“SCY14-1B”轴向柱塞泵摩托车发动机-典型机械构造课程说明书

典型机械构造课程研究课题：“SCY14-1B”轴向柱塞泵 摩托车发动机 班级： 姓名： 翁子成 学号： 指导教师：耿爱农五邑大学机电工程学院五邑大学机电工程学院目录（一）轴向柱塞泵1一、斜盘式轴向柱塞泵的基本组成1二、斜盘式轴向柱塞泵的工作原理2三、斜盘式轴向柱塞泵的排量和流量计算2四、轴向柱塞泵重要零件31、柱塞32、配油盘42.1过渡区42.2配油盘主要尺寸43、缸体63.1缸体的稳定性63.2缸体主要结构尺寸64、柱塞回程机构8（二） 摩托车发动机9一、摩托车发动机的四冲程原理9二、摩托车发动机的基本组成101、摩托车的固定件102、摩托车的运动件113、进、排气系统114、燃料供给系统115、润滑系统126、冷却系统127、点火系统128、启动系统12三、摩托车发动机的传动系统12（三） 小结12（四） 典型机构三维零件图及部装图13附录（一）轴向柱塞泵 轴向柱塞泵因柱塞与缸体轴线平行或接近平行，具有结构紧凑、单位功率体积小、质量小、工作压力高、容易实现变量等优点。其缺点是：对油液污染敏感，滤油精度要求高；对材质和加工精度要求高；使用和维修要求比较严格，价格比较贵。按其配流方式，有端面配流（即配流盘配流）和阀式配流两类。盘式配流的轴向柱塞泵按其结构特点分为斜盘式和斜轴式两大类。一、斜盘式轴向柱塞泵的基本组成如图1-1所示为斜盘式轴向柱塞泵的结构图。组成斜盘式轴向柱塞泵的主要零件是主轴及由它带动的柱塞缸体、固定不动的配流盘、柱塞、滑靴、斜盘、弹簧和卸荷槽等。柱塞的球状头部装在滑履内，以缸体作为支撑的弹簧通过钢球推压回程盘，回程盘和柱塞滑履一同转动。在排油过程中借助斜盘推动柱塞作轴向运动。在吸油时依靠回程盘、钢球和弹簧组成的回程装置将斜履压在斜盘表面上滑动，弹簧一般称之为回程弹簧，这样的泵具有自吸能力。在滑履与斜盘相接触的部分有一油室，它通过柱塞中间的小孔与缸体中的工作腔相连，压力油进入油室后在滑履与斜盘的接触面间形成一层油膜，起着静压支撑的作用，使滑履作1-1 斜盘式轴向柱塞泵结构图用在斜盘面的力大大减少，因而磨损也减少。传动轴通过左边的花键带动缸体旋转，由于滑履贴近在斜盘表面上，柱塞在随缸体转动的同时在缸体中作往复运动。缸体中柱塞底部的密封工作容积是通过配流盘与泵的进出口相通的。随着传动轴的转动，液压泵就连续地吸油和排油。二、斜盘式轴向柱塞泵的工作原理如图1-2轴向柱塞泵工作原理图，缸体上沿周围均匀分布有平行于其轴线的若干个柱塞孔，柱塞装入其中而形成密封空间，斜盘轴线与缸体轴线所成倾斜角是可以调节的，柱塞在弹簧的作用下通过其头部的滑靴压向斜盘。主轴带动缸体按图1-2所示方向旋转时，处在最下位置（下止点)的柱塞将随着缸体旋转的同时向外伸出，使柱塞低腔的密封容积增大，从而经底部窗口和配流盘腰形吸液槽（吸油窗口）吸入油液，直至柱塞转到最高位置（上止点）；当柱塞随缸体持续从最高位置转到最低位置时，斜盘就迫使柱塞向缸体孔回缩，使密封容积减小，油液压力升高，经配流盘另一腰形排液槽（压油窗口）挤出。缸体旋转一周，每一柱塞各完成吸、压油一次。如改变斜盘倾角，就能改变柱塞行程的长度，即改变液压泵的排量，改变斜盘倾角方向，就能改变吸油、压油的方向。图2-1轴向柱塞泵工作原理图三、斜盘式轴向柱塞泵的排量和流量计算斜盘式轴向柱塞塞泵的排量为：实际输出量为：式中：柱塞直径； 柱塞在缸体上的分布圆直径； 柱塞个数； 泵的转速； 泵的容积效率。实际上泵的输出流量是脉动的，当柱塞个数为奇数时，脉动较小，其脉动率为，因此一般常用的柱塞数视流量大小取7.9或11个。四、轴向柱塞泵重要零件1.柱塞轴向柱塞泵均采用圆柱形柱塞。根据柱塞头部结构，可有以下三种形式： 点接触式柱塞，如图4-1-1（a）所示。这种柱塞头部为一球面，与斜盘为点接触，其零件简单，加工方便。但由于接触应力大，柱塞头部容易磨损剥落和边缘掉块，不能承受过高的工作压力，寿命较低。这种点接触式柱塞在早期泵中可见，现在很少有应用。 线接触式柱塞，如图4-1-1（b）所示。柱塞头部安装有摆动头，摆动头下部可绕柱塞球窝中心摆动。摆动头上部是球面或平面与斜盘或面接触，以降低接触应力，提高泵工作压。摆动头与斜盘的接触面之间靠壳体腔的油液润滑，相当于普通滑动轴承，其值必须限制在规定的范围内。 带滑靴的柱塞，如图4-1-1（c）所示。柱塞头部同样装有一个摆动头，称滑靴，可以绕柱塞球头中心摆动。滑靴与斜盘间为面接触，接触应力小，能承受较高的工作压力。高压油液还可以通过柱塞中心孔及滑靴中心孔，沿滑靴平面泄漏，保持与斜盘之间有一层油膜润滑，从而减少了摩擦和磨损，使寿命大大提高。目前大多采用这种轴向柱塞泵。从图4-1-1可见，三种型式的柱塞大多做成空心结构，以减轻柱塞重量，减小柱塞运动时的惯性力。采用空心结构还可以利用柱塞底部高压油液使柱塞局部扩张变形补偿柱塞与柱塞腔之间的间隙，取得良好的密封效果。空心柱塞内还可以安放回程弹簧，使柱塞在吸油区复位。但空心结构无疑增加了柱塞在吸排油过程中的剩余无效容积。在高压泵中，（a） ( b ) ( c ) 图4-1-1柱塞结构型式 图4-1-2 封闭薄壁柱塞由于液体可压缩性能的影响，无效容积会降低泵容积效率，增加泵的压力脉动，影响调节过程的动态品质。2.配油盘配油盘设计主要是确定内封油带尺寸吸排油窗口尺寸以及辅助支承面各部分尺寸。2.1过渡区为使配油盘吸排油窗之间有可靠的隔离和密封，大多数配油盘采用过渡角大于柱塞腔通油孔包角的结构，称正重迭型配油盘。具有这种结构的配油盘，当柱塞从低压腔接通高压腔时，柱塞腔内封闭的油液会受到瞬间压缩产生冲击压力；当柱塞从高压腔接通底压腔时，封闭的油液会瞬间膨胀产生冲击压力。这种高低压交替的冲击压力严重降低流量脉动品质，产生噪音和功率消耗以及周期性的冲击载荷。对泵的寿命影响很大。为防止压力冲击，我们希望柱塞腔在接通高低压时，腔内压力能平缓过渡从而避免压力冲击。 2.2配油盘主要尺寸（图4-2）图4-2配油盘主要尺寸确定（1）配油窗尺寸配油窗口分布圆直径一般取等于或小于柱塞分布圆直径配油窗口包角，在吸油窗口包角相等时，取 为避免吸油不足，配油窗口流速应满足 满足要求。式中 泵理论流量； 配油窗面积，； 许用吸入流速，=23m/s。由此可得： =（2）封油带尺寸设内封油带宽度为，外封油带宽度为，和确定方法为：考虑到外封油带处于大半径，加上离心力的作用，泄漏量比内封油带泄漏量大，取略大于，即 当配油盘受力平衡时，将压紧力计算示与分离力计算示带入平衡方程式可得 联立解上述方程，即可确定配油盘封油带尺寸 。3、缸体3.1缸体的稳定性在工作过的配油盘表面上常看到在高压区一侧有明显的偏磨现象，偏磨会使缸体与配油盘间摩擦损失增大，泄漏增加，油温升高，油液粘性和润滑性下降，而影响到泵的寿命，造成偏磨的原因，除了可能有受力不平衡外，主要是缸体力矩不平衡，使缸体发生倾倒。3.2缸体主要结构尺寸3.2.1通油孔分布圆半径和面积F 图4-3-1 柱塞腔通油孔尺寸为减小油液流动损失，通常取通油孔分布圆半径与配油窗口分布圆半径相等。即 式中为配油盘配油窗口内外半径。通油孔面积近似计算如下（如图4-3-1所示）。 式中 通油孔长度，；通油孔宽度，；3.2.2缸体内外直径为保证缸体在温度变化和受力状态下，各方向的变形量一致，应尽量使各处壁厚一致（如图4-3-2），即。壁厚初值可由结构尺寸确定。然后进行强度和刚度验算。缸体强度可按厚壁筒验算 式中筒外径，。缸体材料许用应力，对ZQAL94：=600800 图4-3-2 缸体结构尺寸缸体刚度也按厚壁筒校验，其变形量为 式中 E缸体材料弹性系数； 材料波桑系数，对刚质材料=0.230.30，青铜=0.320.35； 允许变形量，一般刚质缸体取，青铜则取。3.2.3缸体高度H从图4-3-2中可确定缸体高度H为 式中 柱塞最短留孔长度； 柱塞最大行程； 为便于研磨加工，留有的退刀槽长度，尽量取短； 缸体厚度，一般=（0.40.6），这里取0.5。4、柱塞回程机构直轴式轴向柱塞泵一般都有柱塞回程结构，其作用是在吸油过程中帮助把柱塞从柱塞腔中提伸出来，完成吸油工作，并保证滑靴与斜盘有良好的贴合。固定间隙式回程结构使用于带滑靴的柱塞。它的特点是在滑靴颈部装一回程盘2，如图4-4，并用螺纹环联结在斜盘上。当滑靴下表面与回程盘贴紧时，应保证滑靴上表面与斜盘垫板3之间有一固定间隙，并可调。回程盘是一平面圆盘，如图4-4所示。盘上为滑靴安装孔径，为滑靴安装孔分布圆直径。这两个尺寸是回程盘的关键尺寸，设计不好会使滑靴颈部及肩部严重磨损。下面主要研究这两个尺寸的确定方法。如前所述，滑靴在斜盘平面上运动轨迹是一个椭圆，椭圆的两轴是短轴 长轴 和的选择应保证泵工作时滑靴不与回程盘发生干涉为原则。因此，取椭圆长短轴的平均值较合理，即 从图4-4中可以看出回程盘上安装孔中心O与长短轴端点A或B的最大偏心距相等，且为，因而为了允许滑靴在任一方向偏离，而不与回程盘干涉，回程盘的安装孔径应比滑靴径部直径d大。同时，考虑到加工安装等误差，应在安装孔与滑靴径部之间保留有适当间隙J。这样安装孔的直径为 式中 d滑靴颈部直径； J间隙，一般取J=0.51mm。 图4-4 回程盘结构尺寸（二）摩托车发动机发动机是将各种形式的能量转换为机械能的机器。把燃料燃烧的热能转变为机械能的发动机称为热力发动机，分为外燃机和内燃机。燃料燃烧的热能通过其他介质转变为机械能的称为外燃机；直接转变为机械能的为内燃机，如汽油机和柴油机。发动机是摩托车的心脏，对发动机的一般要求是：具有足够的功率；体积小、重量轻；结构简单、性能好；转速高、运转平稳；维修方便、成本低；污染小、噪声低等。由于汽油机能较多地满足上诉要求，因此摩托车发动机大多采用汽油机。一、摩托车的四冲程工作原理（图1-1）进气冲程：活塞在曲轴带动下从上止点向下止点运动。进气门开启，排气门关闭。在活塞移动的过程中，气缸内容积逐渐增大，形成一定真空度，将可燃混合气吸入气缸。由于进气系统有阻力，进气终了时，气缸内气体存在一定压力，且低于大气压强。可燃混合气体被气缸壁、活塞等高温零件及前一个循环留下的高温残余废气加热。压缩行程：进、排气门均关闭，活塞从下止点向上止点运动，气缸内容积逐渐减少，可燃混合气被压缩，活塞到达上止点时，压缩行程结束。在压缩行程中，气体压力和温度升高，可燃混合气体进一步均匀混合，压缩终了时，气体温度远高于汽油的点燃温度。做工行程：进、排气门均关闭。在压缩行程末，火花塞产生电火花点燃可燃混合气提，并迅速燃烧，使气体的温度、压力迅速升高而膨胀，推动活塞从上止点向下止点运动，再通过连杆推动曲轴对外做功，活塞到下止点时做工行程结束。排气行程：做工终了时，排气门打开，进气门关闭，曲轴通过连杆推动活塞从下止点向上止点运动。废弃在自身压力和活塞推动作用下，经排气门被排出气缸，活塞到达上止点，排气门关闭，排气行程结束，同时进气门再次开启，开始下一个工作循环。 图 1-1四冲程汽油机工作原理示意图2、 摩托车发动机的基本组成 发动机要完成其工作过程，一般都应具有下列机件和系统：发动机的固定件：包括汽缸盖、汽缸体和曲轴箱等；发动机的运动件：包括活塞、活塞销、连杆和曲轴等；进、排气系统；燃料供给系统；润滑系统；冷却系统；点火系统；启动系统。1、发动机的固定件（1） 汽缸盖：封闭气缸上端，并与活塞顶共同构成发动机的燃烧室。由铝合金制成。其上铸有散热片以便散热冷却。汽缸盖与气缸体之间装有密封用的铝制或铜制气缸垫，并用汽缸盖螺栓将他们连接固定起来，以防漏气。（2） 汽缸体：发动机完成工作循环的场所，并对活塞起导向作用。耐高温并具有较高强度和耐热性。常见的气缸材料，有全部铝合金、合金铸铁的，也有缸套采用合金铸铁，气缸体采用铝合金的。通常汽缸体上有扫气孔、排气孔和进气孔。汽缸体的下部与进、排气孔相垂直的方向有两个缺口，与曲轴箱一起形成扫气道。（3） 曲轴箱：发动机的基础部件，发动机的许多零件均安装在曲轴箱里，承受多种作用力，因而它具有足够的刚度、强度。曲轴箱通常用铝合金制造，由左右两个箱体组成，它的内腔形成空气的预压缩室，实现曲轴箱换气。曲轴通过两个轴承支承在左、右箱体上。箱体两断装有骨架式油封，以密封曲轴箱内腔。左右曲轴箱或曲轴箱与汽缸体都是通过螺栓紧固，在结合都装有密封垫或涂有密封胶，以防漏气。2、发动机的运动件（1）活塞：活塞与气缸构成燃烧室。承受高温、高压的燃气压力，并将此压力通过活塞销和连杆传递给曲轴。由于活塞经常处在高温高压和高速气流冲刷下工作，应当采用比重轻、膨胀系数小、导热性和耐磨性好并具有一定强度的金属材料，同城采用高硅铝合金材料制造。（2）活塞销：连接活塞和连杆，通制成空心圆轴以减轻重量。通常采用合金钢材料，经表面处理，以提高抗疲劳强度和耐磨性能。（3）活塞环：防止气体从活塞与气缸壁之间漏入曲轴箱，将活塞顶部的热量传给气缸壁散发出去。采用铝合金制成，热处理后硬度在HRB96106范围内，同一活塞环上的硬度差不超过5个单位。（4）连杆：连接活塞和曲轴，把活塞所受气体压力及惯性力传递给曲轴，并把活塞的往复运动通过连杆变成曲轴的旋转运动。通常用合金钢锻造，连杆的大小头采用整体式结构，杆身断面为“I”子结构，这样既可保证连杆的强度和刚度，又可减轻重量。（5）曲轴：承受从活塞-连杆组传来的推力和惯性力，并带动传动装置及输出功率。曲轴一端安装离合器，另一端安装点火凸轮和飞轮。点火凸轮用来保证火花塞按发动机工作要求来适时点火。飞轮用来储存发动机做工行程产生的能量，以带动其他行程使曲轴连续旋转，保证发动机平稳地工作，满足摩托车启动和加速要求。 图2-1曲轴3、进、排气系统 进、排气系统的作用是使混合气体及时吸入气缸，废气及时排除机外。进、排气系统包括配气系统、空气滤清器和排气消声器等。（1） 配气机构配气机构的功用是根据发动机的工作顺序和工作过程，定时开启和关闭进气门和排气门，使可燃混合气体或空气进去气缸，并使废气从刚体内排除，实现换气过程。配气机构大多采用顶置气门式配气机构，一般由气门组、气门传动组和气门驱动组组成。（2） 空气滤清器 空气滤清器的作用是滤清空气，防止空气中的灰尘和砂砾进入气缸。为减小体积，简化结构，大多数摩托车的空气滤清器结构比较简单，通常为一级滤清，采用聚氨酯泡沫塑料滤芯或纸质滤芯。（3） 排气消声器消声器用来减小发动机的排气噪声，消除废气中的火焰和火星，使废气减速并降温后排向大气。4、燃料供给系统 燃料系的功用是将汽油与空气按一定比例混合，形成雾状的可燃混合气，供给到发动机气缸内然你少。燃料供给系统包括汽油箱、油管和汽化器等。5、润滑系统 润滑系统的功用是向作相对运动的零件表面输送定量的清洁润滑油，以实现液体摩擦，减小摩擦阻力，减轻机件的磨损，并对零件表面进行清洁和冷却。润滑系通常由润滑油道、机油泵、机油滤清器和一些阀门等组成。6、冷却系统 常见摩托车发动机的冷却是通过散热片来实现的。是利用行驶时迎面吹来的空气流来将发动机热量带走，即风冷却。为了提高散热效果，气缸体和汽缸盖等机件的外表面均铸有许多翼形散热片。在温度较高的部件，散热片的密度及面积就大，以提高散热效率。散热片的排列与摩托车行驶相平行，使迎面吹来的气流顺着散热片流过，更好地进行冷却，从而保证发动机正常工作。7、点火系统 在汽油机中，气缸内的可燃混合气体是靠电火花点燃的，为此在汽油机的气缸盖上装有火花塞，火花塞头部伸入燃烧室内，能够按时在火花塞电极间产生电火花的全部设备称为点火系，点火系通常由蓄电池、发动机、分电器、点火线圈和火花塞等组成。8、启动系统 要使发动机从静止状态过渡到工作状态，必须先用外力转动发动机的曲轴，使活塞作往复运动，气缸内的可燃混合气燃烧膨胀做功，推动活塞向下运动使曲轴旋转，发动机才能自行运转，工作循环才能自动进行。因此，曲轴在外力作用下开始转动到发动机自动地怠速运转的全过程为发动机的启动。完成启动过程所需的装置称为发动机的启动系。3、 摩托车发动机的传动系统摩托车发动机的传动系统主要由离合器、变速器、二级传动装置等零部件组成。离合器是设在发动机与变速箱之间的装置，用来传递或切断发动机的动力。传递动力的目的是让车辆前进，切断动力的目的是