1.8L汽油机连杆组设计

武汉理工大学（汽车发动机设计）课程设计说明书 1.8L汽油机连杆组设计 目 录 1.绪 论 .......................................................... 1 1.1 课题研究意义 ................................................. 1 1.2 课题发展概况 ................................................. 2 2.发动机基本参数 ................................................. 5 2.1发动机的结构参数 ............................................. 5 2.2发动机热力学计算 ............................................. 6 2.3发动机运动学计算 ............................................. 8 2.4发动机动力学计算 ............................................ 10 3.发动机连杆的设计 .............................................. 15 3.1连杆设计概述 ................................................ 15 3.2连杆尺寸设计 ................................................ 16 3.3连杆小头强度的计算 .......................................... 17 3.4连杆大头的强度计算 .......................................... 20 小 结 .......................................................... 21 参考文献 ........................................................ 22 附 录 图 表 .................................................. 23 武汉理工大学（汽车发动机设计）课程设计说明书

1 1.8L汽油机连杆组设计

摘 要 活塞连杆组是发动机中工作条件最严酷的组件，其性能好坏对内燃机的性能指标有着很重要的影响。活塞组的作用是保证发动机工质的可靠密封，并在工质的压力下做上下运动，连杆组的作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，并把作用在活塞组上的力传给曲轴。 本文在充分研究了与本研究课题相关的国内外文献基础上,系统地总结了发动机连杆组的发展现状,通过对汽油发动机实体进行拆装测绘，进行了连杆组的总体设计，并用EXCEL对发动机进行了热力和动力计算，对部分零件进行了校核。通过设计、分析为连杆组的进一步优化设计奠定了基础。

关键词：发动机，连杆 1 绪 论

1.1 课题研究意义 连杆组包括连杆体，连杆盖，连杆轴瓦和连杆螺栓。而连杆体又通常分为连杆小头，杆身和大头三部分。连杆的作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，并把作用在活塞组上的力传给曲轴。 连杆是内燃机的主要运动受力部件之一，它在工作中所受的各种外载荷复杂且作周期性变化，机械负荷严重，工作条件恶劣。因此，连杆的可靠性一直也是人们在内燃机研究和改进过程中关注的热点问题。在分析连杆的应力和应变时，考虑这些外力和复杂运动的因素，将得到更符合实际的结果，这样能为进行连杆可靠性的优化设计提供准确的理论依据。 武汉理工大学（汽车发动机设计）课程设计说明书 2 1.2 课题发展概况

活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销、连杆等组成，活塞呈圆柱形，上面装有活塞环，借以在活塞往复运动时密闭气缸。上面的几道活塞环称为气环，用来封闭气缸，防止气缸内的气体漏泄，下面的环称为油环，用来将气缸壁上的多余的润滑油刮下，防止润滑油窜入气缸。活塞销呈圆筒形，它穿入活塞上的销孔和连杆小头中，将活塞和连杆联接起来。连杆大头端分成两半，由连杆螺钉联接起来，它与曲轴的曲柄销相连。连杆工作时，连杆小头端随活塞作往复运动，连杆大头端随曲柄销绕曲轴轴线作旋转运动，连杆大小头间的杆身作复杂的摇摆运动。 活塞环分为气环和油环，气环的作用是防止气缸内的气体窜入油底壳、将活塞头部的热量传给气缸壁以及辅助刮油、布油。由于活塞环存在侧隙和背隙，活塞带着环下行时，环靠在环槽的上方，环大缸壁上刮下的润滑油充入环槽下方，当活塞带着环上行时，环又靠在环槽的下方，同时将油挤压到环槽上，如此反复，就将润滑油泵到活塞顶，这种现象称为活塞的泵油作用。泵油作用非常有害，增加了润滑油的消耗，火花塞沾油时不跳火，燃烧室积炭增多，燃烧性能变坏，环槽内形成积炭，挤压活塞环而失去密封性，加剧了气缸的磨损，采用扭曲环或组合式油环以及油环下设减压腔能有效控制泵油的发生。气环从断面形状分有矩形环、锥形环、扭曲环和桶形环、梯形环,其中矩形环由于结构简单与缸壁接触面积大散热好等优点常被用于做第一道环。油环的作用是将气缸壁上多余的润滑油刮下来，有整体式和组合式两种，其中组合式因密封好、无侧隙、刮油能力强、适应性好以及回油能力强等特点普遍应用。活塞裙部对活塞在气缸内的往复运动起导向作用，并承受侧压力。裙部的长短取决于侧压力的大小和活塞直径。压缩行程和作功行程气体的侧压力方向正好相反，由于燃烧压力大大高于压缩压力，所以，作功行程中的侧压力也大大高于压缩行程中的侧压力。在加工时预先把活塞裙部做成椭圆形状。椭圆的长轴方向与销座垂直，短轴方向沿销座方向。这样活塞工作时才趋近正圆。活塞沿高度方向的温度很不均匀，活塞的温度是上部高、下部低，膨胀量也相应是上部大、下部小。为了使工作时活塞上下直径趋于相等，即为圆柱形，就必须预先把活塞制成上小下大的阶梯形、锥形。 活塞销的作用是连接活塞和连杆，并传递活塞的力给连杆，是用低碳钢或低碳合金钢制成的厚壁管状体。有全浮式连接和半浮式连接两种。全浮式是在发动机正常工作温度下活塞销在连杆小头孔和活塞销座孔中都能转动,而半浮式是销与销座孔和连杆小头一处固定一处浮动的。 武汉理工大学（汽车发动机设计）课程设计说明书 3 连杆的作用是将活塞的力传给曲轴，变活塞的往复运动为曲轴的旋转运动，由连杆体、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴瓦等组成，连杆小头用来安装活塞销，以连接活塞，杆身常做成工字形断面，大头与曲轴的连杆轴颈相连，一般做成分开式，即连杆体大头和连杆盖，大头有平切口和斜切口两种，有连杆螺栓定位、锯齿形定位、磋或销定位、止口定位四种。连杆安装时要注意不能破坏连杆杆身与盖的配对及装合方向，在二者的同一侧打有配对标记，不能反装也不能乱缸，在杆身上有方向标记。连杆轴承用来保护连杆轴颈及连杆大头孔，由钢背和减磨层组成。 由于活塞和活塞环承受的热负荷和机构负荷日益增加，润滑油量减少，同时柴油机厂又在不提高发动机售价的前提下，提高燃油效率和耐久性，因此，对活塞和活塞环的要求更加严格。在对柴油机排气管进行尾气净化处理的同时加强旨在减少废气源中即气缸内有害特质排放的研究发展工作。目前在卡车和非公路车辆用中,小型柴油机方面所开展的研究工作大都放在减少废气排放上，因此出现了深盆顶活塞的应用。这是专为燃烧状况减少碳氢化合物排放而设计的。但其外形结构往往会产生高的瞬时热应力，为此开发出了纤维增强模压铸造等新材料工艺。但深盆形燃烧室会使温度升高，使NOｘ排放增加。降低碳氢化合物的另一项措施是提高活塞顶环位置以减小顶岸区的裂隙，然而这会再次增大杯唇部的循环机械应力，并可使活塞环和环槽产生潜在的耐用性问题。 铸铝合金活塞裙装到活塞销上，在气缸套中起到导向作用，压力传递和导向两功能分开的目的是给活塞环组提供稳定平台和实现低的机油耗率。然而这种活塞成本高，往复运动质量大，活塞质量是影响噪声与振动的重要因素。柴油机制造厂家正考虑恢复使用较简单的活塞组工艺，并进行大量有关柴油机使用活塞顶燃烧室改浅、增宽的活塞和更高燃油喷射压力的研究工作，以便可以恢复使用较为普通与价廉的重力模铸铝活塞材料，利用普遍改进了的现有生产工艺可以改善这种材料的质量。 从长远的观点看，重力模铸铝活塞可满足小型车用柴油机的现时要求，而提高功率和执行排放限法规则要求使用带纤维补强环槽，可能的话带冷却油槽的压铸活塞以及使用其中一种铜含量的新型铝合金材料。大批量生产的这种活塞造价是不会高的。多年来，铝活塞似乎也可满足中功率柴油机的市场要求，而大功率柴油机继续混用重力模型、压铸、铰接和铸铁活塞，然而，从长远来看，这种活塞或许会被重量轻的整体式钢活塞所取代。整体式活塞尽管其往复质量明显比等效的铸铁或组合式结构的低，但它仍具有很大的潜在额定容量，在提高燃油经济性、减少排放和降噪减振方面也可望有大的受益。 本学期我们学习了必修课程《汽车发动机设计》，紧接着开始课程设计。我们要根据武汉理工大学（汽车发动机设计）课程设计说明书 4 自己的题目来查阅资料，结合所学知识，设计出合理的发动机部件。通过这次课程设计，要培养我们综合运用知识的能力，查阅工具书的能力以及运用计算机的能力。 武汉理工大学（汽车发动机设计）课程设计说明书

5 2 发动机基本参数 2.1发动机的结构参数 由设计要求知初始条件为 平均有效压力：Mpap2.1~8.0me 活塞平均速度：Vm＜18 m∕s 发动机类型选择四冲程水冷直列式四缸机。基本参数 行程缸径比S∕D比为1.0。 气缸工作容积Vs，缸径D的选择,根据内燃机学的基本计算公式：

30

niVpPseme

（1-1）

30nSVm

（1-2）

410002SDVs



（1-3）

其中 emp——发动机的平均有效压力，选择 1.0MPa

sV ——气缸的工作容积， 4*sV=1.8L

i ——发动机的气缸数目

n ——发动机的转速, 5400 r/min,

mV——活塞的平均速度，选择15m/s

S——发动机活塞的行程

D——发动机气缸直径

——发动机的行程数

根据以上的条件代入以上公式，并圆整得： D=83mm ，S=83mm, =0.045sVL，

Pe=81kW。