B6135AQ-2型柴油机设计说明书!.doc

毕业论文（设计）B6135AQ-2型柴油机设计The Design of B6135AQ-2 Diesel Engine学 生 姓 名： * 指导教师： * 合作指导教师： 专业名称： 热能与动力工程 所在学院： 机械工程学院 *目录摘 要IAbstractII第一章前言11.1 研究目的和意义11.2 国内外研究现状1 1.3 研究内容和方法.1 第二章 柴油机的总体设计和总体布置. 32.1 B6135AQ-2柴油机的工作循环32.2 B6135AQ-2柴油机的规格.42.3 B6135AQ-2柴油机的主要技术依据. 52.4 B6135AQ-2柴油机的总体布置. 7 2.5 B6135AQ-2柴油机的纵横剖面图.82.6 B6135AQ-2柴油机的外特性曲线. 10 第三章 结构设计11 3.1 机体组的设计. 113.2 活塞组的设计143.3 曲柄连杆机构的设计183.4 曲轴、飞轮组的设计20第四章 内燃机辅助系统设计244.1 配气系统的设计254.2 燃油供给系统设计284.3 润滑系统设计294.4 冷却系统设计324.5 起动系统设计33第五章 结论与建议345.1B6135AQ-2型柴油机设计结论345.2 对于B6135AQ-2型柴油机的几点改进建议34致 谢35参考文献36附 录37附录一 B6135AQ-2型柴油机热计算及结果37附录二 B6135AQ-2型柴油动力计算及结果45附录三 B6135AQ-2型柴油机计算参考用的图表72摘 要B6135AQ-2型柴油机是135系列柴油机的第二代冲程加长型产品。本文详细论述了B6135AQ-2型柴油机的设计方案，以期在功率、环保、经济性方面得到提高，从而更适合当今社会对新型标准下柴油机的发展要求。首先，本文根据选定的主要参数对该机进行了热计算及动力计算，计算结果表明各项技术指标都符合标准。此外，动力性能和经济性也尽可能得到最大优化提高。本方案不仅在原来的龙门式缸体和整体式曲轴的基础上加大尺寸，而且对于活塞、连杆等运动件也有相应的强化。同时考虑到降低成本和提高产品性价比的需求，本机采用滑动轴承，并且在配气系统、燃油供给系统、润滑系统、冷却系统等辅助系统方面做了相应的改进。关键词：B6135AQ-2，柴油机，设计，热计算，动力计算,动力性，经济性，提高. AbstractB6135AQ-2 engine is the second generation of the cylinder-lengthened diesel .This project gives a detailed scheme of the design of the diesel. All this work is to obtain the performence improvement in power ，environment protection and economical efficiency as to satisfy the need of nowadays industrial diesel engine under the new technical standards.First, the paper takes a calculation on thermodynamics and kinetics. The results show that every technical specification is under the standards. Besides the dynamic performce and economical efficiency are improved and optimized as much as possible.This plan enhances the intensity and the rigidity as while. These measures are not only used on gantry cylinder and one-piece crankshaft to increase their sizes, but also on piston and connecting rod. At the same time, the engine adopts the sliding bearings to reduce the expense and improve the cost performance. Moreover, The auxiliary system, such as gas distributing system, fuel oil system, lubricating system and cooling system, are also improved correspondingly.Key words: B6135AQ-2, diesel engine, design, thermal calculation, dynamic calculation，dynamic performance, economical efficiency, improvement.第一章前言1.1 研究目的和意义内燃机是目前世界上应用范围最广、热效率最高的热动力机械，广泛应用于国民经济和国防的各个领域，占有重要地位。近年来，随着能源问题和环境问题的日益突出，对内燃机性能的要求越来越高，尤其是在交通运输领域，随着人们环保意识的加强以及能源形势的变化，如何提高柴油机的效率、改善柴油机的排放已经越来越受到人们的重视，对柴油机整机进行研究是解决这个问题的最有效途径。柴油机的性能指标取决于各工作参数，而其工作参数又取决于其结构参数，并且柴油机结构参数之间存在着有机的内在联系。一个结构参数变化，其他结构参数随之改变。通过对整机的布局、实际循环热计算、动力计算、增压器的选择和对柴油机配气系统、供油系统、润滑系统、冷却系统、起动系统的了解与掌握，能够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比。1.2 国内外研究现状随着世界工业化和经济一体化的不断加快，可持续发展的呼声越来越高，节约能源、保护生态环境、减少污染已成为世界各国的共识，因此各国对发动机的有害废气排放制定了越来越严格的法规。柴油机因其经济性好、热效率高、有害废气排放量少越来越受到各国的重视。在美国、日本以及欧洲100%的重型汽车使用柴油机为动力。在欧洲，90%的商用车及33%的轿车为柴油车。在美国，90%的商用车为柴油车。在日本，38%的商用车为柴油车，9.2%的轿车为柴油车。现今，世界各国的柴油机研究和制造部门都致力于优化设计，不断推出可靠性高、经济性好、性能优越、废气排放低、振动及噪声与汽油机相当的富有竞争性的产品，不断填补日益出现的市场空缺。同时，世界汽车工业发达国家政府对柴油机发展也给予了高度重视，从税收、燃料供应等方面采取措施促进柴油机的普及与发展。据预测，在今后20年，甚至更长的时间内柴油机将成为世界车用动力的主流2。B6135AQ-2是上柴公司推出的135系列柴油机的第二代产品，该柴油机基本达到与第一代产品在配套底盘上整机互换，该柴油机较第一代外形尺寸更小，性能更好，重量更轻，输出端的连接尺寸可以与第一代柴油机保持互换，可以符合美国SAE标准3。1.3 研究内容和方法1.3.1 研究的内容 近年来柴油机技术的发展很快，其主要特点可以归纳如下：寻求更好的燃烧系统，以获得更好的经济性，节约能源；致力改进燃烧系统，以获得良好的环境保护指标，满足环境法规的指标；改进结构，提高制造和装配精度，以获得更长的可靠性保证期和大修期寿命；从单一用途配套转为一机多用和系列化，为汽车、工程机械、拖拉机、陆用、船用、柴油机发电机组配套，以扩大批量，降低制造成本。新135系列柴油机从制定技术任务书到一至六缸的各项测试都仔细地考虑和分析了国内外技术发展趋势和结构特点性能指标。同时充分地估计国内市场的迫切需要和要求。考虑到立足于中国基础工业状况，在充分地进行技术论证后，本文合理的选择了发动机的主要机构参数。确保新型135柴油机的动力、经济、重量、环境保护和寿命指标都达到较高水平。1.3.2 研究方法第一代135柴油机的配套用户，B135柴油机基本上都应继承，并在此基础上根据上级规划与市场实际情况，扩大配套对象；新老产品在同一配套对象中应能达到整机互换；考虑到第一代产品原以1500转/分为基本型转速，以船用和陆地固定式配套用途为主的方针，已不适应于当前国民经济发展需要，B135柴油机必须以2400转/分为基本型额定转速，以更好适应以汽车、工程机械为主要配套；B135系列柴油机将不发展2缸机，改为直列4、5、6、三种缸型，其中又以6缸为主；B135系列柴油机采用整体龙门式铸铁机体，整体锻钢曲轴，每缸两气门，中置配气凸轮，P型高压泵，和极少的润滑油，冷却水外管路。第二章 柴油机的总体设计和布置2.1 柴油机的工作循环 对于往复活塞式内燃机，曲轴每转两周，活塞往复运动四次完成进气、压缩、做功、排气一个工作循环的称为四冲程内燃机。四冲程内燃机每一个活塞行程内只进行一个过程因此活塞的行程分别用四个过程命名。2.1.1 进气过程 塞从上止点向下止点移动，这时在配气机构的作用下进气门打开，排气门关闭。由于活塞的下移，气缸内容积增大，压力降低，新鲜空气经滤清器、进气管不断吸入气缸。由于进气系统存在阻力，使进气终了气缸内的压力低于大气压力，温度为50-70。2.1.2 压缩过程 塞由下止点向上止点运动，这时进排气门关闭、气缸内容积不断减少，气缸被压缩，其温度和压力不断提高。压缩终了时气体压力可达到3-5MPa，温度高达750-1000K，为喷入气缸内的柴油蒸发、混合和燃烧创造条件。2.1.3 做功过程缩过程即将终了时，喷油器将柴油以细小的油雾喷入气缸，在高温，高压和高速气流作用下很快蒸发，与空气混合，形成混合气。并在高温下自动着火燃烧，放出大量的热量，使气缸中气体温度和压力急剧上升。燃烧气体的最大压力可达6-9MPa，最高温度可达1800-2000K。高压气体膨胀推动活塞由上止点向下止点移动，从而使曲轴旋转对外做功。由于喷油和燃烧要持续一段时间。所以活塞虽然开始下移，但此时仍有喷入的燃料继续燃烧放热，气缸内的压力并不明显下降，随着活塞的下移，气缸内的温度和压力也逐渐降低。做功行程结束时，压力约为0.2-0.5MPa。2.1.4 排气过程 做功结束后，排气门打开，进气门关闭。活塞在曲轴的带动下由上往下运动，燃烧的废气便依靠压力差和活塞上行的排挤迅速从排气门排出。由于排气系统有阻力，因此，排气终了时，气缸内废气压力略高于大气压力。气缸内残余废气的压力约为0.105-0.12MPa，温度约为700-900K。当活塞再次向下移动时，又开始了新的工作循环。2.2 B6135AQ-2柴油机主要参数型号B6135AQ-2型式水冷、四冲程、直列式、“”形燃烧室气缸套 湿式气缸数6气缸直径（毫米）135活塞行程（毫米）150标定功率：12小时功率（PS）260转速（转/分）240012小时功率时燃油消耗率（克/马力小时）17512小时功率时机油消耗率（克/马力小时）2.512小时功率时最大爆发压力（公斤/厘米）8012小时功率时平均有效压力（公斤/厘米）7.5活塞总排量（升）12.88压缩比 17柴油机转向（面向功率输出端）逆时针调速器型式飞块离心全程TQ250/750B36喷油器多孔闭式长型ZCK150S435a喷油压力（公斤/厘米2）1905喷油泵型式.B型泵BH6B100YS29A机油泵型式 齿轮式燃油滤型式 柴0810A型机油滤型式 分流式空气滤型式空2410型润滑方式压力、飞溅混合式起动方式 电起动点火次序1-5-3-6-2-4柴油机外形尺寸（毫米）长宽油机净重（公斤）12502.3 B6135AQ-2柴油机的主要技术依据在12小时功率标定转速时：排气温度（）550机油温度油底壳内适宜温度（）80油底壳内最高温度（）90油底壳内最低温度（）45 循环冷却水温度进水最低温度（）40进水适宜温度（）4565出水适宜温度（）6585出水最高温度（）90 机油压力表读数标定转速时压力（kg/cm）2.53配气定时时（一曲轴转角记）进气门开启始点（上止点前）206关闭终点（下止点后）486进气持续时间 248气门最大升程 16毫米气阀与摇臂的冷车间隙 0.30毫米排气门开启始点（下止点前）486关闭终点（上止点后）206排气持续时间 248气门最大升程 16毫米气阀与摇臂的冷车间隙0.35毫米7喷油提前角 2831喷油器伸出汽缸盖底平面高度1.51.9毫米活塞顶面与汽缸盖顶面距离1.01.9毫米 机械离心全程式调速器性能： 最低稳定转速（r/min）500 最低稳定转速时转速稳定性（r/min）30 12小时功率及标定转速时： 转速稳定性（r/min）7.5 稳定调速率 % 5 转速重新稳定时间（s）10油底壳机油容量（kg）25机油更换期： 喷油泵及调速器 .每运行500小时更换一次 新的柴油机第一次换油期 工作60小时以后 柴油机 运转200500小时更换 柴油机大修期.6000小时 2.4 B6135AQ-2柴油机的总体布置 总体布置是根据所选择的内燃机类型、主要结构参数、主要零部件和辅助系统的结构形式，以及主要零部件和辅助系统各机件估算的外形尺寸，由此而进行的具体布置工作，并绘制出内燃机纵、横剖面图和外形图。 总体布置的原则是在满足设计要求的前提下，尽量使布置紧凑合理、结构简单可靠、工艺性好，而且便于拆装和维修。 总体布置的过程：首先确定曲轴中心线及气缸中心线的位置，然后根据连接关系、传动关系画出主要运动件，即活塞组、连杆组、和曲轴组等；再画出主要固定件，如机体、气缸套、气缸盖衬垫、气缸盖及固定在气缸盖上的配气机构等；接着再画配气凸轮轴及其驱动机构等。总之，绘图时按照从里向外，从零部件的主要结构尺寸及其位置到结构细节的原则逐步展开和建立起来的。本机的纵横剖面图见图2-1、2-2。从在纵剖图中从左往右依次是：风扇、风扇皮带盘、节温器、水泵、气缸盖、配气机构、喷油器、凸轮机构、减压摇臂、飞轮等。从上向下依次为：气缸密封垫、缸套、活塞、连杆、曲轴、机油泵、油底壳等。2.5 B6135AQ-2柴油机的纵横剖面图如下：图2-1 B6135AQ-2柴油机的总剖面图图2-2 B6135AQ-2型柴油机的横剖面图2.6 B6135AQ-2柴油机的外特性曲线 图2-3 B6135AQ-2型柴油机12h功率速度特性曲线第三章 结构设计3.1 机体组机体组由气缸体、气缸套、气缸盖、汽缸垫和油底壳等组成。机体不仅形状复杂，尺寸大，重量大，制造困难，而且手里十分复杂。因此，为保证内燃机工作的可靠性，设计机体时必须保证以下几点要求。 根据内燃机的用途，合理选择机体结构形式，保证有足够的刚度和强度，特别是要有足够的刚度。根据受力情况，合理设计受力部位的结构形状及形式。机体壁的圆角及厚度应无急剧变化，应避免应力集中。机体尺寸小，重量轻。机体结构应简单，便于制造。便于机体零部件的拆卸与检修。合理设计机体结构及其基本尺寸。3.1.1 气缸体 本柴油机采用的是立式结构湿式缸套，各壁面上布置了加强筋用以进一步提高机体刚度，最小壁厚为7mm，水套厚19mm气缸中心距=（曲柄销长度为54）+（主轴径长度为54）+2（曲柄臂厚度为34），所以，本柴油机缸心距确定为176m（此外，缸心距还与冷却水套的形式、缸套厚度等有关，所以气缸中心距=D（气缸的直径135mm）+(气缸套的壁厚7mm2)+(水套厚15m+(突肩的宽度4mm2)=176mm），体材料为HT20-40。湿式气缸套的外壁直接与冷却水接触，气缸套只与气缸体内孔的支承部分配合，在气缸套和气体之间形成冷却水腔，因此存在水密和腐蚀的问题。其优点是：散热条件好，有利于降低第一环和环槽、气缸套的温度。湿式气缸套壁厚，有足够的刚度和强度，易于制造和更换。应用广泛。 气缸体的外形尺寸（毫米）：长宽高图 21气缸体示意图气缸体的总重量：1250公斤提高气缸体刚度的有效措施： 本柴油机气缸体采用整体龙门式结构，相对于平分式刚度增加，拆装工艺性更加方便。隧道式气缸体的刚度最大，但重量也是最大，一般多为小型单缸内燃机使用。整个气缸体曲面型设计，形成不断弯曲的波浪形，而不是简单的大平面，这样可以有效的提高气缸体的结构刚度，并能减少噪音。在气缸体的内壁和各缸之间的隔板上分别加加强筋和行架结构，从而提高气缸体的刚度。在满足铸造要求的条件下，基本壁面要尽可能薄，减轻气缸体的重量，但局部要加厚，特别是在气缸体的上下平面和前后壁面要加厚，以提高气缸体的刚度。主要载荷尽可能直线传递，避免产生附加弯曲和扭矩。气缸体的过渡圆角要圆滑过渡，角度不能太小，不能为直角。作用：内孔：a形成气缸工作容积。 b活塞运动导向。外部：a各机构和系统的装配基体。 b散热。要求：合理选择机体结构型式，保证足够的刚度和强度。机体壁的圆角及厚度应无急剧变化，以免应力集中。 耐腐蚀、耐高温、高压耐、磨损。 机体尺寸应小，重量应轻。机体机构应简单，便于制造，以有利于“三化”。对于装在机体上的零、部件，其拆装与维修应方便。 材料和工艺： 材料：a气缸套：优质合金铸铁或合金钢，本机选择优质合金铸铁。 b气缸体：灰铸铁或铝合金，本机选择灰铸铁。气缸工作表面制造工艺：2级加工精度。3.1.2气缸盖与气缸垫31 缸盖盖螺栓 2 气缸盖 3 气缸衬垫图 3-2 气缸盖和气缸垫示意图 气缸盖基本组成：气缸盖上应有进、排气门座及气门导管和进、排气门通道、水道、水管等。作用：a密封气缸上部。 b构成燃烧室（与气缸壁和活塞顶一起）。 c构成供给系中进、排气系统及冷却系、润滑系的一部分（铸有进、排气通道及冷却水套、润滑油道）。要求：a要根据混合气的形成和燃烧方式，正确设计燃烧室型式，合理布置气门和气道。 b应具有足够的刚度和强度，保证承受机械应力和热应力时能可靠工作，并保证良好的密封。 c保证高温部分能得到较强的冷却，使气缸盖的温度分布均匀，尽可能减小热应力，避免出现热疲劳裂纹。 d结构简单、便于生产；对装置在气缸盖上的机件要便于拆装和维修。材料：灰铸铁或合金铸铁： a刚度、强度高 b耐高温 c导热性差:缸盖底面鼻梁区易开裂 d质量重水冷式内燃机气缸盖的结构形式可以分为整体式、分体式、单体式以及连体式四种。整体式是整列气缸共用一个气缸盖；分体式是每两个或三个气缸共用一个气缸盖；单体式是每个气缸有一个单独的气缸盖；连体式是气缸盖和气缸体不分开，连成一整体。本机气缸盖采用分体式结构形式，三缸一盖，这样气缸盖长度短，与气缸体之间的密封平面小，加工不平度的要求容易保证，气缸盖螺栓的压紧力分布也比较均匀，受力或受热不均匀时气缸盖翘曲变形相应减少，这将提高气缸盖密封的可靠性。而且，气缸盖铸造容易，废品率低，维修也比较方便；系列通用化高，便于大量生产；气道位置精度高，对配气有利。同时，分体式气缸盖也存在缺点，要求较大的气缸中心距，增加了内燃机的长度和重量；如果要采用较小的气缸中心距，相邻的两个气缸盖就必须用共用螺栓的办法，但这时对相邻气缸盖之间的高度公差要求高，否则会出现一松一紧的现象。另一个缺点是：各气缸盖之间相互不相关，增加了油管、水道的联接和密封的困难，并结构复杂。本柴油机气缸盖选择HT24-44铸铁材料铸造而成，其外形尺寸（毫米）：长宽高=566317204，气缸盖的总重量为30公斤。缸心距为176mm，采用切向螺旋状进气道，在进、排气门与射油器配合的三角地带设置喷水嘴，以冷却、降低温度。 气缸垫 作用：密封要求：a具有补偿接合面粗糙度、不平度所必需的柔性 以及补偿接合面变形所必须的弹性。 图33 气缸垫的结构b具有足够的机械强度，能够承受气缸盖螺栓预紧力和接合面的变形力，在高温、高压气体的作用下不易损坏。c具有耐热性，在高温下不致烧坏。 d具有耐腐蚀性，对气体、机油和冷却水有一定的抗腐蚀能力。 e制造简单，拆装方便，并且能够重复使用。 材料与结构：B6135AQ-2机由于气体压力很高，为提高气缸盖衬垫的密封性和可靠性，采用图3-4所示的密封型式。密封衬垫有两道石棉密封圈，靠近气缸的一道为石棉制品，表面涂以石墨，靠外的一道也是石棉制品，中间有一个低碳钢密封环，外表面镀铜，利用钢环的弹性起密封作用。3.1.3 油底壳作用：储存机油并密封曲轴箱。要求：结合面平整，密封性好 刚性好，避免振动、机械噪声过大 散热性好材料与结构： 图34气缸盖的密封一般用薄的低碳合金钢板冲压而成，为了加强油底壳内机油的散热，也有的发动机采用铝合金铸造的油底壳。油底壳形状决定于发动机的总体布置和机油容量，后部一般做得较深，以便发动机纵向倾斜时机油泵能吸到机油。油底壳内还设有挡油板，避免油面波动太大，机油泵吸进气泡，供油不畅。油底壳底部装有磁性放油塞，以便吸集机油中的金属屑，减少发动机运动零件的磨损。3.2活塞组的设计3.2.1活塞的设计（一）概述柴油机活塞由于所承受的气压力大、刚度要求大。活塞头部包括活塞顶、火力岸及活塞环带。活塞顶与气缸盖、气缸壁组成燃烧室，承受气体压力，接受高温气体的作用。活塞环带又称密封部，是销座以上安装活塞环的部位，其作用是保证工作容积的密封性。安装活塞环的沟槽称为环槽，环槽下支承环的部分称为环岸。环带以下的部分称为活塞裙部，起导向作用并承受侧压力。一般多采用椭圆，活塞裙部采用上述结构措施之后，气缸壁之间的配合间隙比较小，不会产生敲缸现象。活塞放入气缸内，活塞裙部与气缸壁间的间隙可按气缸直径的0.05%0.1%预留。B6135AQ-2活塞裙部与气缸壁的间隙为0.200.26mm，使用极限间隙为0.75mm。活塞销座位于裙部中央上方，销座中安装活塞销。活塞通过销座将气体作用力及惯性力经活塞销传递给连杆。（二）活塞主要尺寸的确定 图3-5 B6135AQ-2柴油机的活塞设计图本柴油机活塞的主要基本尺寸如图3-5所示：燃烧室： 直径 =84mm 火力岸高度 h=24mm 圆弧 r=14.5mm 凸台深 s=5mm 凸台形状 =10mm（平定台）销孔中心至顶面距离 E=1050.05mm活塞总高度 H=175mm销孔直径 d=52mm油环槽数量 1油环的高度b=5mm气环槽数量 3气环的高度b=4mm气门坑深度=3.5mm（三）活塞气环和油环的尺寸选择依据第一环位置：根据活塞环的布置确定活塞压缩高度时， 图36活塞削与销座的受力变形 首先须定出第一环的位置，即火力岸高度。为缩小压缩高度，当然希望火力岸高度尽可能小，但其过小会使第一环温度过高，导致活塞环的弹性松弛、粘结等故障。一般柴油机h = (0.150.25)D。本柴油机h =0.18D=24mm。 环岸高度：为减少活塞高度，活塞环槽轴向高度b应尽可能小，这样活塞环惯性力也小，会减轻对环槽侧面冲击，有助于提高环槽耐久性。但b太小，就使制造工艺困难。在小型高速内燃机上，一般气环高b = 24mm，油环高b = 46mm。环岸的高度c应保证它在气压造成的负荷下不会破坏。 因此，环岸高度一般第一环最大，其它较小。一般= (1.52.5), = = (12)。由于B6135AQ-2型柴油机主要面对的是工程机械，其主要设计思想是强度高，提高功率，降低燃油消耗率，减少发动机单位马力的重量、体积和原材料的消耗，导热性，抗磨性和缸内导向性好，材料选用共晶硅铝合金。活塞销选择20Cr 热处理为表面渗碳淬火，渗碳层厚度0.81.2mm，热处理硬度HRC58-64。 (四)活塞销座的设计活塞与活塞销工作时，弯曲变形互相不协调会在销座孔内上侧引起严重边缘负荷，可能造成销孔永久变形甚至使销座裂开。为此，一般适当增大活塞销直径提高销的弯曲刚度，减少弯曲变形。但是直径的增大使活塞高度增加，质量加大。对柴油机来说，销座的外圆大多与活塞顶实体相连，销座的柔度很小，边缘负荷和严重。因此常对销座结构做如下设计： 活塞销座采用柔性设计，以减少内孔边缘的应力集中； 要适当增大活塞销直径，以提高其刚度，减小变形；在活塞销座孔处加工出卸载槽； 活塞销为保证足够的强度与刚度，采用高强度空心管材做活塞销，表面淬火（6064）HRC，精磨，以保证可靠性与耐久性。为此，选取活塞销的主要尺寸d = 52mm，l = 114mm，活塞销座厚度13mm。 （五）活塞的导向设计 活塞在气缸中运动时的导向作用由裙部完成。为保证导向良好，裙部要有足够的长度，与气缸配合间隙要小，以减轻活塞在连杆摆动引起的侧向力作用下从贴紧气缸的一侧到贴紧另一侧时对气缸的“拍击” 图3-7 活塞导向设计图 活塞裙部只在垂直活塞销轴线的方向承受侧压力，所以应保证此方向与气缸间隙尽可能小，而在销的轴线方向， 间隙要大一些，以免活塞热膨胀后卡死在气缸中，因此，活塞裙部的横断面外形呈椭圆形。另外，活塞温度是顶端高，裙端低，故轴向外形呈上小下大的曲线形，在接近裙部下端处尺寸要有点收缩， 以促进裙部表面润滑油膜的形成同时为增强裙部刚性，在下裙内 侧设置加强筋，而椭圆度一般为0.251.45，如图37所示。 （六）材料与工艺 材料：共晶铝硅合金（铸铝、锻铝）：质量小，导热性好，适用于一般发动机。 工艺：a铸造：质量大，加工工序多； b锻造：居中； c模锻：质量小，加工少。 综上所述，再结合本机实际情况，材料选择共晶铝硅合金，加工工艺为铸造。 3.2.2活塞销的设计活塞顶承受的气压力通过活塞销座和活塞销传给连杆，由于结构限制，活塞销直径不超过0.4D，活塞销长度不超过0.85D，因此活塞销总承压面积有限，表面上的比压是柴油机所有零件中最高的，还要在活塞销座与连杆小头衬套之间合理分配。因此，无论在销与销座之间，还是在销与连杆之间，承压面积都很小，表面压强很高，加上活塞销与销座或活塞销与连杆衬套之间相对运动速度很低，液体润滑油膜不易形成，在这种高压低速条件下，要保证可靠的液体润滑，配合副工作间隙要尽可能小。一般活塞销与销座、活塞销与连杆小头衬套间工作状态间隙在（13）d时，可以可靠工作，装配状态（冷态）时，销与销座则有（13）d的过盈，以补偿铝合金活塞销孔在工作时较大的热膨胀。本柴油机的活塞销直径d=52mm,活塞销长度L=114mm。3.2.3活塞环的设计活塞环的重要作用就是密封气体，防止高温高压气体外通过活塞外泄，为此如何保证气环的密封性就尤为重要。活塞环的密封机理如下：内燃机活塞组与气缸之间应用带开口的弹性金属环实现往复式密封。由于开口的存在，漏气通路不可能完 图38活塞环全消除。为了防止大量漏气，一般采用多个活塞环形成随活塞活动的迷宫式密封。为了减小活塞组与气缸之间的漏气通路，活塞环的外周面必须以一定的弹力与气缸壁紧密结合，形成第一密封面。这样一来，缸内气体不能短路直接通过环周与气缸之间，而是进入环与环槽之间，一方面轴向不平衡力将环向环槽的侧面挤压，形成第二道密封面。活塞环的数目主要与内燃机的转速、气缸内的气压力等有关，当环数多时，封气和刮油作用较好，但活塞环与气缸壁间的阻力较大，活塞环采用三道气环，一道油环，第一环为多孔性镀铬平环，第二、三环为内圆倒角的反扭曲环，油环为外圆大倒角油环，第一道气环开口间隙为0.30.45mm，其余气环为0.30.4mm，油环开口间隙为0.30.45mm，使用极限2.0mm，第一道气环侧隙0.060.092mm，其余气环0.040.072mm，油环0.030.07mm，使用极限0.2mm。以上关于活塞组的选择搭配在我国生产内燃机零件的厂家均可提供，这种有利于易损件的更换，成本较低10。对活塞环所用材料的要求： （1）应具有足够的机械强度，并热稳定性好； （2）应具有良好的耐磨性；（3）应具有良好的磨合性及减震性。活塞环材料一般采用耐热耐磨的优质灰铸铁或合金铸铁，工作条件最差的气环工作表面一般都采用多孔型镀铬，其硬度高（HV9001000），熔点高（1770），并能储存少量机油以改善工作条件。活塞环的使用性能取决于环本身结构及环的组合，为强化第一道环，使之能适应活塞的摆动，且活塞上行下行时均可在环的下周面上形成润滑油膜摩擦而不易燃烧，选用多孔镀铬平环（如图38所示）。第一道环由于承受很大气压力，同时，活塞顶部的30%左右的热量都由其散发出去，因而工作状况极其恶劣，为提高硬度和熔点，改善抗磨损性，耐熔着性和耐腐蚀性，对环外圆面进行镀铬。而中间环采用扭曲环，油环则选用有切向的外圆大倒角油环，这种环柔性好，可在气缸变形较大的条件下很好的刮油。现代柴油机其活塞环的高度约为在下列范围之内：气环b=23mm；油环b=25mm。活塞环的径向厚度t，一般推荐的数值为：缸径D为50100mm时，取D/t=2224mm;缸径D为100200mm时，取D/t=2428mm，本机中t=D/25=5.4mm。目前活塞环的设计发展趋势是减少环数和减少环的高度。减小活塞环高度可以减小摩擦损失；可使环适应气缸的不均匀磨损和变形，避免表面接触应力集中，提高耐熔着磨损的能力，减少往复运动质量；提高环的密封性能等。而且窄的环也有利于磨合。3.3曲柄连杆机构的设计3.3.1 连杆组的设计 连杆由小头、杆身、大头三部分组成。连杆小头用来安装活塞销，小孔内压有衬套，衬套一般采用耐磨性较好的锡青铜制造。近年来我国广泛采用铁基粉末冶金来制造，其耐磨性较好，制造成本低，为了润滑活塞销与衬套，在小头和衬套中铣槽或钻孔，内燃机运转时被渐起的机油滴入槽内或孔内，润滑活塞销或衬套，活塞销与活塞销座之间的配合间隙为0.0040.02mm，使用极限为0.05mm，活塞销与连杆衬套的标准配合间隙为0.040.064mm，使用极限为0.12mm，为了在维修时活塞连杆组从气缸头容易取出，连杆大端采用斜切式设计，曲柄销直径也因此得到提高，刚度和强度增大，连杆材料上选取国内135系列较常用的40Cr。连杆小头与活塞销连接，它承受巨大的燃气作用力。连杆小头位于活塞内腔，其特点是：尺寸小、轴承比压高、温度较高。轴承表面相对运动速度低，且属摆动运动，这不利于形成油膜。连杆小头结构形式取决于活塞销的尺寸及其固定方式，一般情况下，浮式活塞销用得最多。连杆小头多为薄壁圆环形结构，形状简单，重量轻，受力后应力分布比较均匀。为了耐磨，在小头孔内压入衬套，衬套与小头内孔为过盈配合。衬套材料有锡青铜、铅青铜及铁基七铜粉末冶金。粉末冶金由于具有良好的减摩性、耐磨性、抗咬合性和较高的导热性，而且制造成本低，应用很多。本机衬套内孔与活塞销之间的间隙为0.06mm。同时，为使连杆小头到大头传动力比较均匀，杆身断面通常从小头到大头渐渐加大。考虑锻造加工工艺性。工字型的拔模斜度为710。连杆组由连杆、连杆衬套、连杆螺栓及连杆轴等零件组成，它将作用在活塞上的气体压力传给曲轴，并将活塞的往复运动变成曲轴的旋转运动。连杆小头和活塞一起作往复运动，连杆大头与曲轴一起作旋转运动，而连杆杆身作复杂的平面摆动。因此连杆组要在保持足够强度与刚度的前提下，尽可能减轻重量以降低惯性力；同时，大小头轴承工作可靠，耐磨性好并且连杆螺栓疲劳强度要高，确保连接可靠。这也就要求从尺寸、材料选用、构形设计、热处理及表面强压等多方面考虑连杆组的选型设计。连杆长度从连杆本身角度看，连杆长度越短越好，这样不仅增加了连杆的结构刚度，而且缩小了内燃机的总高度，减轻总质量。但连杆长度减少使二阶惯性力增大，活塞侧向力增大，增加活塞的摩擦损失和磨损，短连杆还可能造成连杆与气缸下端干涉，使曲轴平衡块与活塞相碰。设计连杆时，首先要确定连杆大小头孔的距离，即连杆长度。它通常是用半径连杆比来说明的，值越大，连杆越短，则发动机总高度越小。对于四冲程高速内燃机来说，最合理的连杆长度应该是保证连杆及相关机件在运动时不与其他机件相碰情况下的最短长度。本机，选取= 300mm。连杆小头a小头主要尺寸为连杆衬套内径d和小头宽度,取决于活塞销座间隔b和销座与连杆小头的端面间隙，即=71mm，而d=55mm，小头衬套厚度=3mm。b构形设计：连杆小头要有足够的壁厚，要特别注意小头到杆身过渡的圆滑性，减少应力集中，小头轴承相对活动速度低，四冲程循环又使它往复性负荷，有助于润滑油膜恢复，一般用飞溅润滑即可。因而在小头要有收集机油的孔或槽。连杆杆身连杆杆身选用工字形截面，宽度=48mm，杆身厚度=38mm。 连杆大头结构设计：采用斜切口结构，可以使连杆大头在拆卸后很容易通过气缸孔。主要尺寸选取：大头内孔直径=87mm，连杆大头宽度=65mm，连杆螺栓孔中心距=110mm，取141.25mm，宽度=40mm。 连杆螺栓的设计连杆螺栓将连杆盖和连杆体牢固的连接在一起，它的主要承受活塞与连杆往复惯性力的拉伸作用。螺栓结构设计室要注意降低应力集中，在装配时要严格规定的力矩拧紧。连杆螺栓可按高强度螺栓连接的规范进行强度计算。初步估算时，可取连杆螺栓的螺纹外径等于（0.1-0.14）D本机取D=14。 图3-9 B6135AQ-2型柴油机曲轴与飞轮示意图 3.4 曲轴、飞轮组3.4.1 曲轴的工作情况和设计要求曲轴飞轮组主要包括曲轴、飞轮及传动齿轮等其他零件，如图3-9所示。曲轴的工作情况