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发动机活塞的设计发动机活塞设计是发动机工程师在设计内燃发动机时面临的关键问题之一、活塞是内燃发动机的核心部件之一，它直接与燃烧室内的高温高压气体接触，承受着巨大的冲击和摩擦力，因此，活塞的设计必须经过精确的计算和测试，以确保其能够承受这些挑战并提供可靠的性能。
活塞的设计必须考虑以下几个关键因素：1.材料选择：活塞通常由铸铝合金制成，因为铝合金具有优异的热传导性能和轻质性。
此外，铝合金还具有良好的强度和可加工性，能够满足发动机的需求。
2.结构设计：活塞通常具有圆柱形状，底部有一个凹槽接收活塞销，以连接连杆。
活塞头部有一个凹槽用于安装活塞环。
活塞还有一个活塞腔用于容纳压缩和燃烧气体。
3.冷却系统：发动机活塞在工作过程中会受到高温气体的冲击，需要通过冷却系统散热。
活塞通常具有冷却油道，通过引导冷却液冷却活塞头部和活塞腔。
4.润滑系统：发动机活塞与缸套之间的摩擦会产生热量，需要通过润滑油膜来减少摩擦和磨损。
因此，活塞表面通常涂有润滑油膜，并具有适当的活塞弓度来确保润滑油的均匀分布。
5.重量优化：活塞的质量直接影响发动机的响应速度和燃油效率。
因此，在设计活塞时，需要进行重量优化，以尽可能减轻活塞的重量。
6.热膨胀：活塞在高温下会发生热膨胀，这可能导致活塞与缸套之间的间隙变大，影响密封性能。
因此，在活塞设计中需要考虑到热膨胀系数，并使用适当的材料和技术来解决这个问题。
7.声学性能：活塞在工作过程中会产生振动和噪音，需要通过减振和隔音措施来降低噪音和振动水平，提高发动机的驾驶舒适性。
总的来说，发动机活塞设计是一个复杂而关键的工程问题，要求工程师具备广泛的专业知识和经验。
只有通过精心的设计和测试，才能确保活塞能够承受发动机工作的挑战并提供可靠的性能。
目录一、前言…………………………………………………………………………………….二、零部件在内燃机中的作用和地位……………………………………….三、该零件的工作条件、设计要求………………………………………….四、零件的运动分析和受力分析………………………………………………五、结构形式的选择；主要参数的选定、设计、计算…………….六、零部件的强度、刚度校核…………………………………………………..七、设计结果的分析…………………………………………………………………..八、结束语………………………………………………………………………………….九、参考文献一、前言内燃机的不断发展，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。
活塞是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，特别是坦克、舰艇和军用车船用内燃机活塞则要求更高，它已成为制约内燃机发展的一个突出问题二、零部件在内燃机中的作用和地位活塞是曲柄连杆机构的重要零件，主要功用是承受燃烧气体压力和惯性力，并将燃烧气体压力通过活塞销传给连杆，推动曲轴旋转对外作功。
此外，活塞又是燃烧室的组成部分。
活塞是内燃机中工作条件最严酷的零件。
作用于活塞上的气体压力和惯性力都是周期变化的，燃烧瞬时作用于活塞上的气体压力很高，如增压内燃机的最高燃烧压力可达14—16MPa。
而且活塞还要承受在连杆倾斜位置时侧压力的周期性冲击作用，在气体压力、往复惯性力和侧压力的共同作用下，可能引起活塞变形，活塞销座开裂，活塞侧部磨损等。
由此可见，活塞应有足够的强度和刚度，而且质量要轻。
三、该零件的工作条件、设计要求活塞顶部直接与高温燃气接触，活塞顶部的温度很高，各部的温差很大，柴油机活塞顶部常布置有凹坑状燃烧室，使顶部实际受热面积加大，热负荷更加严重。
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。
第1篇活塞结构工艺设计摘要：活塞作为内燃机中的关键部件，其性能直接影响着发动机的工作效率和寿命。
活塞结构工艺设计是活塞制造过程中的重要环节，它涉及到材料选择、结构设计、加工工艺和装配工艺等多个方面。
本文将对活塞结构工艺设计进行详细阐述，包括活塞的结构特点、材料选择、加工工艺、装配工艺以及质量控制等方面。
一、引言活塞是内燃机中承受高温、高压和快速往复运动的部件，其性能直接关系到发动机的运行效率和寿命。
活塞结构工艺设计是活塞制造过程中的关键环节，它关系到活塞的强度、耐磨性、导热性等性能指标。
因此，对活塞结构工艺设计的研究具有重要意义。
二、活塞的结构特点1. 结构形式活塞的结构形式主要有以下几种：（1）直顶式活塞：适用于低速、低功率的发动机。
（2）斜顶式活塞：适用于高速、高功率的发动机。
（3）凹顶式活塞：适用于高性能、高转速的发动机。
2. 结构尺寸活塞的结构尺寸主要包括：（1）直径：活塞直径决定了发动机的排量。
（2）高度：活塞高度决定了发动机的工作行程。
（3）裙部厚度：裙部厚度决定了活塞的耐磨性和刚度。
（4）顶部厚度：顶部厚度决定了活塞的热膨胀系数和导热性能。
3. 结构材料活塞的结构材料主要有以下几种：（1）铝合金：具有良好的导热性、耐磨性和轻量化特点。
（2）铸铁：具有良好的强度、耐磨性和成本较低的特点。
（3）钢：具有较高的强度和耐磨性，但导热性能较差。
三、活塞的材料选择1. 材料要求活塞材料应满足以下要求：（1）高强度：保证活塞在高温、高压下不发生变形。
（2）耐磨性：提高活塞的寿命。
（3）导热性：降低活塞的热负荷。
（4）热膨胀系数：适应发动机的热膨胀。
2. 材料选择根据活塞的结构特点和材料要求，可选用以下材料：（1）铝合金：适用于高速、高功率的发动机。
（2）铸铁：适用于低速、低功率的发动机。
（3）钢：适用于高性能、高转速的发动机。
四、活塞的加工工艺1. 铸造工艺活塞的铸造工艺主要包括以下几种：（1）砂型铸造：适用于大批量生产。
课程设计活塞一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握活塞的基本原理和结构，了解活塞在内燃机中的应用，培养学生进行活塞故障诊断和维修的能力。
1.描述活塞的结构和作用。
2.解释活塞在内燃机中的工作原理。
3.列举活塞常见的故障及其原因。
4.能够使用适当的工具对活塞进行拆装和检查。
5.能够诊断活塞故障并提出维修方案。
情感态度价值观目标：1.培养学生的团队合作意识和责任感。
2.培养学生对汽车维修行业的兴趣和职业认同感。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括活塞的结构和作用、活塞在内燃机中的工作原理、活塞故障诊断和维修方法等。
1.活塞的结构和作用：介绍活塞的组成部分，如活塞顶、活塞裙、活塞环等，并解释其在内燃机中的作用。
2.活塞在内燃机中的工作原理：讲解活塞在内燃机中的运动规律和工作原理，包括活塞的往复运动和燃烧室的形成等。
3.活塞故障诊断和维修方法：介绍活塞常见的故障，如裂纹、磨损、变形等，并讲解相应的诊断和维修方法。
三、教学方法本课程的教学方法包括讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等。
1.讲授法：通过教师的讲解，使学生了解活塞的基本原理和结构，掌握活塞在内燃机中的工作原理。
2.讨论法：通过小组讨论，培养学生的团队合作意识和责任感，提高学生对活塞故障诊断和维修的深入理解。
3.案例分析法：通过分析实际案例，使学生能够将理论知识应用于实际问题，提高学生的解决问题的能力。
4.实验法：通过实验室的实践操作，使学生能够亲手拆装和检查活塞，培养学生的动手能力和实际操作技能。
四、教学资源本课程的教学资源包括教材、参考书、多媒体资料和实验设备等。
1.教材：选择合适的教材，如《汽车发动机维修技术》等，作为学生学习的主要参考资料。
2.参考书：提供相关的参考书籍，如《内燃机原理与应用》等，供学生深入学习和参考。
3.多媒体资料：制作多媒体课件和教学视频，通过动画和图像等形式，使学生更直观地了解活塞的结构和作用。
4.实验设备：提供适当的实验设备，如活塞拆装工具、活塞检验仪器等，供学生进行实验操作和实践学习。
学号：课程设计题目10kW四冲程汽油机活塞组设计学院专业班级姓名指导教师2013 年11 月18 日课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：题目:10kW四冲程汽油机活塞组设计初始条件：1、平均有效压力：0.8~1.2MPa2、活塞平均速度：<18m/s要求完成的主要任务:1、装配图设计。
2、零件图设计。
3、说明书1份。
时间安排：序号项目应完成时间备注2012.11.121 课题准备1、设计发动机的结构参数。
2、进行运动学计算。
3、形成文档。
武汉理工大学《汽车发动机设计》课程设计说明书2012.11.13 2 装配图设计与绘图1、热力学计算。
2、动力学计算。
3、形成文档。
2012.11.14 3 装配图设计与绘图1、结构参数设计并形成文档。
2、装配图设计绘图（草图）。
4 装配图设计与绘图（底图）2012.11.155 装配图设计与绘图（加粗与标注）2012.11.162012.11.19 6 零件图设计1、零件计算。
2、形成文档。
7 零件图设计绘图2012.11.208 零件图设计绘图2012.11.219 零件图设计绘图2012.11.2210 零件图设计绘图2012.11.2311 零件图设计绘图2012.11.2612 撰写设计说明书2012.11.2713 撰写设计说明书2012.11.2814 答辩2012.11.2915 答辩2012.11.30注意事项：1、课程设计期间必须严格遵守学校的作息时间。
2、指导教师每天点名。
3、学生每天的任务必须完成，指导教师作好相应的进度记录。
指导教师签名：2013年11月18日系主任（或责任教师）签名：年月日武汉理工大学《汽车发动机设计》课程设计说明书目录前言 (1)1汽油机结构形式的设计 (1)1.1汽缸数和气缸布置的选择 (1)1.2冷却方式 (1)2汽油机结构参数的选取 (2)2.1汽缸直径的确定 (2)2.2缸径行程比S/D (3)2.3转速n的确定 (3)2.4汽缸工作容积与升功率 (3)2.5曲柄半径与连杆长度之比λ的选取 (3)2.6缸心距的确定 (3)2.7压缩比与燃烧室容积Vc,总容积Va (3)3热力学计算 (4)3.1燃烧过程数学模型 (4)3.1.1绝热压缩起点 (4)3.1.2绝热压缩过程 (4)3.1.3定容增压过程 (5)3.1.4 绝热膨胀过程 (5)3.2 绘制P-V图 (5)3.2.1绘制理论P-V图 (5)3.2.2 绘制调整P-V图 (6)3.3热力学平均有效压力校核 (7)4运动学计算 (8)4.1活塞位移 (8)4.2活塞瞬时速度 (9)4.3活塞的加速度、最大加速度 (10)5力学计算 (11)5.1气体压力：由P～V图转化为P～α图 (11)5.2往复惯性力 (12)5.3旋转往复惯性力 (12)5.4合力的计算 (13)6活塞设计 (17)6.1活塞的材料 (17)6.2活塞主要尺寸设计 (17)6.2.1活塞高度H (17)6.2.2压缩高度H1 (17)6.2.3火力岸高度h (17)6.2.4环带高度 (17)6.2.5活塞顶部厚度δ (18)6.2.6活塞侧壁厚度及内部过渡圆角 (18)6.2.7活塞销座间距 (18)6.3活塞裙部及其侧表面形状的设计 (19)6.3.1裙部椭圆 (19)6.3.2配缸间隙 (19)6.4活塞头的质量计算 (19)7活塞销的设计 (20)7.1活塞销的材料 (21)7.2活塞销与销座的结构设计 (21)7.3活塞销与销座的配合 (21)7.4活塞销质量m3 (21)7.5活塞销刚度和强度的校核 (22)8活塞环设计 (23)8.1活塞环的密封机理 (23)8.2气环的设计 (24)8.2.1气环的断面形状 (24)8.2.2气环的尺寸参数 (24)8.2.3活塞环的材料 (25)8.3油环的设计 (25)8.4活塞环强度校核 (26)小结 (27)参考文献 (28)附录 (29)10KW四行程汽油机活塞组设计前言这学期我们专业学习了《汽车发动机设计》这门最重要的专业课之一。
发动机活塞加工工艺及夹具设计一、发动机活塞的加工工艺1.原料准备：活塞的原材料一般为铝合金，需要进行铸造或锻造工艺，得到初步成型的活塞毛坯。
2.粗车：将活塞毛坯放入车床中进行粗车，将多余的材料去除，使活塞的外形接近最终形状。
3.精车：将粗车后的活塞放入精车机床中进行精车，使活塞的尺寸和形状达到设计要求。
4.铆装：在活塞上制作并安装活塞销和油垫，确保活塞的运动顺畅。
5.表面处理：对活塞进行喷砂、阳极氧化等表面处理，提高活塞的耐腐蚀性和装配精度。
6.热处理：对活塞进行热处理，提高其硬度和强度，改善活塞的使用寿命。
7.精密加工：对活塞进行高精度的机加工，如磨削、镗孔等，以满足发动机的操作要求。
8.检测和验收：对加工后的活塞进行尺寸、形状、表面质量等各项检测与验收，确保活塞的质量符合要求。
二、发动机活塞的夹具设计夹具是用于固定工件，使其在加工过程中保持正确的位置和姿态的工具。
发动机活塞的夹具设计需要考虑以下因素：1.夹紧力：夹具需要具备足够的夹紧力，以确保活塞在加工过程中不会发生位移或松动。
2.夹持方式：根据活塞的形状和结构特点，选择合适的夹持方式，如机械夹持、气动夹持、液压夹持等。
3.支撑和定位：夹具需要提供适当的支撑和定位，使活塞在加工过程中保持正确的位置和姿态。
4.可调性：夹具需要具备一定的可调性，以适应不同型号、规格的活塞加工。
5.便捷性：夹具的操作简单、快速，能够提高加工效率和工作人员的工作舒适度。
6.辅助工具：夹具需要配备适当的辅助工具，如量具、标尺等，以便进行调试和检测。
7.安全性：夹具需要具备足够的安全性，避免在加工过程中对工作人员和设备造成伤害。
总结：发动机活塞的加工工艺和夹具设计对活塞的质量和性能具有重要影响。
加工工艺需要经历原料准备、粗车、精车、铆装、表面处理、热处理、精密加工等多个环节。
夹具设计需要考虑夹紧力、夹持方式、支撑和定位、可调性、便捷性、辅助工具和安全性等因素。
通过合理的加工工艺和夹具设计，可以提高活塞的质量和性能，确保发动机的正常运行。
1、零件图图（1）活塞油环零件图及尺寸2、服役条件活塞环具有密封，控油，传热，支撑四大作用。
油环具有回油孔或等效结构，能从缸壁上刮下机油的活塞环。
主要用来调节（或控制）气缸壁上润滑油并带有回油通道的活塞环。
在高速发动机中由于要缩短活塞长度，油环一般趋向于用一个，此时强化油环结构是有必要的。
活塞环失效分析：经过长时间工作的活塞环失效的主要原因：1）因高压的燃气介质造成腐蚀磨损。
2）因润滑不良导致与缸套间的严重划伤。
3）因长时间往复运动造成疲劳断裂而失效。
4）因弹力保持性差而失效等。
3、所需性能及主要技术要求活塞油环所需性能：良好的耐磨性和耐蚀性，必要的机械强度和热强性，足够的弹性和弹性保持性，良好的加工性。
主要技术要求：氮化层硬度(HV1000)，有效厚度（≥800HV）≥0.1mm。
脆0.2性1～2级，耐磨性，和耐腐蚀性要符合活塞环规范要求。
4、选择材料由于发动机的高功率、高转速,活塞环趋向于薄环、轻量、高强度。
钢质材料制成的活塞环具备这些优点,且能少、无切削加工,易自动化,成本低,有良好的可表面处理性,油耗低。
随着活塞环用钢材质量的提高,它替代铸铁的部分在不断升高。
对材料性能测定项目有硬度、抗拉强度、屈服强度、延伸率等。
现在活塞环用钢材都能满足要求,其主要性能参见下表。
我们对上表四种钢质活塞环材料进行分析后选择一种来制造活塞油环。
钢质活塞环材料硬度取决于基体组织，采用四大公司(日立、特线、ASW、Haldex)的公司标准。
碳素钢最低硬度HV400,标准HV500～800；铬硅低合金钢:HV409～580；奥氏体不锈钢:料厚≥0.3mm HV205～255;料厚<0.3mm HV250～330；马氏体不锈钢:HV300～420或HRC38～44。
4.1 比较分析其中，碳素钢和低合金钢耐蚀性较差，不锈钢中奥氏体硬度低,马氏体硬度高。
所以选择马氏体不锈钢来生产钢质活塞油环。
从现有参考文献来看,马氏体不锈钢的氮化硬度能达到较好的水平｡国内常见的马氏不锈钢有1Cr13､2Cr13､3Cr13､4Cr13等,但它们含碳量较低,用作活塞环往往导致其基体强度及弹性极限等指标难以满足使用要求｡因Ni元素在氮化过程中阻碍氮的扩散作用明显,不利于氮化层深的形成,故含Ni不锈钢不纳入考虑范围｡综合考虑活塞环的基体强度､塑性与韧性､弹性极限､抗回火稳定性及热处理工艺的难易程度等相关因素,我们将6C r13Mo马氏体不锈钢作为钢质活塞油环的材料。
发动机活塞课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解发动机活塞的基本结构及其在发动机工作中的作用。
2. 学生能掌握活塞运动原理，了解活塞与连杆、曲轴之间的动力传递关系。
3. 学生能解释活塞环的作用，了解不同类型的活塞环及其适用范围。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，分析活塞在发动机中的运动过程，并绘制出简单示意图。
2. 学生能够通过实际操作，正确拆装发动机活塞，了解活塞的检查与维护方法。
3. 学生能够运用测量工具，对活塞相关尺寸进行测量，并判断其是否符合技术要求。
情感态度价值观目标：1. 学生通过学习发动机活塞，培养对汽车维修行业的兴趣，提高职业素养。
2. 学生在学习过程中，能够积极思考、主动探究，形成良好的学习习惯。
3. 学生能够认识到发动机活塞在汽车性能中的重要性，增强环保意识和责任感。
课程性质：本课程为汽车运用与维修专业课程，侧重于发动机活塞的结构、原理与维护。
学生特点：学生为中职一年级学生，具备一定的汽车基础知识，但对发动机活塞的了解较少。
教学要求：课程以理论与实践相结合的方式进行，注重培养学生的动手能力和实际操作技能。
教学过程中，教师应引导学生主动参与，激发学生的学习兴趣。
通过本课程的学习，使学生能够达到上述课程目标，为后续课程打下坚实基础。
二、教学内容1. 发动机活塞结构认知- 活塞的组成部分及功能- 活塞裙、活塞销、活塞头的结构特点- 活塞环的类型及安装位置2. 活塞运动原理- 活塞在发动机工作循环中的运动过程- 活塞与连杆、曲轴之间的动力传递关系- 活塞行程与发动机性能的关系3. 活塞环的作用与选型- 活塞环的密封作用- 活塞环的材料与结构- 活塞环的选型原则4. 活塞的拆装与检查- 活塞拆装工具的使用方法- 活塞的拆装步骤及注意事项- 活塞及活塞环的检查方法5. 活塞的测量与判定- 活塞直径、活塞行程的测量方法- 活塞磨损、划伤的判定标准- 活塞修理与更换的依据本教学内容根据课程目标进行选择和组织，注重科学性和系统性。
专业课程设计任务书学生姓名：班级：设计题目：冷挤压模具材料的选择及工艺设计（活塞销冷挤压模具）设计内容：1、根据零件工作原理，服役条件，提出机械性能要求和技术要求。
2、选材，并分析选材依据。
3、制订零件加工工艺路线，分析各热加工工序的作用。
4、制订热处理工艺卡，画出热处理工艺曲线，对各种热处理工艺进行分析，并分析所得到的组织，说明组织及性能的检测方法与使用的仪器设备。
5、分析热处理过程中可能产生的缺陷及补救措施。
6、分析零件在使用过程中可能出现的失效方式及修复措施。
目录0前言 (3)1活塞销冷挤压模具工作条件及性能要求 (4)1.1活塞销冷挤压模具工作条件 (4)1. 2冷挤压模具的性能要求 (4)1. 2.1冷挤压模具的机械性能要求 (4)1. 2. 2冷挤压模具的技术性能要求 (5)2. ........................................................................................................ 活塞销冷挤压模具材料及选用方法 (6)2.1活塞销冷挤压模具材料的要求.......................... .62.2活塞销冷挤压模具常用材料及选择 (6)3活塞销冷挤压模具热处理工艺制定及分析 (9)3.1活塞销冷挤压模具的加工工艺路线 (9)3. 2锻造 (9)3. 3 20Cr MnTi 热处理 (9)3. 3. 1 20Cr MnTi 退火（预处理） (9)3.3.220Cr MnTi 工艺（渗碳及回火淬火等工艺） (10)4活塞销冷挤压模具在使用过程中可能出现的失效方式以及提高寿命的方法 (12)5心得体会… … … … … … … … … … … … … … … … … … …166参考文献. … … … … … … … … … … … … … … … … … … …17 亠、/■.—0 前言活塞销（英文名称：Piston Pin）是装在活塞裙部的圆柱形销子，它的中部穿过连杆小头孔，用来连接活塞和连杆，把活塞承受的气体作用力传给连杆。
活塞的机械制造课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解活塞的基本结构、功能及其在内燃机中的重要作用。
2. 学生能掌握活塞的材料选择、机械加工工艺及其装配要求。
3. 学生能了解活塞工作环境对材料性能的影响，以及相应的解决措施。
技能目标：1. 学生能运用图纸识别活塞各部分结构，进行简单的尺寸测量。
2. 学生能通过实例分析，选择合适的材料及加工工艺，设计活塞制造方案。
3. 学生能通过小组合作，模拟活塞的机械加工过程，提高实际操作能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对机械制造的兴趣，激发其探究内燃机工作原理的欲望。
2. 培养学生严谨、细致、协作的工作态度，使其认识到质量在生产过程中的重要性。
3. 增强学生的环保意识，让其明白绿色制造在活塞生产中的应用和意义。
课程性质：本课程为技术类课程，以实践操作为主，结合理论知识，培养学生的动手能力和解决问题的能力。
学生特点：初三学生具有一定的物理知识和动手能力，对机械制造有一定的兴趣，但缺乏实际操作经验。
教学要求：结合学生特点，采用理论教学与实践操作相结合的方式，注重培养学生的实际操作能力，提高其解决实际问题的能力。
将目标分解为具体的学习成果，以便于后续的教学设计和评估。
二、教学内容1. 活塞的基本结构与功能- 活塞的组成部分及其在内燃机中的作用- 活塞头部、裙部、环槽等关键部位的形状与功能2. 活塞的材料选择- 常见活塞材料的特点与应用- 材料性能与活塞工作环境的关系- 选择活塞材料的原则与方法3. 活塞的机械加工工艺- 活塞加工的基本工艺流程- 铸造、锻造、机械加工等工艺的特点及应用- 精密加工技术在活塞制造中的应用4. 活塞的装配与检测- 活塞组件的装配工艺与要求- 活塞间隙的调整与检测方法- 装配质量的评价标准与控制措施5. 案例分析与实践操作- 分析典型活塞制造案例，了解实际生产中的工艺选择与应用- 实践操作：小组合作，模拟活塞的铸造、机械加工等过程- 操作过程中注意事项，安全规范及质量要求教学内容安排与进度：第一课时：活塞的基本结构与功能，材料选择第二课时：活塞的机械加工工艺第三课时：活塞的装配与检测，案例分析与实践操作本教学内容依据课程目标，结合课本相关章节，注重理论与实践相结合，培养学生的动手能力和解决问题的能力。
一、教学目标1. 知识目标：- 了解活塞的结构特点、材料选择及加工工艺。
- 掌握活塞加工的基本流程和操作方法。
- 熟悉活塞加工中常用的工具和设备。
2. 技能目标：- 学会使用车床、磨床等设备进行活塞加工。
- 能够独立完成活塞的粗加工、半精加工和精加工。
- 培养学生的动手能力和解决实际问题的能力。
3. 情感目标：- 培养学生对机械加工的兴趣和热情。
- 增强学生的团队合作意识和责任心。
- 培养学生严谨的工作态度和良好的职业道德。
二、教学内容1. 活塞的结构与材料2. 活塞加工工艺3. 活塞加工设备与工具4. 活塞加工流程5. 活塞加工质量检测三、教学过程1. 导入新课- 通过图片或实物展示活塞的应用场景，激发学生的学习兴趣。
- 提问：活塞在发动机中起到什么作用？活塞加工的重要性有哪些？2. 理论讲解- 讲解活塞的结构特点、材料选择及加工工艺。
- 介绍活塞加工的基本流程和操作方法。
- 详细讲解活塞加工中常用的工具和设备。
3. 实践操作- 粗加工：讲解并演示活塞粗加工的操作步骤，如车削、铣削等。
- 半精加工：讲解并演示活塞半精加工的操作步骤，如磨削、研磨等。
- 精加工：讲解并演示活塞精加工的操作步骤，如抛光、清洗等。
4. 活动讨论- 分组讨论：活塞加工中可能遇到的问题及解决方法。
- 学生展示：每组选出代表，分享本组的讨论成果。
5. 总结与评价- 对本次课程进行总结，强调活塞加工的关键点和注意事项。
- 学生自评：反思自己在活塞加工过程中的表现，找出不足之处。
- 教师评价：对学生的表现进行点评，指出优点和需要改进的地方。
四、教学评价1. 过程评价：观察学生在实践操作中的表现，评估其动手能力和操作技能。
2. 成果评价：检查学生完成的活塞加工件，评估其加工质量和精度。
3. 自我评价：学生通过自我评价，反思自己在活塞加工过程中的表现和收获。
4. 同伴评价：学生之间互相评价，互相学习，共同进步。
五、教学资源1. 活塞实物或图片2. 活塞加工设备操作手册3. 活塞加工工艺流程图4. 活塞加工质量检测标准六、教学反思在教学过程中，教师应关注学生的个体差异，因材施教。
内燃机活塞设计课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解内燃机活塞的基本结构及其工作原理；2. 学生能够掌握活塞设计中的关键参数，如活塞的长度、直径、形状等；3. 学生能够了解内燃机活塞材料的选择及性能要求；4. 学生能够掌握内燃机活塞设计中涉及的计算公式和步骤。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，进行内燃机活塞的初步设计；2. 学生能够运用计算工具，完成活塞设计参数的计算；3. 学生能够通过查阅资料，分析活塞设计中的问题，并提出合理的解决方案。
情感态度价值观目标：1. 学生能够认识到内燃机活塞设计在汽车行业中的重要性，增强专业认同感；2. 学生能够培养工程思维，注重实践与理论相结合，提高解决问题的能力；3. 学生能够养成合作、交流、分享的学习习惯，提升团队协作能力。
课程性质：本课程为专业选修课，适用于具有一定机械基础知识和内燃机原理了解的高年级学生。
学生特点：学生具备一定的机械基础知识，对内燃机有一定了解，具备初步的工程设计能力。
教学要求：结合实际案例，引导学生运用所学知识，进行内燃机活塞设计，注重理论与实践相结合，培养学生的工程设计能力和创新意识。
通过课程目标分解，实现对学生知识、技能和情感态度价值观的全面培养。
二、教学内容1. 内燃机活塞结构及工作原理：包括活塞的组成部分、作用及其在内燃机中的工作过程；教材章节：第二章 内燃机工作原理与结构。
2. 活塞设计参数及其影响：讲解活塞长度、直径、形状等关键参数对内燃机性能的影响；教材章节：第三章 内燃机活塞设计与计算。
3. 活塞材料的选择及性能要求：介绍活塞常用材料及其性能指标，分析不同材料的应用场景；教材章节：第四章 内燃机活塞材料。
4. 活塞设计计算公式与步骤：通过案例讲解活塞设计计算公式及具体步骤，使学生掌握设计方法；教材章节：第三章 内燃机活塞设计与计算。
5. 活塞设计实例分析：分析典型活塞设计案例，使学生了解实际设计过程中可能遇到的问题及解决方法；教材章节：第五章 内燃机活塞设计实例。
第1篇摘要活塞作为内燃机、压缩机等机械设备中的重要部件，其性能直接影响着设备的运行效率和可靠性。
活塞工艺设计是活塞制造过程中的关键环节，涉及材料选择、结构设计、加工工艺等方面。
本文将从活塞工艺设计的基本原则、材料选择、结构设计、加工工艺、装配与检验等方面进行详细阐述，以期为活塞制造企业提供参考。
一、引言活塞是内燃机、压缩机等机械设备中的重要部件，其主要功能是将燃料燃烧产生的膨胀气体转化为机械能。
活塞的性能直接影响着设备的运行效率和可靠性。
因此，活塞工艺设计在活塞制造过程中至关重要。
二、活塞工艺设计的基本原则1. 安全性：活塞作为机械设备的关键部件，其设计应保证在高温、高压等恶劣工况下仍能安全运行。
2. 经济性：在满足性能要求的前提下，尽量降低成本，提高活塞的性价比。
3. 可靠性：活塞在长期运行过程中，应具备良好的耐磨性、耐腐蚀性和耐高温性能。
4. 易加工性：活塞结构设计应便于加工，提高生产效率。
5. 兼容性：活塞与其他部件的配合应良好，确保设备整体性能。
三、活塞材料选择活塞材料应具备以下特性：1. 高强度：活塞在高温、高压工况下承受较大载荷，因此要求材料具有较高的强度。
2. 良好的热膨胀系数：活塞在高温工况下，材料的热膨胀系数应尽量小，以减少活塞与缸套之间的间隙。
3. 良好的耐磨性：活塞在工作过程中，与缸套、活塞环等部件接触，要求材料具有良好的耐磨性。
4. 良好的耐腐蚀性：活塞在高温、高压工况下，可能接触到腐蚀性介质，要求材料具有良好的耐腐蚀性。
5. 良好的导热性：活塞在高温工况下，要求材料具有良好的导热性，以迅速将热量传递出去。
目前，活塞常用材料有铝合金、铸铁、钢等。
铝合金活塞具有重量轻、导热性好、耐腐蚀等优点，但强度较低；铸铁活塞具有较高的强度和耐磨性，但导热性较差；钢活塞具有较高的强度和耐磨性，但重量较大。
四、活塞结构设计1. 形状设计：活塞形状应便于加工，降低生产成本。
通常采用圆筒形、扁圆形、椭圆形等形状。
活塞课程设计说明书一．设计题目:活塞组设计二．设计参数：195柴油机，Pe=8。
82kw，n=2000r/min，水冷，Pme=650。
4kpa，连杆重心位置LB/LA=0.3909(其中LB指重心到连杆大头中心的距离,LA指重心到连杆小头中心的距离)。
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..文档交流三．设计要求：1.用计算机绘制活塞(A1），活塞销（A3)各一张。
2. 设计说明书一份（包括零件图分析、定位方案确定、定位误差计算等内容；最好能写出整个工艺过程）。
目录前言 11活塞的概述 21.1活塞的功用及工作条件 21.2活塞的材料 21。
3活塞结构 21。
3。
1活塞顶部 21。
3.2活塞头部 31.3.3活塞裙部 32活塞的结构参数 43活塞最大爆发压力的计算 53。
1热力过程计算 53。
2柴油机的指示参数 83.3柴油机有效效率 104活塞销的受力分析 115活塞的加工工艺 14参考文献： 15前言内燃机的不断发展，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。
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文档交流活塞是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，特别是坦克、舰艇和军用车船用内燃机活塞则要求更高，它已成为制约内燃机发展的一个突出问题。
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文档交流本次课程设计的题目是发动机铝活塞的结构及工艺设计,选择利用合适的机床加工发动机活塞，通过这次课程设计,要求熟练掌握并能在实际问题中进行创新和优化其加工工艺过程。
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文档交流1活塞的概述1。
1活塞的功用及工作条件活塞是曲柄连杆机构的重要零件煤气主要功用是承受燃烧气体压力和惯性力,并将燃烧气体压力通过活塞销传给连杆，推动曲轴旋转对外作功.此外，活塞又是燃烧室的组成部分.。
1 汽车发动机活塞销的零件图如下 图1 汽车发动机活塞销零件尺寸图 2 服役条件与性能分析 活塞销（英文名称：Piston Pin），是装在活塞裙部的圆柱形销子，它的中部穿过连杆小头孔，用来连接活塞和连杆，把活塞承受的气体作用力传给连杆。为了减轻重量，活塞销一般用优质合金钢制造，并作成空心。塞销的结构形状很简单，基本上是一个厚壁空心圆柱。其内孔形状有圆柱形、两段截锥形和组合形。圆柱形孔加工容易，但活塞销的质量较大；两段截锥形孔的活塞销质量较小，且因为活塞销所受的弯矩在其中部最大，所以接近于等强度梁，但锥孔加工较难。本次设计选用内孔为原形的活塞销。 服役条件：(1)高温条件下承受周期性强烈冲击和弯曲、剪切作用 (2)销表面承受较大的摩擦磨损。 失效形式：由于承受周期性的应力，使其发生疲劳断裂和表面严重磨损。 性能要求：（1）活塞销在高温条件下承受很大的周期性冲击负荷，且由于活塞销在销孔内摆动角度不大，难以形成润滑油膜，因此润滑条件较差。为此活塞销必须有足够的刚度、强度和耐磨性，质量尽可能小，销与销孔应该有适当的配合间隙和良好的表面质量。在一般情况下，活塞销的刚度尤为重要，如果活塞销发生弯曲变形，可能使活塞销座损坏；（2）具有足够的冲击韧性；（3）具有较高的疲劳强度。
3 技术要求 活塞销技术要求: ① 活塞销全部表面渗碳，渗碳层深度为 ～ 1．2mm，渗碳层至心部组织应均匀过渡，不得有骤然转变。 ② 表面硬度58 ～ 64 HRC，同一个活塞销上的硬度差应≤3 HRC。 ③ 活塞销心部硬度为24 ～ 40 HRC。 ④ 活塞销渗碳层的显微组织应为细针马氏体，允许有少量均匀分布的细小粒状碳化物，不得有针状和连续网状分布的游离碳化物存在。心部的针状应是低碳马氏体及铁素体。
表1 活塞销内、外圆渗碳技术要求 活塞销壁厚mm 外圆表面渗碳层厚度mm 内孔表面渗碳层厚度mm 内外圆表面渗碳层厚度之和占壁厚的比例%
~3 ≥ ≥ ≤40
3~4 ≥
≤35 4~6 ≥ ≥
6~8 ~ ≥ ≤33
8~10 ~ >10 ~ -
4 选材 活塞销的材料一般为低碳钢或低碳合金钢，如20、15Cr、20Cr或2OCrMnTi等。外表面渗碳淬硬，再经精磨和抛光等精加工。这样既提高了表面硬度和耐磨性，又保证有较高的强度和冲击韧性。 （1）20钢为低碳钢，由于碳含量低，淬透性差，强度低，即使渗碳以后，强度仍然不高，只适应于表面耐磨、载荷小、冲击轻微要求强度低的小工件，如轴套、链条、小水阀等。 （2）15Cr是一种常用的低碳合金渗碳钢，在渗碳时可显著地增加表面含碳量，增大渗碳深度，但在高温长时间渗碳时有晶粒长大倾向及形成网状碳化物的倾向；对形状简单、要求不高的零件，渗碳后可直接降温淬火，但热处理后变形较大，又有回火脆性。 （3）20Cr与15Cr钢相比，有较高的强度及淬透性，在油中临界淬透直径达4 ～22mm，在水中临界淬透直径达11～40mm，但韧性较差，此钢渗碳时仍有晶粒长大倾向，降温直接淬火对冲击韧性影响较大，所以渗碳后需淬火以提高零件心部韧性，无回火脆性。 (3) 20CrMnTi是渗碳钢，渗碳钢通常为含碳量为%%的低碳钢。汽车上多用其制造传动齿轮，是中淬透性渗碳钢，其淬透性较高，在保证淬透情况下，具有较高的强度和韧性，特别是具有较高的低温冲击韧性。20CrMnTi表面渗碳硬化处理用钢。良好的加工性，加工变形微小，抗疲劳性能相当好。主要用途有：用于齿轮，轴类，活塞类零配件以及汽车，飞机各种特殊零件部位。 综合这几种材料的性能与经济因素等，最终本次设计选用20Cr作为活塞销的加工材料。 表2 20Cr钢的成分及含量（质量百分数） 合金元素 C Si Mn Cr 含量wt% ～ ～ ～ ～ 各元素的作用： 碳（C）：使基体达到一定的强韧度主要贡献元素。 铬（Cr）：降低相变∆Gγ→α驱动力,也阻止了相变时碳化物的形核长大，所以提高钢的淬透性；碳化物形成元素，回火时阻止M3C型长大，提高回火稳定性；Cr的碳化物稳定，不易长大，能细化晶粒，改善碳化物均匀性；Cr促进杂质原子偏聚，增大回火脆性倾向；同时能提高钢的抗氧化性；全部淬透零件在高温回火后可获得高而均匀的综合力学性能，特别是高的屈强比，能提高材料的疲劳强度。 锰（Mn）：Mn强化铁素体，其固溶强化效果非常明显；Mn降低相变∆Gγ→α驱动力使奥氏体等温转变曲线右移，提高淬透性；奥氏体形成元素，降低钢的A1温度，促进颗粒长大，增大钢的过热敏感度；Mn促进有害元素在晶界上的偏聚，增大钢的回火脆性倾向。 硅（Si）：有利于铁素体组织的形成，在钢中不形成碳化物，主要固溶于铁中。对奥氏体形成速度无甚影响，可升高A1点，相对的减缓了奥氏体的形成速度。对加热时奥氏体晶粒大小稍有阻碍或不起作用，可推迟珠光体相变使C曲线右移，Ms点降低，提高过冷奥氏体的稳定性，从而降低淬火临界冷却速度，提高钢的淬透性。显著地减慢马氏体在较低温度的分解，显著阻碍碳化物的聚集，阻碍钢在回火时消除各类畸变的作用，从而增强了钢的回火稳定性。可提高a相的再结晶温度，可使钢回火脆性显著增强。 表3 20Cr钢的临界温度 钢号 Ac1 Ac3 Ar1 Ar3 Ms 20Cr 765℃ 836℃ 702℃ 799℃ 390℃
5 零件的加工路线制定 活塞销的制造工艺路线有多种，主要分为三个类别： （1）挤压成形：棒料→退火→磷化→冷挤压→渗碳→淬火→回火→精加工→成品。 （2）钻削加工成形：棒料→粗车外圆→渗碳→钻内孔→淬火→回火→精加工→成品。 （3）管料制造：棒料→热轧管→粗车外圆→渗碳→淬火→回火→精加工→成品。 大量生产的活塞销均为冷挤压或温挤压成形，产量较少的活塞销则采用钻削加工成形或管料制造。冷挤压成形具有以下特点： ①挤压零件尺寸准确表面光洁 ②节约原材料：冷挤压件材料利用率通常可以达到80%以上。如解放牌汽车活塞销动切削加工材料利用率为%，而用冷挤压时材料利用率提高到92%。③生产率高 ④冷挤压件强度高、刚性好而重量轻。 本次设计采用冷挤压成形渗碳处理。 具体工艺路线：棒料→软化退火→磷化→冷挤压→渗碳→淬火→回火→精加工→成品。
6 具体工艺 软化退火 棒料在冷挤压前的退火目的是：降低硬度，提高塑性，为冷挤压工艺作准备。（1）本次设计采用完全退火工艺 完全退火：指将钢件或钢材加热至Ac3以上30℃~50℃，保温一定时间后缓慢冷却，获得接近平衡组织的热处理工艺。所谓“完全”是指在加热和冷却过程中钢的内部组织全部进行了相变重结晶。 完全退火主要用于亚共析钢的铸件、锻件和热轧钢材等。完全退火随炉缓冷的冷却速度一般小于30℃/h。在实际生产中，为了提高生产效率，随炉冷却至500℃左右即可出炉空冷。 其主要目的：细化晶粒和改善组织（如消除中碳结构钢和锻轧件中常见的魏氏组织、过热组织和带状组织）、消除内应力、降低硬度和改善钢的切削加工性能。 （2）退火温度 20Cr的Ac3温度为836℃，完全退火温度为Ac3以上30℃~50℃，所以本次退火温度选用860℃. （3）升温速度 查热处理手册可得低合金钢：<100℃/h （4）保温时间 按照查手册得到的退火经验，保温时间为：~2min/mm。本次设计的活塞销有效厚度为（38-25）/2=,*2=13min。考虑到工件尺寸小，多个工件同时加热保温，所以退火保温时间选择30min。 （5）退火设备选择 热处理电阻炉是以电为能源的，通过炉内电热元件将电能转化为热能而加热工件的炉子，是一种造价相对便宜的炉子，以降低成本。中温箱式电阻炉可用于退火、正火、回火或固体渗碳等。 本次退火设备选用RX3-15-9型中温箱式电阻炉，额定功率15kw，最高工作温度950℃，炉膛尺寸：600*300*250mm，最大装载量80kg。 （6）装炉方式 紧密型排列装炉，即如下图2所示：
图2 装炉方式 活塞销质量为,做大装载量的85%为68kg,所以，一次装炉量为≤130件。 （7）退火方式 在退火保温过程中，为防止脱碳或渗碳，须在炉内滴入甲醇。另外，为保证生产效率，当随炉冷至600℃时，出炉坑冷，坑冷时也要通入放热式控制气氛保护防止脱碳。 表4 退火的具体工艺参数 退火 温度 时间 加热速度 设备 参数 860℃ 30min <100℃/h RX3-15-9型中温箱式电阻炉
图3 退火的工艺曲线图 渗碳 渗碳的选择： 化学热处理主要是渗碳、渗氮、碳氮共渗。 渗碳：是对金属表面处理的一种，采用渗碳的多为低碳钢或低合金钢，具体方法是将工件置入具有活性渗碳介质中，加热到900--950摄氏度的单相奥氏体区，保温足够时间后，使渗碳介质中分解出的活性碳原子渗入钢件表层，从而获得表层高碳，心部仍保持原有成分。 渗碳工件的材料一般为低碳钢或低碳合金钢(含碳量小于%)。渗碳后﹐钢件表面的化学成分可接近高碳钢。工件渗碳后还要经过淬火﹐以得到高的表面硬度﹑高的耐磨性和疲劳强度﹐并保持心部有低碳钢淬火后的强韧性﹐使工件能承受冲击载荷。渗碳工艺广泛用于飞机﹑汽车和拖拉机等的机械零件﹐如齿轮﹑轴﹑凸轮轴等。 渗氮：指在一定温度下，使活性氮原子渗入到工件表面的一种热处理方法。渗氮件具有高的表面硬度及耐磨性，高的疲劳强度和耐腐蚀性，且工件变形小。但是渗氮工艺的生产周期长，生产成本高，渗氮层较薄（一般在左右），且脆性高，不能承受太高的接触应力和冲击载荷，不能满足活塞销的要求。 碳氮共渗：是指在奥氏体状态下，同时将碳、氮两种元素渗入工件表面层，并以渗碳为主的化学热处理工艺。目的是在保持工件内部具有较高韧性的条件下，得到高硬度、高强度的表面层，以提高工件的耐磨性和疲劳性能。活塞销主要是要求表面强度，考虑到工艺复杂和经济因素。本次不需要选择碳氮共渗。 （1）渗碳方法的比较 ①固体渗碳法： 优点：(a)设备便宜，操作简单，不需要高技术。(b)加热用热源，可用电气、瓦斯、燃料油。（c）大小工件均匀，尤其对大型或需原渗碳层者有利。（d）适合多种少量生产。 缺点：（a）渗碳层深度及表面碳浓度不易正确调节，有过剩渗碳的倾向。处理件变形大。（b）渗碳终了时不易直接淬火，需要加热。（c）作业环境不良，作业人员多。 ②液体渗碳法 优点：（a）适合中小量生产，设备费用低，不需要高技术。（b）容易均热、极速加热，可直接淬火。（c）适合小件，薄渗碳层处理件。（d）渗碳均匀，表面光滑。 缺点：（a）不适于大型处理件的深层渗碳。（b）盐浴组成易变动，管理上麻烦。（c）有毒、排气或公害问题。（d）处理后，表面附着盐类不易洗净，易生锈。（e）难以防止渗碳，有喷溅危险。 ③气体渗碳法 优点：（a）操作方便(b)加热快，渗碳过程短(c)有可能较准确地控制渗碳层的浓度，逐渐实现生产过程中的计算机群控。(d)可以直接淬火(e)辅助工序少(f)占用车间面积少(g)清洁卫生，劳动条件好 缺点：（a）设备费昂贵。 （b）处理量少时成本高。 （c）需要专业知识。 综合以上各种渗碳方法的优缺点，和活塞销的性能要求，本次渗碳选用气体渗碳中的 “滴注式可控气氛渗碳法”。 滴注式可控气氛渗碳法是目前生产上常用的渗碳方法，即向渗碳炉中同时滴入两种液体，一种液体产生的气体碳势较低，作为稀释气体；另一种液体产生的气体碳势较高，作为富化气，通过改变两种液体的比例，可使工件表面含碳量控制在所要求的范围内。 （2）渗剂选择 滴注式气体渗碳的渗碳剂一般为甲醇，煤油、丙酮等，作为渗碳剂的有机溶剂，要求其单位液体加热分解后的产气量高，碳氧比大，碳当量小，产生炭黑少，气氛中的CO和H2的含量稳定，安全性好。下表列出了几种常用作渗碳剂的几种有机溶剂的碳当量、碳氧比。 表5 常用的有机液体的碳氧比和碳当量 名称 分子式 碳当量/g 碳氧比 产气量（mL-1） 用途 甲醇 CH3OH 64 1 稀释剂 乙醇 C2H5OH 46 2 渗碳剂
