375柴油機設計【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 I 375 柴油機設計 摘 要 本文主要介紹 375 柴油機氣缸蓋的設計。 在本次設計中，考慮到 375 柴油機主要應用于 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的中小型機械，環(huán)境往往較為惡劣，需要內(nèi)燃機具有較好的動力性能為農(nóng)機產(chǎn)品提供足夠的動力。本次設計在 375 柴油機基礎(chǔ)上加大了活塞的工作行程，改球形燃燒室為 W 形燃燒室，使其動力性與經(jīng)濟性都有所提高。但由于工作行程的加大，平衡性變差，噪音與震動加大，在設計時對其采取一定的措施。 燃燒系統(tǒng)采用直噴型，易啟動，節(jié)能效果明顯，可使經(jīng)濟性和動力性大大提高。發(fā)動機轉(zhuǎn)速為 3400r/右， 12h 標定功率約 19合當今低速汽車對轉(zhuǎn)速及功率的需求。通過參數(shù)及工藝性能的控制可使燃油消耗率保持在 250g/內(nèi)。 本文著重討論了氣缸蓋重要部位的設計要求及特點。 本人主要任務是設計 375 柴油機的氣缸蓋，首先根據(jù)柴油機的性能指標對柴油機主要的性能參數(shù)進行了選擇。然后在參照 375 柴油機的氣缸蓋結(jié)構(gòu)進行結(jié)構(gòu)設計。在闡述氣缸蓋設計過程的同時也對主要零部件的設計要點作了總結(jié)。本說明書中重點論述了 375 柴油機氣缸蓋的設計依據(jù)與設計過程。同時，對氣缸蓋材料的選擇、冷卻水道的布置、進排氣道的布置以及缸蓋螺栓的布置等問題也進行了 討論。 關(guān)鍵詞 ： 柴油機，氣缸蓋，冷卻水道，進氣道，買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 F 375 of 75 In 75 in is 75 is on of 75 e, of So in I to to 400r/912h of 50g/ of My is to 75 On to s I to of in of 75 to e. of I on 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 of 75 co 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 錄 第一章 前 言 . 油機技術(shù)概述及發(fā)展趨勢 . 1 概述 . 1 柴油機技術(shù)的發(fā)展趨勢 . 2 國柴油機技術(shù)的發(fā)展 . 4 第二章 整體設計 .油機設計的總體要求 . 6 燃機的設計要求 . 6 內(nèi)燃機設計工作中的“三化” . 6 油機的設計要求 . 7 75 柴油機簡介 . 8 油機主要零部件的設計 . 9 塞 . 9 桿 . 10 軸飛輪組 . 10 缸蓋 . 11 體組 . 11 第三章 氣缸蓋設計 . 13 缸蓋的工作條件 . 13 缸蓋的設計要求 . 14 缸蓋的材料 . 15 缸蓋結(jié)構(gòu)形式的選擇 . 17 缸蓋主要尺寸的確定 . 17 3 、排氣道的設計 . 17 卻水道的設計 . 18 缸蓋螺栓的布置 . 19 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 V 第四章 發(fā)動機的熱力計算 . 21 缸蓋的熱力計算 . 21 數(shù)選擇 . 21 料燃燒的熱力計算 . 21 燒過程的熱力計算 . 22 第五章 結(jié) 論 . 29 參考文獻 . 30 致謝 . 31 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1 第一章 前 言 活塞式內(nèi)燃機自 19 世紀 60 年代問世以來，經(jīng)過不斷改進和發(fā)展，已 是比較完善的機械。它熱效率高、功率和轉(zhuǎn)速范圍寬、配套方便、機動 性好，所以獲得了廣泛的應用。全世界各種類型的汽車、拖拉機、農(nóng)業(yè)機械、工程機械、小型移動電站和戰(zhàn)車等都以內(nèi)燃機為動力。海上商船、內(nèi)河船舶和常規(guī)艦艇，以及某些小型飛機也都由內(nèi)燃機來推進。世界上內(nèi)燃機的保有量在動力機械中居首位，它在人類活動中占有非常重要的地位。 油機技術(shù)概述及發(fā)展趨勢 概述 1882 年德國人狄賽爾（ 出了柴油機工作原理，1896 年制成了第一臺四沖程柴油機。一百多年來，柴油機技術(shù)得以全面的發(fā)展，應用領(lǐng)域越來越廣泛。大量研究成果表明，柴油機是目 前被產(chǎn)業(yè)化應用的各種動力機械中熱效率最高、能量利用率最好、最節(jié)能的機型。裝備了最先進技術(shù)的柴油機，升功率可達到 3050kW/l，扭矩儲備系數(shù)可達到 上 ， 最 低 燃 油 耗 可 達 到198g/h，標定功率油耗可達到 204g/h；柴油機被廣泛應用于船舶動力、發(fā)電、灌溉、車輛動力等廣闊的領(lǐng)域，尤其在車用動力方面的優(yōu)勢最為明顯，全球車用動力“柴油化”趨勢業(yè)已形成。在美國、日本以及歐洲 100%的重型汽車使用柴油機為動力。 在歐洲， 90%的商用車及 33%的轎車為柴油車。在美國， 90%的商用車為柴油車。在日本， 38%的商用車為柴油車， 轎車為柴油車 。據(jù)專家預測，在今后 20 年，甚至更長的時間內(nèi)柴油機將成為世界車用動力的主流。世界汽車工業(yè)發(fā)達國家政府對柴油機發(fā)展也給予了高度重視，從稅收、燃料供應等方面采取措施促進柴油機的普及與發(fā)展。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 2 柴油機技術(shù)的發(fā)展趨勢 現(xiàn)代高性能柴油機由于熱效率比汽油機高、污染物排放比汽油機少，作為汽車動力應用日益廣泛。西歐國家不但載貨汽車和客車使用柴油發(fā)動機，而且轎車采用柴油機的比例也相當大。最近，美國聯(lián)邦政府能源部和以美國三大汽車公司為代表的美國汽車研究所理事會正在開 發(fā)的新一代經(jīng)濟型轎車同樣將柴油機作為動力配置。 經(jīng)過多年的研究、大量新技術(shù)的應用，柴油機最大的問題煙度和噪聲取得重大突破，達到了汽油機的水平 4。 現(xiàn)在，科技的發(fā)展日新月異，柴油機新技術(shù)的開發(fā)和應用所需要的時間也越來越短，下面是一些柴油機方面的新技術(shù)。 一、電控噴射和高壓共軌噴射 柴油機電控噴射系統(tǒng)由傳感器、 制單元）和執(zhí)行機構(gòu)三部分組成。其任務是對噴油系統(tǒng)進行電子控制，實現(xiàn)對噴油量以及噴油定時隨運行工況的實時控制。采用轉(zhuǎn)速、溫度、壓力等傳感器，將實時檢測的參數(shù)同步輸入計算機，與 儲存的 參數(shù)值進行比較，經(jīng)過處理計算按照最佳值對執(zhí)行機構(gòu)進行控制，驅(qū)動噴油系統(tǒng)，使柴油機運作狀態(tài)達到最佳。 為了使負荷調(diào)節(jié)更加精確，產(chǎn)生了共軌技術(shù)。共軌技術(shù)是指高壓油泵、壓力傳感器和 成的閉環(huán)系統(tǒng)。 所有氣缸的噴嘴都連接著一根公共的油管（簡稱油軌），油軌里始終有恒定的壓力，高壓噴油泵將燃油送入油軌，然后才由油軌送入噴油器。噴油器的開啟都由電磁閥內(nèi)的燃油壓差來控制，電控單元 據(jù)負荷轉(zhuǎn)速等信號確定應有的噴射壓力和噴油時刻，在恰當?shù)臅r刻發(fā)出脈沖信號，使噴油器恰當開啟。其特點是可以自由控制噴油量和壓力、自由控制噴油速率和噴油正時。該系統(tǒng)的另一優(yōu)點是通過對噴油器的電磁閥進行必要的設計和控制后，能實現(xiàn)預噴射和主噴射組成的 二次噴射，對降低燃燒時的噪聲和 放很有利。 二、增壓中冷技術(shù) 增壓可使柴油機在排量不變，重量增加不大的情況下達到增加輸出功率的目的。與相同功率的非增壓柴油機相比，增壓柴油機不僅體積小，重量輕，功率大，而且還降低了單位功率的成本。因此，買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 3 增壓技術(shù)不僅廣泛應用在柴油機上，而且還推廣到汽油機，是改善內(nèi)燃發(fā)動機的重要技術(shù)手段。 但是 空氣壓力的提高就是空氣密度的提高，空氣密度的提高必然會使空氣溫度也同時 增高。發(fā)動機渦輪增壓器的出風口溫度也會隨著壓力增大而升高，溫度提高反過來會限制空氣密度的提高，要進一步提高空氣密度就要降低增壓空氣的溫度。據(jù)實驗顯示，在相同的空燃比條件下，增壓空氣溫度每下降10 攝氏度，柴油機功率能提高 3% 5%，還能降低排放中的氮氧化合物（ 大大 改善發(fā)動機的低速性能。因此，也就產(chǎn)生了中間冷卻技術(shù)。柴油機中間冷卻技術(shù)的類型分兩種，一種是利用柴油機的循環(huán)冷卻水對中冷器進行冷卻，另一種是利用散熱器冷卻，也就是用外界空氣冷卻。當利用冷卻水冷卻時，需要添置一個獨立循環(huán)水的輔助系統(tǒng)才能達到較好 的冷卻效果，這種方式成本較高而且機構(gòu)復雜。因此，汽車柴油機大都采用空氣冷卻式中冷器。 空氣冷卻式中冷器利用管道將壓縮空氣通到一個散熱器中，利用風扇提供的冷卻空氣強行冷卻。空氣冷卻式中冷器可以安裝在發(fā)動機水箱的前面、旁邊或者另外安裝在一個獨立的位置上，它的波形鋁制散熱片和管道與發(fā)動機水箱結(jié)構(gòu)相似，熱傳導效率高，可將增壓空氣的溫度冷卻到 50 至 60 攝氏度。 工作循環(huán)溫度的下降有助于 低排放和 下降，故目前重型車用柴油機都普遍是增壓中冷型，不僅有助于低排放而且燃油經(jīng)濟性良好。此外，渦輪前排氣旁通閥的應用，不 僅能降低 放，還可以改善渦輪增壓柴油機的瞬態(tài)性能和低速扭矩。 三、排氣再循環(huán)（ 術(shù)的應用 目前發(fā)達國家先進內(nèi)燃機中普遍采用的技術(shù)，其工作原理是將少量廢氣引入氣缸內(nèi)，這種不可再燃燒的 水蒸汽廢氣的熱容量較大，能使燃燒過程的著火延遲期增加，燃燒速率變慢，缸內(nèi)最高燃燒溫度下降，破壞 生成條件。 術(shù)可使機動車 放明顯降低，但對重型車用柴油機而言，目前傾向于使用中冷 術(shù)，因為其不僅能明顯降低 能保持其他污染物的低水平。 四、 后處理技術(shù) 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 4 柴 油機后處理的目標是進一步改善 排放 。目前主要采用加裝氧化型催化轉(zhuǎn)化器和研究開 發(fā) 化轉(zhuǎn)化器以及具有良好再生能力的微粒捕集器。 今后， 內(nèi)燃機的發(fā)展將著重于改進燃燒過程，提高機械效率，減少散熱損失，降低燃料消耗率；開發(fā)和利用非石油制品燃料、擴大燃料資源；減少排氣中有害成分，降低噪聲和振動，減輕對環(huán)境的污染；采用高增壓技術(shù)，進一步強化內(nèi)燃機，提高單機功率；研制復合式發(fā)動機、絕熱式渦輪復合式發(fā)動機等；采用微處理機控制內(nèi)燃機，使之在最佳工況下運轉(zhuǎn)；加強結(jié)構(gòu)強度的研究，以提高工作可靠性和壽命，不斷創(chuàng)制新 型內(nèi)燃機 。 國柴油機技術(shù)的發(fā)展 我國柴油機產(chǎn)業(yè)起步相對較晚，但是自 20 世紀 80 年代以來有了較快的發(fā)展。隨著一批先進機型和技術(shù)的引進，我國柴油機總體技術(shù)水平已經(jīng)達到國外 80 年代末 90 年代初水平，一些國外柴油機近幾年開始采用的排放控制技術(shù)在少數(shù)國產(chǎn)柴油機上也有應用。最新開發(fā)投產(chǎn)的柴油機產(chǎn)品的排放水平已經(jīng)達到歐排放限值要求，一些甚至可以達到歐排放限值要求。但我國柴油機產(chǎn)業(yè)的整體發(fā)展仍然面臨著許多問題，與國外柴油機相比還有一定的差距。 我國柴油機產(chǎn)業(yè)的整體發(fā)展面臨著許多問題：（ 1）柴油機行業(yè)投入不足 ，嚴重制約了生產(chǎn)工藝水平、規(guī)模發(fā)展和自主開發(fā)能力的提高；（ 2）柴油品質(zhì)差、柴油標準的修訂嚴重滯后于汽車工業(yè)發(fā)展的需要，對柴油機技術(shù)的發(fā)展及各種新技術(shù)、改善柴油機排放措施的應用造成障礙；（ 3）我國柴油機技術(shù)的落后、產(chǎn)品質(zhì)量差以及車輛使用中維修保養(yǎng)措施不力，導致低性能高排放柴油機在使用中對城市環(huán)境和大氣質(zhì)量造成不良的影響。 隨著環(huán)保法規(guī)的日益嚴格，光靠增壓中冷技術(shù)已不能滿足日益嚴格的環(huán)保要求，這就需要更新的柴油機電控噴射技術(shù)來支持?，F(xiàn)在國內(nèi)的柴油機電控噴射系 統(tǒng)正處在開發(fā)階段。比如上海內(nèi)燃機研究所、無錫油泵油嘴研 究所等正在積極研究之中。無錫油泵油嘴研買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 5 究所已把部分成果應用到雙燃料機上實現(xiàn)了天然氣和液化石油氣的電控化，目前正進行匹配試驗。 根據(jù)目前我國發(fā)動機的狀況，提高我國柴油機技術(shù)水平急需解決下列的關(guān)鍵技術(shù)： 1、 關(guān)鍵零部件技術(shù)：如油泵油嘴和增壓中冷。 2、 燃油品質(zhì)：優(yōu)質(zhì)低硫的柴油是柴油機滿足日益嚴格的排放法規(guī)的前提。 3、 電控技術(shù)：柴油機電控技術(shù)對于發(fā)動機綜合性能的優(yōu)化和提高至關(guān)重要。 4、 排放后處理關(guān)鍵技術(shù)： 如廢氣再循環(huán)技術(shù)（ 微粒捕集技術(shù)以及 化轉(zhuǎn)化技術(shù)。 5、 整機開發(fā)及匹配技術(shù)： 如 柴油機燃油、進氣及燃燒系統(tǒng)的匹配與優(yōu)化技術(shù)，重型車用及轎車用柴油機技術(shù)。 6、 柴油機的制造、工藝及材質(zhì)等技術(shù)。 隨著中國機械工業(yè)的發(fā)展，特別是制造工藝水平的提高，相信中國的內(nèi)燃機工業(yè)也會有一個很大的提高。買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 6 第二章 整體設計 油機設計的總體要求 燃機的設計要求 在結(jié)構(gòu)設計和總體布置設計時，要求盡可能采用一般鋼材，零部件的工藝性要好，要適合于大量生產(chǎn)。它們的附屬系統(tǒng)（如供油系、起動機、三濾、散熱器等）往往都是專業(yè)化生產(chǎn)的。這就更嚴格地要求符合“三化”的規(guī)定。而且要求這些柴油機的重 量輕、體積小、質(zhì)量好、效率高、機構(gòu)簡單、使用方便，此外對于發(fā)動機的啟動性和制造工藝性以及使用維修方便性的要求也是很重要的。例如動力性與經(jīng)濟性，重量輕與使用壽命長，性能指標與制造成本等等。 在柴油機的排放方面，由于柴油機排出有害氣體（ 同噪音、臭味等共同構(gòu)成了人類環(huán)境的污染源之一。國外已經(jīng)嚴格控制發(fā)動機的排放，為其制定相應的標準，我國現(xiàn)在采用歐洲排放標準，法規(guī)規(guī)定到 2008 年一些較大城市（如北京、上海）實行歐排放標準，其它地區(qū)逐年實現(xiàn)。 內(nèi)燃機設計工作中的“三化” 內(nèi)燃 機的產(chǎn)品系列化、零部件通用化、零件設計標準化統(tǒng)稱為內(nèi)燃機設計的“三化”。內(nèi)燃機的“三化”是屬于產(chǎn)品質(zhì)量管理問題，它對國民經(jīng)濟將產(chǎn)生深遠的影響，它是社會主義制度下的一項重要技術(shù)政策。它對提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本，發(fā)展新產(chǎn)品，合理組織企業(yè)生產(chǎn)，提高勞動生產(chǎn)率，便于使用。維修和配件供應，零件互換等都具有重要的作用。 1、產(chǎn)品系列化 內(nèi)燃機的系列化是指以極少的基本規(guī)格尺寸 (一般以氣缸直徑和沖程 )的內(nèi)燃機通過改變氣缸數(shù)目及其排列形式、增壓度、轉(zhuǎn)速，燃料、零件的材料、或者增加若干附件等方法來擴大其功率范圍，改變其輪廓 尺寸等，發(fā)展品種繁多的變型，以滿足國民經(jīng)濟中不同買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 7 用途的需要。例如：車用、拖拉機用、固定用、船用、工程機械用等不同用途的各種功率等級的內(nèi)燃機。我國內(nèi)燃機的“三化”是以缸徑為基礎(chǔ)制定國家型譜的，設計和制造內(nèi)燃機新產(chǎn)品必須嚴格遵守國家系列化型譜的規(guī)定，以便用盡可能少的系列機型通過合理變型來滿足各種用途的需要，以免產(chǎn)品系列繁多，生產(chǎn)管理混亂。 凡屬同一系列的內(nèi)燃機要求主要結(jié)構(gòu)相同，主要零部件要求盡可能通用，易損件要能互換，否則不能稱為同一系列的內(nèi)燃機。 2、零部件通用化 零部件通用化是指同一系列的機型中。備機型的零 部件能夠互換通用并盡量采用標準件。不同系列的柴油機在設計時也要考慮某些零部件在可能的情況下盡量與別的系列的機型可以相互通用，如起動機、發(fā)電機、高壓油泵、機油泵、化油器機油濾清器，燃油濾清器、空氣濾清器、水箱、風扇等，以便盡量減少整個內(nèi)燃機工業(yè)中零部件的數(shù)目和種類。 3、零件設計標準化 零件設計標準化是指在進行零部件設計時應盡量按照國家標準和部頒標準或廠際標準來決定零部件的尺寸、結(jié)構(gòu)、材料、技術(shù)條件等，并按國家機械制圖標準繪制零件工作圖和零件圖，遵照國家規(guī)定使用名詞和術(shù)語等 1,3 。 油機 的設計要求 柴油機的總體設計是在注重節(jié)約能源的同時又加強了對排放性的要求，提高了產(chǎn)品的適用性。根據(jù)柴油機的設計要求對其主要參數(shù)進行選擇。 作為農(nóng)用機械動力的 375 柴油機，因其配套種類繁多，其性能、結(jié)構(gòu)和使用情況隨地區(qū)不同而差別懸殊，且大部分農(nóng)用柴油機工作環(huán)境惡劣，同時使用負荷不均，有時超負荷，有時負荷較低，而且可能性連續(xù)工作幾十個小時以上，故柴油機的設計要求如下： 1、使用的可靠性和耐久性，這是作為農(nóng)用柴油機的重要要求，因此選用較低的活塞平均速度和平均有效壓力，目前多數(shù)買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 8 為四沖程柴油機。 2、要有好的經(jīng)濟性 ，造價低廉，燃油和機油消耗率低。 3、易起動、好操縱、維修方便，適合于農(nóng)村的使用條件。 4、要有好的動力性，柴油機發(fā)出的功率要能夠滿足使用的要求。 5、空氣、燃油、機油濾清器的過濾面積要大，且容易清洗和 更換。 75 柴油機簡介 375 柴油機主要用于輪式拖拉機動力，經(jīng)過一定改裝和調(diào)整后，可用于排灌動力、發(fā)電機組和小型載重汽車上。其特點是結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、性能好。 375 柴油機的技術(shù)參數(shù)： 型式：直噴、直列、三缸、立式、水冷、四沖程、形燃燒室 活塞行程 /氣缸直徑： 80/75 標定功率 /轉(zhuǎn)速： 19/3400 （ kW/r/ 壓縮比： 17 ： 1 燃油消耗率： 250（ g/ 潤滑方式： 壓力及飛濺復合式 啟動方式： 電啟動 氣缸蓋和機體都是整體鑄造的，機體下平面與曲軸線相平，因此結(jié)構(gòu)輕巧。采用干式氣缸套，因此機體現(xiàn)剛度好。缸套材料為高磷合金鑄鐵，壁厚為 3 毫米。 活塞由硅鋁合金鑄造，頭部共有兩道氣環(huán)和一道油環(huán)?；钊N是浮式的。 連桿用鋼鍛制成，具有平切口連桿大頭。兩個連桿螺栓加工有定位帶以保證連桿蓋的定位。球鐵曲軸是全支承的，不帶 平衡塊，其軸向定位設在后軸承上。曲軸后端凸緣用螺釘將甩油盤和飛輪固定在一起。曲軸的前端裝有皮帶輪和起動爪。主軸瓦和連桿軸瓦都是高錫鋁合金薄壁軸瓦。凸輪軸布置在機體的上部，具有三個支承。買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 9 氣門、搖臂直接由較長的菌形挺柱驅(qū)動。這樣可使氣門機構(gòu)的剛性加大。氣門上都設有兩個氣門彈簧座和兩個氣門彈簧。 潤滑系統(tǒng)中，有轉(zhuǎn)子式機油泵，固定在第一主軸承蓋上，經(jīng)中間齒輪由曲軸齒輪驅(qū)動。 冷卻系中的離心水泵和風扇都是由曲軸皮帶輪直接驅(qū)動的。柴油機采用電起動，為了適應冬季冷起動的需要，在進氣管內(nèi)裝有起動預熱器。 為了適應拖拉機工作 的， 375 型柴油機采用帶有一級旋風的紙質(zhì)空氣濾清器，具有較高的濾清效率。 油機主要零部件的設計 塞 活塞是在惡劣的條件下工作的。首先，它承受著很大的機械負荷?；钊斏献饔糜胁粩嘧兓臍怏w壓力。對于柴油機來說，氣體壓力的最大值 般是在 7 8前，由于高增壓強化，柴油機的最高氣體爆發(fā)壓力已達到 17 18的甚至更高。同時，在高速內(nèi)燃機中，循環(huán)的變化頻率很高。這樣就使作用在活塞上的載荷是具有沖擊性的?；钊跉飧桌镒龈咚龠\動，還會產(chǎn)生很大的往復慣性力。為 了減小活塞組的往復慣性力，設計活塞時要盡量減小結(jié)構(gòu)質(zhì)量，選用密度小、強度高的材料。其次，活塞在工作中承受著很高的熱負荷?；钊斉c燃燒室中最高溫度為 1800 2600，熱量通過對流以及熱輻射等方式傳到活塞頂。由于柴油機燃燒的特點，使活塞受熱強度分布不均勻，此外還因為在有效燃燒期中氣體介質(zhì)具有較高的密度和紊流的作用，也使得燃氣傳給活塞的熱量增加。為了防止活塞受熱部分溫度過高，一般都力求減小燃氣向活塞的傳熱量并使流入活塞的熱量能很好的散走。再次，活塞沿氣缸作高速滑動，活塞裙部受側(cè)向力的作用，在潤滑不良的情況下， 常常造成活塞、活塞環(huán)和氣缸之間的劇烈磨檫和磨損。 所以，活塞的設計任務就是根據(jù)活塞的功用，適應內(nèi)燃機強化程度提高的需要，從活塞各部分結(jié)構(gòu)尺寸的選定和造型設計、活塞買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 10 的材料和表面處理、必要的計算和試驗等方面入手，正確解決活塞的工作能力、可靠性、壽命和機械負荷、熱負荷、磨損之間的矛盾，并在實踐中不斷加以考核和改進。 活塞的設計要點包括：活塞頭部的設計，活塞銷座的設計，活塞裙部及其側(cè)面形狀的設計。 桿 連桿（組）一般由連桿體、大頭蓋、連桿螺栓、軸瓦和連桿小頭襯套等組成。連桿 把活塞和曲軸連接起來。連桿小頭與活塞銷連接，并與活塞一起作往復運動；連桿大頭與曲軸的曲柄銷連接，和曲軸一起作旋轉(zhuǎn)運動；連桿的其余部分作復雜的平面運動。作用在活塞上的力經(jīng)連桿傳給曲軸。 連桿主要承受氣體壓力和往復慣性力所產(chǎn)生的交變載荷。 連桿必須具有足夠的結(jié)構(gòu)剛度和疲勞強度。也就是說在力的作用下，桿身應該不致被顯著壓彎；連桿大小頭孔不致顯著失圓。 在設計時候應遵循以下的原則 14： 1、在保證具有足夠強度和剛度的前提下，盡可能減輕重量，以降低慣性力； 2、盡量縮短長度，以降低發(fā)動機的總體尺寸和總重量； 3、結(jié)構(gòu)簡單，尺寸緊湊，可靠耐用； 4、大小頭軸承工作可靠，耐磨性好； 5、連桿螺栓疲勞強度高，連接可靠； 6、易于制造，成本低。 很顯然，為了增加連桿的強度和剛度，不能簡單地依靠加大結(jié)構(gòu)尺寸來達到，因為連桿重量的增加使慣性力增加。必須從材料選用、構(gòu)形設計、熱處理及表面強化等方面采取措施。 軸飛輪組 曲軸組由曲軸、飛輪、平衡重以及傳動齒輪等構(gòu)成。曲軸是發(fā)動機中最重要的機件之一，是由一個或者多個彼此間錯開一定角度的曲柄，加上功率輸出端和自由端組成， 它是發(fā)動機最主要的部件之一。 它的尺寸參數(shù) 在很大程度上不僅影響著發(fā)動機的整體尺寸和買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 11 重量，而且也在很大程度上影響著發(fā)動機的可靠性與壽命。曲軸的功用是把活塞的往復運動通過連桿轉(zhuǎn)化成旋轉(zhuǎn)運動以輸出柴油機所產(chǎn)生的功率，并驅(qū)動柴油機的配氣機構(gòu)、噴油泵、機油泵、水泵及其他的附件。 在曲軸的設計方面有幾點要注意，首先，因為曲軸在工作中要承受扭轉(zhuǎn)力矩的作用，因此曲軸在設計時必須注意的解決的主要問題是保證軸頸與軸承工作可靠并且耐用，再者要有足夠的抗彎剛度，還有在工藝上也應注意，設計盡量簡單，只要保證足夠的轉(zhuǎn)動慣量的情況下減小飛輪的質(zhì)量。 飛輪的主要功用是儲存做功沖程 的能量，克服輔助沖程的阻力以保證曲軸旋轉(zhuǎn)運動的均勻性，是內(nèi)燃機工作平穩(wěn)。 曲軸組的設計要點包括：曲柄銷，主軸頸，曲柄，平衡重，油孔的位置和尺寸的設計以及飛輪的設計。 缸蓋 氣缸蓋的工作條件是非常苛刻的，它要承受燃燒氣體的高溫高壓的作用。設計時要注意以下的幾點 5： 1、氣缸蓋要與足夠的剛度。 2、要布置好進、排氣道和氣缸蓋的螺栓。 3、要組織好氣缸蓋的冷卻，以防氣缸蓋的溫度過高以及溫度分布不均產(chǎn)生熱應力過大。 4、各個零部件以及氣門機構(gòu)要拆裝方便。 氣缸蓋的設計 包括：氣缸蓋形式的選擇，氣門 數(shù)的確定，缸蓋螺栓數(shù)量的選擇與布局，進排氣道的設計與布局，以及氣缸蓋冷卻的措施的設計。具體 詳細見第三章。 體組 機體部分包括：氣缸體、曲軸箱、機座（或油底殼）、主軸承蓋等零件。一般柴油機的氣缸體與曲軸箱合為一體。總稱為機體。而機體又有機座式機體與無機座式機體之分。機體結(jié)構(gòu)和受力情況復雜。它是安裝運動件和附件的支承架，通常又是支承柴油機的安裝基礎(chǔ)。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 12 當柴油機工作時，機體承受著大小和方向作周期性變化的氣體力、慣性力和力矩的作用。 機體的結(jié)構(gòu)設計必須保證它有足夠的強度和剛度；曲軸箱部分的形狀和尺寸要 盡可能緊湊。水道和油道設計時一定要注意，以及各部分的外輪廓的設計。 因此，為保證柴油機可靠和耐久性的工作，應考慮下列設計要求 8： 1、根據(jù)柴油機的用途，合理選擇機體結(jié)構(gòu)，保證有足夠的剛度強度。 2、依據(jù)受力情況，合理設計受力部位的結(jié)構(gòu)和形狀，使作用力集中在某些限定區(qū)域內(nèi)。機體壁的圓角和厚度，應無急劇變化，以免應力集中。 3、要求尺寸小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單。 4、目前柴油機的設計，趨向于將油、水和空氣管道、水泵外殼等零件鑄入機休內(nèi)，使機體外部管子的數(shù)量和長度，安排得較少和較短。這樣，既增加加機體剛度，亦可使外 形布置緊湊和簡潔。 5、注意噪聲的降低和考慮標準化、系列化和通用化問題。 6、機體的接近性要好（即易接近氣缸蓋、運動件和附件等），便于零件和部件的裝拆、維修和搬運。 7、工藝性好，成本低廉；材料宜取，價廉材廣。買 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 13 第三章 氣缸蓋設計 缸蓋的工作條件 氣缸蓋主要是用來密封氣缸，并與活塞、氣缸套共同形成燃燒空間。同時，為了讓內(nèi)燃機的正常工作，要在氣缸蓋內(nèi)外安裝許多零部件，如進排氣門及其驅(qū)動機構(gòu)、噴油器、檢爆閥、空氣啟動閥等等。此外，還有一部分熱量要通過它傳給冷卻介質(zhì)。 1、氣體壓力 氣缸蓋底面 受到高壓燃氣作用時，氣體壓力不僅使底板受到彎曲，而且還會通過氣缸蓋內(nèi)部而傳到氣缸蓋的各個部位。氣缸蓋機械負荷的大小一般就用最高壓爆發(fā)力來衡量。由氣缸爆發(fā)壓力產(chǎn)生的壓力稱為氣缸蓋的工作壓力。它具有脈動性質(zhì)，其應力變化周期和內(nèi)燃機工作循環(huán)的周期相同，頻率較高。 2、氣缸蓋螺栓預緊力 為了確保氣缸的密封，氣缸蓋螺栓的預緊力要比最高爆發(fā)壓力大的多。由預緊力而產(chǎn)生的應力成為氣缸蓋的安裝應力。 工作應力和安裝應力通常叫做機械應力。 3、熱應力 氣缸蓋上各部分的溫度分布是很不均勻的，當各部分因溫差而產(chǎn)生的變形 受到限制時就產(chǎn)生熱應力。它的變化周期同內(nèi)燃機的負荷改變有關(guān)，相對工作應力來說，熱應力的變化頻率較低。 實踐證明，氣缸蓋底板的厚度受到鑄造條件的限制不會很薄，而且還有氣道、噴油器座、氣門導管座等部分加強了它的承載能力，所以由氣體壓力所產(chǎn)生的機械應力并非十分危險。而由溫度分布不均勻所產(chǎn)生的熱應力要比機械應力大得多，尤其是氣門座周圍地區(qū)有時要大到 10 倍左右，如果不采取適當措施，往往使氣缸蓋底板發(fā)生裂紋。 氣缸蓋底板上產(chǎn)生裂紋的原因，比較普遍的看法是由于材料的“熱疲勞”。裂紋產(chǎn)生的工程如下：內(nèi)燃機工作時，氣缸蓋底板 上局買 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 14 部受熱地區(qū)的溫度可達 300 400，比四周要高得多，而熱膨脹卻受到限制，因此產(chǎn)生很高的壓縮應力。金屬在高溫和應力的聯(lián)合作用下會發(fā)生蠕變。如果氣缸蓋是鑄鐵材料，當溫度超過 350時，其抗蠕變性能下降；而鋁合金氣缸蓋，抗蠕變性能下降的溫度則更低。蠕變的結(jié)果便產(chǎn)生朔性變形。當停車后，溫度降低，受熱面的收縮卻因朔性變形而受到阻礙，從而產(chǎn)生拉伸應力，成為殘余拉伸應力。局部地區(qū)溫度超過允許值愈多，使用時間愈長，殘余拉伸應力也愈大。拉壓應力的反復交變作用，便產(chǎn)生疲勞裂紋。當材料本身有缺陷或加工中有細微裂紋時，便使疲 勞裂紋迅速發(fā)展。在氣門座與噴油器座孔附近，不但溫度高，而且溫度分布也不均勻，壁厚分布也不一樣，變形也不相同，這些因素都使應力了增加，因而在這些地方最容易產(chǎn)生裂紋。 缸蓋的設計要求 氣缸蓋的工作條件是比較苛刻的，他要求承受燃燒氣體產(chǎn)生的高溫高壓的作用。在柴油機和頂置氣門的汽油機氣缸蓋上要布置氣門、氣門座、進排氣道、燃燒室、火花塞以及冷卻水道等等，氣缸蓋的結(jié)構(gòu)就變得很復雜，鑄造和加工也困難。 從氣缸蓋的功用和工作條件出發(fā)，它的設計要求主要有下列幾點 1： 1、具有足夠的強度和剛度 氣缸蓋應具有足夠的強度以承受機械應力和熱應力。要具有足夠的剛度以保證氣缸蓋工作時變形最小，使氣缸密封可靠。如果氣缸蓋的變形過大會加速氣門座的劇烈磨損、氣門咬死和氣缸密封破壞，造成漏氣、漏水、漏油，嚴重時造成內(nèi)燃機無法工作。 2、氣門與氣道的布置要合理，進排氣道的流動阻力要小，以達到換氣“干凈”的目的。同時還要配合燃燒，組織進氣氣流的方向和合適的渦流強度。 3、冷卻良好，防止溫度過高，使氣缸蓋的溫度分布盡可能均勻，以避免過大的熱應力。 買 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 15 4、結(jié)構(gòu)力求簡單，布置力求對稱，壁厚盡量均勻，以減少鑄造的內(nèi)應力和工 作中的熱應力。 5、氣缸蓋上裝有許多其它零件，如配氣機構(gòu)、噴油器、起動閥等，設計時必須考慮它們拆裝和維修的方便。 6、氣缸蓋螺栓孔的布置要合理。 缸蓋的材料 選擇合適的材料是設計工作的重要環(huán)節(jié)之一。由于氣缸蓋的結(jié)構(gòu)復雜，目前主要用鑄造的方法生產(chǎn)。因此對于氣缸蓋材料的鑄造性能必須予以足夠的重視。氣缸蓋是受熱零件，其熱應力特征系數(shù)值愈小，則受熱時產(chǎn)生的熱應力也愈小。可見氣缸蓋材料的導熱系數(shù)要大，熱膨脹系數(shù)要小。材料的熱強度用材料的強度系數(shù)表示，它是材料的拉伸極限強度與材料的熱應力特征數(shù)之比值。顯然， 此值愈大，則熱強度愈好。 對于氣缸蓋材料首先要有足夠的剛度、強度 10；其次應該價格低廉，來源廣泛，良好的澆鑄和切削性能；對于柴油機氣缸蓋材料目前實用化的氣缸蓋材料有鋁合金、鑄鐵和鋼三種。處在研究價段的有聚合物復合材料與蠕墨鑄鐵。然而就目前國內(nèi)而言，除了部分轎車采用鋁合金外大部分還是采有鑄鐵材料。 氣缸蓋常用幾種材料的比較如下 6： 1、鋁合金 由于鋁合金的導熱系數(shù)大（比鋼大 3 4 倍），而彈性模數(shù)只要鋼的 13，在溫度較低時（低于 250）具有較高的熱 強度。而且它的熔點低，鑄造流動性好。但它的強度低，且隨溫度升高其強度急劇下降，朔性變形大，熱膨脹系數(shù)也大（比鋼大一倍），當裝在鑄鐵機體上時，氣缸的密封較困難，而且價格昂貴。它廣泛用作汽油機和風冷式柴油機的氣缸蓋材料，以充分利用其良好的導熱性能。在要嚴格控制重量或要求低磁、無磁的柴油機上也用鋁合金作為氣缸蓋的材料。 買 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 16 2、鑄鐵 灰鑄鐵是做水冷柴油機氣缸蓋最常用的材料，因為它的鑄造性能好，在 350以內(nèi)有足夠的熱強度，膨脹系數(shù)小，價格低廉，但其導熱性差。加入適量的合金元素可細化晶粒，提高其耐熱性，能在 350 400下長期工作。所以對于強化程度較高的柴油機氣缸蓋都要求加合金元素。根據(jù)我國的材料來源，以加銅、鉻、鉬等合金元素較多。加入量大致如下：當含碳量在 3%以上時，含銅量應為含鉻量的 3 4 倍，含鉬量應和含銅量相當。由于銅、鉻、鉬的加入量均不高，因此這種合金鑄鐵仍具有良好的鑄造性能。 3、鋼 它的熱強度最好，對于大功率的中、低速柴油機，由于氣缸蓋要承受更高的機械負荷和熱負荷，所以常采用鑄鋼來鑄造氣缸蓋。但鑄鋼的熔點高、流動性差、收縮大，因此也只在形狀簡單的二沖程柴油機上應用。對于結(jié)構(gòu)復雜的四沖程柴油機的氣缸蓋 ，由于性能上的需要而采用鑄鋼為材料時，也往往采用鑄鋼件和鋼板通過焊接組合起來的鑄焊結(jié)構(gòu)。但這種鑄焊結(jié)構(gòu)的焊接工藝要求高，工藝流程長，成本昂貴，目前應用并不廣泛。 以新材料應用為主要途徑的柴油機輕量化是柴油機發(fā)展的方向，它可以降低燃油消耗、節(jié)約能源、保護環(huán)境。 375 柴油機也不例外在氣缸蓋材料方面也做了有益的探索并取得了顯著的效果，對于上面所提及的幾種氣缸蓋材料 375 柴油機都有應用，但本次設計以中國一拖集團公司的 375 柴油機氣缸蓋為基礎(chǔ)。本著滿足國內(nèi)中低檔市場需求的宗旨。因此，氣缸蓋材料采用傳統(tǒng)的鑄鐵材料 8。 根據(jù)滿足使用性能的條件下，盡量選用經(jīng)濟的材料，所以本次375 柴油機氣缸蓋的設計選用灰鑄鐵。對灰鑄鐵的選擇如下表 9： 牌號 b/ 00 400 750 170 220 50 470 1000 190 240 根據(jù)氣缸蓋的工作條件和氣缸蓋所受的應力情況，選用 買 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 17 缸蓋結(jié)構(gòu)形式的選擇 水冷內(nèi)燃機的氣缸蓋有整體式、分塊式和單體式三種。當缸徑 D 105，一般多采用整體式氣缸蓋。它的優(yōu)點是可以省去兩 缸之間重復的水套壁厚，結(jié)構(gòu)緊湊，零部件少，使內(nèi)燃機的氣缸中心距短，重量輕，制造成本低，因此為小型和高速輕型水冷式內(nèi)燃機所廣泛采用。從保證氣缸密封來看，單體式的氣缸蓋好，因為氣缸蓋壓緊時互不干擾，對每一個單獨的氣缸蓋來說壓力均勻。單體式氣缸蓋還有便于制造和維修的優(yōu)點，在制造中可以減少廢品率，在使用中發(fā)生損壞時也便于單獨更換。但是單體式氣缸蓋在結(jié)構(gòu)上就比較困難，因為各部分壁厚與泥芯截面尺寸受到造型和澆鑄條件的限制而不能按缸徑比例縮小，這樣就不能在保證有適當?shù)谋诤窈湍嘈境叽绲臈l件下得到既有足夠的氣道面積又有先進的 氣缸中心距。分塊式氣缸蓋介于整體式和單體式之間，它多用于六缸機以上的發(fā)動機。這次設計的 375 柴油機采用的是整體式氣缸蓋，這樣有利于制造和批量生產(chǎn)。 缸蓋主要尺寸的確定 氣缸蓋底部必須有一定的厚度，過薄會引起底部變形以及引起氣門座磨損和漏氣。取氣缸蓋底面厚度值為 =4。氣缸蓋的寬度取決于機體的寬度。氣缸蓋的高度，對于柴油機取決于進氣道的截面積、排氣道水夾層的高度、燃燒室型式和噴油器尺寸，氣缸蓋的高度大致為 H=（ d6。 、排氣道的設計 氣 缸蓋的進、排氣道的設計對內(nèi)燃機的充氣效率（表現(xiàn)在氣流的壓力損失，進氣渦流，同名氣門流量的差別等方面）和排氣能量的利用有相當大的影響。氣道設計要符合下列空氣動力學的要求：氣道截面積要大，變化要緩慢，拐彎圓角要順，表面要光潔 3。 買 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 18 1、排氣道 從排氣門座到氣道喉口之間應有一個逐漸收縮的過渡區(qū)作為引流段。氣道喉口直徑為排氣門直徑的 92 96%。從喉口到排氣道的出口用一個大圓弧過渡，這一段的面積要逐漸擴大，排氣道出口面積一般是喉口面積的 。排氣道在氣缸蓋內(nèi)必須盡可能短，以減少向冷卻水的傳熱 6。 2、進氣道 氣流在進氣道內(nèi)的流動過程和排氣道正好相反，要求進氣口有盡可能大的面積，然后逐漸收縮至喉口。喉口處的面積為進口面積的 80 90%，從喉口到氣門座應有一段引流，進氣道喉口