柴油机活塞连杆组的装配设计分析

【摘 要】本文主要介绍378柴油机活塞连杆组的设计， 387柴油机需要内燃级具有较好的动力性能为农机产品提供足够的动力，加大活塞的工作行程，使其动力性与经济性提高，由于工作行程加大，噪音与振动加大，燃烧系统采用直喷型，节能效果明显。发动机转速为3000r/min，符合低速汽车对转速的要求，使燃油消耗率保持在245g/kwh以内。

【关键词】柴油机;活塞;连杆装配设计

中图分类号： TK426 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）21-0063-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.21.028

Analysis on the Assembly Design of Diesel Engine Piston Link Group

WANG Fu-wei

（Yancheng Institute Of Technology，Yancheng Jiangsu 224002，China）

【Abstract】This article mainly introduces the design of the piston connecting rod group of 378 diesel engine. The 387 diesel engine needs the internal combustion stage to have better dynamic performance to provide enough power for the agricultural machine products， increase the piston"s working schedule， and improve its dynamic and economic performance. Due to the increase in working schedule， Noise and vibration are increased， and the combustion system adopts a direct injection type， which has obvious energy-saving effects. The engine speed is 3000r/min， which meets the speed requirements of low-speed vehicles and keeps the fuel consumption rate within 245 g/kWh.

【Key words】Diesel engine; Pistons; Assembly design of connecting rod

活塞式內燃机在19世纪60年代问世，其热效率高，配套方便，得到了广泛的应用，各种类型的汽车，农业机械，小型移动站等易内燃机为动力。海上商船及常规舰艇都由内燃机推进。内燃机保有量在动力机械中居世界首位。1882年德国人迪塞尔提出柴油机工作原理，随后，柴油机技术得到全面发展。柴油机是目前被产业化应用各种动力机械中能量利用率最好的机型。在美日等国家100%的重型汽车使用柴油机为动力。世界各国汽车工业发达国家高度重视柴油机发展，从税收等方面采取措施促进柴油机的发展。随着科技的快速发展，柴油机新技术研发应时间不断缩短。

我国柴油机产业起步较晚，自80年代以来有了较快发展，最新开发投产的柴油机产品排放水平已达到欧排放限值要求。但我国柴油机产业整体发展仍面临许多问题。我国柴油机产业目前主要问题是行业投入不足，柴油品质差，柴油机技术落后，对城市环境造成了不良影响。随着环保法规日益严格，需要更新柴油机电控喷射技术，国内柴油机电喷控制系统处于开发期，提高我国柴油机技术水平急需解决关键零部件技术，燃油品质低劣，电控技术等问题。

1 柴油机设计总体要求

1.1 设计整体要求

结构设计时零部件工艺性要适合大量生产，严格要求符合三化规定，要求柴油机重量轻，质量好，机构简单，对发动机的启动及使用维修方便性要求很重要，如动力性，重量轻，性能指标等。拆偶记排除有害气体连同噪音等构成人类环境污染源，我国现采用欧排标准[1]。

柴油机的总体设计注重节能，加强对排放的要求，根据柴油机的设计要求对其主要参数进行选择。农用机械动力的387柴油机配套种类繁多，大部分农用柴油机工作环境恶劣，有时超负荷，可能连续工作几十时小时以上，柴油机设计要求有较好的经济性，易启动，有较好的动力性，使用的可靠性，空气，机油滤清器过滤面积要大。

1.2 柴油机简介

387柴油机主要用于轮式拖拉机动力，经一定调整后可用于小型载重汽车。其特点是结构紧凑。气缸盖与机体整体铸造，结构轻巧，机体刚度好，缸套材料壁厚为3mm。活塞由硅铝合金铸造，连杆用钢锻制成，两连杆螺栓加工有定位带，球铁曲轴为全支承，轴向定位设在后轴上，曲轴前端装有皮带轮，主轴瓦是高锡铝合金薄壁轴瓦。气门直接由较长的菌形挺柱驱动，气门上设有两个弹簧座。

润滑系统中，经中间齿轮由曲轴齿轮驱动。387型柴油机采用带有一级旋风的纸质空气滤清器，冷却系统离心水泵由曲轴皮带轮直接驱动，进气管内装有启动预热器。

2 柴油机主要零部件设计

2.1 活塞

活塞承受很大的机械负荷，柴油机气压最大值在7-8MPA，柴油机最高气体爆发压力达到17-18MPA，在高速内燃机中，循环变化频率高，活塞在气缸中作高速运动，为减少活塞组的往复惯性力，设计活塞尽量减小结构质量。

活塞在工作中承受很高的熱负荷，热量通过对流等方式传到活塞顶，活塞受热轻度分布不均，有效燃烧期中气体介质有较高的密度，增加燃气传给活塞的热量，一般力求减少燃气向活塞的传热量。

活塞沿气缸作用高速滑动，在润滑不良情况下常造成活塞与气缸之间剧烈摩擦。活塞设计要根据活塞功用，从活塞各部分结构尺寸选定，活塞的材料与表面处理等方面入手，正确解决活塞的工作能力，寿命与机械负荷，磨损之间的矛盾。活塞的设计要点包括活塞头部设计，活塞裙部设计[2]。

2.2 连杆

连杆组由连杆体，连杆螺栓，连杆小头衬套等组成，连杆小头与活塞销连接，连杆大头与曲轴曲柄梢连接，连连杆主要承受气体压力与交变荷载，连杆必须具有足够的结构刚度，在压力作用下，杆身不应被显著压弯。

设计时要保证具有足够的强度，尽量减轻重量，尽量缩短长度，结构简单，可靠耐用，大头轴承工作可靠，连杆螺栓疲劳强度高，易于制造，降低发动机的总体尺寸。为增加连杆的强度，不能简单地依靠加大结构尺寸，必须从材料选用，热处理等方面采取措施。

2.3 曲轴飞轮组

曲轴组由曲轴、平衡重等构成，曲轴是多个彼此间错开一定角度的曲柄。其尺寸参数很大程度影响发动机的整体尺寸，曲轴的功用是将活塞运动通过连杆转化为旋转运用，驱动柴油机配齐结构，机油泵及其他附件。

曲轴在工作中要承受扭转力矩作用，设计时必须注意保证轴径与轴承工作可靠，要有足够的抗弯刚度，设计尽量简单，保证足够的转动惯量。飞轮的主要功能是储存做功冲程的能量，使内燃机平稳工作。曲轴设计要点包括曲柄销，油孔位置及飞轮的设计等。

2.4 机体组

机体部分包括气缸体，机座，主轴承盖等零件，柴油机的气缸体与曲轴箱合为一体，机体结构复杂，是支撑柴油机的安装基础。

柴油机工作时，机体承受方向作周期性变化气体力，机体结构设计必须保证有足够的强度。水道设计时要注意各部分外轮廓的设计，为保证柴油机的可靠性，设计时应根据柴油机用途，选择机体结构，依据受力情况，合理设计受力部位结构，机体壁的圆角应无急剧变化。要求尺寸小，结构简单。

目前柴油机的设计趋向将油水与水泵外壳等零件铸入机体，使机体外部管子数量较少，增加机体的刚度，注意噪声的降低，考虑系列化问题，机体的接近性要好，便于零件的装拆与搬运。材料价廉易取[3]。

3 活塞组零件参数选择

活塞组受到气体压力，侧压力的冲击力的作用，强化柴油机最高爆发压力达到140kgf/cm2，活塞顶面承受瞬变高温燃气作用，活塞顶温度高，在直喷式柴油机活塞顶上游相当深的凹坑，热负荷更加严重，活塞温度过高会导致热应力过大，铝活塞材料强度急剧下降。活塞在侧压作用下缸壁靠飞溅润滑，磨损严重，使活塞环磨损实效。

设计活塞材料采用硅质量分数为11%-13%的共晶硅铝合金，使膨胀系数降低，材料的活塞线膨胀系数小，耐磨性好，体积稳定性好。活塞头部包括活塞顶与环带部分，通过销座将气压传给连杆，活塞谁要点是尺寸尽量紧凑，保证温度不过高，防止产生过大热变形，避免顶部热疲劳开裂。保证具有足够的机械强度。

保证在结构布置合理条件下，尽量选择较小的活塞高度，应根据热负荷状况确定顶岸高度，保证第一道环工作可靠，降低活塞高度。目前中小型高速柴油机采用三环结构日益增多，中速柴油机采用四道环，需从活塞的结构上采取措施。

裙部主要起导向作用，设计活塞裙部需保证裙部在工作时具有正确的几何形状，保证活塞具有足够的实际承压面积，不因间隙过大发生敲缸，不因间隙过小导致事故。活塞裙设计要始终保持其与气缸有最合适的间隙。裙部长度为60mm，活塞下裙的长度为裙部长度的60%。

4 结语

本文对柴油机活塞连杆组进行了设计研究，首先确定活塞的大体尺寸，考虑同组所设计零件尺寸，确保发动机良好状态。

【参考文献】

[1]王洪娟.柴油机活塞连杆组装配要点[J].农机使用与维修，2017（06）：34.

[2]赵祥.柴油机活塞连杆组装配[J].农业机械，2014（10）：52.

[3]冯国民.柴油机活塞连杆组的装配[J].乡村科技，2011（07）：26.

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