6110柴油机设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀设计 摘要 一台较为先进的柴油机，不仅要有先进的性能指标，而且还要有足够的寿命和可靠性。6110 型柴油机就是针对配备大型货车而进行开发和研制的同时也可用于发电机组、工程机械和船舶 。该机型 噪音低，排放好，功率大，结构紧凑，启动 好，烟度小，经济性好，燃油消耗率低。 原机型主要用于城市间的长距离运输，对于城市交通路况需要重新设定参数，以改善燃油经济性和排放性能。 柴油机的总体布置和各附件的布置对内燃机的外形尺寸和工作可靠性、使用方便性都有很大的影响。应在保证拆装、维修方便的前提下，尽可能直接可靠地固定在机体和气 缸盖上，并且不使任何附件过于突出。尽量不用外接的机油管和冷却液管，而采用在零件上开通道代替，以减少 泄露的可能。减少零件数不仅改善了其可靠性，而且有利于降低成本。 本课题对 活塞 进行了详细设计和分析验算 ,并给出了合理的设计方案。 关键词： 6110、六缸、柴油机、曲轴设计、活塞设计 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 a to be a is to in to of of of of of as as to in As as of of on to of of to to on of of a 6110, 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第一章、 前言 选题背景 和意义 柴油机 的发展 ,已经有八十多年的历史。通过这一长时期的不断改进和提高，已经发展到了比较完善的程度。由于他的热效率高、适应性好、功率范围广，已经广发应用于农业、工业、交通运输业和国防建设事业。因此，柴油机工业的发展对国民经济和国防建设都具有十分重要的意义。 就当前各国动力机械的发展情况来看，在现有各种原动机中，包括蒸汽轮机、燃气轮机、水轮机柴油机、汽油机、煤气机以及核动力装置等，其中蒸汽轮机和核动力装置主要用于大型固定式电站、大型 远洋航轮和军用舰艇上。水轮机多限于水电站。而汽油机则由于 具有功率高、噪音低、振动小，以及对负荷变化的反应迅速等优点，在小客车上的应用占压倒优势。目前世界上的小客车数量很大，所以汽油机的产量也很高。此外，汽油机也用于中、小型载重汽车，小型农业、林业机械等。但是，由于汽油机所用燃料的价格和燃料消耗率均较柴油 机为高，因此，在其它经济领域，就不能与柴油机竞争。 在远洋海轮方面，柴油机是主动力。据 1972年统计，全世界商船队的 50000艘海轮中，有 80%是用柴油机驱动的。在 25000吨以下的船舶中，柴油机是目前最经济的动力装置， 其数量更是占压倒多数。在 1966 年以前， 30000 吨以上的海轮主要采用蒸汽轮机，而以后，则采用柴油机的已逐渐增多。由于柴油机功率的不断提高，目前 100000 吨以上的海轮，甚至 200000吨以上的巨型油船中，也已有柴油机作为主机的。 柴油机还广泛应用于移动式电站和备用电站。随着大功率中速柴油机的发展，柴油机在固定式电站的应用也已逐渐得到推广。现代大功率中速柴油机已能经济地使用于发电量为100000且不久，柴油机电站的发电量将要达到 200000 在军用车辆方面，第二次世界大战期间，世界各国的坦克大约有 65%是汽油机，只有 35%是柴油 机。但是，经过战后几十年来对高强化柴油机的研究发展，目前，除一些轻型坦克仍然使用 汽油机，主战坦克基本上已经全部采用柴油机了。军用舰艇也仍然以柴油机为主。 从全球的角度来看，柴油机的竞争一直十分激烈，因而促进了其技术的不断创新和发展。为了满足市场需求、扩大市场占有率、增强竞争实力，近几年世界各 大 柴油机制造商竞相推出了一批 新研制或改进提高的产品或技术，这些新产品或新技术基本上体现了 柴油机的发展方向。电控喷射技术，共轨燃油喷射系统，可变气门正时系统，涡轮增压中冷技术，混合动力，代用燃料等诸多方面 。 由上可知，世界 各国柴油机的产量不断增长，应用范围日益扩大，在各经济部门和国防工业中，柴油机都占有极其重要的低位。它对实现我国四个现代化将起十分重要的主用。 国内外研究现状 与汽油机相比，柴油机因为其较低的燃油消耗率和较高的热效率，在车用发动机方面得到了越来越多的应用。从世界范围来看汽车柴油化也已成为一种趋势。随着世界汽车保有量的不断增加，车辆的污染物排放已经成为了大气环境的主要污染源。面对日益严峻的环境压力。各国政府陆续制定了关于柴油机的排放法规，且逐年修订，使法规越来越严格，这也推动了柴油机排放控制技术的发展。但是 ，柴油机有害排放物和颗粒排放问题较为严重，为了保护环境，几乎所有国家对内燃机的排放进行了限制。 主要技术规格 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 柴油机类型 :水冷四冲程直列式顶置式气门 进气方式 :自然吸气 气缸数缸径冲程 :6130缩比 :17 燃烧形式 :直接喷射 润滑方式 :压力循环飞溅复合式 冷却方式 :闭式压力循环 起到方式 :电启动 电机停止方式 :燃油控制系统 输出功率 :110千瓦 /2400 转 标定功率燃油消耗率 :236g/冷起动温度 : 排气温度 :600 研究内容和方法 本论文主要研究的内容是 6110 柴油机，包括热力计算和动力计算，以及各个系统零件的设计选择。通过实际循环热计算、动力计算，可以得到 6110 柴油机的各个特性曲线。通过对整机的布局、对柴油机配气系统、供油系统、润滑系统、冷却系统、起动系统的了解与掌握，找出影响柴油机的动力性能指标、经济性能指标、运转性能指标和可靠性耐久性指标的主要参数以及各结构参数之间的最佳配合状态。同时绘制 件图和装配图 。 第二 章、 柴油机总体布置 柴油机的总体布置和各附件的布置对内燃机的外形尺寸和工作可靠性、使用方便性都有很大的影响。应在保证拆装、维修方便的前提下， 各种附件 可能直接可靠地固定在机体和气缸盖上，并且 尽量 不使任何附件过于突出。尽量不用外接的机油管和冷却液管，而采用在零 件上开通道代替，以减少泄漏的可能。 尽可能 减少零件数 目，因为减少零件数目 不仅 可以改善发动机可靠性，而且有利于降低生产成本。 由于本机是 6110 型柴油机，其总体布置：从发动机前端看， 进气管布置在右侧，排气管在左侧；齿轮室布置在右端，齿轮室由四个齿轮组成（曲轴正时齿轮、 凸轮轴正时齿轮、主动起动齿轮和从动起动齿轮）；机油泵、高压油泵装在齿轮室盖内；左端装有飞轮，其功率从飞轮端输出；本机采用闭式压力循环水冷的冷却方式，为此在机体上不设有贮水箱，在气缸盖的底部装有放水阀；机体上部还装有油箱；机体下部装有油底壳；气缸盖与缸体采用18 个螺栓连接，短的 14 个顶面有白色标识，直径为 进气管 6 个加长 18径为 在气缸盖上装有汽缸盖罩盖。 第三章、 机体组的设计 机体组的作用是作为发动机各机构、各系统的装配基体，而且其本身的许多部分又分别是曲柄连杆结构、 配气结构、供给机构、冷却系统和润滑系统的组成部分。一般而言机体组包括气缸盖、气缸体、气缸盖衬垫以及油底壳等组成。气缸盖和汽缸体的内壁共同组成燃烧室的一部分，是承受高温、高压的部件。各运动部件的润滑和受热、机体的冷却也都要通过机体组来实现，因此可以说 机体组把柴油机的各种机构和系统组成为一个整体，保持了它们之间必要的相互关系。 气缸体 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 气缸体的功用是柴油机各个机构和系统的装配基体 ， 所有其他零部件和辅助系统均装置于集体的内外。发动机工作时，机体承受拉、压、弯、扭等不同形式的机械负荷，气缸工作表 面由于经常与高温、高压的燃气相接触 ， 且有活塞在其中作调整往复运动，所以气 缸体应具有足够的强度和刚度， 并 且具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀的性能 ；此外在发动机工作中，需要 对气缸进行适当冷却，以免机体损坏和变形。由于 6110 柴油机 冷却方式 是水冷式，气缸体还包括曲轴箱。是柴油机最重的零件， 因此 应该力求结构紧凑、质量轻，以减小整机的尺寸和质量。根据气缸体与油底壳安装平面的位置不同，通常气缸体分为一般式、龙门式和隧道式。 图 3缸体的结构形式 此机体采用“龙门式”， 其特点是油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心 ，即 加强了机体裙部敢赌，又减小了机体噪声。气缸体材料为 墨铸铁，并将四个气缸浇铸成一体，做成整铸缸体，使得纵向平面中的弯曲刚度和绕曲轴轴线的扭转刚度显著提高。 曲轴箱刚架结构主要从有利于承受柴油机支撑的发作用力和整个机体的弯曲刚度和扭转刚度出发，将加强筋布置成放射形结构。加强筋的宽度取 8部分加强筋加高。 为了加强主轴承座的刚度，把轴承座出的加强筋布置成三角网状结构。轴承盖用 4 个螺栓跟机体相连。在机体的一侧装有正时齿轮室盖（盖与机体之间装有纸质垫圈，以防漏油）；飞轮装在另一侧。在机体的 上部开有两孔，一孔与水箱想通（在水箱与孔之间有纸质垫片封水）；另一孔是为了防止连杆大头与箱顶相撞，此孔有四个螺栓和铁皮封闭，并用纸质垫片防止漏油。水箱和油箱都安装在机体上部。 气缸盖与气缸盖衬垫 气缸盖的主要作用是密封气缸上部，并与活塞顶部和气缸一起形成燃烧室，同时气缸盖也为其他零部件提供安装位置。 承受 高温、高压燃气飞作用 和紧固气缸盖螺栓所造成的机械负荷，同时还由于与高温燃气接触而承受很高的热负荷 ， 避免进、排气门座之间发生热裂纹。为了 不影响发动机的动力性、经济性和工作可靠性，需要 保证气缸的良好密 封 性 。为此气缸盖应具有足够的强度和刚度 ，同时通过良好的冷却，使温度分布尽可能均匀。故 本机中气缸盖的材料采用 铁，又因气门布置方式为顶置式，发动机缸径为 110105间，所以气缸盖结构选用分体式， 气缸盖一般壁厚 5力板壁厚 8文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 气缸盖上部装有气缸盖罩。图 3缸盖示意图 缸盖与机体之间选用螺栓连接，在两者之间装有气缸盖衬垫，用来保证燃烧室不漏气。目前应用较多的是金属 石棉气缸垫，石棉之间夹有金属丝或金属屑，而 外覆铜皮或铁皮；水孔和燃烧室周围另用镶边增强，以防被高温燃气烧坏，安装气缸垫时，应注意把光滑的一面朝气缸体，否则容易被气体冲坏。气缸盖中亦有水道连通机体中的冷却水套，并与水箱想通；在气缸盖的底下装有放水阀。在气缸盖底板上的气门座孔上镶有气门座，材料为合金铜铬钼铸铁，用来增加气门座的耐磨性和耐热性。 燃料室 柴油机燃烧室的功用是将燃料的化学能转化为热能。是在高温、高负荷下工作，承受着气体力、惯性力产生的静载荷和振动负荷，同时受到热应力和热腐蚀的作用。 本设计中机型的燃烧室 是四角型，同时减少喷油提前 角、提高喷油压力、增加喷孔数目、减少喷孔直径，这些措施明显的改善了发动机的排放性能。 图 3燃烧室 气缸套 湿式气缸套外壁与冷却液直接接触，壁厚 58用上下定位环带实现径向定位，轴向定位靠气缸套上部凸缘与机体顶部相应的支承面配合实现。湿式气缸套的优点是机体上没有密封水套，容易铸造，传热好，温度分布比较均匀，修理方便，不必将发动机从汽车上拆下就可更换气缸套。 虽然它刚度不如干式缸套，但可以通过布置加强筋的办法提高机体的刚，故此机型选用湿式气缸套。买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 3缸套示意图 （ 1） 材料和工艺 材料为 95 型硼铸铁，采用离心铸造工艺，并对离心铸造后的硼铸铁缸套进行氧化处理，使汽缸内壁形成网络状的 硬化轨迹，以增强缸套的耐磨性和耐热性。 （ 2） 结构和尺寸 、缸套的厚度 o 根据内燃机设计中的统计数据， o =（ D 取 o = 6 、气缸套的定位及其长度 a 缸套的定位 缸套用两个定位带支撑在气缸体 中作为径向定位，为了安装方便 及机构紧凑，下定位带的直径 大于缸套外径 略小于上定位带直径 般取 12时取 1定位带与安装孔用 H8/合，下定位带用 H7/合。 缸套的轴向定位采用环形支撑凸肩，气缸套的支撑凸肩设在缸套的上部时，加工简单，拆装方便。 b 凸缘高度 据内燃机设计中的统计数据， 5 8 8 mm c 凸缘宽度 据内燃机设计中的统计数值， 2 4 2 mm d 为了可靠地压紧气缸套，湿缸套上端 与气缸盖衬垫压紧部分，要突出机体顶面 = 0.1 但是这个突出量可能会使凸缘根部产生裂纹，为了减小凸缘所受的弯曲压力，将缸套顶面 加工成 3的斜度。 e 缸套长度 据内燃机设计中的统计数据， 2S（ S 为活塞冲程） 取 260 mm f 缸套内径 = 110+、气缸套的水封 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 湿缸套上部考凸缘的压紧密封，下部装有 2个耐热耐油的圆断面 O 形橡胶密封圈封水。为了使橡胶圈能产生必要的弹力，槽的断面与橡胶 圈的断面不同，缸套中槽断面采用矩形，使缸套装入机体后密封圈产生变形，达到密封的目的。 油底壳 油底壳的主要功用是贮存机油（润滑油）并封闭曲轴箱。为了加强油底壳内机油的散热，采用了铝合金铸造的油底壳，在壳的底部还铸有相应的散热肋片。此外为了保证在发动机纵向倾斜时机油泵能经常吸到机油，油底壳后部一般做得较深；为了防止汽车行驶时油面波动过大，油底壳内还设有挡油板。另外油底壳底部装有放油螺塞。 第四章、 曲轴飞轮组 曲轴飞轮组主要有曲轴、主轴瓦、定时齿轮、扭转减震器、止推片、飞轮、飞轮螺栓等组成。 其零件和附件的种类和数量取决于发动机的结构和性能要求。 图 4曲轴飞轮组示意图 轴 曲轴的功用是承受连杆传来的力，并由此造成绕其身轴线的力矩，并对外输出转矩。在发动机工作中，曲轴受到旋转质量的离心力、周期性变化的气体压力和往复惯性力的共同作用，使曲轴承受弯曲与扭转载荷。为了保证工作可靠，要求曲轴具有足够的刚度和强度，个工作表面要耐磨而且润滑良好。因为 6110 柴油机为直列式四冲程发动机，所以曲轴选用整体式全支承曲轴 （选用这种支承，可以提 高曲轴的弯曲强度和刚度，并且减轻了主轴承载荷，减小了磨损） ，一般采用滚动轴承。 （ 1） 曲轴材料及工艺 曲轴材料选用 2 球墨铸铁，加工工艺为铸造，在加大主轴颈供油孔的基础上，并采用氮化和轴颈圆根滚压强化工艺，来提高曲轴疲劳强度。进行调质处理后，曲轴硬度为69，主轴颈和连杆轴颈经表面淬火，淬火层深度为 24度为 3。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 （ 2）曲轴结构及尺寸 、曲柄销尺寸 a 曲柄销直径 根据内燃机设计统计数值， （ D ，其中 D 为气缸直径 110 因为 77 取 72 mm b 曲柄销长度 柄销的长度 在选定 基础上考虑的。从增加曲轴的刚性和保证轴承的工作 能力出发，对球墨铸铁曲轴而言，为了尽可能加强曲柄， 2 应取得小些。根据内燃机设计中的统计数据， （ D ， 取 44 所取的 偏向下极限， 2 = 这是因为在薄油膜的条件下，轴承的长度比 2 = 右有最大的泵载能力。此外，如果 长，则使流过轴承的机油量小，冷却效果差，轴承温度升高，使润滑油粘度下降，轴承的承载能力反而下降；同时，轴承过长，对曲轴变形的适应性能力差， 容易产生棱缘负荷。 c 曲柄销减重孔直径 曲柄销中挖减重孔，对曲柄销的刚度和强度几乎没有多大影响，但可以大大减小曲柄销的重量，达到使不平衡质量大大降低的目的。 根据内燃机设计中的统计数据， ( 25 d 校核曲柄销的 承压面积 根据活塞销承压面的投影面积 活塞顶面积 F = 1/4 较。根据内燃机设计中的统计数值，一般 F = 则： F = 44/1/4 1102 = 见，其计算结果在其统计范围内，故属可信。 e 连杆轴颈的过渡圆角 R R = 2.5 、主轴颈尺寸 a 主轴颈直径 从轴承负荷出发，则主轴颈可以比曲柄销更细一些，因为主轴承最大负荷小 于连杆轴承，但是为了加强曲轴的刚度，可以加粗主轴颈；加粗主轴颈能增加曲轴轴颈的重叠度，减轻扭振危害，此外还可以缩短其长度。因此，从曲轴各部分尺寸协调的观点，根据内燃机设计中的统计数据，一般取 D，即 67 mm b 主轴颈长度 据内燃机设计中的统计数据， （ D 取 40 端主轴颈和后端主轴颈的长度一样，均为 40 c 主轴颈过渡圆角 R R = 2.5 、曲柄尺寸 曲柄应选择适当的厚度、宽度，以使 曲轴有足够的刚度和强度。曲柄形状应合理，大多选用椭圆形或圆形，以改善应力的分布情况。 曲柄宽度 b = 80柄厚度 h ：根据 内燃机设计中的统计数值， h =（ D 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 取 h = 25 、曲颈重叠度 A A =1/2（ r = 1/2（ 56 + 62） 12.5 、曲轴的润滑油孔 为了保证曲轴轴承工作的可靠，对它们必须有充分的润滑 。采用分路供油的方法将润滑油输送到曲轴油道，润滑油一般从机体上的主油道通过主轴承的上轴瓦引入，因为上轴瓦承受惯性力的作用，比下轴瓦（承受爆发力和惯性力的联合作用）受力要低一些。曲轴油孔直径 d = 5 垂直轴方向夹角为 45。由于曲轴的扭转破坏大多数是从应力集中的油孔边缘或过度圆角处开始的。因此，为减少油孔处的应力集中，油孔边缘处的过度圆角取得较大，并进行抛光处理。 在曲轴的后端主轴颈上的斜油道与曲柄销上的润滑油孔想通。润滑油经主轴颈斜油槽流向曲柄销孔，以润滑连杆轴瓦和曲柄销。 、曲轴两端结构、止 推和油封 曲轴上带动辅助系统的正时齿轮和皮带轮一般装在曲轴的前端，因为结构简单、维修方便。消除扭转振动的减振器也装在曲轴前端，因为这里振幅最大。曲轴后端设有法兰，飞轮与后端用螺栓和定位销连接，定位销用来保证重装飞轮时保持飞轮与曲轴的装配位置。 为防止曲轴的轴向位移，在曲轴与机体之间设置止推轴承。止推轴承只能设置一个，以使曲轴相对于机体能自由地沿轴向做热膨胀。止推轴承设置在后端可以避免曲轴各曲拐承受功率消耗者的轴向推力的作用。曲轴轴向间隙应保持 = .2 为了保证止推轴承工作可靠耐久， 其工作表面上要有相应的存油坑，止推片接合面端头要局部削薄，以改善润滑。 发动机工作时，为了防止曲轴前后端沿着轴向漏油，曲轴应有油封装置，本设计中采用甩油盘和橡胶骨架式油封的组合式油封结构。 飞轮的设计 飞轮用螺栓和定位销与曲轴后端相联，并用一个 螺母紧固，螺栓用垫片锁紧，为了方便检查机体的配气定时和供油角度，在飞轮外圆上刻有上止点标记和曲轴转角的度数。（曲轴转角以活塞处于上止点位置为 0） （ 1） 材料的选用 球墨铸铁 0 40 （ 2） 飞轮的尺寸 根据内燃机设计中的统计数据得 ，高速内燃机 （ 34） D（ D 缸径），即（ 330际上高速柴油机 （ 400600） 本机型是小型柴油机，取飞轮外径 400 足输出装置的要求。 飞轮内径 350 飞轮倒角 R = 2 飞轮厚度 b = 45 ； （ 3） 飞轮的校验 、柴油机理论所需的飞轮矩 式中： 飞轮的转动惯量占发动机总惯量的分数 根据 内燃机设计中的统计数据得， = 取 = 101 发动机盈亏功系数，根据内燃机设计 表 5 8， = ； 取 = 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 发动机运转不均匀系数 根据内燃机设计中的统计数值， =1/64 = 108 = 、飞轮实际的飞轮矩 8（ g （ N 式中： 材料的密度（ kg/ = 103 kg/ 1/8 103（ = 以上校验的结果可以看出，实际飞轮矩和理论上所需要的飞轮矩基本相 等，故飞轮满足要求。 、圆周速度的校核 飞轮旋转时由于材料本身离心力的作用会产生拉伸应力，对于灰铸铁飞轮来说，圆周速度 = 0000 不超过 3550m/s， 否则选用球墨铸铁甚至铸钢、锻钢飞轮。 则 = 0000 =350 2400/60000=s，故本设计飞轮材料选用球墨铸铁飞轮。 第五章 连杆组设计 连杆组包括连杆体、连杆盖、连杆轴瓦和连杆螺栓。其作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，并把作用在活塞上的力矩传给曲轴 。 连杆组的材料和工艺 本设计中材料选用 45# 钢。因为 45# 钢具有良好的机械性能， 连杆采用 涨断（裂解）工艺 ， 涨断工艺和传统的连杆定位方式比较，实现了连杆大头断裂面的完全啮合，具有更高的结合质量和定位精度；涨断工艺也简化了连杆大头及螺栓的结构设计，降低了螺栓孔的加工精度要求，减小了连杆大头孔变形。由于连杆大头定位精度的提高，连杆的承载能力显著提高，连杆的疲劳强度、抗剪切能力及可靠性大大提高，满足了现代发动机向大负荷、高转速发展的要求。另外由于连杆大头孔的变形减小，发动机振动和噪声指标也显 著改善。 连杆结构和尺寸 （ 1） 连杆体 连杆体通常分为连杆小头、杆身和连杆大头三部分。其结构：连接活塞和曲轴，将活塞直线运动转变为曲轴的回转运动，工作中活塞顶面所受气体压力经连杆传给曲轴，将往复机械工转化为曲轴转动转矩。 、连杆比 连杆大小头孔距 = 195 柄半径 r = 55 则 连杆比 = 55/195 = 据内燃机设计中表 6 一般 = 1/4 1/ 满足设计要求。但是由于连杆长度的偏差直接影响发动 机的压缩比和装配关系，所以其 制造公差要保持在 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 范围内（内燃机设计图 6. 、连杆小头的结构设计 现在发动机上连杆小头一般 采用薄壁圆形结构，这种结构简单轻巧、制造方便、工 作时应力分布均匀、材料利用率高。 a 小头轴承孔内径 d1 31 （根据活塞销所定） b 小头宽度 根据内燃机设计可知，一般柴油机 33 mm c 小头外径 根据内燃机设计统计可知 ，小头的外径一般比孔径大 20% 35%， 即 d（表 6小头的最小径向厚度大于 4 取 41mm d 小头衬套外径 d 根据内燃机设计统计可知， 一般 d =（ 即 d = 35 连杆小头与活塞销相连，工作时，小头与销之间有先对运动，因此小头孔中一般压入减摩的青铜衬套。这种衬套厚度 = 2 3 宽度 B =30 e 校核小头承载面比压 q q = 中： 80 F 活塞顶面面积 q = 850选自内燃机设计中的数据） 则 q = 1/4 1102/31 33 =540.1 q q ，故属安全。 此外，为了润滑活塞销与衬套，在连杆小头和衬套上钻出集油孔或铣出集油槽，用来收集发动机运转飞溅上来的机油，以便润滑。 、连杆杆身结构设计 杆身也承受突变载荷，因此杆身必须有足够的断面积， 并消除产生应力集中的因素。为了在较小重量下得到较大的刚度，此设计中发动机连杆杆身断面采用“工”字形。 图 5连杆组 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 a 杆身“工”字形断面的平均高度 H 根据内燃机设计公式可得， H = ( D （ D 为气缸直径） 即 H = 38mm b 连杆厚度 B 根据内燃机设计公式可得， H / B =（ 取 B = 23 使连杆从小头到大头传力比较均匀，一般把杆身断面 H 从小头道大头逐渐加大，右，在杆身到小头和大头的过渡处须用足够大的圆角半径。 、连杆大头的结构设计 连杆大头联接连杆和曲轴，要求有足够的刚度和强度。连杆大头与连杆盖分开面垂直于连杆轴线，即就是我们所说的平切口连杆。本设计中选用平切口，因为平切口不仅能使连杆大头具有较强的刚度，换可以减小轴承孔变形以及制造费用低等优点。另外为了提高连杆大头盖的结构刚度，在连杆盖上设有加强筋。连杆大头的结构和尺寸基本上决定去曲柄销直径 度 杆轴瓦厚度 2 和连杆螺栓直径 了结构紧凑，轴瓦厚度 2趋于减薄，一般汽车轴 瓦 2 = 3 a 连杆大头宽度 2 =44 (根据连杆轴颈长度而定 ) b 连杆大头轴承孔内径 2 = 85据连杆轴颈直径而定，取 2 = 2 c 连杆大头轴承外径 = 87mm d 尺寸 高度过小时，连杆螺栓或螺帽的支承面过渡圆角处易成为薄弱环节，会因应力集中而成为疲劳裂纹的发源地。 根据内燃机设计中的统计数据，一般取 ( 2 即 35mm e 连杆盖与连杆大头的连接 连杆盖与连杆大头之间用两个连杆螺栓紧固，为了提高连杆大头结构刚度和紧凑型，连杆螺栓孔间距离 C 应尽量小一些，一般取 C =（ 2 ，即 C = 108栓孔外侧壁厚为 3栓孔与轴瓦间距为 1 外为了减少应力集中，连杆大头各处形状都应圆滑，特别是螺栓头支承面到杆身或大头盖的过渡必须避免尖角，尽可能采用很大的圆角。 （ 2） 连杆轴承 安装在连杆大头孔中的连杆轴瓦是剖分成两半的滑动轴承，轴 瓦是在厚 1 3薄 钢背内圆面上浇铸 的减摩合金层而成。减摩合金具有保持油膜、减少摩擦阻力和加速磨合的作用。 、连杆轴瓦材料 此设计中选用钢背高锡铝合金，这种材料具有较高的承载能力与耐疲劳性，锡质量分数在 20%以上的高锡铝合金轴瓦，在高强化柴油机上得到了广泛的应用。 、轴瓦结构和尺寸 a 轴瓦的形状选用对开式薄壁轴瓦，因为作用在连杆上的惯性力和气压力会使连杆扰曲变形， 导致连杆孔被拉长，所以在垂直方向必然减小。因此把轴瓦做成椭圆形。此外，在考虑到轴瓦的过 盈可能在分界面附近引起微量变形，因此将轴瓦做成中间厚，两端薄。工作时，就可使负荷最大的方向有不大的间隙，而在负荷小的方向则有较大的间隙，这有利于增买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 大流经轴承的油量，能改善散热；同时消除在惯性力作用下，由于水平方向缩小面使轴承冲击轴颈现象。 b 轴瓦厚度和宽度 B 根据内燃机设计中的统计数据， = 3 = 2 瓦取得较薄，因为较薄的轴瓦承载能力高，且结构紧凑，制造成本低，所以在现在柴油机中得到了广泛的应用。轴瓦宽度 B = 33 据连杆大头宽度而定） 、连杆轴瓦的定位 为了防止连杆轴瓦在工作中发生转动或轴向起动，在两个连杆轴瓦的剖分面上，分别冲压出高于钢背面的两个定位凸键。装配时，这两个凸键分别嵌入连杆大头和连杆盖上的相应凹槽中。另外，在连杆轴瓦内表面上还加工有油槽，用以贮存润滑油，保证可靠润滑。 （ 3）连杆螺栓的设计 连杆螺栓是一个很重要的零件，而且螺栓承受的突变负荷，其主要破坏形式是疲劳破坏。因此。在本机的螺栓设计中，尽可能地采用提高疲劳强度的措施。 、连杆螺栓材料 本设计中选用韧性较高的合金， 列如 40种材料，不仅具有较高的强度和韧性，还具有高的淬透性，此外在加工过程中应进行调质处理，热处理后具有很好的综合机械性能，高的疲劳强度。 、连杆螺栓尺寸 螺栓选用 用标准细牙螺纹，螺栓长度 = 62 了减小应力集中，螺栓与头部之间采用 R= 过渡圆角，过渡圆角表面采用抛光的工艺。此外，螺纹收尾与光杆部分也应有平缓的过渡。 为了防止发动机工作时自动松动，安装时，须用防松胶或其他锁紧装置紧固。 第六 章 轴承组 设计 主轴承 本设计中 主轴承是整体式，工两个，其中一个压装在机体上的轴承座孔内，另一个压装在曲轴轴承盖内，并通过定位销定位，防止器转动。其材料与连杆轴瓦材料一样，均为高锡铝合金，轴承表面形状采用回转双曲面轴承（轴向变厚度轴承），这种轴承能解决边缘负荷的弯曲变形问题。此外，为了保证轴承的润滑效果，需要在轴承中开有宽度为 3油槽。 轴承厚 = 4承宽 B = 45 6.主轴瓦 主轴瓦 是承载连杆轴颈和曲轴轴颈所施加的作用力、保持油膜稳定、使轴承平稳地工作并减少摩擦损失，采用钢背等厚轴瓦，材料为高锡 铝合金。三道主轴瓦宽度相同可以通用。 根据内燃机设计中的统计数据， = 取轴瓦厚度 =2 瓦宽度 B=44 曲轴上止推轴承 为了保证曲轴的轴向定位，承受离合器等引起的轴向推力，必须在曲轴上设置止推轴承。现在比较广泛的是单独止推轴承环或半圆止推片，装在曲轴箱或主轴承盖的相应槽中，承受轴向力。本设计中选用两个半圆止推片，因为这种结构简单，但是需要专门用一滚动轴承来起止推作用。曲轴轴向间隙应保持 = 0.2 外，为保证止推轴承工作可靠买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 耐久，其工作表面上要有相应的存有坑，止推片结合面端头要局部削薄，用以改善润滑效果。 第七章 配气机构 的设计 配气机构的 功用是按照发动机每一气缸内的工作循环和发火次序的要求，定时开启和关闭进、排气门，使新鲜充量（汽油机为可燃混合气、柴油机为空气）及时气缸，而废气及时从气缸排出。本设计为四冲程发动机，故选用气门 凸轮式配气机构。 气门组 发动机气门组一般是有气门、气门导管、气门座及气门弹簧等零件组成。 （ 1） 气门的布置 本设计中发动机配气机构采 用气门顶置式配气机构，其进气门和排气门都倒挂在气缸顶上。这种布置具有以下优点：气门升程大、气门间隙调整方便。每缸选用 两气门 ， 即一个进气门和一个排气门 ； 进气门头部直径比排气门大 15 30，目的是增大进气门通过断面面积，减小进气阻力，增加进气量 。 为了使传动机构简单，需要尽量缩短凸轮轴与曲轴之间的轴距，此设计将凸轮轴位置移动到缸体中部，即选用凸轮轴下置式配气结构。在这种情况下，一般要在凸轮轴和曲轴传动之间加入一个中间齿轮（惰轮）。 （ 2） 气门材料、结构、工艺和尺寸 、材料 气门由头 部和杆部两部分组成。头部的工作温度很好（进气门可高达 300 400 C，排气门更高，可达 700 900 C），需要承受气体眼里、气门弹簧力以及传动组零件惯性力的作用，其冷却和润滑条件较差。因此进气门的材料采用合金钢，如 40气门则采用耐热合金钢，例如硅铬钢。 、结构和工艺 气门头顶部的形状有平顶、球面顶和喇叭形顶等。本设计中进、排气门头顶部形状均选用平顶形，这是因为平顶气门头结构简单、制造方便、吸热面积小、质量也小。此外，气门经调质处理后，头部及杆部硬度 低于 48，淬火深度不 低于 3 、气门尺寸 根据内燃机设计中的统计数据， （ D 取 40 进气门直径； 气门密封锥面的锥角，称为气门锥角，一般取 r = 45， 气门总长度 1= 0 一般 0=（ D，见内燃机设计 取 1 =128 据内燃机设计中的统计数据，气门杆径 d0 ，取 9外，为了防止发动机工作中由于气门与气门座之间的冲击而损坏或被高温气体烧蚀，气门头的边缘应该保持一定的厚度，一般为 1 3 般排气门直径比进气门直径小 15% 20%，即 80% 85%） 取 34 气门锥角与进气门锥角想通， r=45，出于加工工艺上的考虑，取排气门的杆径与进气门杆径和杆长一样。 （ 3） 气门座 气门座可在气缸盖上直接镗出。它与气门头共同对气缸其密封作用，并接受气门传来的热量。 （ 4） 气门弹簧 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 气门弹簧选圆柱螺旋弹簧，其材料为高碳锰钢冷拔钢 丝，加工后进行热处理。钢丝表面要光滑，经抛光或用喷丸处理，借以提高疲劳强度，增强弹簧的工作可靠性。气门弹簧的一端支撑在气缸盖上，而另一端则压在气门杆端的弹簧座上，弹簧座用锁片固定在气门杆的末端。 气门传动组 气门传动组主要包括凸轮轴、定时齿轮、挺柱等组成。其作用是使进、排气门能按配气定时规定的时刻开闭，且保证有足够的开度。 （ 1） 凸轮轴 凸轮轴配气机构采用下置式的配气结构。凸轮轴的轴向尺寸取决去发动机的总体布置。凸轮轴的一端装有滚动轴承，轴承外则的凸轮轴端装有正时齿轮，油泵凸轮和从动起动齿轮等。将凸轮轴装入机体后，须用止推螺钉定位，以限制其轴向移动。在凸轮轴上配有进、排气凸轮（凸轮和轴为一整体），凸轮表面要求耐磨性要好。为了减小凸轮轴的变形，发动机机凸轮采用全支承的方法，而且为了保证拆装，凸轮轴的各轴颈做成从前向后依次减小的。 本设计中 凸轮轴的材料选用优质钢模锻而成。凸轮轴各轴颈的工作表面一般经热处理后精磨，以改善其耐磨性。 （ 2） 挺柱 挺柱的功用是将凸轮的推力传给推杆（或气门杆），并承受凸轮轴旋转时所施加的侧向力。挺柱在其顶部装有调节螺钉，用来调节气门间隙。此设计中挺柱支撑筒式，以减 轻质量。此外挺柱与机体的配合间隙在 围内。 （ 3） 推杆和摇臂 推杆的作用是将凸轮轴经过挺柱传来的推力传给摇臂，它是气门机构中最易弯曲的零件，要求有很高的刚度。本设计中选用硬铝棒制成的推杆，推杆两端配以钢制的支撑。摇臂采用 45 钢冲压而成，摇臂内还钻有润滑油道和油孔。 气门间隙 为保证气门关闭严密，通常发动机在冷态装配时，在气门杆尾端与气门驱动零件（摇臂、挺柱或凸轮）之间留有适当的间隙。冷态时，排气门间隙大于进气门间隙， 进气门间隙约为 气门 间隙约为 本设计中进气门间隙采用 气门采用 配气相位 进气门：上止点前 15 开 下止点后 44 关 排气门：下止点前 56 开 上止点后 15 关 第八章、活塞在设计 活塞组包括活塞、活塞销和活塞环等在气缸里作往复运动的零件，它们是活塞式发动机中工作条件最严酷的组件。 在高温、高压、腐蚀、摩擦、高速运动等条件下工作 ,活塞组零件工作情况的共同特点是工作温度很高，并在很高的机械负荷下高 速滑动，同时润滑不良，这决定了它们遭受强烈的磨损，并且可能产生滑动表面的拉毛、烧伤等故障。由此可见提高活塞组零件的工作可靠性和耐久性具有极其重要的意义。所以 对材料的性能要求很高 , 内燃买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 机活塞材料使用的是铸铁、钢和铝合金。在内燃机发展过程中 ,人们不断对其经济性、动力性、排放性等提出了更高的要求 , 从而对内燃机活塞材料的要求相应提高 , 主要集中在耐热性、耐磨性、减摩性、耐蚀性及质量轻等方面。 活塞工作条件和设计要求 图 8塞的受力简图 塞机械负荷分析 活塞组在工作中受周期性 变化的气压力直接作用，一般在膨胀冲程上止点附近达到最大值 Fp(1)= 4(1) 103 （牛顿） 式中 活塞投影面积 (厘米 2 )； D 气缸直径 (毫米 )； 气缸内工质的最高燃烧压力 (巴 )，可由实测发动机示功图得出。柴油机为 60 90 巴。 直径为 110毫米 8 7000牛顿的气压力。可见活塞的机械负荷很大，它使活塞各部分产生机械应力和变形，严重时会使活塞销座从内侧开始纵向开裂，第一道环岸断裂等等。有时与它相配合的活塞销也会因此而卡死或 断裂。 目前发动机向高速发展活塞组的最大惯性力一般已达活塞本身重量的 1000 2000倍 (汽油机 )和 300 600倍 (柴油机 )。周期性变化的惯性力引起发动机的振动，并使连杆买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 组、曲轴组零件特别是轴承负荷加重，导致发动机耐久性下降。为适应机械负荷，设计活塞时要求各处有合适的壁厚和合理的形状，即在保证足够的强度、刚度前提下，结构要尽量简便、轻巧，截面变化处的过渡要圆滑，以减少应力集中采用强度低比重小的材料。 塞的热负荷 活塞在气缸内工作时，活