1、沈阳工学院毕业设计（论文）I摘 要随着世界各国对环境保护日益重视，本国发动机尾气排放已得到一定的控制，非道路用动力机械的排放对环境的影响日益凸现而意见，因此欧美发达国家对通用小型汽油机的排放法规不断加严。我国加入 WTO 后，近年已经成为世界通用小型汽油机的生产基地。开展对通用小型汽油机的排放污染物生成机理的研究，降低排放，提高产品质量，消除技术壁垒有重要的意义和实用价值。本文介绍了国内非道路小型通用汽油机的发展概况和特点，以排放性能试验为基础，简单介绍了欧洲法规和美国 EPA 法规,讨论设计了通用小型汽油机活塞连杆。通过比较和汽油机的发展来选取数据设计活塞连杆，让活塞连杆在实际通用汽油机的使
2、用中达到最好的效果。关键词：非道路通用汽油机；活塞；连杆沈阳工学院毕业设计（论文）IIAbstractWith the recognition of environment protection and many strict emission regulations, the vehicle emission has been controlled obviously. The person all over the world pay more attention to the emission of the non-road engines and the Occident has es
3、tablished the emission regulations and put them into practice .Chine has been the small non-road spark ignition engine manufacture base since it joined WTO. The research on the emission has great importance on the reducing the emission and to improve the engine performance.Were introduced simply, di
4、scuss the general small gasoline engine piston connecting rod is designed. Through the comparison and the development of gasoline engine piston connecting rod to select the data design, make the piston connecting rod in the use of actual petrol engine to achieve the best effect.Key words：Non-road sp
5、ark-ignition engines; piston; connecting rod目 录摘要 .I沈阳工学院毕业设计（论文）IIIAbstract .II第 1 章 绪论 .11.1 国内通用小型汽油机现状 .11.2 课题背景 .1第 2 章 EPA 法规简介 .22.1 排放法规 .22.2 美国通用汽油机排放法规简介 .32.2.1 发动机分类方法 .32.2.2 EPA 发动机排放限值 .4第 3 章 通用小型汽油机的简介 .63.1 小型汽油机优点及缺点分析 .63.1.1 小型汽油机的分类 .63.1.2 小型汽油机主要优缺点 .63.1.3 常用规范与规格 .63.2 小型
6、汽油机的结构和工作过程 .73.2.1 小型汽油机一般系统组成 .73.2.2 单缸二冲程汽油机的工作过程 .7第 4 章 汽油发动机发动机的总体构造 .84.1.1 机体组 .84.1.2 曲柄连杆机构 .8沈阳工学院毕业设计（论文）IV4.1.3 配气机构 .84.1.4 燃料供给系统 .84.1.5 点火系统 .84.1.6 冷却系统 .94.1.7 润滑系统 .94.1.8 起动系统 .9第 5 章 活塞组的设计 .95.1 活塞组的组成及作用 .105.2 活塞的工作条件 .105.2.1 活塞的机械负荷 .105.2.2 活塞的热负荷 .105.2.3 磨损强烈 .105.3 活塞
7、组的设计要求 .115.4 活塞材料选取 .115.5 活塞头部的设计 .125.5.1 设计要点 .125.5.2 压缩高度的确定 .125.5.3 活塞顶和环带断面 .145.6 活塞群部的设计 .175.7 活塞销的设计 .18沈阳工学院毕业设计（论文）V5.7.1 活塞销的结构和材料 .195.7.2 活塞销强度和刚度的计算 .195.8 活塞销座的结构设计 .205.9 活塞环的设计 .205.9.1 活塞环形状及主要尺寸设计 .215.9.2 活塞环强度校核 .21第 6 章 连杆组的设计 .226.1 连杆的设计 .226.1.1 连杆的工作情况、设计要求和材料选用 .226.1
8、.2 连杆长度的确定 .236.1.3 连杆小头的结构设计、强度与刚度校核 .236.1.4 连杆杆身的结构设计与强度计算 .256.1.5 连杆大头的结构设计、强度与刚度计算 .276.2 连杆螺栓的设计 .296.2.1 连杆螺栓的工作负荷 .296.2.2 连杆螺栓的屈服强度校核和疲劳计算 .29小结 .30致谢 .31参考文献 .32沈阳工学院毕业设计（论文）1第 1 章 绪论1.1 国内通用小型汽油机现状世界在不断的发展，而汽车这个行业也在飞速的发展，从刚开始的蒸汽车，到现在的高档车，汽车的发展主要是汽车的动力能源的改变，最早是用蒸汽，现在是用汽油或柴油，还有少量了天然气，太阳能等新
9、型能源的开采，而汽车的主要核心是发动机，这里我们讲述的是汽油机，汽油机除了使用在汽车上，还有很多使用的领域。如：农用，植林使用等等。汽油发动机（Gasoline Engine）是以汽油作为燃料，将内能转化成动能的发动机。由于汽油粘性小，蒸发快，可以用汽油喷射系统将汽油喷入气缸，经过压缩达到一定的温度和压力后，用火花塞点燃，使气体膨胀做功。汽油机的特点是转速高、结构简单、质量轻、造价低廉、运转平稳、使用维修方便。汽油机在汽车上，特别是小型汽车上大量使用。通用小型汽油机有 3 个主要特征：非道路用；火花点火式；功率小(美国 EPA 将通用小型汽油机功率范围定义为 19kw 以下，在我国则定义为 3
10、0kw 以下)。通用汽油机是指除车用、航空用途以外的，一般在 20kw 以内的，大多通用性比较强，有的专业性较强，所以一般也称为小型汽油机。一般大于 20kw 的通用汽油机大多是采用车用汽油机的变型产品，从结构上可分为二行程及四行程。 国内现有的小型汽油机 0.63-24kw，其中大部分是小型的。它的特点是重量轻，使用操作简便、价格便宜。随着世界各国对环境保护的日益重视，非道路移动污染源特别是通用小型汽油机的排放污染受到了更多的关注。近年来我国通用小型内燃机行业发展迅猛，已经成为世界同行业中的生产大国，并且产品的主要市场在欧美等发达国家和地区。目前通用小型汽油机的相关企业在各方面已受到来自国外
11、严格排放法规的压力，排放问题是当前小型汽油机领域的一个热点问题。沈阳工学院毕业设计（论文）21.2 课题背景随着中国加入 WTO，国内生产厂家面临国际国内的两个市场，发挥我国人力资源丰富的特点，成为世界制造基地，是制造行业面临的巨大挑战。作为内燃机行业的出口大户，通用汽油机的产量举足轻重。相关的统计数据表明，我国通用小型汽油机的出口量均占到年产量的 60%以上。而且其出口市场也发生了一些变化，目前欧美市场国内通用小型汽油机的产量已经超过了东南亚市场，在国外需求量增长的同时，国内的需求随着生活水平的提高和生产用机械的配套，其产量也是逐年俱增，仅凭这一点就可以看到国内通用小型汽油机行业的前景是十分
12、光明的。但是，我们也看到了国内通用小型汽油机的不足。国产通用小型汽油机的总体水平还远低于国外同类通用小型汽油机的水平，另外欧美国家的贸易技术壁垒更增加了国内通用小型汽油机的出口难度。这些都给国内通用小型汽油机生产厂家带来了严峻的考验，我国通用小型汽油机的出口想要健康稳步地向前发展，必须从根本上改进国产通用小型汽油机的总体技术水平，具体表现在加强技术开发，提高产品的技术含量和技术水平，对通用小型汽油机进行系统的、深入的结构设计和燃烧工作分析研究。非道路通用小型汽油机目前主要参照美国现行的 EPA 排放标准。目前国内外正在实施的是美国 EPA 第 II 阶段法规，即将推行的 EPA 第 III 阶
13、段法规不但对通用小型汽油机 HC 和 NOx 含量进行了严加控制，更是对燃油蒸发物进行严加控制。国内通用小型汽油机行业虽然比较庞大，但是这些企业多为生产型企业，自主研发能力不够。对于排放的控制大多还是引进国外的先进技术。沈阳工学院毕业设计（论文）3第 2 章 EPA 法规简介2.1 排放法规20 世纪 50 年代开始生产小型汽油机至今，我国小型汽油机行业经过 50 年的努力，在产品的品种、产量和数量方面都有了很大的提高。与其他通用类机电产品不同的是，目前大多国产通用小型汽油机产品内销比例较小，大部分产品都出口国外，出口数量已占到生产总量的 70%左右。现新增产量的各通用小型汽油机生产厂，其新增
14、产量部分也绝大多数用于产品出口，出口业务可谓拉动整个行业的主要动力来源。国际市场销售渠道自然成为通机生产企业非常关注并投入主要精力去拼抢的重要任务。从目前的趋势来看，今后我国通用小型汽油机的出口数量还会有所增长，而且增长速度很快。随着我国通用小型汽油机工业的迅速发展，在技术层面预测，小型汽油机今后应向开发节约能源、降低污染、具有自主知识产权的方向发展。并且 2008 年以后，随着美国EPA 第三阶段排放法规的推出，以及加州的新法规，排放法规已成为小型汽油机进人国际市场的一个技术壁垒。如美国联邦环保局(EPA ) 制定的非道路用小型汽油机排放法规和大气资源局(CARB )制定的非道路用小型发动机
15、排放法规。深刻理解小型汽油机排放法规对促进我国小型汽油机的发展十分必要和紧迫。排放法规既是对内燃机及汽车工业发展的限制，又从客观上促进了内燃机及汽车工业的进步。排放法规核心内容实际上是两个，即排放限值和检测方法。2.2 美国通用汽油机排放法规简介美国排放法规（标准）由美国 EPA 制定，属于联邦法规，美国空气污染控制的最终目的是达到环境质量标准，手段是根据清洁空气法规定，对污染源排放实施技术强制，即制定、实施排放标准。美国 EPA 自 20 世纪 70 年代起，不断地加严道路用小汽车和卡车的排放标准，在对道路用车排放控制取得很大进展后，又将注意力转向非道路用发动机上。沈阳工学院毕业设计（论文）
16、4本文引用的标准 40 CFR 90非道路火花点火式发动机排放控制 1，包含非道路小型火花点火式发动机的分类、测试方法、标准限制、管理制度等内容。该法规的制定和发布时间如表 2.1。表 2.1 美国 EPA 排放法规制定和发布时间类别 发布时间 实施时间 适用范围第 1 阶段限值 1995 年 1997 年美国EPA 第 2 阶段限值1999 年 3 月非手持式2000 年 6 月手持式2001 年非手持式20022007手持式除加州外，美国 49 个州 19kw 以下通用小型火花点燃发动机，不含某些特殊用途（如船用、地下矿用、宿营车用等）2.2.1 发动机分类方法研究美国发动机排放标准，要先
17、了解发动机分类，因为发动机测试循环和限值必须建立在正确的 发动机分类基础上，第 1、2 阶段发动机分类方法如表 2.2 所示。美国是按照设备是否为手持这一基本属性分为两大类，在按排量大小加以细分，第 2 阶段与第一阶段有区别，表现在将非手持设备进一步细分。表 2.2 美国 EPA 第一 第二阶段发动机分类方法类别 第 1 阶段 第 2 阶段 排量 mlI-A 66I-B 66100II 100255非手持II II 255沈阳工学院毕业设计（论文）5III IIIIV IV 2050手持V V 502.2.2 EPA 发动机排放限值美国 EPA 第一和第二阶段排放限值参见表 2.3 和表 2.
18、4。表 2.3 美国 EPA 第一阶段排放限值排放限值，g/(kwh)类别C0 HC NOx HC+NOx实施年份I 519 16.1II 519 13.4III 805 295 5.36 IV 805 241 5.36 V 603 161 5.36 1997 年 5 月美国 EPA 第二阶段限值比第一阶段还宽松一些，第一阶段仅要求发动机的初试排放达标即可 ，第二阶段要求发动机整个使用寿命内均要满足要求，并对小汽油机排放提出了耐久性要求，如表 2.5 所示在实际使用中,非道路发动机用途非常广泛，为此,EPA 采取了提供候选寿命的方式由制造商自行选择他们产品的排放耐久小时数。表 2.4 美国 EPA 第二阶段排放限值排放限值，g/(kwh)HC 和 NOx类别CO2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007I-A 610(2001) 50I-B 610(2001) 40I 610(2001) 16.1
