毕业论文（设计）题目：小型汽油机活塞连杆的设计与校核学生：XXXX专业：XXXXXXXXXXXXXXX班级：学号：指导老师：目录小型汽油机活塞连杆的设计与校核 (4)引言 (4)1.1概述 (4)1.2设计目的 (4)1.3预期结果和意义 (4)1.4 设计方法 (5)1.5 KG160小型汽油机的主要参数 (5)1.6工作任务 (6)第二节活塞组件的设计 (6)2.1 活塞组件的设计 (6)2.11. 活塞组工作条件和设计要求 (6)2.12 活塞销工作条件和设计要求 (7)2.2 活塞组件的材料及表面处理 (10)2.21 活塞材料及表面处理 (10)2.22 活塞销材料及热处理 (10)2.23 活塞环材料及表面处理 (10)2.3 传统活塞加工工艺流程 (11)2.4 国外发展现状 (11)2.5 活塞的结构型式 (13)2.51 活塞头部 (13)2.52活塞裙部 (14)2.53活塞销座 (14)2.6 活塞的主要结构参数及其强度校核 (15)2.61 活塞主要尺寸的选择 (15)2.62 活塞强度校核 (16)1）活塞顶 (16)2）第一环岸： (17)3）裙部比压： (17)2.7 活塞销的主要结构尺寸及其强度校核 (18)2.8活塞环主要结构尺寸及其强度校核 (19)第三节连杆体的设计及校核 (21)3.1连杆的工作条件和设计要点 (21)3.2 连杆材料 (22)3.3工艺流程 (22)3.4国内发展现状 (23)3.5国外发展现状 (23)3.6连杆主要尺寸的选择 (24)3.61连杆长度： (24)3.62连杆小头直径与宽度 (24)3.63 连杆大头 (25)3.64 杆身断面 (25)3.65 小头及衬套 (25)3.66 大头剖分形式及定位 (26)3.7连杆主要结构尺寸及其强度校核 (26)3.71 连杆小头的结构尺寸及其强度校核 (26)3.72 连杆杆身的结构尺寸及其强度校核 (30)感谢词 (35)参考文献 (36)小型汽油机活塞连杆的设计与校核引言1.1概述汽油机的不断发展，是建立在内燃机的改进和创新，对内燃机内主要零部件性能和寿命不断改进和提高的基础上，特别是随着发动机强化程度的提高、功率的增加和转速的增大，使的各种汽油机的使用范围更加广阔，可以适应的环境更加多变。

本次设计主要的完成KG160小型汽油机中活塞连杆的设计与校核。

发动机的工作可靠性和耐久性，在很大程度上与活塞组的工作情况有关。

活塞组件与气缸一起保障发动机工质的可靠密封，否则活塞式发动机就不能正常运转。

活塞组件工作情况的共同特点是工作温度很高，并在很高的机械负荷下高速滑动，同时润滑不良，这决定了它们遭受强烈的磨损，并且可能产生滑动表面的拉毛、烧伤等故障。

实践经验证明，活塞组件的寿命决定了发动机的修理间隔，在大功率强化发动机中，活塞组的热负荷往往限制了发动机的强化潜力。

由此可见，提高活塞组件的工作可靠性和耐久性对发动机的性能的提高具有极重要的意义。

1.2设计目的选择具有代表性的KG160作为样机。

对样机进行全面分析，消化吸收其先进技术，并根据国家有关标准，确定符合国情的技术参数。

避免盲目设计，给设计和生产带来困难。

通过完成KG160小型汽油机活塞连杆的设计及校核，掌握一般的设计方法和思路，培养CAD绘图和Pro/E实体建模的能力，查询文献能力和独立思考能力，最终达到一个工程设计人员所必备的基本能力要求。

1.3预期结果和意义预期结果：设计的KG160小型汽油机活塞连杆满足强度与生产应用要求，符合当前制造厂家生产制造要求，具有良好的经的活塞连杆，掌握了活塞连杆的设计要领，学习到一般设计方法、思路和流程，济性和适用性，有利于企业的应用。

意义：通过设计和校核KG160小型汽油机与企业相互联系，培养独立自主专研的能力，实现理论与实际相结合的应用，从而达到一个符合企业工程设计人员的要求。

1.4 设计方法选择具有代表性的小型单缸汽油机KG160作为样机。

对样机进行全面分析，消化吸收其先进技术，并根据国家有关标准，确定符合国情的技术参数。

避免盲目设计，给设计和生产带来困难。

查询有关文献资料如《机械设计手册》、《内燃机设计》等。

完成KG160内燃机中活塞连杆的三维建模与二维图形的设计，并进行相关强度校核。

1.5 KG160小型汽油机的主要参数1.6工作任务第二节活塞组件的设计2.1 活塞组件的设计2.11. 活塞组工作条件和设计要求活塞在高温、高压、高速、润滑不良的条件下工作。

活塞直接与高温气体接触，瞬间温度可达2500K以上。

因此，受热严重，而受热条件又差，所以活塞温度都很高，顶部高达600~700K，且温度分布不均匀；活塞顶部承受气体压力很MP,这使得活塞产生压力，并大，特别是做功行程最大，一般汽油机可达3~5a产生侧压力的作用；活塞在气缸内以很高的速度（8~12m/s）往复运动，且速度在不断变化，这就产生了很大的惯性力，是活塞承受很大的附加载荷。

如此，活塞在这样恶劣的条件按下工作，会产生变形并加速磨损，还会产生附加载荷和热应力，同时受到燃气的化学腐蚀作用。

1）承受高温高压燃气作用并通过活塞销，连杆将力传递给曲轴。

销座孔内侧受力严重。

2）目前承受高速增压柴油机的最高燃烧压力控制在12~13MPa，最高可达15MPa。

3）高速增压柴油机最高燃气温度在2000摄氏度左右，循环平均有效传热温度在800摄氏度左右。

4）活塞组件在高速往复运动中与气缸壁形成密封配对副，在传递力过程中裙部承受很大的侧压力。

综上所述，活塞是在高负荷，高温，高速，润滑不良的条件下工作的，对它的设计要求：1）要选用热强度好，耐磨，比重小，热膨胀系数小，导热性好，具有良好耐磨性、工艺性的材料；2）有合理的形状和壁厚。

是散热良好，强度、刚度符合要求，尽量减轻重量，避免应力集中；3）保证燃烧室气密性好，窜气、窜油要少又不增加活塞组的摩擦损失，尽可能靠近活塞中部，确定活塞周边温度均匀注意喉口部位设计，防止局部烧损；4）保证活塞头部必须有足够的机械强度和良好的热散热，以承受高温高压燃气的作用5）活塞裙部应有控制热膨胀措施，以确保在任何工作条件下与气缸之间有最佳配合间隙；6）活塞销座处（特别是销座孔内侧）应有避免应力集中的措施，应根据冷却条件合理确定第一活塞环的位置及活塞环糟的设计，尽可能减少有害间隙容积。

2.12 活塞销工作条件和设计要求活塞销在高温下周期地承受很大的冲击载荷，其本身又作摆转运动，而且处于润滑条件很差的情况下工作，因此，要求活塞销具有足够的强度和刚度，表面韧性好，耐磨性好，重量轻。

所以活塞销一般都做成空心圆柱体，采用低碳钢和低碳合金钢制成，外表面经渗碳淬火处理以提高硬度，精加工后进行磨光，有较2.2 活塞组件的材料及表面处理2.21 活塞材料及表面处理现代高速小型汽油机活塞材料可选用共晶铝硅合金或过共晶铝硅合金。

后者具有耐热、耐磨及膨胀系数小等优点，但工艺性较差，我国曾采用有稀土元素的合金，不过由于稀土元素的纯净度难以保证，会影响铝合金性能，所以现在采用的不多。

铝合金活塞毛胚多采用金属模锻，成型后一般要热处理，对硅铝合金可加热到300~500℃保温3~4个小时，然后淬入热水，再加热到200℃保温8小时，用以消除内应力。

2.22 活塞销材料及热处理通用材料：20、15Cr、20Cr、20Mn2，一般采用20Cr。

活塞销外圆表面须经渗碳处理，渗碳层深度与活塞销壁厚有关，常规渗碳层厚度约为活塞销壁厚的10%，内孔表面也可根据需要进行渗碳，厚度可比外表面小。

活塞销外圆表面经渗碳淬火后的硬度约为58~64HRC,外圆表面粗糙度应控制在0.16um以内。

活塞销加工可采用冷挤压工艺，这种工艺具有节省金属、提高劳动生产率，降低成本、机械性能好等优点。

对于铝合金活塞，冷态时活塞销和销座配合大多是过盈，因此，在装配时，需将活塞销座加热到60℃—120℃。

2.23 活塞环材料及表面处理活塞环常用材料。

一般为合金铸铁，合金成分主要有：铬钼、铜铬钼、钨铬钼、钨钒钛等，高强度的汽油机顶环多采用球墨铸铁。

活塞环常用的表面处理:高强度的汽油机顶环与气缸外圆接触面一般要进行喷钼或镀铬处理，KG160汽油机活塞环所采用的是外圆面镀铬处理，铬层厚度0.05mm以上，衍磨后，液体喷砂处理，其余面磷化处理。

表面镀铬可分为镀硬铬和松孔镀(即在镀铬后再进行表面松孔处理，以改善储油)，镀铬层厚度约为0.05~0.10mm孔镀铬层厚度约为0.10~0.18mm孔层厚度为0.05mm。

为提高喷钼或镀铬层的牢度，外层多用于镶嵌结构，镀层仅限于环部中段。

2.3 传统活塞加工工艺流程粗车止口—>粗车外圆、顶面—>精车止口—>粗镗销孔—>精车环槽—>半精车外圆—>精镗销孔—>车挡圈槽—>车内角—>粗精车燃烧室—> 精车外圆。

此工艺流程为传统活塞加工的工艺流程，是大部分企业普遍采用的流程。

在本次设计与校核中，所应用的思路是采用工艺流程。

2.4 国外发展现状活塞方面，活塞作为发动机的心脏，是一种技术含量比较高的零部件。

现代先进的发动机，其活塞的设计相当复杂，已发展成为集轻质高强度新材料、异形外圆复合型面（裙部为中凸变椭圆形面）、异形销孔等多项新技术于一体的高技术含量的产品。

活塞的加工精度要求高，其裙部横向椭圆度精度达0.005mm，纵向中凸轴线精度达01.0mm。

005.0~从上世纪80年代开始，数值模拟技术发展迅，国内外的科研机构及汽油机公司对活塞都进行了深入的研究。

其研究的主要内容是：活塞的温度场、热应力、热疲劳、热冲击和机械强度等。

对活塞的热冲击、耦合传热、瞬态分析、滑油传热以及积碳等方面都做了大量的研究。

同时，对活塞的数值模拟计算，科研人员不断地寻求专业的数值计算方法，来提高分析解决问题的能力。

国内对活塞热负荷的研究主要在高校进行，对于由经验和半经验公式得出平均边界换热系数，再根据平均燃气温度对活塞进行稳态热分析的研究，国内研究的比较深入。

其中较为先进的活塞分析方法是有限元分析计算，通过有限元分析，能在活塞的设计上大幅度提高活塞的强度；活塞的温度场有限元分析，能非常准确的模拟活塞的实际工作环境温度。

是发动机的功率不断增加，尾气的排放相对以前得到很大的改善，提高设计的效率和科学性。

基于计算机发展和普及，最近国外公式对汽油机和柴油机活塞的机械疲劳研究多采用对比发动机耐久试验数据，以计算机建模和仿真计算等来模拟热负荷与机械负荷对活塞机构的影响，从而判断活塞的可靠性。

在实验上，国外在20世纪70年代到80年代就已经开始热冲击研究。

比如说英国的里卡多公司建立了热流和热传导实验平台，用于热流的流向和热流的分配研究，德国的马勒公司对活塞的研究主要是通过整机实验，马勒公司的35个整机试验台用于研究各种活塞的可靠性。