6105Q 汽车发动机铰接活塞连杆的设计 本文有带图的PDF版本，需要可联系本站客服QQ893628136
机械与汽车工程学院
摘要
当前，工程机械用内燃机的活塞材料大都使用铝合金。其优点是导热性好，
可使活塞顶部温度显著降低，减小了热应力；密度小，可减小往复惯性力。其缺
点是机械强度较差，抗腐蚀性较差，线膨胀系数大，热变形大，故要求较大的缸
壁间隙和制造成本。灰铸铁由于耐磨性、耐蚀性好、膨胀系数小、热强度高、成
本低工艺性好等原因， 曾广泛地被作为活塞材料。 但是灰铸铁的缺点是比重大和
热性差。
本文主要设计了一款汽车发动机铰接式活塞连杆， 主要由三部分组成， 分别
是活塞头部和活塞裙部和连杆组。 其活塞头部采用灰铸铁， 活塞裙部采用铝合金，
此设计克服了灰铸铁和铝合金的缺点， 将其优点很好的发挥出来。使之较现有技
术相比具有结构简单、紧凑、定位可靠、气密性好、使用寿命长、油耗大降低、
排污大减少；广泛用于各种规格、类型的柴油机、汽油机等内燃机以及各种鼓风
机、空气压缩机用活塞。刷新了经济、安全、节能、环保的新纪录。
关键词：活塞头部；活塞裙部；连杆组；活塞销；铰接式
Abstract
At present, the construction machinery with internal combustion engines use
mostly aluminum alloy piston material. The advantage of good thermal conductivity,
allows the piston at the top of a significant reduction in temperature reduces the
thermal stress; density, can reduce the reciprocating inertia force. The disadvantage is
that the mechanical strength of its poor, poor corrosion resistance, linear expansion
coefficient, and thermal deformation, and therefore require a larger space and
manufacturing cost. Gray cast iron as a result of abrasion resistance, good corrosion
resistance, small expansion coefficient, heat intensity and low-cost technology with
good reasons, has been widely used as a piston material. However, the disadvantage
of gray cast iron and heat than a major difference.
In this paper, the design of a car engine piston connecting rod articulated
mainly consists of three parts, namely the piston head and piston skirt and connecting
rod group. Its use of gray cast iron piston head, piston skirt the use of aluminum alloy,
designed to overcome this gray cast iron and aluminum alloy of the shortcomings of
its advantages of good play. So than the existing technology is simple in structure,
compact and reliable positioning, air tightness and long service life, lower fuel
consumption of large, a significant reduction in emissions; widely used in various
specifications, types of diesel engines, gasoline engines,such as internal combustion
engines as well as kinds of blowers, air compressors with the Pistons. Set of economic,
security, energy saving, environmental protection, a new record.
Keywords: piston head; piston skirt; linkage group; piston pin; articulated
目 录
中文摘要............................................................. i
英文摘要............................................................ ii
目录................................................................ ⅳ
第一章
绪论...................................................... 1
1.1 研究背景和意义............................................. 1
1.2 研究的方法与技术路线....................................... 2
1.2.1 研究的方法............................................ 2
1.2.2 技术路线.............................................. 2
1.3 研究的基本内容与拟解决的主要问题........................... 3
1.3.1 研究的基本内容........................................ 3
1.3.2 拟解决的主要问题...................................... 3
1.4 文档内容概述............................................... 3
第二章
活塞连杆组方案设计........................................ 5
2.1 活塞组..................................................... 5
2.1.1 活塞的功用及工作条件.................................. 5
2.1.2 活塞材料.............................................. 6
2.1.3 活塞结构.............................................. 6
2.2 连杆组..................................................... 8
本章小节....................................................... 10
第三章
活塞组设计................................................ 11
3.1 活塞头部设计.............................................. 11
3.1.1 压缩高度的确定....................................... 12
3.1.2 活塞顶和环带断面..................................... 13
3.1.3 活塞头部与气缸的配合................................. 15
3.1.4 活塞环............................................... 14
3.1.4.1 活塞环参数的选择与验算.......................... 15
3.1.4.2 活塞环断面形状的设计............................ 16
3.2 活塞裙部设计.............................................. 16
3.2.1 裙部的尺寸和销孔的位置............................... 16
3.2.2 裙部的膨胀控制....................................... 16
3.2.3 活塞裙的配合间隙..................................... 17
3.3 活塞销设计................................................ 18
3.3.1 活塞销尺寸的确定..................................... 18
3.3.2 活塞销座的设计....................................... 19
3.3.3 配合间隙和润滑....................................... 19
本章小节....................................................... 20
第四章
连杆组设计............................................... 21
4.1 连杆组.................................................... 21
4.1.1 设计要求............................................. 21
4.1.2 连杆长度的确定....................................... 21
4.1.3 连杆小头的结构设计................................... 22
4.1.4 连杆杆身的结构设计................................... 22
4.1.5 连杆大头的结构设计.................................... 22
4.2 连杆小头的强度校核........................................ 23
本章小节....................................................... 25
第五章
总结..................................................... 26
致谢................................................................ 27
参考文献............................................................ 28
第一章绪论
随着发动机向着高强化方向的发展以及环境保护法规对排放、 噪声的限制越
来越严格,发动机的转速、平均有效压力、最高爆发压力不断提高、作为发动机
主要运动部件之一的活塞的工作条件越来越恶劣 ,其机械负荷,热负荷不断增加 ,
同时人们对发动机的动力性 ,经济性的要求也不断提高。所以急需设计一款新型
的活塞以适应社会的发展。
1.1 研究背景和意义
本次设计主要完成 6105Q 汽车发动机活塞连杆总成方案设计及相关计算、三
维造型设计、零部件设计以及总图设计。6105Q 发动机是八十年代由我国自行研
究设计的，主要应用于中型载货车、军用装甲车、豪华大客车等。在活塞式发动
机中，灰铸铁由于耐磨性，耐蚀性好，膨胀系数小，热强度高，成本低，工艺性
好等原因， 曾广泛地被作为活塞材料。 但是灰铸铁活塞因比重大和导热性差两个
根本缺点而逐渐被铝合金活塞所淘汰。
与铸铁相比，铝合金的优点是：
1） 密度小（只有铸铁的一半），制成的活塞质量小，工作时惯性力小，
可提高发动机的转数与功率；
2） 导热性好（比铸铁高 3—4 倍），可使活塞顶部的热量及时散开，避免
混合气体自燃，提高发动机的压缩比，因而可提高发动机的功率；
3） 加工性能好，可提高刀具的耐用度和生产率；
4） 易于得到较精确的毛坯，从而节省工件材料与加工时间。
但是铝合金的缺点是：
1) 材料成本较高；
2) 强度及耐磨性较差；
3) 耐热性差；
4) 线膨胀系数大（比铸铁大一倍多），因而，装配间隙较大。冷车起动
时，“敲缸”可能性大。
有不少汽油机采用双金属活塞，即在铝合金活塞的头部或裙部嵌铸入钢片，
钢护圈或铁护圈，这样，既可以提高活塞的强度，刚度和耐磨性，又可以改善隔
热性，以减少裙部的热膨胀量，从而避免冷车起动时的“敲缸”现象及满载工作
时的“拉缸”现象。因此，在很大程度上克服了铝合金活塞的缺点。随着汽车工
业制造技术的发展，对汽车发动机的动力性能及可靠性要求越来越高，现有的
6105Q 汽车发动机活塞连杆总成亟需升级，以顺应社会的发展形势。
通过此次设计进一步了解和掌握汽车发动机构造及其工作原理， 从根本上掌
握发动机活塞连杆总成的开发设计工作。该项目的研究具有重要的现实意义:
首先,通过对活塞结构的合理设计，使其具有足够的强度和刚度，良好的导
热性和合理的热膨胀性，以便有合理的安装间隙。
其次，发动机活塞连杆总成是发动机的“心脏”，一旦损坏，将对发动机造
成严重破坏，因此对其进行可靠性设计，不仅提高安全性，并且可降低日趋紧张
的金属材料的过度消耗。
最后，活塞组是活塞式发动机中工作条件最严酷的组件，发动机的工作可靠
性与使用耐久性在很大程度上与活塞组的工作情况有关。
1.2 研究的方法与技术路线
1.2.1 研究的方法
1.分析研究，查阅相关文献和收集资料。
2.了解和掌握汽车发动机构造及其工作原理。
3.理论分析，制定相关方案。
4.结合上述内容，设计汽车发动机活塞连杆结构。
5.进行零部件图设计，并完成总图设计及尺寸校核计算。
1.2.2 技术路线
1.根据发动机的结构要求及目前我国工厂现有的生产条件为活塞连杆总成
的各个选择结构工艺性好，易于成型，经济性好的材料。
2.在满足保证足够强度和刚度的条件下具有最小的重量，良好的密封性，良
好的导热性和合理的热膨胀性等要求下对活塞组进行设计， 决定各零件的主要尺
寸并进行强度，刚性等方面的计算。
3. 在满足有足够的疲劳强度、连杆大头有足够的刚度以防止连杆轴承或连
杆螺栓受到过大的载荷、 连杆组尽可能轻巧以减轻曲轴和机体所承受的惯性力等
要求下对连杆组进行设计，决定其各零件主要尺寸，并进行强度、刚度等方面的
计算。
4. 利用算得的各零件的尺寸数据，结合活塞连杆总成的各零件制造工艺，
进行零件图设计、 总图设计，并运用三维造型软件对活塞连杆总成进行总体造型
设计，最后对此产品进行校核，要求整体结构合理。
1.3 研究的基本内容与拟解决的主要问题
1.3.1 研究的基本内容
通过对课题的分析研究， 搜集相关方面的资料， 根据发动机结构及其他相关
要求制定活塞连杆总成的设计方案和相关的计算， 选择合适的结构形式， 并进行
零部件图设计，最后根据方案布置情况完成总图设计及尺寸校核计算。
1.3.2 拟解决下列主要问题
1.根据发动机结构及其他相关要求设计活塞连杆总成的结构，并设计方案
和进行相关的计算。 使设计的结构具有足够的强度和刚度， 高的疲劳强度和良好
的冲击韧性。
2.对发动机活塞连杆进行可靠性设计，提高其安全性，可靠性和耐久性。
3.对连杆常见的易断裂部位进行加强处理。
4.在保证活塞及连杆使用性能的情况下,尽可能地减少活塞及连杆的质量来
降低制造成本。
5.改善活塞顶及第一环的工作条件， 防止顶部热裂和环粘结， 卡死和过度磨
损。
6.确定合适的裙部外形和热膨胀控制措施， 提高裙部承受能力和减小配缸间
隙，改善磨损并使运转平顺。
7.改善活塞销和销座的实际承载能力，减少磨损，防止破裂。
1.4 文档内容概述
本文档主要是设计一款汽车发动机铰接式活塞连杆组。 通过对课题的分析研
究，根据发动机结构及其他相关要求制定活塞连杆总成的设计方案和相关的计
算， 选择合适的结构形式。 并根据发动机的结构要求及目前我国工厂现有的生产
条件为活塞连杆总成的各个零件选择结构工艺性好、 易于成型、 经济性好的材料。
