1）确定活塞、活塞环、活塞销结构尺寸；

2）校核活塞、活塞环、活塞销的强度；

3）用CAD软件绘制活塞、活塞环、活塞销的工程图；

4）撰写活塞组设计说明书。

1.4研究方法、步骤和措施

以活塞组的基础理论为依据，总结柴油机活塞组的结构特点，对活塞组的结构及运动规律等问题进行详尽的分析计算，获得活塞组应力分布情况，确定活塞的危险工况和薄弱环节。其次分别对活塞组进行详细的结构设计，并进行了结构强度和刚度的校核。最后，应用CAD软件建立三维实体模型和工程图纸。具体的步骤和措施如下：

（1）调研收集分析有关资料，总结柴油机活塞组的结构特点

（2）确定设计柴油机活塞组的总体思路；

(3) 4105柴油机活塞组的设计计算； 

(4) 用CAD软件建立活塞组实体模型和工程图纸。

第二章  4105四冲程柴油机活塞组的设计

2.1活塞的工作条件和设计要求

2.1.1 活塞的工作条件和设计要求

活塞组在工作中受到周期性变化的气压力直接作用，一般膨胀冲程上止点附件达到最大值Pz，活塞受力分析如图2-1所示：

 (N)                        （2-1）

图2-1活塞受力分析

式中    Fp——活塞投影面积（cm2）；

        D——气缸直径（mm）；

        Pz——气缸内工质的最高燃烧压力（巴）， 可由实测发动机示功图得出。一般柴油机为60～90巴；

直径为105毫米，pz=80巴的柴油机活塞顶上就作用着高达84000牛顿的气压力，可见活塞的机械负荷很大，它使活塞各部分产生机械应力和变形，严重时会使活塞销座从内侧开始纵向开裂，第一道环岸断裂等等。有时与它配合的活塞销也会因此而卡死或断裂。

目前，发动机向高速发展，活塞组的最大惯性力一般已达活塞本身重量的1000～2000倍（汽油机）和300～600倍（柴油机）。周期性变化的惯性力引起发动机的振动，并使连杆组、曲轴组零件，特别是轴承负荷加重，导致发动机耐久性下降。

为适合机械负荷，设计活塞时要求各处有合适的壁厚和合理的形状，即在保证足够的强度、刚度前提下，结构要尽量简便、轻巧，截面变化处的过渡要圆滑，以减少应力集中采用强度低比重小的材料。

2.1.2活塞组的作用与特点

一般活塞都是圆柱形体，根据不同发动机的工作条件和要求，活塞的造型可谓各种各样，但一般活塞可分为活塞头部、活塞裙部和活塞销座三部分。

头部是指活塞顶端和环槽部分。活塞顶端完全取决于燃烧室的要求，顶端采用平顶或接近平顶设计有助于活塞减少与高温气体的接触，使应力分布均匀。多数汽油机采用平顶活塞，但是柴油机为了混合气体形成的需要，提高燃烧效率，将爆燃减少到最小程度，需要活塞顶部具有较复杂的形状，设有一定深度的凹坑昨晚燃烧室的一部分活塞的凹槽称为环槽，用于安装活塞环。活塞环的作用是密封，防止漏气和防止机油进入燃烧室。

活塞裙部是指活塞头部最低一个环槽一下的那部分活塞，它的作用是保证活塞得到良好的导向，具有足够的时间承压面积，能形成足够厚的润滑油膜，既不因间隙过大发生敲缸，引起噪音和加速损伤，也不因间隙过小而在气缸中咬住，导致重大事故。

活塞销座是活塞通过活塞销与连杆连接的支撑部分，并由此传递功率。其位于活塞裙部的上方。高速柴油机活塞销座的特别之处在于销孔不一定与活塞在同一个中心线平面上，而是有一点点的偏移量，即向作功行程时活塞接触缸壁的一侧偏移，这样设计以便当活塞到上止点变换方向后活塞敲击缸壁的程度会减少，从而减少吧发动机的噪声。