主要尺寸的确定和结构细节设计 (8) 4.2.1 曲柄销的直径和长度 (8) 4.2.2 主轴颈的直径和长度 (9) 4.2.3 曲柄 (9) 4.2.4 平衡重 (9) 4.2.5 油孔的位置和尺寸 (10) 4.2.6 曲轴两端的结构 (10) 第5章曲柄连杆机构的创立 (11) 5.1 活塞的创立 (11) 5.2 连杆的创立 (11) 5.3 曲轴的创立 (11) 第六章曲柄连杆机构静力学分析 (13) 6.1 活塞的静力分析 (13) 6.2 连杆的静力分析 (13)
第1章绪论 曲柄连杆机构是发动机的传递运动和动力的机构，经过它把活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动而输出动力。因此，曲柄连杆机构是发动机中主要的受力部件，其工作可靠性就决定了发动机工作的可靠性。随着发动机强化指标的不断提高，机构的工作条件更加复杂。在多种周期性变化载荷的作用下，如何在设计过程中保证机构具有足够的疲劳强度和刚度及良好的动静态力学特性成为曲柄连杆机构设计的关键性问题[1]。 经过设计，确定发动机曲柄连杆机构的总体结构和零部件结构，包括必要的结构尺寸确定、运动学和动力学分析、材料的选取等，以
摘要 本文以捷达EA113汽油机的相关参数作为参考，对四缸汽油机的曲柄连杆机构的主要零部件进行了结构设计计算，并对曲柄连杆机构进行了有关运动学和动力学的理论分析与计算机仿真分析。 首先，以运动学和动力学的理论知识为依据，对曲柄连杆机构的运动规律以及在运动中的受力等问题进行详尽的分析，并得到了精确的分析结果。其次分别对活塞组、连杆组以及曲轴进行详细的结构设计，并进行了结构强度和刚度的校核。再次，应用三维CAD软件：Pro/Engineer建立了曲柄连杆机构各零部件的几何模型，在此工作的基础上，利用Pro/E软件的装配功能，将曲柄连杆机构的各组成零件装配成活塞组件、连杆组件和曲轴组件，然后利用Pro/E软件的机构分析模块(Pro/Mechanism)，建立曲柄连杆机构的多刚体动力学模型，进行运动学分析和动力学分析模拟，研究了在不考虑外力作用并使曲轴保持匀速转动的情况下，活塞和连杆的运动规律以及曲柄连杆机构的运动包络。仿真结果的分析表明，仿真结果与发动机的实际工作状况基本一致，文章介绍的仿真方法为曲柄连杆机构的选型、优化设计提供了一种新思路。 关键词：发动机；曲柄连杆机构；受力分析；仿真建模；运动分析；Pro/E
ABSTRACT This article refers to by the Jeeta EA113 gasoline engine’s related parameter achievement, it has carried on the structural design compution for main parts of the crank link mechanism in the gasoline engine with four cylinders, and has carried on theoretical analysis and simulation analysis in computer in kinematics and dynamics for the crank link mechanism. First, motion laws and stress in movement about the crank link mechanism are analyzed in detail and the precise analysis results are obtained. Next separately to the piston group, the linkage as well as the crank carries on the detailed structural design, and has carried on the structural strength and the rigidity examination. Once more, applys three-dimensional CAD software Pro/Engineer establishing the geometry models of all kinds of parts in the crank link mechanism, then useing the Pro/E software assembling function assembles the components of crank link into the piston module, the connecting rod module and the crank module, then using Pro/E software mechanism analysis module (Pro/Mechanism), establishes the multi-rigid dynamics model of the crank link, and carries on the kinematics analysis and the dynamics analysis simulation, and it studies the piston and the connecting rod movement rule as well as crank link motion gear movement envelopment. The analysis of simulation results shows that those simulation results are meet to true working state of engine. It also shows that the simulation method introduced here can offer a new efficient and convenient way for the mechanism choosing and optimized design of crank-connecting rod mechanism in engine. Key words: Engine；Crankshaft-Connecting Rod Mechanism；Analysis of Force； Modeling of Simulation；Movement Analysis；Pro/E
《汽车制造工艺学》课程设计 班级： 姓名： 学号： 日期： 淮阴工学院交通工程学院
《汽车制造工艺学》课程设计任务书题目： 内容：（1）零件图 1张 （2）机械加工工艺规程卡片 1套 （3）课程设计说明书 1份原始资料：零件图样1张； 生产纲领为60000件/年； 每日1班 年月
《汽车制造工艺学》课程设计说明书设计题目： 班级： 姓名： 学号： 指导教师：
摘要 连杆是活塞式发动机和压缩机的重要零件之一，其大头孔与曲轴连接，小头孔通过活塞销与活塞连接，其作用是使活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动，它是柴油机关键传动件之一。连杆要承受内燃机的爆发力、压缩力和连杆往复运动的惯性力、拉伸力。因此对连杆的强度、刚度有很高的要求。又连杆与曲轴和活塞销连接，并且它们之间存在相对转动，因此对连杆大小头孔的加工要求是很高的。本文主要论述了连杆的加工工艺及其夹具设计。连杆的尺寸精度、形状精度以及位置精度的要求都很高，而连杆的刚性比较差，容易产生变形，因此在安排工艺过程时，就需要把各主要表面的粗精加工工序分开。逐步减少加工余量、切削力及内应力的作用，并修正加工后的变形，就能最后达到零件的技术要求。 关键词:连杆加工工艺夹具设计 内容： 1.课程设计任务书1份 2.工艺卡片1套 3.机械加工工艺过程卡片1份 4.机械加工工序卡片1份 5.零件图1份 6.夹具装配图1份 7.课程设计说明书1份
目录 一、任务书 二、零件工艺性分析 2.1零件技术条件分析 2.2毛坯选择以及加工 2.3机械加工工艺路线确定 2.4连杆的机械加工工艺过程分析 2.4.1工艺过程的安排 2.4.2定位基准的选择 2.4.3确定合理的夹紧方法 2.5连杆基本加工工序 2.5.1连杆两端面的加工 2.5.2连杆大、小头孔的加工 2.5.3连杆螺栓孔的加工 2.5.4连杆体与连杆盖的铣开工序 2.5.5大头侧面的加工 2.6工序尺寸以及公差的的计算 2.6.1切削用量的选择原则 a)粗加工时切削用量的选择原则 b)精加工时切削用量的选择原则 2.6.2确定各工序的加工余量 2.6.3确定工序尺寸及其公差 三、XX号工序加工说明书 3.1工序尺寸精度分析 3.2确定加工余量 3.3夹具、定位如CAD图
机械原理课程设计 任务书 题目：连杆机构设计B3 姓名：尹才华 班级：机械设计制造及其自动化2010级车辆1班 设计参数 设计要求： 1.用解析法按计算间隔进行设计计算； 2.绘制3号图纸1张，包括： (1)机构运动简图； (2)期望函数与机构实现函数在计算点处的对比表； (3)根据对比表绘制期望函数与机构实现函数的位移对比图； 3.设计说明书一份； 4.要求设计步骤清楚，计算准确。说明书规范。作图要符合国家标。按时独 立完成任务。 目录 第1节平面四杆机构设计..................................
1.1连杆机构设计的基本问题 ................................ 1.2作图法设计四杆机构 ................................... 3 1.3 解析法设计四杆机构 ................................... 3 第2节 设计介绍 .......................................... 2.1按预定的两连架杆对应位置设计原理 ...................... 2.2 按期望函数设计 ........................................ 第3节 连杆机构设计 ...................................... 3.1连杆机构设计 .......................................... 3.2变量和函数与转角之间的比例尺 ......................... 8 3.3确定结点值 ........................................... 8 3.4 确定初始角0α、0? .................................... 9 3.5 杆长比m,n,l 的确定 .................................... 3.6 检查偏差值?? ......................................... 3.7 杆长的确定 .......................................... 13 3.8 连架杆在各位置的再现函数和期望函数最小差值??的确定 . 15 总结 ...................................................... 参考文献 .................................................. 附录 ...................................................... 第1节 平面四杆机构设计 1.1连杆机构设计的基本问题 连杆机构设计的基本问题是根据给定的要求选定机构的型式，确定 各构件的尺寸，同时还要满足结构条件（如要求存在曲柄、杆长比恰当
—汽车发动机连杆的热处理工艺设计 目录 摘要---------------------------------------------------------------------------------------------------（1）1.概述--------------------------------------------------------------------------------------------（2）1.1 前言-----------------------------------------------------------------------------------------------（2）1.2 使用性能-----------------------------------------------------------------------------------------（2） 1.3 失效形式---------------------------------------------------------------------------------------（2） 1.4 材料选择---------------------------------------------------------------------------------------（2） 1.4.1技术要求-----------------------------------------------------------------------------------（2） 1.4.2材料比较------------------------------------------------------------------------------------(3) 1.5热处理工艺及目的----------------------------------------------------------------------- ----(4) 1.5.1退火--------------------------------------------------------------------------------------------(4) 1.5.2正火-------------------------------------------------------------------------------------------（4） 1.5.3淬火----------------------------------------------------------------------------------------- （4） 1.5.4回火--------------------------------------------------------------------------------------------（5） 2.热处理工艺-------------------------------------------------------------------------------------（5） 2.1工艺路线------------------------------------------------------------------------------------- -（5） 2.1.1 等温退火---------------------------------------------------------------------------------（5） 2.1.2淬火----------------------------------------------------------------------------------------（5） 2.1.3回火-----------------------------------------------------------------------------------------（6） 3.实验结果及分析---------------------------------------------------------------------6） 3.1 组织及分析----------------------------------------------------------------------------------（6） 3.1.1原始组织----------------------------------------------------------------------------------- （6） 3.1.2 等温退火后组织---------------------------------------------------------------------------（7） 3.1.3淬火后组织----------------------------------------------------------------------------------(7) 3.1.4 回火后组织---------------------------------------------------------------------------------（8） 3.2 缺陷分析------------------------------------------------------------------------（8） 3.2.1过热-----------------------------------------------------------------------------------------（8） 3.2.2欠热-----------------------------------------------------------------------------------------（8） 3.2.3淬火裂纹-----------------------------------------------------------------------------------（8） 3.2.4脱碳组织-----------------------------------------------------------------------------------（8） 3.2.5热处理变形--------------------------------------------------------------------------------（9） 3.2.6软点-----------------------------------------------------------------------------------------（9） 3.2.7回火缺陷-----------------------------------------------------------------------------------（9） 4 . 总结--------------------------------------------------------------------------------（10） 5. 参考文献-------------------------------------------------------------------------（10） 6.致谢----------------------------------------------------------------------------------（10）
广东技术师范学院天河学院 汽车制造工艺学 课程设计说明书 课题： — 姓名： 学号： 班级： 指导教师：
二〇年月 · 汽车制造工艺学课程设计任务书
目录 ( 序言 (1) 一、生产纲领及零件说明 (2) 二、材料与毛坯 (3) 三、连杆的技术要求 (4) 四、加工工艺路线 (5) 五、指定工序加工余量、计算工序尺寸及公差 (6) 六、指定工序切削用量和工时定额 (6) 七、指定工序专用夹具设计 (7) ( 参考文献 (9)
： 序言 《汽车制造工艺学课程设计》是我们学习完大学阶段的汽车类基础和技术基础课以及专业课程之后的一个综合的课程设计，它是将设计和制造知识有机的结合，并融合现阶段汽车制造业的实际生产情况和较先进成熟的制造技术的应用，而进行的一次理论联系实际的训练，通过本课程的训练，将有助于我们对所学知识的理解，并为后续的课程学习以及今后的工作打下一定的基础。 对于本人来说，希望能通过本次课程设计的学习，学会将所学理论知识和工艺课程实习所得的实践知识结合起来，并应用于解决实际问题之中，从而锻炼自己分析问题和解决问题的能力；同时，又希望能超越目前工厂的实际生产工艺，而将有利于加工质量和劳动生产率提高的新技术和新工艺应用到机器零件的制造中，为改善我国的汽车制造业相对落后的局面探索可能的途径。但由于所学知识和实践的时间以及深度有限，本设计中会有许多不足，希望各位老师能给予指正。
】 ' 一．生产纲领及零件说明 1. 生产纲领 发动机连杆零件，年产量为30000件，现已知该产品属于轻型机械，根据生产类型与生产纲领的关系查阅参考文献，确定其生产类型为大批量生产。 大批量生产的工艺特征： 】 （1）零件的互换性：具有广泛的互换性，少数装配精度较高处，采用分组装配法和调整法。毛坯的制造方法和加工余：广泛采用金属模机器造型，模锻或其他商效方法。毛坯精度高，加工余量小。 （2）机床设备及其布置形式：广泛采用商效专用机床及自动机床，按流水线和自动排列设备。 （3）工艺装备：广泛采用高效夹具，复合刀具，专用量具或自动检验装置，靠调整法达到精度要求。 （4）对工人的技术要求：对调整工的技术水平要求高，对操作工的技术水平要求较低。 （5）工艺文件：有工艺过程卡或工序卡，关键工序要调整卡和检验卡。 （6）成本：较低。 （7）生产率：高。
曲柄连杆机构 一、曲柄连杆机构的功用及组成 曲柄连杆机构是发动机的主要运动机构。其功用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，同时将作用于活塞上的力转变为曲轴对外输出的转矩，以驱动汽车车轮转动。曲柄连杆机构由活塞组、连杆组和曲轴飞轮组的零件组成。 二、活塞组 (一)活塞 1．活塞的功用及工作条件 活塞的主要功用是承受燃烧气体压力，并将此力通过活塞销传给连杆以推动曲轴旋转。此外活塞顶部与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室。 活塞是发动机中工作条件最严酷的零件。作用在活塞上的有气体力和往复惯性力。活塞顶与高温燃气直接接触，使活塞顶的温度很高。活塞在侧压力的作用下沿气缸壁面高速滑动，由于润滑条件差，因此摩擦损失大，磨损严重。 2．活塞材料
现代汽车发动机不论是汽油机还是柴油机广泛采用铝合金活塞，只在极少数汽车发动机上采用铸铁或耐热钢活塞。 3．活塞构造 活塞可视为由顶部、头部和裙部等3部分构成。 1)活塞顶部。汽油机活塞顶部的形状与燃烧室形状和压缩比大小有关。大多数汽油机采用平顶活塞，其优点是受热面积小，加工简单。采用凹顶活塞，可以通过改变活塞顶上凹坑的尺寸来调节发动机的压缩比。 柴油机活塞顶部形状取决于混合气形成方式和燃烧室形状。在分隔式燃烧室 柴油机的活塞顶部设有形状不同的浅凹坑，以便在主燃烧室内形成二次涡流，增进混合气形成与燃烧。 柴油机还有另一类燃烧室，称为直喷式燃烧室。其全部容积都集中在气缸内，且在活塞顶部设有深浅不一、形状各异的燃烧室凹坑。在直喷式燃烧室的柴油机中，喷油器将燃油直接喷入燃烧室凹坑内，使其与运动气流相混合，形成可燃混合气并燃烧。
2)活塞头部。由活塞顶至油环槽下端面之间的部分称为活塞头部。在活塞头部加工有用来安装气环和油环的气环槽和油环槽。在油环槽底部还加工有回油孔或横向切槽，油环从气缸壁上刮下来的多余机油，经回油孔或横向切槽流回油底壳。 活塞头部应该足够厚，从活塞顶到环槽区的断面变化要尽可能圆滑，过渡圆角R应足够大，以减小热流阻力，便于热量从活塞顶经活塞环传给气缸壁，使活塞顶部的温度不致过高。 在第一道气环槽上方设置一道较窄的隔热槽的作用是隔断由活塞顶传向第一道活塞环的热流，使部分热量由第二、三道活塞环传出，从而可以减轻第一道活塞环的热负荷，改善其工作条件，防止活塞环粘结。