s195柴油機整機設計說明書(共56頁)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上目 錄專心-專注-專業(yè)1 緒論從1860年首臺內燃機誕生以來，經(jīng)過了百余年的發(fā)展，其給人類帶來的生產(chǎn)力的提高和對生活得便利使得內燃機工業(yè)業(yè)已成為人類文明中不可替代的部分。但是，人類追求進步的腳步遠沒有停止，內燃機的發(fā)展遠遠沒有達到其頂點，在動力性、經(jīng)濟性和排放性方面還在不斷地改進。作為動力輸出源的內燃機，柴油機，其在動力性以及油耗性上比汽油機的優(yōu)越性以使其成為工程機械、農(nóng)用機械套動力裝置中不二的選擇，因此對柴油機的研究和改進已成為各大發(fā)動機生產(chǎn)商的重大戰(zhàn)略。S195型柴油機是小型臥式、單缸、四沖程、蒸發(fā)水冷式發(fā)動機。具有結構輕巧、移動方便、安裝簡單、運轉平穩(wěn)、操作簡易

2、和工作可靠等特點，除基本型外，還有電起動、凝汽水冷卻等多個變型品種，適宜多種配套?？膳涮资址鐾侠瓩C、小四輪拖拉機、小型排灌、船用機組、發(fā)電機組、空壓機組以及農(nóng)副業(yè)加工的動力裝置，如脫粒機、碾米機、磨粉機、飼料粉碎機等，在我國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應用。本課題在參考國內現(xiàn)有同型號柴油機經(jīng)典結構的基礎上進行整機設計，力爭使得柴油機的性能達到較好的水平，結構力爭緊湊。2 柴油機工作過程的熱力學分析計算2.1 原始參數(shù)原始參數(shù)及已知條件1） 柴油機型號：S195；2） 燃燒室型式：渦流式；3） 增壓方式：非增壓；4） 氣缸數(shù)：Z: 1；5） 沖程數(shù)：4；6） 氣缸直徑D：95mm；7） 活塞行程S：11

3、5mm；8） 排量：0.815L；9） 標定功率：8.8kw （12PS）；10） 標定轉速：2000 rpm；11） 怠速轉速：800 rpm；12） 額定功率時最低燃油消耗率：258.4g/kw.h；13） 壓縮比：20；14） 冷卻方式：水冷；15） 凈質量：145kg；16） 潤滑方式：壓力潤滑+飛濺潤滑；17） 啟動方式：電啟動；18） 燃料重量成分：0.86C0.13H0.01O；19） 燃料低熱值：10140kcal/kg；20） 環(huán)境溫度：293K；21） 環(huán)境壓力：1.0。2.2 選取參數(shù)1） 最高爆發(fā)壓力：75；2） 過量空氣系數(shù)：1.20；3） 殘余廢氣系數(shù)：0.034）

4、 進氣受熱增加溫度：20 ；5） 排氣溫度：800K；6） 排氣管壓力：1.1；7） 進氣系統(tǒng)壓力：1.0；8） 壓縮多變指數(shù)：1.368；9） 膨脹多變指數(shù)：1.22；10） 熱量利用系數(shù)：0.7；11） 示功圖豐滿系數(shù)：0.94；12） 機械效率：0.72；13） 掃氣系數(shù)：1.0；14） 壓縮始點壓力：0.85；15） 進排氣重疊角：2.3 計算參數(shù)1） 汽缸工作容積： ；2） 壓縮終點容積： ；3） 燃燒1公斤燃料理論所需空氣量：0.945；4） 進氣充量公斤摩爾數(shù)：；5） 燃燒產(chǎn)物公斤摩爾數(shù)：；6） 理論分子變更系數(shù)：；7） 實際分子變更系數(shù)：；8） 進氣系統(tǒng)溫度：；9） 壓縮始點溫

5、度：=326 K；10） 充量系數(shù)：；11） 壓縮終點氣缸壓力：；12） 壓縮終點溫度：；13） 壓力升高比：；14） 定容燃燒終點溫度：；15） 最高燃燒溫度：其中可由圖2-1查得：圖2-1 不同值時，柴油完全燃燒產(chǎn)物平均摩爾比熱值與溫度的關系=8.50；故=2230 K；16） 初期膨脹比：；17） 燃燒終點氣缸容積：；18） 膨脹終點氣缸壓力：；19） 膨脹終點溫度：；20） 理論平均指示壓力：=10.03；21） 實際平均指示壓力：；22） 平均有效壓力：；23） 有效功率：；24） 指示熱效率：；25） 有效熱效率：；26） 有效燃油消耗率：；27） 進氣流量：。3 柴油機動力計算及

6、平衡3.1 已知數(shù)據(jù)1）氣缸直徑D：95mm；活塞行程S：115mm；曲柄半徑R：57.5mm；連桿長度：210mm；曲柄半徑與連桿長度比；活塞面積；標定功率：8.8kw （12PS）；標定轉速：2000 rpm；曲軸旋轉角速度 ；曲軸銷中心的切向速度；曲柄銷中心的切向加速度；活塞平均速度；2）往復運動質量活塞組實測重量1.365kg。其中，活塞0.9kg，活塞銷0.365kg，擋圈（兩只）0.005kg，油環(huán)（一只）0.03kg，氣環(huán)（三只）0.065kg。連桿組質量的換算：連桿組實測重量=2.315kg。其中，連桿體（包括連桿蓋、套管及連桿襯套）1.893kg，連桿軸瓦（兩片）0.11kg

7、，連桿螺釘（兩只）0.124kg，保險鉛絲（一根）0.008kg。將連桿體用稱重法得其重量分配比為0.600 : 1.293。因此，=0.6kg，=1.293+0.11+0.124+0.008=1.535kg。因此=3）旋轉運動質量曲柄質量的換算見圖3-1：圖中曲柄臂的橢圓部分對稱于曲軸旋轉中心，故不必換算。計算曲柄圖示部分的重量及其重心至曲軸旋轉中心線的距離為：圖3-1 曲柄質量換算用圖，；，；，；其中，I部分表示平衡塊，即，。故3.2 動力計算1）運動分析及動力計算（1）運動參數(shù)的計算 活塞運動規(guī)律計算公式：活塞位移：活塞速度：活塞加速度：連桿擺角：以上個參數(shù)具體位置見圖3-2 曲柄連桿機

8、構簡圖所示。計算活塞在一個循環(huán)內各位置的運動規(guī)律，結果如表3-1所示。畫出活塞運動規(guī)律曲線圖，如圖3-3所示。 圖3-2 曲柄連桿機構簡圖表3-1 S195柴油機活塞運動規(guī)律計算表曲軸轉角連桿擺角00.000.000.003230.04102.731.112.663149.64205.374.395.192914.68307.879.687.472543.174010.1416.739.392063.065012.1125.2110.881509.396013.7234.7411.89920.737014.9144.9012.41335.428015.6455.2912.46-212.0990

9、15.8965.5312.08-694.2910015.6475.2611.33-1092.7511014.9184.2410.28-1399.1312013.7292.249.03-1615.0213012.1199.137.62-1750.5114010.14104.836.13-1821.941507.87109.274.61-1848.881605.37112.463.07-1850.971702.73114.361.53-1844.811800.00115.000.00-1841.46190-2.73114.36-1.53-1844.81200-5.37112.46-3.07-185

10、0.97210-7.87109.27-4.61-1848.88220-10.14104.83-6.13-1821.94230-12.1199.13-7.62-1750.51240-13.7292.24-9.03-1615.02250-14.9184.24-10.28-1399.13260-15.6475.26-11.33-1092.75270-15.8965.53-12.08-694.29280-15.6455.29-12.46-212.09290-14.9144.90-12.41335.42300-13.7234.74-11.89920.73310-12.1125.21-10.881509.

11、39320-10.1416.73-9.392063.06330-7.879.68-7.472543.17340-5.374.39-5.192914.68350-2.731.11-2.663149.643600.000.000.003230.04圖3-3 S195柴油機活塞運動規(guī)律曲線（2）動力參數(shù)的計算i.計算在一個循環(huán)中活塞連桿曲軸所受的運動分力。結果如表3-2所示。繪制的變化曲線，如圖3-4所示；繪制的變化曲線，如圖3-5所示；繪制的變化曲線，如圖3-6所示。繪制曲軸輸出扭矩曲線，如圖3-7所示?？梢?，單缸柴油機曲軸的輸出扭矩曲線與其曲柄切向力曲線形狀完全一樣，只是縱坐標值相差倍。表3-2

12、 動力計算結果項目單位00.147-9.141-8.9940-8.9940.000-8.994010-0.150-8.913-9.063-0.4314-9.074-1.999-8.851-81520-0.150-8.249-8.399-0.79-8.436-3.615-7.622-147330-0.150-7.197-7.347-1.0154-7.417-4.553-5.855-185640-0.150-5.838-5.988-1.0707-6.083-4.669-3.899-190350-0.150-4.272-4.422-0.9485-4.522-3.997-2.116-162960-0.

13、150-2.606-2.756-0.6726-2.837-2.723-0.795-111070-0.150-0.949-1.099-0.2927-1.138-1.133-0.101-46280-0.1500.6000.4500.126060.4680.465-0.04619090-0.1501.9651.8150.516641.8871.815-0.517740100-0.1503.0922.9420.823933.0562.755-1.3221123110-0.1503.9603.8101.01433.9423.233-2.2561318120-0.1504.5714.4211.078954

14、.5503.289-3.1451340130-0.1504.9544.8041.030524.9133.018-3.8771230140-0.1505.1565.0060.895025.0852.532-4.4101032150-0.1505.2325.0820.702385.1311.933-4.753788160-0.1505.2385.0880.478595.1111.291-4.945526170-0.1505.2215.0710.241365.0770.643-5.036262180-0.1505.2115.0611.7E-165.0610.000-5.0610190-0.1445.

15、2215.077-0.24175.083-0.644-5.042-262200-0.1255.2385.113-0.4815.136-1.297-4.969-529210-0.0925.2325.141-0.71045.189-1.955-4.807-797220-0.0425.1565.115-0.91445.196-2.587-4.506-10542300.0304.9544.984-1.06925.097-3.131-41304.5714.701-1.14734.839-3.497-3.344-14252500.2693.9604.229-1.1264.376

16、-3.589-2.504-14632600.4653.0923.557-0.99613.694-3.330-1.599-13572700.7441.9652.709-0.77122.817-2.709-0.771-11042801.1540.6001.754-0.49121.822-1.813-0.179-7392901.776-0.9490.827-0.22020.856-0.8530764-2.6060.158-0.03870.163-0.1570.046-643104.416-4.2720.145-0.03110.148-0.1310.069-533207.35

17、1-5.8381.512-0.27031.536-1.1790.985-48133012.857-7.1975.660-0.78225.714-3.5074.511-142934023.275-8.24915.027-1.413415.093-6.46813.637-263635039.654-8.91330.740-1.463230.775-6.77930.019-276336050.195-9.14141.054-3E-1541.0540.00041.0540370108.847-8.91399.9334.7567100.04722.03897.589898238068.355-8.249

18、60.1075.6535460.37225.87054.5481054439041.066-7.19733.8694.680734.19120.98826.991855440025.777-5.83819.9393.5647920.25515.54712.983633641017.201-4.27212.9302.7736513.22411.6886.186476342012.157-2.6069.5512.331269.8329.4372.75738464309.029-0.9498.0802.151338.3628.3290.74233944406.9970.6007.5982.12744

19、7.8907.852-0.77632004505.6261.9657.5902.160837.8927.590-2.16130944604.6713.0927.7632.173798.0627.268-3.48929624703.9913.9607.9502.116828.2276.747-4.70827504803.5004.5718.0701.969768.3076.004-5.74124474903.1434.9548.0971.736838.2815.086-6.53520735002.8855.1568.0411.437558.1684.067-7.08416585102.7035.

20、2327.9351.096618.0103.018-7.42012305202.5825.2387.8200.735537.8541.983-7.6008085302.5135.2217.7330.36817.7420.980-7.6804005402.4905.2117.7017.8E-167.7010.000-7.70105502.2005.2217.421-0.35327.429-0.941-7.369-3835601.6005.2386.838-0.64326.868-1.734-6.646-7075700.9005.2326.132-0.84756.191-2.332-5.735-9

21、515800.7005.1565.856-1.0475.949-2.962-5.159-12075900.5004.9545.454-1.175.578-3.426-4.402-13966000.4004.5714.971-1.21325.116-3.698-3.536-15076100.1473.9604.107-1.09344.250-3.485-2.432-14206200.1473.0923.239-0.90713.364-3.033-1.456-12366300.1471.9652.112-0.60122.196-2.112-0.601-8616400.1470.6000.747-0

22、.20920.776-0.772-0147-0.949-0.8020.2136-0.8300.827-0.0743376600.147-2.606-2.4590.60011-2.5312.429-0.7109906700.147-4.272-4.1250.88478-4.2183.728-1.97315206800.147-5.838-5.6911.01755-5.7824.438-3.70618096900.147-7.197-7.0500.97434-7.1174.369-5.61817817000.147-8.249-8.1020.76202-8.1373.48

23、7-7.35214217100.147-8.913-8.7660.41727-8.7761.933-8.5617887200.147-9.141-8.9941.2E-15-8.9940.000-8.9940圖3-4的變化曲線圖3-5 的變化曲線圖3-6 的變化曲線圖3-7 曲軸輸出扭矩曲線當時，。取，則 PS。3）飛輪矩的計算根據(jù)S195型柴油機的多種用途，選取。查表 ，。PS，n=2000rpm。3.3 平衡計算1）離心慣性力的平衡平衡塊產(chǎn)生的離心慣性力柴油機不平衡的離心慣性力因為，故可在校正平衡時，從平衡塊的邊緣處（）鉆去適當?shù)闹亓俊?）一級往復慣性力的平衡因此，必須采用以角速度正、反轉的

24、雙軸平衡裝置，才能把一級往復慣性力完全平衡。S195型柴油機采用的雙軸平衡裝置。其中，每根平衡軸重量為、旋轉半徑為。3）二級往復慣性力的平衡因此，必須采用以角速度正、反轉的雙軸平衡裝置，才能把二級往復慣性力完全平衡。如果在平衡一級往復慣性力的雙軸平衡裝置基礎上再增添一對以角速度旋轉的平衡軸，勢必會使機構復雜化。鑒于農(nóng)用，且二級往復慣性力又較小，故在S195型柴油機上對二級往復慣性力不采取平衡措施。4 燃燒系統(tǒng)4.1 燃燒室的選型本次設計選用渦流室形式。該形式的特點為采用切向連接通道，產(chǎn)生強力的有規(guī)則的壓縮渦流，促使噴入渦流室中燃料的分布和混合。在膨脹行程中，渦流室中的混合物噴入主燃燒室產(chǎn)生二次

25、渦流，與主燃燒室中的空氣進一步混合燃燒。渦流室與主燃燒室的最大壓差約為12，最高流速達100180m/s。與直噴式相比，渦流室具有下列特點：1） 對轉速不敏感，高速性能好，在4000rpm的柴油機上仍有較好的性能指標。2） 采用軸針式噴油器，針閥開啟壓力為120140，對燃油系統(tǒng)的要求較低，噴油器故障較少。 3） 運轉平穩(wěn)，排氣污染較少。4） 易于調試，使用性能穩(wěn)定，對農(nóng)村使用條件較容易適應。5） 渦流室的散熱損失及流動損失較大，燃油消耗率較高，冷啟動困難，處選用較高的壓縮比外，一般還需啟動輔助裝置。6） 組成燃燒室零件的熱負荷較高，渦流室鑲塊容易產(chǎn)生開裂、燒損等故障。7） 渦流室推薦用于D&

26、lt;100mm,n=20004500rpm的小型高速柴油機。-4.2 渦流室結構渦流室上部為半球形，下部通過鑲塊的變化獲得各種變形。將渦流室做成平底，對壓縮渦流有減弱作用，有利于改善高速性能。結構如圖4-1。圖4-1 渦流室結構4.3 主燃燒室形狀為了充分利用主燃燒室中的空氣，活塞頂制成如圖4-2所示的鏟擊式圖4-2 活塞頂主燃燒室形狀4.4 渦流室鑲塊1）采用鑲塊結構，可以使渦流室承受更高的熱負荷，便于渦流室內表面和通道的加工，以及使渦流室容積易于準確控制。本設計采用圓盤形鑲塊，結構簡單，應用較多。2）鑲塊材料選用導熱系數(shù)高，熱 疲勞強度高，彈性模數(shù)小，熱膨脹系數(shù)小的材料，一般用耐熱鋼或耐

27、熱合金鑄鐵制造。鑲塊結構如圖5-3所示圖4-3 鑲塊結構4.5 改善冷啟動性能的措施1）適當加大通道截面積，減少節(jié)流損失。2）開啟動小孔。5 活塞組的設計5.1 概述活塞組包括活塞、活塞銷和活塞環(huán)等在氣缸里作往復運動的零件，它們是活塞式發(fā)動機中工作條件最嚴酷的組件?；钊M件與氣缸一起保證發(fā)動機工質的可靠密封，否則活塞式發(fā)動機就不能正常的運轉。活塞組的作用歸結為：1） 傳力、導向。承受燃燒室內氣體的壓力，將壓力傳遞給連桿，并保證活塞在氣缸內順暢運動。2） 密封。通過活塞環(huán)和活塞密封氣體，保證缸內工質不泄露或者很少泄露。3） 傳熱。在密封的基礎上，通過活塞環(huán)和活塞裙部向缸壁傳遞熱量；4） 配氣。完

28、成進氣、壓縮和排氣功能，在二沖程發(fā)動機中還起到配氣潤滑作用。5.2 活塞的選型首先從經(jīng)濟性上考慮，由于整體鋁活塞成本最低且鋁活塞散熱好，故考慮優(yōu)先采用。其次根據(jù)平均有效壓力：=6.78 可知，大大低于鋁活塞的平均有效壓力上限：14（鑄鋁）17（鍛鋁）。根據(jù)活塞比功率選擇活塞冷卻方式，由比功率計算公式 其值小于 無油冷方式的上限值 0.3 ，故無需對活塞進行油冷卻。5.3 活塞的基本設計5.3.1 活塞的主要尺寸根據(jù)同類型發(fā)動機和統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行選取，結果如表5-1所示。各參數(shù)意義參見圖5-1 。表5-1 活塞主要尺寸比例H/DH1/DH2/Dh/Dh1/D1.160.630.730.150.032

29、/Dd/DB/D/D0.130.370.380.04圖5-1 活塞尺寸參數(shù)5.3.2 活塞頭部設計1）活塞頂形狀活塞頂?shù)男螤罡鶕?jù)燃燒系統(tǒng)的要求進行設計。采用鏟擊式燃燒室2）活塞頭部截面形狀活塞頭部截面形狀影響熱流及溫度分布，鋁活塞頭部常設計成“熱流型”，采用大圓弧過渡，增加從頂部到裙部的傳熱截面。5.3.3 活塞銷座的設計1）銷座結構的選用采用 寬體整體支承筋的剛性銷座，該結構傳力情況好，活塞變形小，鍛造和鑄造工藝性好，可以避免因凹陷引起的應力集中。2）為提高活塞銷座抗裂能力，需將銷孔內緣加工成倒角，以減小銷孔內緣的應力集中。 3）銷座軸承的潤滑 圖5-2 銷座結構由于采用浮式活塞銷，其在銷孔

30、中相對轉動，故需要對銷孔進行潤滑。其結構如圖5-2所示。5.3.4 活塞裙部及其側表面形狀設計1）下裙結構采用圓筒形的裙部其與曲軸平衡塊其最小間隙在34mm。見圖5-3。2）裙部橢圓活塞在氣體壓力和側壓力作用下的變形，以及活塞溫度場的不均勻產(chǎn)生的熱變形，均使活塞裙部沿活塞銷軸線方向變長，為適應這種變形，須將裙部加工成橢圓。 圖5-3 下裙結構其橢圓形狀采用正矢曲線橢圓(如圖5-4)：此法可使活塞與氣缸有較大的貼合面積，降低比壓，減少磨損。圖中為活塞橢圓度。現(xiàn)有鋁活塞為=0.251.45 mm。取=1 mm。 圖5-4 裙部橢圓5.3.5 活塞與缸套配合間隙由于活塞側表面形狀及橢圓的要求，活塞間

31、隙沿高度及圓周方向有不同的數(shù)值，其中重要的是活塞頂部間隙和垂直銷孔方向的裙部間隙。由統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，對于共晶鋁硅合金，推薦值為，。5.3.6 活塞重量的參考值中小功率高速柴油機的活塞比重量5.3.7 活塞強度計算表5-2 活塞強度計算用表項目計算公式許用值 活塞頂機械應力鋁合金有筋頂 500第一環(huán)岸彎曲應力剪切應力總應力=245=63.6=269鋁合金300400裙部比壓=高速柴油機 58銷座比壓=211400600注： 經(jīng)計算表明，活塞強度滿足要求。5.3.8 活塞的冷卻活塞比功率 其值小于 無油冷方式的上限值 0.3 ，故無需對活塞進行油冷卻。5.5.9 活塞的材料及工藝采用共晶鋁硅合金 6

32、6-1鑄造，材料的綜合性能較好。5.4 活塞銷的設計5.4.1 活塞銷的結構及尺寸1）結構的選用采用如圖5-5典型結構2）尺寸外徑：d = 0.37D=35 mm；內徑：d0=20 mm；長度： l = 80 mm； 圖5-5 活塞銷結構5.4.2 軸向定位由于采用浮式活塞銷，工作時在銷座內有相對滑動，為防止活塞銷軸向串動，擦傷氣缸，用彈性擋圈定位的方式。此法簡單，廣為應用。矩形彈性擋圈按 GB 893.11986選用。5.4.3 活塞銷和銷座的配合查表可知 當活塞銷外徑：d = 0.35D=35 mm；選擇活塞銷和銷座的配合間隙為 5 5.4.4 活塞銷的強度校核表5-3 活塞銷強度計算用表

33、項目計算公式許用值彎曲變形橢圓變形縱向彎曲應力橫向彎曲應力總應力經(jīng)校核，活塞銷強度滿足。5.4.5 活塞銷材料及強化工藝1）材料：20Cr2）強化工藝：冷擠壓成型，雙面滲碳，提高表面光潔度。6 連桿組的設計6.1 概述連桿組在工作時主要承受下列載荷；1） 由連桿力引起的拉壓疲勞載荷；2） 在連桿擺動平面內，由連桿力矩引起的橫向彎曲載荷；3） 由于壓入連桿襯套，擰緊連桿螺栓，壓緊軸瓦等產(chǎn)生的裝配靜載荷。6.2 連桿的結構類型1）采用斜切口連桿；2）定位方式： 銷套定位；3）連桿材料：45鋼；4)成型方法：精鍛；5)強化工藝：調質，表面噴丸。6.3 連桿的基本設計6.3.1 主要尺寸比例參考現(xiàn)有柴

34、油機的尺寸比例，選定參數(shù)如表6-1所示。各參數(shù)意義參見圖6-1所示。表6-1 連桿主要尺寸比例=R/ld/D/dd2/d1D1/Db1/d0.2740.3680.0571.2820.7370.971b2/D1l1/D1dM/DH/DB/Ht/H0.5431.2860.1260.3160.6670.2圖6-1 連桿尺寸參數(shù)6.3.2 連桿長度由上表參數(shù)=R/l=0.274 及S=2R可知，l=210 mm。6.4 連桿小頭設計6.4.1 連桿小頭結構選用圓環(huán)型小頭，如圖6-2所示。該形式構型簡單，制造方便，材料能充分利用，在小型高速柴油機上廣泛應用。圖6-2 連桿小頭結構6.4.2 小頭結構尺寸

35、由=0.971，得小頭寬度=34 mm ，由此可知銷座與連桿小頭的間隙為=2 mm。此處需校核小頭軸承的比壓，由公式，而高速柴油機的青銅襯套的許用比壓為630，故強度滿足。6.4.3 連桿襯套1）襯套結構如圖6-3所示圖6-3 小頭襯套結構2）襯套與小頭孔和活塞銷的配合參見表6-2（單位：mm）表6-2 襯套與小頭孔和活塞銷的配合活塞銷外徑d連桿襯套內徑連桿襯套外徑連桿小頭孔徑活塞銷與襯套間隙襯套與小頭孔過盈量0.0250.0750.0180.0683）襯套的潤滑方式在小頭上方開集油孔，利用曲軸箱中飛濺的油霧進行潤滑，該方式在小型高速柴油機上應用較廣泛。4)襯套材料采用錫青銅，ZQSn5-5-

36、5 ，該材料在中小功率柴油機上應用較廣。6.5 連桿桿身1）桿身結構高速柴油機上廣泛采用工字型截面。形式如圖6-4所示。圖6-4 連桿桿身截面6.6 連桿大頭6.6.1 連桿大頭結構采用斜切口大頭（如圖6-5所示）：該形式在滿足活塞連桿組能從氣缸裝拆條件下，可以增大曲柄銷直徑，有利于提高曲軸剛度及連桿軸承的工作能力，切口角取。圖6-5 連桿大頭結構6.6.2 大頭尺寸1)連桿大頭尺寸主要取決于曲柄銷直徑、長度及連桿軸瓦厚度和連桿螺栓直徑。、等尺寸，由曲軸和軸承設計決定，則根據(jù)強度要求設計。2)為使活塞連桿組能從氣缸中裝拆，要求大頭的最大橫向尺寸小于氣缸直徑。3)連桿螺栓孔中心線應盡量靠近軸瓦，

37、連桿螺栓孔中心距一般為。螺孔外側邊厚不小于24mm。4)連桿大頭高度、，對于斜切口連桿：6.7 連桿強度的計算校核6.7.1 連桿小頭的校核1、由襯套過盈配合及受熱膨脹產(chǎn)生的應力由襯套過盈配合及受熱膨脹產(chǎn)生的徑向均布壓力其中襯套壓配過盈量。=0.0180.068mm；取最大值。襯套小頭熱膨脹不均產(chǎn)生的過盈量。連桿的彈性模量。 襯套的彈性模量。 代入上式=93.8 由引起的小頭應力內表面 外表面 2、由慣性力拉伸時引起的小頭應力各截面的彎矩與法向力按下列公式求得1）在的截面上彎矩 法向力其中：固定角小頭平均半徑 活塞組最大慣性力。計算得：2）當時3）當4）當4） 在任意截面上的應力為：外表面內表

38、面其中：小頭壁厚小頭截面積襯套截面積 故上式可化簡為外表面 （）內表面 （）5） 拉伸時的最大應力當時，外表面達到最大當時，內表面達到最大故受拉伸載荷時滿足要求3、由最大壓縮力引起的小頭應力1)最大壓縮力=5316.2+(-447.6)=4868.6 2)求各截面的彎矩和法向力當時其中，由圖6-6輔助計算得，則，則故 圖6-6 輔助計算用圖當時3)壓縮時的最大應力當時，外表面達到最大當時，內表面達到最大故受壓縮載荷時強度滿足。4、小頭的安全系數(shù)1)僅考慮工藝因素對疲勞強度的影響其中材料在對稱循環(huán)下的拉壓疲勞極限；應力幅；考慮表面加工情況的工藝因素；平均應力；角系數(shù)，；材料在對稱循環(huán)下的彎曲疲勞

39、極限；材料在脈動循環(huán)下的彎曲疲勞極限，=（1.41.6）。2)小頭應力按不對稱循環(huán)變化，在固定角截面處外表面應力變化較大，通常只計算該處安全系數(shù)。循環(huán)最大應力 循環(huán)最小應力 應力幅 平均應力 查表值 45鋼的=6000 ，則3)在固定角截面的外表面處應力幅 平均應力 則小頭的安全系數(shù)小頭的安全系數(shù)不應小于1.5，故滿足要求。5、小頭橫向直徑的減小量由公式計算其中 代入上式得為使活塞銷與連桿襯套不致咬死，應使（為活塞銷與襯套的配合間隙）由4.4節(jié)可知=0.0250.075mm，故=0.01250.0375mm，滿足。6.7.2 連桿桿身的校核1、桿身計算力1)最大拉伸力其中，分別為活塞組重量（1

40、400g）和位于計算截面以上部分的連桿組的重量（2400g）；代入2)最大壓縮力 2、桿身中間截面II處的應力與安全系數(shù)1)由引起的拉伸應力 ，式中桿身中間截面積，經(jīng)計算=3.17代入得2)由壓縮和縱彎曲引起的合成應力在擺動平面內式中=0.00035；則在垂直于擺動平面內式中則3)在桿身中間截面的應力幅和平均應力在擺動平面內應力幅 平均應力在垂直于擺動平面的應力幅 平均應力4)在擺動平面和垂直于擺動平面內的安全系數(shù)7 配氣凸輪的設計7.1 凸輪外形設計得任務和要求凸輪外形設計的任務是根據(jù)發(fā)動機的性能要求選擇適當?shù)耐馆喞€。一個良好的配氣凸輪，既應使發(fā)動機具有良好的充氣性能，又要保證配氣機構工作

41、平穩(wěn)，安全可靠。 發(fā)動機凸輪外形設計從保證較大的時間面積值和較佳的配氣機構動力學特性出發(fā)，預先給定挺柱升程規(guī)律而后求出凸輪的幾何形狀。7.2 凸輪設計主要參數(shù)的選擇和限制條件配氣相位與凸輪作用角選取決定于發(fā)動機的性能要求，并與發(fā)動機氣流通道的形狀和斷面尺寸相適應。凸輪作用角 （deg）進氣或排氣的提前開啟角（）；進氣或排氣的滯后關閉角（）。參考同類型柴油機，選定S195柴油機的配氣正時角，見表7-1表7-1 S195柴油機配氣正時的選定進氣排氣開關開關上止點前下止點后下止點前上止點后174343177.3 緩沖曲線設計 為控制氣門開啟端得沖擊和關閉端得落座速度，凸輪廓線兩端必須設有等加速等速型

42、緩沖曲線。（挺柱升程、速度、加速度）等加速段（時） （mm） 加速段（時） （mm） 本設計中取等加速等速型緩沖曲線具有如下特點：（1） 緩沖段終點的加速度為0，因而沖擊噪聲小。（2） 無論在氣門的開啟或降落側，如氣門間隙和配氣機構剛度不同，不會影響挺柱的速度和加速度。（3） 由于氣門間隙發(fā)生變化或配氣機構剛度、凸輪制造尺寸有差異而引起的氣門開啟和落座點的變化較小，因而對配氣正時的影響不大。（4） 由于緩沖曲線終點時挺柱升程對凸輪轉角的二階、三階等導數(shù)皆為0.所以它與凸輪基本段廓線銜接的光滑性較好。7.4 凸輪的選型及計算采用等加速等速型緩沖曲線的對稱型七項式多項動力凸輪，函數(shù)凸輪的主要特點是

43、運動的規(guī)律性，加速度曲線連續(xù)，不會引起慣性力突變，從而減小配氣機構產(chǎn)生跳動或振動傾向。1）凸輪計算參數(shù)的選取：發(fā)動機轉速；凸輪軸轉速；氣門最大升程；緩沖段終點挺柱升程；緩沖段張角；緩沖段等加速部分凸輪轉角與緩沖段張角之比；提前開啟角，滯后關閉角，凸輪作用角；凸輪半作用角；搖臂比，凸輪基圓半徑；進氣門彈簧剛度；自由項系數(shù)；冪指數(shù)p=14、q=20、r=32、s=40，采用第一種邊界條件。2）配氣機構剛度計算 搖臂變形量； 搖臂軸變形量； 搖臂座變形量； 推桿變形量； 凸輪軸變形量； 配氣機構總變形量 配氣機構剛度； 配氣機構剛度系數(shù)； 未知系數(shù)；可得方程組： 解方程組可得結果，見表7-2表7-2

44、 方程系數(shù)解11.-16.1.15.-14.4.-1.3）上升側基本工作段氣門升程、速度、加速度的計算（） 由于凸輪采用對稱結構，下降段計算類似，不再贅述。4）當量挺柱升程、速度、加速度的計算 5）挺柱升程、速度、加速度的計算緩沖段：等加速度段 等速段 基本工作段挺柱升程： 6）凸輪廓線的計算以凸輪基圓中心為原點的直角坐標系表示，則可知 7）時間截面的計算8）豐滿系數(shù)的計算上述計算的結果見表7-3表7-3 配氣機構綜合計算結果氣門挺柱凸輪廓線凸輪轉角升程 mm速度 m/s加速度m/s2升程mm速度m/sxy0 0. 0. 0. 16. 1 0. 0. 0. 16. 2 0. 0. 0. 16. 3 0. 0. 1. 16. 4 0. 0. 1. 16. 5 0. 0. 1. 16. 6 0. 0. 2. 16. 7 0. 0. 2