汽车类毕业设计-135柴油机配气机构设计（全套含CAD图纸）
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1 重庆工学院 毕 业 设 计（ 论 文） 题目 ： 135 柴油机配气机构设计 大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） I 摘 要 本篇论文是关于 135 型柴油机 配气机构 设计的，主要是对 135 型柴油机 的主要运动零件设计以及一些辅助系统的简要设计。通过热力计算、动力计算，并根据性能进行合理的零件设计，从而使 135 柴油机具备更好的经济性能和动力性能。本文除了包括 配气机构 的设计外，还包括进排气及配气系统设计。 关键词 ： 135 型 ；柴油机；设计；动力计算 大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） is of 35 is on 35 of of to so 35 In to a of 35; 学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 录 引 言 . 前 言 .究目的和意义 .内外研究及发展现状 .究内容和方法 . 135 柴油机工作过程热计算 .油机工作过程热计算已知参数 .35 柴油机工作过程热计算 . 一般参数的计算 . 进排气过程计算 . 压缩终点参数计算 . 燃烧过程的计 算 . 膨胀终点参数的计算 . 指示参数的计算 . 有效参数的计算 .均有效压力 .塞平均速度 .程缸径比 . 配气机构总体设计 . 11 门数目、布置和驱动 . 11 轮轴的布置和传动 . 11 器系统设计 . 13 门组 . 14 进排气门设计 . 15 门传动组 . 16 4 气门组的设计 . 19 门的结构和设计 . 19 门材料的选择 . 22 门导管的设计 . 23 轴的设计 . 24 轴的材料及结构 . 25 轴尺寸的设计 . 26 5 气门弹簧的设计 . 28 门弹簧概述 . 28 门弹簧尺寸的确定 . 29 门内弹簧计算过程 . 33 大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 门弹簧的校核 . 39 门弹簧的强度校核 . 39 门弹簧的共振校核 . 41 6 凸轮轴与气门传动件的设计 . 43 轮轴的设计 . 43 轮轴的设计要求及结构 . 43 轮轴尺寸的设计 . 43 柱的设计 . 47 杆和摇臂的设计 . 47 结 论 . 49 参考文献 . 50 致 谢 . 51 大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 1 引 言 柴油直接在发动机内部燃烧产生热能转变为机械能对外作功的热机称为柴油机。柴油机是内燃机的一种，和内燃机的另一基本成员汽油机相比，它还有如下优点： （一）热效率高。汽油机的热效率一般在 25 间，而柴油机的热效率可以达到 35% （二）功率范围广，适应性好。柴油机的缸径可大可小，受限制很小；而汽油机因受爆震影响，缸径不能太大。同时，柴油机对增压适应性好，可以实现较大的增压度，而汽油机，增压度很有限。因此，在大功率发动机领域，诸如大型船用发动机，几乎都是柴油机的天下。 （三）坚固可靠，寿命长。柴油机中的大部分零部件比汽油机坚固可靠，寿命长。当然，柴油机也有缺点，主要表现在以下几个方面： （一）结构复杂，要求较高的加工制造水平，成本较高。 （二）振动、噪音大，操作人员容易疲劳。 （三）通常情况下，相对汽油机而言，重量、体积 大。 （四）启动性不如汽油机。 柴油机的缺点，多数可用技术手段加以改善或将其限制在可接受的方位内，而其优点则是汽油机难以相比的。因此柴油机在近些年来获得大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 2 极大的发展，即使在汽油机的传统领域 轿车发动机方面。柴油机也对汽油机发出了挑战。 车用柴油机是柴油机的一种，与船用柴油机相比，车用柴油机功率要求高，对外形、体积和重量要求也较高。但车用柴油机的耐久性与可靠性一般不如船用柴油机。一个最明显的例子就是：车用柴油机的功率是 15 分钟功率，即允许汽车用此功率连续开 15 分钟，而船用柴油机的功率多数是 12 小时功率或持久功 率。显然，车用柴油机对功率要求较高，而船用柴油机对可靠性要求较高。 大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 1 1 前 言 究目的和意义 柴油机的技术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合状 态 。 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。 大多数人认为 , 柴油机黑烟滚滚 , 污染严重。其实这是一个误解 , 之所以会这样 , 与柴油机技术落后有着不可分割的关系。随着柴油机技术的进步 , 环保性能已大 有改善。自 1998年以来 , 新型公路用柴油机的颗粒物排放量已降低了 83%, 氮氧化物的排放量也已降低了 63%, 达到欧洲 3号或欧洲 4号排放标准的柴油发动机已经基本消除了黑烟。这主要得益于 90年大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 2 代以来柴油机技术的不断创新与发展。 内外研究及发展现状 发动机柴油化已成为当今汽车行业不可阻挡的发展趋势 , 与汽油发动机相比 , 柴油发动机具有优良的燃油经济性能和很大的排放性能改进潜力。 重型汽车中 , 欧洲、美国和日本已经实现 100% 柴油化 ； 商用汽车中 , 欧洲和美国都达到了 90%, 日本为 38%； 轿车中欧洲 达 33%, 日本是 9%。在大众 3L 路波柴油轿车开发成功以后 , 世界上许多大汽车公司在 3 中国的车用动力柴油化也得到长足的发展。按照 2000年实际销售统计 , 在重型汽车中柴油化已经接近 100% , 大型客车达到 90%。如果视农用运输车为一种低档的 “ 汽车”的话 , 该领域柴油化也已经达到 100%。按照国外商用车的概念 , 2000年我国商用车的柴油化率约为 40%。当然 , 这是按照2000年车辆实际销售数量计算的 , 即在新销售的动力车中使用柴油发动机车辆所占的比重 ,如果以柴油机为动力的 车辆与社会车辆总保有量之比来计算 , 我国的车用动力柴油化的比例要低一些。 我国柴油机产业自 20 世纪 80 年代以来有了较快的发展， 2006 年，已有车用发动机生产企业 60 多家，车用发动机生产能力 600 多万台，其中汽油机 450 万台左右，柴油机 150 万台左右。近十年来，我国在车用柴油机生产方面也取得了较快的发展，虽然我国现有的车用发动机的生产能够大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 3 基本满足轻型车和重型车的需要，但仍然缺少技术含量高的产品，还缺少城市交通用的低排放车用柴油机，适合于轿车配套用的柴油机也极少。我国现生产的车用柴油机就其技术来源而言，引进系列 和自主开发系列基本上是平分秋色。但从发展来看，引进机型将会进一步增加，而自主开发机型将会因为性能落后而逐步减少。从总体上讲，我国柴油机产品的技术水平与国际先进水平相比还有一定的差距，引进的产品只相当于国际 90 年代初期水平，自主开发的产品也就相当于国际 50 年代中期水平。柴油机以其经济性好、排放低和转矩大等优势，在车用动力方面有很大的发展潜力。国外大中型汽车基本上都用柴油机，而我国重型车动力以柴油机为主，中型和轻型车还有较大比例的汽油机，轿车类仍然是汽油机一统天下。 从全球的角度来看，车用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，近几年世界各大汽车厂、车用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车用柴油机的发展方向。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。 究内容和方法 本论文主要研究的内容是 135 型车 用柴油机 总体设计 ， 包括 各个系统零件的设计选择。通过实际循环热计算、动力计算，得到 135 型 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、润滑大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 4 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。 大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 1 2 135 柴油机工作过程热计算 在柴油机设计开始阶段，根据选定的参数进行工作过程热计算，其主要作用有： 1) 对柴油机的动力性能和经济性能参数起一定的校核作用；提供柴油机主要热力参数之间相互关系的简单计算方法。 2) 提供在设计阶段零部件强度计算的依据。 3) 为柴油机的性能改进提供初步的理论依据。 油机工作过程 热计算已知参数 135 柴油机工作过程热计算的已知参数见表 2示。 三缸柴油机设计原始数据 项 目 数 据 环境压力 境温度 93 K 几何压缩比 量空气系数 余废气系数 余废气温度 20 K 大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 2 最大燃烧压力 点热利用系数 z 点热利用系数 b 烧室扫气系数 油重量成分 C=H=O=油低热值 2286 KJ/定功率 50 算转速 1500 本结构 三缸、立式、四冲程、蒸发水冷、 35 柴油机工作过程热计算 本章对 135 柴油机工作过程进行热计算，分以下七个部分： 1) 一般参数计算； 2) 进排气过程计算； 3) 压缩终点参数计算； 4) 燃烧过程计算； 5) 膨胀终点参数计算； 6) 指示参数计算； 7) 有效参数计算。 般参数的计算 一、气缸工作容积) 24s = 2135 1004 =、燃烧室容积) 1 . 4 3 0 6 0 . 0 9 21 1 6 . 5 1c L L 大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 3 三、理论空气量0 . 8 7 0 . 0 0 43 4 . 4 1 ( ) 3 4 . 4 1 ( 0 . 1 2 6 ) 1 4 . 2 9 73 8 3 8 、新鲜空气量 L 0 1 . 7 1 4 . 3 =、燃烧产物量 M 4 3 2OH = 0 . 1 2 6 0 . 0 0 42 4 . 3 14 3 2=、理论分子变更系数00 2 4 2 4 =、实际分子变更系数 01 = 进排气过程计算 一、排气压力rp(=110、缸内排温 800K 三、进气终点压力0 1de 、进气终点温度) 2 9 3 0 . 0 5 8 0 0 3 3 6 . 21 1 0 . 0 5d r K 大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 4 五、冲量系数 六、柴油机总空气流量aA(kg/h) 0 . 8 5 0 . 9 8 1 0 1 0 . 5 6 7 4 2 6 0 03 0 3 0 4 0 . 2 8 7 2 9 3a b sa a c i T =s=177kg/h 缩终点参数计算 一、压缩终点压力1 1 . 3 59 1 1 8 4 5 0 4nc o d e 、压缩终点温度) 1 1 1 . 3 5 13 3 6 . 2 1 8 9 2 4 . 6nc o d e K 烧过程的计算 一、压力升高比pm a x 8000 1 . 7 84504p 二、最高燃烧温度) m a x 0( ) ( ) 8 . 3 1 3 ( 1 ) ( 1 )z m p c m p c C 式中z 燃烧终点时的热量利用系数；燃料低热值 (kJ/()pz , ()pe 燃 烧 产 物 和 新 鲜 空 气 的 平 均 等 压 摩 尔 比 热 容(kJ/kg) m a 7 5 4 4 1 0 08 . 3 8 8 . 3 1 3 ( 1 . 7 8 1 ) 9 2 4 . 61 . 7 1 4 . 3 ( 1 0 . 0 5 )T =14687.8 1770K 大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 5 三、初期膨胀比 m a x 1 . 0 0 1 1 7 7 0 1 . 1 2 71 . 7 8 9 2 4 . 6p c 四、燃烧终点气缸容积 1 2 7 0 . 0 3 3 0 . 0 3 7 2 L 胀终点参数的计算 一、膨胀终点压力a . 2 58 0 0 0 8 0 0 0 2 5 0 . 7 81 5 . 9 7 3 1 . 9ex 中 18 1 5 . 9 71 . 1 2 7c 二、膨胀终点温度a x 1 0 . 2 51 7 7 0 1 7 7 0 8 8 9 . 51 5 . 9 7 1 . 9 9ex K 示参数的计算 一、平均指示压力 1 ( 1 ) ( 1 ) ( 1 ) 1 1 1n pd e cm i n p 1 . 3 51 . 2 5 1 1 . 2 5 19 1 1 8 1 . 7 8 1 . 1 6 3 1 1 10 . 9 3 1 . 7 8 ( 1 . 1 6 3 1 ) ( 1 ) ( 1 ) 1 8 1 1 . 2 5 1 1 5 . 9 7 1 . 3 5 1 1 8 、指示功率 7 2 9 0 . 5 6 7 2 6 0 0 4 3 5 . 83 0 3 0 4m i si p V n 学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 6 三、指示热效率i0 1 . 7 0 . 4 9 5 2 9 3 7 2 9 . 48 . 3 1 3 8 . 3 1 3 4 4 1 0 0 9 9 0 . 8 5a d m a b =四、指示油耗 0 0 1 0 3 6 0 0 1 00 . 4 0 3 4 4 1 0 0i =kWh) 效参数的计算 一、机械效率m303 5 =二、平均有效压力 8 3 8 7 2 9 . 4m e m m =611、有效热效率 . 8 3 8 0 . 4 0 3e t m i =、有效比油耗 2 8 3 8ie =242g/(kWh) 均有效压力 柴油机在额定功率时的平均有效压力是表示柴油机整个工作过程完善性和热力过程强烈程度的重要参数之一。它决定于混合气形成的方法、燃料的种类、混合气形成的过程、燃烧过程与换气过程的质量、机械效率、大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 7 进气压力和温度以及柴油机的冷却方式与冲程数。 构合理性和制造完善性的综合指标。 平均有效压力： 30 3 0 4 3 0 1 . 1 5 1 1 . 50 . 5 6 7 1 5 0 0 4em e PV n i 塞平均速度 柴油机的额定转速和活塞平均速度指柴油机在额定功率时的转速和活塞平均速度。活塞平均速度也是决定柴油机高速性的指标。提高柴油机的额定转速与活塞平均速度是提高柴油机单位体积功率的有效措施之一。通常采用短冲程而提高转速，使活塞平 均速度在不至于过高的情况下来提高柴油机的单位体积功率。 一、当其他参数不变化时，是当柴油机结构不变时，进排气阻力与柴油机摩擦磨损中占最大份额的是活塞组的摩擦损失，而活塞组的磨檫损失平均压力此， 二、柴油机气缸内单位时间所发出的热量与功率而与 成正比。所以气缸的热负荷与热负荷随学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 8 如果当能造成热负荷过大，甚至造成发动机因为热负荷超过极限，使发动机不能正常工作 9,10。 三、柴油机气缸活塞组由气压引起的磨损速率可认为与摩擦功率成正比，即随油机的寿命可能急速下降。因此必须合理的选择活塞速度 活塞组的热负荷和曲柄连杆机构 的惯性负荷增大，磨损加剧，寿命下降。同时由于进排气流量增大，进排气阻力与气流速度平方成正比例的增加，使冲气系数v下降。所以随活塞平均速度提高，必须增大气门通道面积，选用好材料，提高加工精度。但是，先是对于给定工作容积的柴油机来说，所发出的功率将过小，即每升工作容积所发出的功率将过低。其次，。 活塞平均速度： 223 0 4 8 . 6 7 /1350 . 7 8 5 6 0 . 7 8 5 6 4 1 1 . 51 0 0 1 0 0m 程缸径比 对柴油机的影响是多方面的。 小则气缸余隙容积比减小，影响混合气形成和燃烧。在具体选择 值时，应注意三个问题：尽量使大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 9 气缸的散热面积与气缸的容积之比为最小，有利于燃烧室设计且使整台柴油机的尺寸最为紧凑。 当每一气缸工作容积一定时，应采用较小的 值。其优点为： 1. 可相应地提高柴油机曲轴转速而不至于使活塞平均速度超过许可值，因而可以提高升功率。 2. 可降低直列式柴油机的高度，因而可以减小外形尺寸并相应地减轻重量。 3. 由于柴油机曲柄半径减小，曲轴主轴颈和曲柄销轴颈的重叠度则增大，因而刚度增加，应力状态改善。同时，连杆也可以短一些，这对其强度和刚度都有利。 4. 由于柴油机气缸直径的增大，气缸盖上的气道和配气机构的安排较容易。 然而，当采用较小的 值时，由于气 缸直径的增大，热负荷、机械负荷和噪声都加大。同时，由于单列式柴油机的长度主要决定于气缸直径，所以对于一般直列式来说长度将增大。此外，较小的 值对燃烧室设计不利，而且对直流式换气的换气品质将变坏。因此，在选定 值时必须适当。 1 行程： 3 36 0 1 0 6 0 8 . 6 7 1 0 1002 2 1 5 0 0m 所以 / 1 0 0 / 1 3 5 0 . 7 4 大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 10 大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 11 3 配气机构 总体 设计 配气机构的任务是实现换气过程，即根据发动机工作次序定时开启和关闭进、排气门，以保证气缸排除废气和吸进新鲜空气。其要求为： 1. 进排气门的时面值足够大，泵气损失小。 2. 振动、噪声较小，并且工作可靠和耐磨。 3. 结构简单、紧凑。 应该指出，同时满足这三个要求是比较困难的。因此在设计时 必须根据具体情况综合考虑，有所侧重，尽可能合理满足这些要求。 门数目、布置和驱动 本设计采用每缸一进一排两气门的设计方案，气门的驱动采用 凸轮轴 挺柱 推杆 摇臂 气门机构。 轮轴的布置和传动 目前，除强化强度特别高的发动机采用顶置式凸轮轴外，一般都采用下置式凸轮轴和中置凸轮轴的布置。 在凸轮轴布置时应考虑以下原则： 1. 决定凸轮轴横向尺寸和位置时，应保证不与曲柄连杆机构运动轨大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 12 迹相碰，并尽可能靠近气缸中心线，以便减小机体和发动机宽度。 2. 在决定凸轮轴高度位置时，应保证曲轴对凸轮轴的传 动，并要求配气机构驱动也比较简便。 3. 当发动机转速较高时，为了减小气门传动机构的往复运动质量，可将凸轮轴位置移动到气缸体上部，有凸轮轴经过挺柱直接驱动摇臂而省去推杆。 1 综合考虑上述要求，本次设计的 135 柴油机的凸轮轴采用下置式。 根据具体布置方案与有关参数来选择现有内燃机工作可靠的机件，一方面使机件通用化，降低成本，便于维修，另一方面省去新机件的研制工作，缩短整个内燃机的研制时间。 大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 13 器系统设计 配气 系统 由气门组、驱动组、传动组、减压机构和进排气系统组成。如图 4 配气机构的功用是按照发动机每一气缸内所进行的工作循环和发火次序的要求，定时开启和关闭各气缸的进、排气门，使新鲜冲量的空气得以及时进入气缸，废气得以及时从气缸排出；在压缩与膨胀过程中，保证燃烧室的密封 。 图 4动齿轮装置图 图 4柴油机配气系统 12、 11摇臂轴弹簧 3摇臂轴 4、 9摇臂 5摇臂调整螺钉 6调整螺母 7、14、 24、 27螺栓 8垫圈 10摇臂支撑架 12支撑架双头螺栓 13螺母 15弹簧垫圈 16摇臂挺柱 17推杆 18气门盖帽 19锁片 20弹簧支撑座 21、 22气门弹簧 23气门 25正时齿轮平垫圈 26、 28止推板 29半圆键 30凸轮轴 31密封塞 32凸轮轴轴承 大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 14 配气相位的选定：进气门提前角为： 15 （ 一般范围为 10 ） ，迟后角 45 （一般范围为 40 ），持续角 300 ； 排气门提前角： 45 （一般范围为 40 ），迟后角 15 （ 一般范围为 10 ） ，持续角 300 。气门重叠 49 。 门组 包括气阀、气门导管、气门座、气门弹簧、气门弹簧座、气门锁片 。（ 如图 4示 ） 图 4门总成 气门导管 气门导管的作用是：导向，保证气门与气门座之间的密封；承受气门运动时所产生的侧压力；将气门的部分热量散出。 增压柴油机的进气门导管内孔上端有 9锥角，以加强进气门杆和导管孔及气门与气门座之间的润滑。气门导管采用减磨性能好的灰铸铁。其内孔的粗糙度不能太低，这样可保证在配合面上有一定数量的润滑油，防大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 15 止熔着磨损。进气门杆与导管之间的间隙为 气门杆与导管之间的间隙为 气门弹簧 气门弹簧的材料选择 65特点是机械性能高，耐疲劳和耐冲击韧性好，表面脱碳倾向小，高温稳定性好，但价格较贵。喷丸处理可使其疲劳强度提高 20 70%，此外还应对气门弹簧表面进行氧化、镀锌、磷化等耐腐防锈处理。 采用弹簧钢丝制成圆柱形螺旋弹簧，它的一端支撑在汽缸盖的相应凹槽内，另一端压在与气门杆端连接的弹簧座上，两根弹簧的绕转方向不同，这样可以防止共振而且保证万一个弹簧折断时另一弹簧仍支住气门不至落入气缸内。 进排气门设计 气门材料选择 4具有较高的耐高 温强度和良好的耐磨性，耐蚀性较好，热膨胀系数小，切削性能也好，但它的导热性差些。为了更大的提高气门的耐热、耐磨、耐腐蚀性能，在气门座合面、气门杆端部还需要镀覆钴基或镍基合金，或在气门杆上进行镀铬等化学处理。 为了获得最佳容积效率 ， 气门头部直径通常是越大越好 ， 但因受燃烧室间的限制 ， 进气门直径为气缸直径的 42 48 %。即 48般来说，考虑到吸气作用 ， 进气门直径要比排气门大 15 20 %， 以改善充气效率 ，即 通常允许气门头部外圆伸出已精加工的气门座 之外约 0. 5大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 16 1. 0气门盘外圆通常为气口直径的 1. 15 倍 ， 这样可以使气门座有足够的宽度以利于气门头的传热。 进气门直径 48气门直径 40 气门锥角 45 ，这样有利于提高气门的刚度，当气门落座时有良好的自位作用，而且气门与气门座之间座合压力较大，有利于传热和密封。进 、排气门阀盘厚 = 进气门头部直径与杆部直径的比值一般为 (4. 5 5. 5) ： 1 ； 所以取进气门杆部直径 d =8气门杆部直径为 7部厚度 t = 通常气门杆部长度为进气门盘外圆的 ，或者为气缸直径为 ， 所以取 h = 110门冷间隙：进气门为 气门 间隙：进气门 气门 门传动组 包括凸轮轴、正时齿轮、挺柱、导管、推杆、摇臂及摇臂轴。 135 柴油机的配气机构为下置式。下置式凸轮轴的突出优点是凸轮轴与曲轴相距较近，凸轮轴可通过齿轮直接驱动，使二者之间的传动装置可以简化，有利于柴油机的整体布置。它可以保证使进、排气门能按配气相位规定的时刻开闭，且具有足够的开度。凸轮轴通过挺柱、推杆、摇臂驱动 气门。凸轮轴与曲轴间的定时传动关系，靠传动齿轮上的记号来保证。气门与气门座的配合面要求密封好，气门开启时要求对气流的阻力要小，气门处在高温（排气门温度达到 900 1000，进气门温度达 300 400），冷却和润滑困难的条件下工作，因而要求耐热和耐磨。 气门由头部和杆部组成，进气门采用一般的合金钢制造，气门头部采大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 17 用简单的平顶结构 ,气门与气门座之间的配合面做成锥面，使接触良好，防止漏气。密封锥面的锥角一般做成 45气门头部到气门杆的过 度圆弧一般比较大，以减少气流阻力。同时也增加强度，改善头部的散热。 图 气门摇臂 门导管中往复运动，其表面经过磨光以提高耐磨性。 门挺柱 常用钢或铸铁制造，工作表面经热处理提高硬度后精磨，使表面光洁尺寸精确。进气门挺柱上有环形槽，气门挺柱底面是平的，为使工作表面均匀，气门挺柱轴线相对凸轮轴线偏移 1 3气门挺柱旋转，挺柱的配合间隙在 围内，如图 4 气门推杆 由空心钢管制造，空心杆两端焊有不同形状的端头 , 上端是凹球形，气门摇臂调节螺钉的球头落在其中，下端是圆形，插在气门挺柱的凹球形座内，上下两端都用钢制成，并经过热处理。 大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 18 门摇臂 采用钢模锻成，气门摇臂两端的长短不等，长短的比值约为 右，长臂端用于推动气门杆端，这样在一定的气门开度下，可以减少凸轮的最大升程。长臂端与气门杆端接触部位经热处理后磨光，气门摇臂中心孔中装有青铜衬套。 大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 19 4 气门组的设计 门的结构和设计 气门主要由杆部和头部两部分组成。图 1 所示为气门的基本结构及名称 。 图 门的基本结构及名称 1 气门头部 2 气门杆部 3 气门径部 4 锁夹槽 5 气门杆端面 6 气门锥面 7 气门头部端面 气门头部直径 气门杆直径 1t 气门头厚度 R 气门颈部圆弧半径 气门锥面斜角 一、气门头部的设计 1. 气门头部形状 气门头部形状除影响气体流通特性外，还影响气门的刚度、重量、导大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 20 热性能以及制造成本等，同时以关系到气门的使用期限。气门头部形状基本上有三种形式：平底型、凸 底型、凹底型。其中平底型气门的优点是结构简单、工艺性好、受热面小，具有一定的刚度，基本上能满足进、排气门的工作要求，因此在多种类型的柴油机中得到了广泛应用。本次设计的135 柴油机采用平底型气门 2。 2. 气门头部直径 增大进、排气的流通断面是减少进排气阻力，提高充量的途径，同时气门头部直径的选择还应考虑到燃烧室的型式，汽缸盖进、排气门的布置，气道之间冷却水套的设计以及气门受热和冷却的均匀性等因素。气门头部直径尺寸的确定，依据柴油机设计手册中册 1中参考公式： ( 0 . 4 4 0 . 4 8 ) ( 0 . 3 7 0 . 4 1 ) ( 0 . 8 2 0 . 8 8 )v e v 根 据 缸 径 D=135 代 入 上 式 得 ： 5 9 6 4 4 9 . 9 5 5 5 . 3 5 虑燃烧室、喷油器和缸盖螺栓等多方面因素，本设计取 602 3. 气门锥面斜角 气门锥面斜度一般为 30 和 45 两种。在设 计中考虑到排气门中气门与气门座之间的单位压力较大，则锥面上的积炭就容易被压扁或擦掉，因此我们采用 45 斜角。对于进气门的斜角，考虑到制造和维修的方便，一般在非增压柴油机中也取 45 。因此，在本次 135 柴油机的设计中，进、排气门锥面斜角 均取 45 。 大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 21 颈部圆弧半径 R 为一般取气口直径的 ，多数情况下进气门的颈部圆弧半径 R 可取进气口直径的 ，排气门的颈部圆弧半径 R 可取排气口直径的 ，考虑到加工方便的原则我们统一取颈部圆弧半径为 。 4. 气门头部厚度及锥面宽度的确定 （ 1） 气门头部厚度1门头大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 摘 要 本篇论文是关于 135 型柴油机配气机构设计的，主要是对 135 型柴油机 的主要运动零件设计以及一些辅助系统的简要设计。通过热力计算、动力计算，并根据性能进行合理的零件设计，从而使 135 柴油机具备更好的经济性能和动力性能。本文除了包括 配气机构 的设计外，还包括进排气及配气系统设计。 关键词 ： 135 型 ；柴油机；设计；动力计算 大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） is of 35 is on 35 of of to so 35 In to a of 35; 录 引 言 . 错误 !未定义书签。 1 前 言 . 错误 !未定义书签。 究目的和意义 . 错误 !未定义书签。 内外研究及发展现状 . 错误 !未定义书签。 究内容和方法 . 错误 !未定义书签。 2 135 柴油机工作过程热计算 . 错误 !未定义书签。 油机工作过程热计算已知参数 . 错误 !未定义书签。 35 柴油机工作过程热计算 . 错误 !未定义书签。 般参数的计算 . 错误 !未定义书签。 排气过程计算 . 错误 !未定义书签。 缩终点参数计算 . 错误 !未定义书签。 烧过程的计算 . 错误 !未定义书签。 胀终点参数的计算 . 错误 !未定义书签。 示参数的计算 . 错误 !未定义书签。 效参数的计算 . 错误 !未定义书签。 均有效压力 . 错误 !未定义书签。 塞平均速度 . 错误 !未定义书签。 程缸径比 . 错误 !未定义书签。 3 配气机构总体设计 . 错误 !未定义书签。 门数目、布置和驱动 . 错误 !未定义书签。 轮轴的布置和传动 . 错误 !未定义书签。 器系统设计 . 错误 !未定义书签。 门组 . 错误 !未定义书签。 进排气门设计 . 错误 !未定义书签。 门传动组 . 错误 !未定义书签。 4 气门组的设计 . 错误 !未定义书签。 门的结构和设计 . 错误 !未定义书签。 门材料的选择 . 错误 !未定义书签。 门导管的设计 . 错误 !未 定义书签。 轴的设计 . 错误 !未定义书签。 轴的材料及结构 . 错误 !未定义书签。 轴尺寸的设计 . 错误 !未定义书签。 5 气门弹簧的设计 . 错误 !未定义书签。 门弹簧概述 . 错误 !未定义书签。 门弹簧尺寸的确定 . 错误 !未定义书签。 门内弹簧计算过程 . 错误 !未定义书签。 门弹簧的校核 . 错误 !未定义书签。 门弹簧的强度校核 . 错误 !未定义书签。 门弹簧的共振校核 . 错误 !未定义书签。 6 凸轮轴与气门传动件的设计 . 错误 !未定义书签。 轮轴的设计 . 错误 !未定义书签。 轮轴的设计要求及结构 . 错误 !未定义书签。 轮轴尺寸的设计 . 错误 !未定义书签。 柱的设计 . 错误 !未定义书签。 杆和摇臂的设计 . 错误 !未定义书签。 结 论 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 错误 !未定义书签。 致 谢 . 错误 !未定义书签。 大学毕业论文 （ 135 柴油机配气机构设计） 1 附录 A 外文文献 up or it is up an of a in or is an or of is of is an or is by of a in a be to of of is to of a by a a or of is to of to it is on to in in 1of is to is to of as as of on of or to is in of 876 . In of in to is it in 1、 As of To of 0 0 0 b.d.c to of 2、 is to on of is by a of 3、 of a in of to is in of 4、 up 0 to to on to is in as as to in in is to is In to a an in in of of in of 1、 a of of do to be be 2、 of 00 -4 3、 or of 80 in is a 4 附录 B 中文翻译 发动机工作原理 大多数汽车的发动机是内燃机，往复四冲程汽油机，但是也有使用其他类型的发动机，包括柴油机，转子发动机二冲程发动机和分程燃烧发动机。往复的意思就是上下或前后运动，在往复发动机中，气缸中活塞的上下运动产生发动机的动力，这种类型几乎所有的发动机都是依赖气缸体即发动机缸体，缸体是铸铁或铸铝制的，它包括发动机气缸和冷却液循环用的水套，缸体的顶部是气缸盖，它组成了燃烧室，缸体底部是油底壳。 气缸内活塞的运动产生动力，然而，必须将直线运动转化为旋转运动，使汽车车轮 转动，活塞销将活塞连接在连杆顶部，连杆底部与曲轴连接，使汽车车轮转动，活塞销将活塞连杆顶部、连杆底部与曲轴连接，连杆将活塞的往复运动传递给曲轴，曲轴将其转化为旋转动力，连杆是用连杆曲轴安装在曲轴上的，用类似的轴承即主轴承将曲轴固定在缸体内。 气缸的直径成为发动机的内径，排量和压缩比是两个常用的发动机参数，排量是指发动机的大小，压缩比是气缸总容积与燃烧室压缩容积之比。 术语：冲程是用来说明活塞在气缸内的运动，也就是活塞行程的距离根据发动机类型的需要二冲程或四冲程来完成一个完整的工作循环，每个在冲程根据其行为命 名分别为：进气冲程、压缩冲程、作功行冲程和排气行冲程。 1、进气冲程 当活塞下移时，雾化后的可燃混合气通过打开的进气门进入气缸，为了达到最大的进气量，进气门在活塞到达上止点前 10 打开，使进、排气有 20 打开重叠角，进气门一直打开到活塞到达下止点充分进入混合气之后 50 左右。 2、压缩冲程 活塞开始向上移动时，进气门关闭，混合气在燃烧室中压缩，根据不同因素包括压缩比，节气门开度，发动机转速压力上升到约 1 兆帕，接近冲程顶部时，火花塞产生的电火花击穿点火间隙点燃可燃混合气。 3、作功冲程 燃烧膨胀的气体产生的压 力上升到 动活塞下移，接近气缸底时，排气门打开。 4、排气行程 5 随着排气门开启约下止点前 50 ，活塞回升，使气缸内压力下降在排气冲程，减少对活塞回压，排除废气，为下一个进气冲程做准备，通常情况下，进气门在排气冲程完成前打开。 只要发动机保持运转，每个气缸内四个冲程循环连续不断的重复下去。 两冲程的发动机也同样通过四行程来完成，一个工作循环既是进气冲程、压缩冲程合为一个冲程，作功冲程行程另一个冲程，术语两行程循环和两行程就是所谓的术语双循环，但实际上并不准确。 在所有的汽车发动机中，所有的活塞 都是固定在一个曲轴上，气缸中发动机越多，每转为发动机的作功冲程产生越多的动力，这就意味着八缸发动机运转的越平顺，因为发动机在作功冲程中运转时间和旋转角度紧密。 多缸发动机有三种排列形式，任其一种 1、 直列式发动机用一个气缸体，大多数四缸发动机和一些六缸发动机都采用这种形式，这种气缸不必垂直分布，它们可以向任一方向倾斜。 2、 常夹角为 60或 90，大多数有六缸或八缸，尽 管四缸和十二缸也有采用 3、卧式或者对置式发动机有两排互为 180 的气缸，这些发动机通常采用风冷式，在雪弗 兰、富士、大众车采用这种形式、富士采用水冷式，在顶置式风冷发动机中，大众的新型厢式汽车采用水冷式。 1 重庆工学院 毕 业 设 计（ 论 文） 题目 ： 135 柴油机配气机构设计 大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） I 摘 要 本篇论文是关于 135 型柴油机 配气机构 设计的，主要是对 135 型柴油机 的主要运动零件设计以及一些辅助系统的简要设计。通过热力计算、动力计算，并根据性能进行合理的零件设计，从而使 135 柴油机具备更好的经济性能和动力性能。本文除了包括 配气机构 的设计外，还包括进排气及配气系统设计。 关键词 ： 135 型 ；柴油机；设计；动力计算 大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） is of 35 is on 35 of of to so 35 In to a of 35; 学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 录 引 言 . 前 言 .究目的和意义 .内外研究及发展现状 .究内容和方法 . 135 柴油机工作过程热计算 .油机工作过程热计算已知参数 .35 柴油机工作过程热计算 . 一般参数的计算 . 进排气过程计算 . 压缩终点参数计算 . 燃烧过程的计 算 . 膨胀终点参数的计算 . 指示参数的计算 . 有效参数的计算 .均有效压力 .塞平均速度 .程缸径比 . 配气机构总体设计 . 11 门数目、布置和驱动 . 11 轮轴的布置和传动 . 11 器系统设计 . 13 门组 . 14 进排气门设计 . 15 门传动组 . 16 4 气门组的设计 . 19 门的结构和设计 . 19 门材料的选择 . 22 门导管的设计 . 23 轴的设计 . 24 轴的材料及结构 . 25 轴尺寸的设计 . 26 5 气门弹簧的设计 . 28 门弹簧概述 . 28 门弹簧尺寸的确定 . 29 门内弹簧计算过程 . 33 大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 门弹簧的校核 . 39 门弹簧的强度校核 . 39 门弹簧的共振校核 . 41 6 凸轮轴与气门传动件的设计 . 43 轮轴的设计 . 43 轮轴的设计要求及结构 . 43 轮轴尺寸的设计 . 43 柱的设计 . 47 杆和摇臂的设计 . 47 结 论 . 49 参考文献 . 50 致 谢 . 51 大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 1 引 言 柴油直接在发动机内部燃烧产生热能转变为机械能对外作功的热机称为柴油机。柴油机是内燃机的一种，和内燃机的另一基本成员汽油机相比，它还有如下优点： （一）热效率高。汽油机的热效率一般在 25 间，而柴油机的热效率可以达到 35% （二）功率范围广，适应性好。柴油机的缸径可大可小，受限制很小；而汽油机因受爆震影响，缸径不能太大。同时，柴油机对增压适应性好，可以实现较大的增压度，而汽油机，增压度很有限。因此，在大功率发动机领域，诸如大型船用发动机，几乎都是柴油机的天下。 （三）坚固可靠，寿命长。柴油机中的大部分零部件比汽油机坚固可靠，寿命长。当然，柴油机也有缺点，主要表现在以下几个方面： （一）结构复杂，要求较高的加工制造水平，成本较高。 （二）振动、噪音大，操作人员容易疲劳。 （三）通常情况下，相对汽油机而言，重量、体积 大。 （四）启动性不如汽油机。 柴油机的缺点，多数可用技术手段加以改善或将其限制在可接受的方位内，而其优点则是汽油机难以相比的。因此柴油机在近些年来获得大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 2 极大的发展，即使在汽油机的传统领域 轿车发动机方面。柴油机也对汽油机发出了挑战。 车用柴油机是柴油机的一种，与船用柴油机相比，车用柴油机功率要求高，对外形、体积和重量要求也较高。但车用柴油机的耐久性与可靠性一般不如船用柴油机。一个最明显的例子就是：车用柴油机的功率是 15 分钟功率，即允许汽车用此功率连续开 15 分钟，而船用柴油机的功率多数是 12 小时功率或持久功 率。显然，车用柴油机对功率要求较高，而船用柴油机对可靠性要求较高。 大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 1 1 前 言 究目的和意义 柴油机的技术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合状 态 。 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。 大多数人认为 , 柴油机黑烟滚滚 , 污染严重。其实这是一个误解 , 之所以会这样 , 与柴油机技术落后有着不可分割的关系。随着柴油机技术的进步 , 环保性能已大 有改善。自 1998年以来 , 新型公路用柴油机的颗粒物排放量已降低了 83%, 氮氧化物的排放量也已降低了 63%, 达到欧洲 3号或欧洲 4号排放标准的柴油发动机已经基本消除了黑烟。这主要得益于 90年大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 2 代以来柴油机技术的不断创新与发展。 内外研究及发展现状 发动机柴油化已成为当今汽车行业不可阻挡的发展趋势 , 与汽油发动机相比 , 柴油发动机具有优良的燃油经济性能和很大的排放性能改进潜力。 重型汽车中 , 欧洲、美国和日本已经实现 100% 柴油化 ； 商用汽车中 , 欧洲和美国都达到了 90%, 日本为 38%； 轿车中欧洲 达 33%, 日本是 9%。在大众 3L 路波柴油轿车开发成功以后 , 世界上许多大汽车公司在 3 中国的车用动力柴油化也得到长足的发展。按照 2000年实际销售统计 , 在重型汽车中柴油化已经接近 100% , 大型客车达到 90%。如果视农用运输车为一种低档的 “ 汽车”的话 , 该领域柴油化也已经达到 100%。按照国外商用车的概念 , 2000年我国商用车的柴油化率约为 40%。当然 , 这是按照2000年车辆实际销售数量计算的 , 即在新销售的动力车中使用柴油发动机车辆所占的比重 ,如果以柴油机为动力的 车辆与社会车辆总保有量之比来计算 , 我国的车用动力柴油化的比例要低一些。 我国柴油机产业自 20 世纪 80 年代以来有了较快的发展， 2006 年，已有车用发动机生产企业 60 多家，车用发动机生产能力 600 多万台，其中汽油机 450 万台左右，柴油机 150 万台左右。近十年来，我国在车用柴油机生产方面也取得了较快的发展，虽然我国现有的车用发动机的生产能够大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 3 基本满足轻型车和重型车的需要，但仍然缺少技术含量高的产品，还缺少城市交通用的低排放车用柴油机，适合于轿车配套用的柴油机也极少。我国现生产的车用柴油机就其技术来源而言，引进系列 和自主开发系列基本上是平分秋色。但从发展来看，引进机型将会进一步增加，而自主开发机型将会因为性能落后而逐步减少。从总体上讲，我国柴油机产品的技术水平与国际先进水平相比还有一定的差距，引进的产品只相当于国际 90 年代初期水平，自主开发的产品也就相当于国际 50 年代中期水平。柴油机以其经济性好、排放低和转矩大等优势，在车用动力方面有很大的发展潜力。国外大中型汽车基本上都用柴油机，而我国重型车动力以柴油机为主，中型和轻型车还有较大比例的汽油机，轿车类仍然是汽油机一统天下。 从全球的角度来看，车用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，近几年世界各大汽车厂、车用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车用柴油机的发展方向。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。 究内容和方法 本论文主要研究的内容是 135 型车 用柴油机 总体设计 ， 包括 各个系统零件的设计选择。通过实际循环热计算、动力计算，得到 135 型 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、润滑大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 4 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。 大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 1 2 135 柴油机工作过程热计算 在柴油机设计开始阶段，根据选定的参数进行工作过程热计算，其主要作用有： 1) 对柴油机的动力性能和经济性能参数起一定的校核作用；提供柴油机主要热力参数之间相互关系的简单计算方法。 2) 提供在设计阶段零部件强度计算的依据。 3) 为柴油机的性能改进提供初步的理论依据。 油机工作过程 热计算已知参数 135 柴油机工作过程热计算的已知参数见表 2示。 三缸柴油机设计原始数据 项 目 数 据 环境压力 境温度 93 K 几何压缩比 量空气系数 余废气系数 余废气温度 20 K 大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 2 最大燃烧压力 点热利用系数 z 点热利用系数 b 烧室扫气系数 油重量成分 C=H=O=油低热值 2286 KJ/定功率 50 算转速 1500 本结构 三缸、立式、四冲程、蒸发水冷、 35 柴油机工作过程热计算 本章对 135 柴油机工作过程进行热计算，分以下七个部分： 1) 一般参数计算； 2) 进排气过程计算； 3) 压缩终点参数计算； 4) 燃烧过程计算； 5) 膨胀终点参数计算； 6) 指示参数计算； 7) 有效参数计算。 般参数的计算 一、气缸工作容积) 24s = 2135 1004 =、燃烧室容积) 1 . 4 3 0 6 0 . 0 9 21 1 6 . 5 1c L L 大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 3 三、理论空气量0 . 8 7 0 . 0 0 43 4 . 4 1 ( ) 3 4 . 4 1 ( 0 . 1 2 6 ) 1 4 . 2 9 73 8 3 8 、新鲜空气量 L 0 1 . 7 1 4 . 3 =、燃烧产物量 M 4 3 2OH = 0 . 1 2 6 0 . 0 0 42 4 . 3 14 3 2=、理论分子变更系数00 2 4 2 4 =、实际分子变更系数 01 = 进排气过程计算 一、排气压力rp(=110、缸内排温 800K 三、进气终点压力0 1de 、进气终点温度) 2 9 3 0 . 0 5 8 0 0 3 3 6 . 21 1 0 . 0 5d r K 大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 4 五、冲量系数 六、柴油机总空气流量aA(kg/h) 0 . 8 5 0 . 9 8 1 0 1 0 . 5 6 7 4 2 6 0 03 0 3 0 4 0 . 2 8 7 2 9 3a b sa a c i T =s=177kg/h 缩终点参数计算 一、压缩终点压力1 1 . 3 59 1 1 8 4 5 0 4nc o d e 、压缩终点温度) 1 1 1 . 3 5 13 3 6 . 2 1 8 9 2 4 . 6nc o d e K 烧过程的计算 一、压力升高比pm a x 8000 1 . 7 84504p 二、最高燃烧温度) m a x 0( ) ( ) 8 . 3 1 3 ( 1 ) ( 1 )z m p c m p c C 式中z 燃烧终点时的热量利用系数；燃料低热值 (kJ/()pz , ()pe 燃 烧 产 物 和 新 鲜 空 气 的 平 均 等 压 摩 尔 比 热 容(kJ/kg) m a 7 5 4 4 1 0 08 . 3 8 8 . 3 1 3 ( 1 . 7 8 1 ) 9 2 4 . 61 . 7 1 4 . 3 ( 1 0 . 0 5 )T =14687.8 1770K 大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 5 三、初期膨胀比 m a x 1 . 0 0 1 1 7 7 0 1 . 1 2 71 . 7 8 9 2 4 . 6p c 四、燃烧终点气缸容积 1 2 7 0 . 0 3 3 0 . 0 3 7 2 L 胀终点参数的计算 一、膨胀终点压力a . 2 58 0 0 0 8 0 0 0 2 5 0 . 7 81 5 . 9 7 3 1 . 9ex 中 18 1 5 . 9 71 . 1 2 7c 二、膨胀终点温度a x 1 0 . 2 51 7 7 0 1 7 7 0 8 8 9 . 51 5 . 9 7 1 . 9 9ex K 示参数的计算 一、平均指示压力 1 ( 1 ) ( 1 ) ( 1 ) 1 1 1n pd e cm i n p 1 . 3 51 . 2 5 1 1 . 2 5 19 1 1 8 1 . 7 8 1 . 1 6 3 1 1 10 . 9 3 1 . 7 8 ( 1 . 1 6 3 1 ) ( 1 ) ( 1 ) 1 8 1 1 . 2 5 1 1 5 . 9 7 1 . 3 5 1 1 8 、指示功率 7 2 9 0 . 5 6 7 2 6 0 0 4 3 5 . 83 0 3 0 4m i si p V n 学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 6 三、指示热效率i0 1 . 7 0 . 4 9 5 2 9 3 7 2 9 . 48 . 3 1 3 8 . 3 1 3 4 4 1 0 0 9 9 0 . 8 5a d m a b =四、指示油耗 0 0 1 0 3 6 0 0 1 00 . 4 0 3 4 4 1 0 0i =kWh) 效参数的计算 一、机械效率m303 5 =二、平均有效压力 8 3 8 7 2 9 . 4m e m m =611、有效热效率 . 8 3 8 0 . 4 0 3e t m i =、有效比油耗 2 8 3 8ie =242g/(kWh) 均有效压力 柴油机在额定功率时的平均有效压力是表示柴油机整个工作过程完善性和热力过程强烈程度的重要参数之一。它决定于混合气形成的方法、燃料的种类、混合气形成的过程、燃烧过程与换气过程的质量、机械效率、大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 7 进气压力和温度以及柴油机的冷却方式与冲程数。 构合理性和制造完善性的综合指标。 平均有效压力： 30 3 0 4 3 0 1 . 1 5 1 1 . 50 . 5 6 7 1 5 0 0 4em e PV n i 塞平均速度 柴油机的额定转速和活塞平均速度指柴油机在额定功率时的转速和活塞平均速度。活塞平均速度也是决定柴油机高速性的指标。提高柴油机的额定转速与活塞平均速度是提高柴油机单位体积功率的有效措施之一。通常采用短冲程而提高转速，使活塞平 均速度在不至于过高的情况下来提高柴油机的单位体积功率。 一、当其他参数不变化时，是当柴油机结构不变时，进排气阻力与柴油机摩擦磨损中占最大份额的是活塞组的摩擦损失，而活塞组的磨檫损失平均压力此， 二、柴油机气缸内单位时间所发出的热量与功率而与 成正比。所以气缸的热负荷与热负荷随学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 8 如果当能造成热负荷过大，甚至造成发动机因为热负荷超过极限，使发动机不能正常工作 9,10。 三、柴油机气缸活塞组由气压引起的磨损速率可认为与摩擦功率成正比，即随油机的寿命可能急速下降。因此必须合理的选择活塞速度 活塞组的热负荷和曲柄连杆机构 的惯性负荷增大，磨损加剧，寿命下降。同时由于进排气流量增大，进排气阻力与气流速度平方成正比例的增加，使冲气系数v下降。所以随活塞平均速度提高，必须增大气门通道面积，选用好材料，提高加工精度。但是，先是对于给定工作容积的柴油机来说，所发出的功率将过小，即每升工作容积所发出的功率将过低。其次，。 活塞平均速度： 223 0 4 8 . 6 7 /1350 . 7 8 5 6 0 . 7 8 5 6 4 1 1 . 51 0 0 1 0 0m 程缸径比 对柴油机的影响是多方面的。 小则气缸余隙容积比减小，影响混合气形成和燃烧。在具体选择 值时，应注意三个问题：尽量使大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 9 气缸的散热面积与气缸的容积之比为最小，有利于燃烧室设计且使整台柴油机的尺寸最为紧凑。 当每一气缸工作容积一定时，应采用较小的 值。其优点为： 1. 可相应地提高柴油机曲轴转速而不至于使活塞平均速度超过许可值，因而可以提高升功率。 2. 可降低直列式柴油机的高度，因而可以减小外形尺寸并相应地减轻重量。 3. 由于柴油机曲柄半径减小，曲轴主轴颈和曲柄销轴颈的重叠度则增大，因而刚度增加，应力状态改善。同时，连杆也可以短一些，这对其强度和刚度都有利。 4. 由于柴油机气缸直径的增大，气缸盖上的气道和配气机构的安排较容易。 然而，当采用较小的 值时，由于气 缸直径的增大，热负荷、机械负荷和噪声都加大。同时，由于单列式柴油机的长度主要决定于气缸直径，所以对于一般直列式来说长度将增大。此外，较小的 值对燃烧室设计不利，而且对直流式换气的换气品质将变坏。因此，在选定 值时必须适当。 1 行程： 3 36 0 1 0 6 0 8 . 6 7 1 0 1002 2 1 5 0 0m 所以 / 1 0 0 / 1 3 5 0 . 7 4 大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 10 大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 11 3 配气机构 总体 设计 配气机构的任务是实现换气过程，即根据发动机工作次序定时开启和关闭进、排气门，以保证气缸排除废气和吸进新鲜空气。其要求为： 1. 进排气门的时面值足够大，泵气损失小。 2. 振动、噪声较小，并且工作可靠和耐磨。 3. 结构简单、紧凑。 应该指出，同时满足这三个要求是比较困难的。因此在设计时 必须根据具体情况综合考虑，有所侧重，尽可能合理满足这些要求。 门数目、布置和驱动 本设计采用每缸一进一排两气门的设计方案，气门的驱动采用 凸轮轴 挺柱 推杆 摇臂 气门机构。 轮轴的布置和传动 目前，除强化强度特别高的发动机采用顶置式凸轮轴外，一般都采用下置式凸轮轴和中置凸轮轴的布置。 在凸轮轴布置时应考虑以下原则： 1. 决定凸轮轴横向尺寸和位置时，应保证不与曲柄连杆机构运动轨大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 12 迹相碰，并尽可能靠近气缸中心线，以便减小机体和发动机宽度。 2. 在决定凸轮轴高度位置时，应保证曲轴对凸轮轴的传 动，并要求配气机构驱动也比较简便。 3. 当发动机转速较高时，为了减小气门传动机构的往复运动质量，可将凸轮轴位置移动到气缸体上部，有凸轮轴经过挺柱直接驱动摇臂而省去推杆。 1 综合考虑上述要求，本次设计的 135 柴油机的凸轮轴采用下置式。 根据具体布置方案与有关参数来选择现有内燃机工作可靠的机件，一方面使机件通用化，降低成本，便于维修，另一方面省去新机件的研制工作，缩短整个内燃机的研制时间。 大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 13 器系统设计 配气 系统 由气门组、驱动组、传动组、减压机构和进排气系统组成。如图 4 配气机构的功用是按照发动机每一气缸内所进行的工作循环和发火次序的要求，定时开启和关闭各气缸的进、排气门，使新鲜冲量的空气得以及时进入气缸，废气得以及时从气缸排出；在压缩与膨胀过程中，保证燃烧室的密封 。 图 4动齿轮装置图 图 4柴油机配气系统 12、 11摇臂轴弹簧 3摇臂轴 4、 9摇臂 5摇臂调整螺钉 6调整螺母 7、14、 24、 27螺栓 8垫圈 10摇臂支撑架 12支撑架双头螺栓 13螺母 15弹簧垫圈 16摇臂挺柱 17推杆 18气门盖帽 19锁片 20弹簧支撑座 21、 22气门弹簧 23气门 25正时齿轮平垫圈 26、 28止推板 29半圆键 30凸轮轴 31密封塞 32凸轮轴轴承 大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 14 配气相位的选定：进气门提前角为： 15 （ 一般范围为 10 ） ，迟后角 45 （一般范围为 40 ），持续角 300 ； 排气门提前角： 45 （一般范围为 40 ），迟后角 15 （ 一般范围为 10 ） ，持续角 300 。气门重叠 49 。 门组 包括气阀、气门导管、气门座、气门弹簧、气门弹簧座、气门锁片 。（ 如图 4示 ） 图 4门总成 气门导管 气门导管的作用是：导向，保证气门与气门座之间的密封；承受气门运动时所产生的侧压力；将气门的部分热量散出。 增压柴油机的进气门导管内孔上端有 9锥角，以加强进气门杆和导管孔及气门与气门座之间的润滑。气门导管采用减磨性能好的灰铸铁。其内孔的粗糙度不能太低，这样可保证在配合面上有一定数量的润滑油，防大学毕业论文 （ 135柴油机配气机构设计） 15 止熔着磨损。进气门杆与导管之间的间隙为 气门杆与导管之间的间隙为 气门弹簧 气门弹
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