490QB柴油机设计

1、490QB柴油机设计（配气机构）摘要本设计的发动机机型为490QB柴油机，介绍了 490QB柴油机的配气机构设计, 配气机构各零件的详细设计。依照本柴油发动机的设计技术要求，可以确定本柴 油机的结构以及相关尺寸。本机采用形燃烧室，凸轮轴中置，龙门式机体方案。为了使本次设计满足设计要求，所以根据燃机工程师手册，对本机进行工作过程 热计算，结果表明此次设计满足其经济性和动力性要求。发动机通过配气机构实现换气，即排出本循环已燃混合气和下一个循环吸入 新鲜充量的进气排气过程，对于四冲程发动机来说，从排气门打开到进气门关闭 的整个过程为换气过程。而发动机动力性和经济性的好坏，在很大程度取决于换 气过程的

2、完善程度，因此配气机构的设计在本发动机设计中占有相当重的位置。 而配气机构设计的核心为提高充气效率，降低换气损失，进而改善了发动机的经 济性和动力性。设计气门采用双气门方案，即一进一出两气门，双气门方案结构 简单，工作可靠，完全满足进排气要求，降低制造成本。气门的驱动采用凸轮轴 挺住一推杆一摇臂一气门的驱动方案。凸轮轴采用中置方案，形式为整体式凸 轮轴，全支撑，满足强度要求，结构简单，加工精度高，具有很好的互换性。本次设计主要包括气门弹簧，进排气门，进排气道和凸轮轴设计，而凸轮形 状采用函数凸轮设计，由Mat lab程序计算得到挺柱的升程，速度，加速度，绘制 曲线。关键词：柴油机，凸轮，气门T

3、HE 490QB DIESEL ENGINE DESIGN (PISTON ANDCONNECTING ROD )ABSTRACTThe desig n of the diesel engine models for the 490QB in troduced 490QB diesel engine valve train desig n, detailed desig n of each valve train parts. In accorda nee with the technical requirements for diesel engines, you can determine

4、 the structure and size of the diesel engine. The machine adopts the shape of the combustion chamber, the camshaft positi on, gantry body program .In order to meet the desig n requireme nts of this design, it is based on the internal combustion engine engineer manual process to work on the machine t

5、hermal calculations, the results show that the design meets its economy and power requireme nts.Engine for ventilation through valve body, the discharge of the circulating air and fuel mixture is next cycle in hale fresh charge in take and exhaust, for four-stroke engin es, the exhaust valve to ope

6、n the in take valve clos ing the whole process of the ven tilati on process. The engine power and economy is good or bad, to a large exte nt depe nd on the degree of perfection of ventilation process, so Valve design occupies very heavy position in this engine design. The core Valve designed to impr

7、ove volumetric efficiency, reduce ventilation losses, thereby improving the economy of the engine and power. Valve double valve desig n scheme, n amely one into a two-valve, dual valve scheme is simple, reliable, fully meet the requireme nts of the in take and exhaust, reduce manufacturing costs .Va

8、lves driven by the camshaft - tappet - putt - rocker - valve drive soluti ons. Camshaft scheme used in the home, in the form of the mono lithic camshafts, fully supported to meet the stre ngth requireme nts, simple structure, high precisi on, with good in tercha ngeability.The desig n in eludes valv

9、e spri ngs, in take and exhaust valves, and in take and exhaust camshafts road design, and the use of a cam-shaped cam design function, calculated by the Mat lab program tappet lift, velocity, acceleration, plotted.Key words : diesel engine, cam, valve、八、亠丄刖言1第一章整体设计2§1.1 490QB 柴油机2§1.2柴油机

10、的设计2§1.3设计容和方法3第二章 燃机工作过程的热计算 4§2.1 一般参数计算 4§2.2进排气过程计算4§2.3压缩终点参数计算 5§2.4燃烧过程的计算6§2.5膨胀终点参数的计算6§2.6指示参数的计算7§2.7有效参数的计算7第三章 配气机构的总体布置 8§3.1气门数目、驱动方式，布置8§3.2凸轮轴布置和传动方案确定 8第四章气门组的设计9§4.1气门的设计9§4.2气门导管的设计.4§4.3气门通路面积的校核14第五章气门弹簧的设计19§

11、;5.1气门弹簧的概述19§5.2气门弹簧的尺寸确定 19第六章 凸轮轴和气门附件的设计 25§6.1凸轮轴的设计25§6.2挺柱的设计30§6.3推杆和摇臂的设计31结论32参考文献33致34附录35距第一台燃机诞生，经过 100多年的发展，在工程师们孜孜不倦的努力下， 发动机不断的得到改进和进步，性能不断得到改进与创新，到今天能为人类社会 活动不可或缺的一员，支持着社会的发展与进步，给人们带来了非常大的便捷， 近些年，随着柴油机高压共轨、缸直喷、净化等技术的发展，以较低的排放输出 强大的动力，有着无可比拟的优势。由于对环保越来越重视，现在柴油机又朝着

12、 更进一步降低柴油机排放，低的运行噪音，经济性更好，长的和可靠的使用寿命 的方向去发展。由于柴油机较高的压缩比，压缩行程终点的压力和燃烧最高压力都很高，所 以其拥有比较高的热效率，较汽油机更强的动力输出，节约燃料和更长的发动机 寿命，更低的污染物排放，适用于更多的用途工况，使其广泛应用于卡车，客车， 工程车，农用车等多个领域。由于研究方向的不同，欧洲在柴油机方面，走在了世界的前沿。依靠新的技 术，如高压共轨，低的运行噪音，低污染排放，所以，柴油轿车走进千家万户， 在我国，由于某些特殊原因，柴油供给不足，油品达不到高压共轨供油系统的要 求，所以在轿车领域还比较尴尬，但是在重型运输方面，由于其比较

13、大的动力输 出，比较的热效率，低的比油耗，大多是柴油机被在这个方面使用。但是柴油机 技术比着欧洲还有比较大的差距，如制造工艺落后，关键的喷油技术都没完全掌 握，所以目前，我国把对柴油机的研究重点放在如电控、柴油机后净化处理、某 些关键技术和材料的研究，开发出新一代高效节能的机器。同时提高柴油机品质， 提高柴油的供应量，避免每年一次的柴油荒。相信柴油机会得到长足的发展和进 步。490QB柴油机系列应用于农业动力机械、轻卡等多个领域，由于其较强的动 力，较低的油耗，结构简单，后期维护方便，成为大马力拖拉机和联合收割机的 优先选择o 490QB系列四缸直喷柴油发动机，标定功率48KW，标定转速320

14、0r/min 柴油机热效率高，动力强劲，比汽油机效率大约提了30%，因而节约成本，节省燃料。更环保，销量非常高，有很大的发展前途6-8。第一章整体设计§ 1.1 490QB柴油机490QB柴油机主要用在农用机车，低速汽车，轻卡，和轻气车，其技术特点：1油耗比较低，2.动力性好，3油耗低，4.结构紧凑，5可靠性能高。490QB柴油机的技术参数：型式：直喷、直列、四缸、立式、水冷、四冲程、形燃烧室活塞行程/气缸直径：105/90标定功率 /转速：48/3200 (kW/r/min )压缩比：18： 1燃油消耗率： 238( g/kW h)润滑方式：压力及飞溅复合式起动方式：电起动

15、7; 1.2柴油机的设计一、柴油机的总体设计要求对设计490QB柴油机整体考虑时，首先要考虑其零件的通用性，尽量选择常见的材料，易于降低制造成本，方便后期维护。适合大批量工业化生产，而且附件都是标准配件，设计的发动机质量可靠，热效率高，质量体积都要小，结构尽 量不要复杂。使用寿命要长，能适用多个工作环境。二、柴油机的设计要求柴油机的总体设计是在 注重节约能源的同时又 加强了对排放性的要求，使 发动机有很广的适用性。本490QB柴油机应用于农业领域。适用性很广，工作环境多变恶略，其设计 要求如下：1. 必须要可靠，故障率必须要低，选用低的压缩比和活塞速度。2. 经济性要好，要省油、润滑机油要为普

16、通品牌，不要特俗化。3. 易于启动，操作简单，符合客户的操作习惯4. 动力必须要足够。满足大多数情况使用。5. 鉴于其工作环境恶劣，所以过滤系统一定要好，而且要易于更换3-5。§ 1.3设计容和方法本设计的主要容为490QB柴油机的配气机构，进行热力计算，查阅参考相关 资料，与同组的同学一起确定有关的配合尺寸，使设计的发动机有很好的动力足， 经济性要好，各系统机构要可靠，利用计算机AUTOCA专业绘图软件绘图，然后再手工绘制一装配图，用 Mat lab程序计算挺住的升程、速度，并绘制曲线。第二章 燃机工作过程的热计算§ 2.1 一般参数计算2燃烧室容积：V0.0392731

17、L ；1.单缸排量：2Vsd S 0.6676425L ；43.理论空气量:L0-gc -gh -go0.494643kmol ；0.21 12432在这个式中：gc、gH、go分别为每千克燃油中碳、氢、氧含量（kg）；而且在柴油中C、H、O这三种元素中的质量比为：0.87:0.126:0.0044. 过量空气系数：a 1.6a取值围为（1.32.0）;5. 新鲜空气量：LaL0 0.7914kmol ；6.燃烧产物：Mgo320.8230kmol ；7.残余废弃系数：r 0.05r 取值围(0.030.06);8.分子变更系数：0 ML 1.0399 ；9.实际分子变更系数:1.038 ；&

18、#167; 2.2进排气过程计算1. 排气压力：Pr 1.10巳111.43kPa 柴油机Pr 一般的经验取值围是1.051.15PaFa标准大气压，取为101.3kPa ;对于非增压型柴油机来说，由进气管进入气缸前时的气体压力为 Pab Pa 101.3kPa。2. 气缸排气温度：Tr 800K本次非增压柴油机排气温度取值围一般都在700900K 之间。3.进气终点压力：Pde0.9pa 91.17kPa非增压柴油机进气终点的压力一般围在0.850.95巳之间。4.进气终点温度：Tde331.5714K;式中：Td为进气温度，取为T为外界空气的温度，T20°C,即卩 293.15K

19、 ；10 200C 一般取 15C。5.充量系数:c p deTd1c 1 PabTde 1 r0.8024 ；对于自然吸气式柴油机来说，其充量系数的围为在0.750.90。6. 燃机空气流:Aa S C 30 RdTdPabWn0.06884kg/s ；式子中：s 扫气系数，Rd是新鲜空气气体常数，值为0.287kJ/(kg K)，而 对于自然吸气的柴油机s大约取为1。§ 2.3压缩终点参数计算1. 压缩终点压力：Pco Pde 4781.6225kPa ；式中：n1为平均多变压缩指数，压缩过程中气体得到热量愈多，n1越大。相反热损失越多n1越小。由此，影响山取值的主要因素有以下几

20、点：1) .发动机的构造特征，风冷发动机的主要零件(缸体、缸盖、活塞)温度要 比水冷发动机的高，因此风冷机的 较大；2) .SD较小时，要比长冲程的机型小一些；3) .当气缸套、活塞、活塞环以及气门密圭寸带磨损时，漏气量增加，就会带走 一部分热量，从而使n1减小；4) .燃烧室表面积炭，会使零件温度升高，减少散热量，使n1升高。中速柴油机n1取值围为1.341.39,高速柴油机取值围为1.371.41，此498柴 油机为高速柴油机故而取n11.372压缩终点温度：TCoTdeni1c966. 1129K。§ 2.4燃烧过程的计算1. 压力升高比：p卷限制最大爆发压力为Pmax502

21、285kgf/cm，取 pmax 85kgf/cm8335.65kPa此时压力升高比p 皿pco1.743 ,对于柴油机，p取值围是1.702.20b2最高燃烧温度Tmax =zHu0l?(1 7)(Cpc)m 8.313( P 1)Tco( Cpz)mTmax式中：z是燃烧终点时的热量利用系数，对于直喷式中速柴油机29-9299kJ /mol?K , Cpz m 33.0694kJ /mol?K0.800.88的围，而对于直喷式高速柴油机 z在0.700.85的围，此处取z=0.70。比 是燃油低热值，对于柴油Hu=42500kJ/kg, ( Cpjm、Cpz)m分别是新鲜空气和燃 烧产物的

22、平均等压摩尔比热容kJ/(kg mol K)，见附录表1，可查得：CPC m将以上数据代入公式，可以得：Tmax =2063.6344Ko3.初期膨胀比:_?匹 1. 2744 ；pco4. 燃烧终点气缸容积Vz: VzVc 0.05008Lo§ 2.5膨胀终点参数的计算1. 膨胀终点压力Pex: pex卫晋288.7231kPa式中： 14.1243，n2为平均膨胀指数，n2是一个平均值概念，主要取决于过后燃烧的程度，气体与气缸壁之间的传热以及气体的泄露量。n2越小，有用功就越多。在发动机中影响n2的因素主要有：1).从气体中排出的热量越多，膨胀线越陡，热损失就越多，越大；2).在

23、膨胀线上过后燃烧的增加，减小了气体的散热量，从而减小n2 ; 3).过后燃烧强度越大，n2就会减小；4).转速增加以后，缩短了气体与气缸壁的热交换时间以及泄露 量，转速n越大n2就会增加。高速柴油机 压的一般取值围为1.181.27,此处压取为 1.27。2. 膨胀终点温度Tex: Tex环1009.5822K§ 2.6指示参数的计算1.平均指示压力Pmi :PiniPde c1p1n211n2 11n111n11832. 2407kPa0.920.99,此处取 n=0.92；2.指示功率Pi : PPiVsin3059. 300kw式中：i为气缸数，i 4 ；为冲程数，=4;3.指

24、示热效率i :式中:n为示功图丰满系数,其围在a L0 ? Td ? piH u Pab c8.3130.4646 ；4.指示油耗率：b»36°0 10182.3200g /kW?h ；i ? Hui5.机械效率：m°.8094。§ 2.7有效参数的计算1. 平均有效压力 Pme: Pmem ? Pmi 673.6156kPa ；2. 有效热效率 net : e m ? i 0.3760 ；K3. 有效油耗率 be: be -L 225.2533g/kW?h。第三章配气机构的总体布置配气机构的目是实现发动机换气的工作过程，即根据发动机的各缸发火次序， 定

25、时开启和关闭进气门，排气门。保证废弃的排除和充入新鲜空气，以维持发动 机稳定持续的运行，要求：1气门具有优秀的换气质量，时间 一截面值尽可能大大，泵气损失要小。2. 发动机运行平稳，噪音要尽可能的小，耐磨，可靠，零部件具有很好的互换 性。3. 其结构要简单，结构紧凑，外形要美观 。要同时达到以上三个要求比较困难， 但发动机设计都要求一个折中的思想， 所 以要根据实际情况，分清主次，有侧重点的设计，设计出优秀的发动机6-8 o§ 3.1气门数目、驱动方式，布置采用双气门顶置式气门机构布置，即每个气缸上一进一出两气门布置方案。 而气门采用凸轮轴一挺住一推杆一摇臂一气门驱动方案。§

26、; 3.2凸轮轴布置和传动方案确定凸轮轴位置的确定取决于机体的布置方案和机体的外形，所以要仔细考虑才 能确定。凸轮轴由曲轴驱动，为了减小传动噪声，所以要求在不干涉的曲轴运动 的情况下，决定凸轮轴位置高度时，尽可能的要求曲轴与凸轮轴接近，保证曲轴能正确传动，这样减小了发动机的横向尺寸，便于发动机小型化。应该也要要使传 动机构简单可靠，减小故障率。而当发动机转速较高时，功率得到强化类型的发 动机时，应该使用凸轮轴顶置的方案，即把凸轮轴放在气缸上方的位置，由链条 驱动凸轮轴，尽量减少推杆的长度，这样就减小了气门传动机构的转动惯量，增 大了机体，零件的刚度，优化发动机结果布置 。在折中考虑，分清主次之

27、后，本次设计的490QB柴油机采用凸轮轴中置方案， 由曲轴通过齿轮驱动凸轮轴，结构简单可靠第四章气门组的设计§ 4.1气门的设计§ 气门的工作环境与设计要求一、气门的工作环境；气门做为燃机的核心部件之一，其工作环境十分恶劣，因为其工作时会受到 很高的热负荷和机械负荷，而气门头部又直接与缸的高温气体接触，温度很非常 高，特别是排气门，排气温度大约在 600° 860°之间，甚至会更高，高温气体经 排气门排出，即又受到高温废气体的冲刷，工作条件更为严酷，所以经常会密封 不严，导致漏气，和气门座圈密封处也会受到腐蚀，烧损。在气门工作时，气门 以很高的频率和速度

28、在运动，气门杆会与气门导管摩擦，而且气门每次落座时， 因为其具有很高的速度，就会冲击气门座圈和气门的密封锥面。而冲击力的大小， 又取决于气门的落座速度，和气门的质量。所以优化进排气门，减小气门工作时 受到的热负荷和机械负荷，合理设计凸轮缓冲段曲线，减小气门落座的速度和加 速度，减小落座冲击为本次气门设计的核心容 。二、气门设计的基本要求1材料的选择考虑到气门的高温工作环境，我们首先想到的是改善气门的冷却方式，降低 气门的工作温度，其次在气门的工作温度下，选择合适的材料，来保证气门能耐 高温，在高温下有足够的强度，还要要求其耐磨和耐腐蚀。根据气门的失效形式， 其经常都是密封面腐蚀磨损，所以选择材

29、料，要优先考虑它的耐磨性，和耐化学 腐蚀，其次要考虑材料的失效温度要高于气门的工作温度，即工作时，反复运动 受热，不会强度失效，变形，弯曲。所以对于排气门，在工作强度大的燃机上， 一般采用奥氏体钢，这种材料在高温下，性能很优秀，不会失效变形，而且耐腐 蚀，并且一般都含有大量的重金属镍，所以价格很贵。进气门由于进气温度低， 工作条件相对好些，为了节约成本，一般采用40Cr,对材料没有什么特俗要求。2气门结构方面为了使加工成本低，能大批量生产，要求气门结构简单。其气门颈部的外形也要合适，降低进排气阻力，降低进排气马赫数，尽量能多进气。提高充气效率。 在满足气门工作时的强度，耐腐蚀性，耐磨性时，也要

30、求尽可能的降低气门的质 量，降低气门落座冲击力。3降低气门的热负荷前面提到过，气门的工作在高温环境下，而其失效形式经常是由高温导致， 所以降低气门受到的热负荷又是设计重心之一，气门组中，排气门受到的温度最 高，大约有70%的热量经由气门头部传至气门座圈导出，其余部分热量由气门的 杆身导出，因此，气门头部的散热冷却至关重要，要求气门头部的形状大小要与 气门座圈紧密配合的情况下，其要有良好的冷却措施，加强散热，气门尽可能大， 使气门受热尽可能的均匀，防止气门头部受热变形不均匀的情况发生。在机体缸 盖允许的情况下，也可以加长气门导管长度。减小气门杆身与气门导管的间隙， 进而降低气门高温头部的温度10

31、。除此之外，还要综合考虑气门的运动，因为其运动受到多个因素的制约，比 如说气门弹簧、摇臂、挺柱、凸轮外形等多个外部因素影响制约，所以其设计还 要从配气机构整体运动来折中考虑，力求优化气门组运动，减轻落座冲击，因为 这个也是气门锥面与座圈密封失效的原因之一 9。§气门整体形状和结构设计气门分气门杆身和气门头部分组成。图 4-1所示，气门的名字和详细结构。图4-1气门的基本结构及名称1气门的头部 2气门的杆身部 3气门的圆弧径部 4气门锁夹槽 5气门杆的端 面6气门密封锥面 7气门头部上端面 Dv气门头部的直径 do气门杆身直径ti 气门头部厚度 R 气门颈部过度圆弧半径一气门密封锥面角

32、一、气门的头部设计1.气门头部外形气体的流通特性会受到气门头部外形的影响，气门的刚度、惯量、散热性能和 制造难易程度都会受到气门头部外形的影响，也会影响到气门的使用寿命，所以 要根据不同类型，要具体分析。大体情况，一共有三种类型的气门头部形状：平 底气门、凹底气门、还有凸底气门。而第一种气门头部形状因为其结构简单、制 造成本低、受热均匀且小、刚度性好、工艺性优异，满足了大部分发动机的进、 排气要求，所以在各种类型的柴油机中得到了非常大围的应用。而本设计中的 490QB柴油机也采用第一种气门头部平底设计2 o2气门头部直径设计充量系数对发动机效率至关重要，所以增大气门头部的直径，可以显著提高充

33、量系数，增大流通断面的的同时，也减小了进排气阻力。因为气门和配气部件构 成整体，所以要综合考虑近、排气门位置的布置，汽缸盖的形状大小，燃烧室的 形式。气门之间冷却水道的布置，气门冷却效果，气门受热是否均匀，还有很关 键的鼻梁区冷却，这都关系到气门头部直径的选择。其尺寸的确定，一般都有经 验公式确定，根据柴油机设计手册中册中的参考公式：Q(0.45 0.48 )DQe (0.38 0.41)D此次设计的缸径为D=90mm,代入式子得：Q(40.543. 2)mmQ (34. 236. 9)mm综合考虑到喷油器位置、燃烧室形状、和缸盖螺丝等多个影响因素。本次设计取 Q42 mmQe35mm3. 气

34、门锥面斜角的确定气门锥面受到两个因素的影响，根据实际情况，要综合分析，一般来说，常用 的只有30°和45°两种锥面斜度可以选择。由于排气门和气门座圈密封时，受到 的单位压强比较大，所以气门锥面上的积炭非常容易会被刮掉，所以本次就采用 较大的气门锥面角，即45°锥面角，虽然进气门不会受到跟排气门一样大的单位压强，但是考虑到降低制造成本，易于维护，方便零件适配，所以进气门也采用45°气门锥面角。而在自然吸气发动机中，也经常取45°锥面角，所以本次设计的490QB自然吸气柴油机就采用45°气门锥面角。气门颈部过度圆弧的半径也比较重要，一般取

35、值围为本气口直径的0.250.50倍, 通常情况下根据经验，进气门颈部的圆弧半径取头部直径的0.25,而排气门的颈4气口直径的选择进气口的直径：di 的直径。排气口的直径：d2 的直径。5.气门的升程进气门的最大升程:排气门的最大升程:部半径去其头部直径的0.35倍。在重合的取值围，考虑到统一方便加工，把进、 排气门颈部的半径都为9.5mm。(0. 41 0. 45)D(36. 940. 5)mm,取di37mn为进气口(0. 340. 37)D(30. 633. 3)mm，取d?31mn为排气口(0. 240. 26)DVi(10. 0810. 92)mm，hze max(° 28

36、0. 30)Q(9. 8 10. 5)mm综合考虑进排气门的最大升程，取进、排气门的最大升程都为9mm6.气门头部和气门锥面厚度的选择(1)根据气门头部厚度的设计原则：在气门头部刚度够的情况下，为了减轻气 门的质量，尽量越薄越好，除此之外，还要受到高温燃气的烘烤下变形。如果变 形量过大，就会导致密封不严，漏气。还会加快气门的磨损。依照柴油机设计手册中册 ，气门头部厚度选择的经验公式为：t1(0. 10 0. 12)DV对于进气门：t1(0.100. 12)42(4.25.04)mm,取知4. 5mm对于排气门：t1(0.100. 12)35(3.54.2)mm'1,取X4mm而气门锥面

37、宽度的设计原则：气门的密封锥面带出了气门头部绝大部分热量， 所以气门锥面越宽，则经由气门锥面导出的热量越多，气门的工作环境会有很大 改善。但是会带来负面影响，气门锥面的密封效果就会大大折扣。反之如果锥面 厚度太薄，虽然密封效果会好一些，但是散热肯定会受到影响，在高压的情况下， 会使气门很快磨损。所以综合考虑这两方面的原因后，来决定气门锥面的厚度， 宽度一般在1.53.0毫米之。参考柴油机设计手册，气门密封面的厚度公式为:b (0.9 1.05八对于进气门 b(0. 91.05)4.5(44.7)mm，取 b4mm对于排气门 b(0. 91.05)4 (3. 64.2)mm，取 b3. 6mm二

38、、气门杆部件的设计1. 气门杆直径的设计杆身一般都会做成实心的，因为加工方便，但是有时在某些高强化机型中，也 会采用空心杆身，本次采用实心杆身。如果需要杆身越耐磨，则需要粗一点的杆 身，还有助于热量从杆身散出，增加了冷却效果。根据受凸轮驱动方式的不同， 它受到的侧向力也不同，有大有小，根据经验选择，如果杆身侧向力比较大，贝U 杆身直径为气门头部的3040%左右，如果侧向力较小，这相应的取小一点，比如 取1625%即可。最后，还是考虑到工艺性，方便加工替换维护的原则，进、排气 杆身直径取一致。在本 490QB柴油机中，选择气门杆身的直径为 42X 16%35X 25%= (7.28.25) mm

39、,综合考虑后，取杆身直径为：do=8.0mm。2. 气门杆身长度的设计气门杆身长度L的确定取决于气门弹簧的长度和汽缸盖的高度。这里希望能小 些，因为希望能降低发动机的总高度，便于发动机紧凑。降低了气门组的质量。根据柴油机设计手册中册，杆身的设计L的取值为：L (2.5 3.5)Dr将Dvi42mm Qe35mm代入式子得：进气门杆长L(105147)mm,排气门杆长L(87. 5122.5)mm，在依据进、排气门总高一样高的设计原则，此处取进气门杆长L105. 5mm,减去排气门头部厚度0.5mm的差别，排气门杆长L106mm对气门杆还要经过热处理，端面淬火淬硬处理。其硬度要求要大于HRC50

40、。气门弹簧盘和杆身接触，在折中考虑下，应该要求连接稳定可靠，但是有不减弱 气门杆，此次设计的490QB柴油机中，使用锁夹槽的方式，其不让出现尖锐的倒 角。§ 气门材料的确定在选择气门材料时，必须考虑气门工作时的高温条件，即此种材料必须要耐高温、耐腐蚀、较高的抗冲击力、气门很严重的磨损现象，还要考虑其主要失效形式，在这次设计的490QB型柴油机中，其运用于轻卡，载重量比较大，取进气门 的材料为普通的40Cr,而排气门的高温条件，则采用的4Cr9Si2Mn为排气门的材料10M.2气门导管的设计气门杆在导管中做往复运动，杆身的侧向力传给了气门导管，所以气门承受 比较大的侧向力，而气门杆身的

41、热量也是经由气门导管传出，相比之下，气门和 导管摩擦接合面又相对靠近温度更高的气门头部，所以气门导管承受的温度也比 较高。很容易让润滑机油形成积炭，但是润滑系统供给摩擦副的机油又不能过多。 过多的话，会经过导管流向燃烧室，导致冒黑烟。要求在润滑不良的条件下摩擦， 气门导管要耐磨。由于铁基粉末冶金即使在润滑不良的条件下，其也比较耐磨， 性子稳定，易于制造，经常拿这种材料制造气门导管。气门导管外圆面不允许有凹凸不平，应为光滑的外面柱面，适合于用无心磨 床加工。气门导管的长度也应该尽可能的长，但是最好不要超过气门杆直径的6倍，因为导管越长，来自气门杆身的侧向压力就会越小，还有利于气门的冷却和 导向，

42、但其长度主要取决于气缸盖的高度，允许的情况下，尽可能的长些。杆身与气门导管的间隙也非常重要，其间隙的大小直接影响到润滑和散热。间隙如果过大，气门杆则在导管里窜动，密封间隙过大，直接导致的后果就是密 封不严，漏气，漏油，更严重会直接是气门头部承受更高的温度而烧损，另外还 会严重影响杆身散热。如果选择的间隙过小，气门会由于润换不良，在积炭的情 况下，会卡死的导管中，气门座偏心就得不到补偿。所以这间隙要取的合适才行， 由于进、排气门工作温度不同，间隙大小也会有差别，进气门的气门管间隙一般 取杆身直径的0.0050.01之间。排气门导管间隙取其杆身直径的 0.0080.012之间。在这次设计的490Q

43、B柴油机中，取气门导管的长度为I >6d=6>8=48mm。折 中考虑后，去l=50mm.导管间隙：进气门：（0.0050.01）8=0.050.07mm,排气门：（0.008 0.012）8=0.054 0.088mm。§ 4.3气门通路面积的校核1.气门通路面积的校核要看头部直径、气门升程和气门口直径这三部分选择的是否恰当，取决于气门头部面积和气门口是否足够大，是否能通过更多的气体。根据气门最大升 程的公式来确认（如图 4-2），下面通过求取流通通路断面处的假设平均气体 流速值。校核式子：CfvyCm_p（ m/s）CyF r在本式中，wv 在一个完全的进气或者排气过

44、程中，气门在最大的升程时,流通截面最大，气门通路断面处我们假设平均进排气体的流速（m/ s）；C一个气缸中同名气门的数目；Fr 气门在最大升程时的通路面积（*）；Fp活塞面积（m2）， FpD2Cm 活塞平均速度，Cm 11.2m/ s ；D气缸直径（m）, D90mmS 活塞行程，S 105mmN 发动机转速，n 3200r / min ；当气门位于最大升程时，通路面积公式为：E式中，Q进、排气门头部外径 mmdv进、排气门头部径 mmlk1、k2间的距离mm，如图图5-2气门最大升程示意图7. 91( mm对本次设计的机型的进气门进行校核:42372102,2 cos 45°42

45、377. 912o423710 tan 45981.57( mni)Wl11.90. 098241124910 672. 61 m/ s)Frid237241075. 2 mrfi)对排气门进行校核:37.24 33.32 11 tan 45。13. 10Rmm,37.2433.32 22l2 cos 45。11Fri37. 2433. 3213. 107801. 136 mrfi)11. 9Frid20. 09821801.13610 633. 322492. 042； m/ s)871.967( mrn)可知，本次设计完全可以满足设计的要求。本次设计490QB柴油机额定转速为3200r /

46、 min，属中高速自然吸气柴油机， 根据柴油机设计手册中册，进气平均气流速度 W的围为6080m/ s ,排气平均气 流速度W的围为70100 m/ s，设计计算可知进气平均气体流度为 Vy=72.61 m/ s，而排气平均气体流速 W=92.042m/ s，通过计算，气门通路面积 的大小满足该设计要求。2. 气门口尺寸校核用马赫指数法对进气门口尺寸进行校核。计算进气口的马赫数M :2M -C-d1mia1式中mi 进气平均流量系数；a1在进气气门口处的声速(m/s)；a1 = . gkRTo( m/s)g重力加速度(m/s2);k绝热指数，k=1.40;R常温下，气体常数，R=287J /(

47、 kg k)；To进气气门口空气的绝热温度，To293K。由实验可知，当进气气门口马赫数 M超过0.5以后，气体的充量系数下降幅 度很大。所以，在确定进气口直径确定的情况下，马赫数 M值在发动机最高转速 下不能高于0.5。发动机运行在20003000rpm转速时，mi可按照以前的经验公司进行大体的 计算：mi42Dri1.451卑1. 45 10 0. 345ai. gkRT0、9.8 287 1.4 331.571142.63 ( m/ s )将以上数据代入求马赫数M中，得：2DCmd1mia120. 0911. 20. 0370. 345_1142. 630. 1680. 5所以在柴油机以

48、额定转速下，进排气口不会出现阻塞现象，并且进本没有影 响，主要得益于本次进排气口取值比较。第五章 气门弹簧的设计§5.1气门弹簧的概述一、气门弹簧的功用气门弹簧的作用主要有这几点：1当气门已关闭时，依靠弹簧的弹力，使气门与气门座紧闭封闭。2当气门开启和关闭的过程中，使气门的运动完全跟着凸轮的运动轨迹走。保证配气机构各部件都在正常接触。.在进气阶段，保证气门不会被吸下去。二、弹簧的工作环境与设计要求因为在发动机工作过程中气门需要以很高的频率开启关闭，所以气门弹 簧要受很高的交变力，工作环境恶劣，需要重点设计气门弹簧，它才能安全 可靠的长时间工作。如果工作过程中，气门突然断开，将会引发危

49、险的事故。 弹簧一般都偏上限设计，受到上限制约，所以要恰当的设计弹簧的尺寸结构。 要保证其在最大应力围，不会失效。弹簧受到很高的交变应力，高的疲劳强 度，所以在生产的过程中，务必要杜绝各种材料缺陷。保证其有很高的抗疲 劳强度。三、确定气门弹簧的材料首先要考虑气门弹簧工作的条件，即较高的温度下，反复承受交变力， 为了能让气门弹簧在正常使用下，稳定，有更长的寿命，所以这种材料的机 械性能必须足够好，还要有很强的抗温度-应力松弛的性质。在正常的运转环 境下，弹簧不会失效，不会出现弹力失效的情况。通常选取65Mn、50CrVA钢丝或者碳素钢丝等作为气门弹簧的材料。在设计的490QB柴油机中，选用碳素弹

50、簧钢丝，在较高的温度下工作， 可靠，不变形。但是要经过热处理。经过油淬火 -回火处理，机械性能更优秀 11-13。§5.2气门弹簧的尺寸确定一、气门弹簧中径D2选取在此次设计的490QB柴油机中，考虑到其高的工作强度，增加其工作可靠 性，采用双弹簧设计，当一个弹簧失效时，不至于引发事故。其中气门弹簧的中 径是：D2i(0. 40.7)d(0.40.7) 37(14. 825.6)mm,取D2i20mmD2e(0. 60.9 )d(0.60.9) 37(22. 233.3)mm)取D2e28mm上述式子中d为气口的直径。在此处，取 d=37mm二、确定弹簧的预紧力当气门紧闭的时候，需要

51、有足够的预紧力保证气门紧闭，保证很好的密封。为了便于加工，所以选择进、排气门的弹簧一样，根据柴油机设计手册中册，弹 簧预紧力的Pi的设计公式为：P1.5di216.13(kgf)，其中di是进气口的直径4接着计算气门上的压力P2,需要注意燃机气门质量的大小要与弹簧的性质相匹配。所以根据燃机设计手册，P1(0.40.65)P21,则气门上受到的力为P2=2.5Pi.确定气门弹簧时，需要留意在其位于最大形变形量时要预留一部分裕量，所以参考公式 P20； kgf )，则 P 2 5R50； kgf)三、关于外气门弹簧的分配根据经验，通常情况下其外载荷的分布比例1: 2.0到1: 2.5.在本次设计中

52、，按下列载荷分配：弹簧的最大弹力P2(kgf)弹簧P2117外弹簧P2233四、确定弹簧钢丝的直径由柴油机设计手册可知，计算弹簧的式子：8PDDK (kgf /mm)(5-1)d8PD3n /贡(mm)(5-2)式中P弹簧力（kgf ）；D2 弹簧中径（mm）D弹簧钢丝直径（mm）n弹簧有效圈数；G弹簧材料切变模量； f弹簧变形量（mm）；断面切应力（kgf / mrn）；K曲度系数，这里应该注意弹簧横切面的切应力分布不均匀影响的 系数。按照上面公式（1）计算弹簧的钢丝直径，可知弹簧材料的切应力，则为了容易 一些计算。把公式变形为下面的公式：8. D2KCP2上式 此种材料的许用切用力（kgf

53、 / mm）。确定弹簧的直径：选择65Mn为弹簧的材料，按照弹簧的标准系列，先取直径为2.22.5mm然后去 查相关资料设计手册的13-24表，可知其抗拉强度 b 160（ kgf / mni）已知弹簧允许的切应力为：160 0.348（ kgf / mH）；代入上面的公式（3），求得-KC31129.4；再根据参考资料柴油机设计手册得知其旋绕比为C=7.2, K=1.206。根据di号得到di=2.78mm因为弹簧是标注系列化零件，所以要把其直径圆整一下，圆整到国家规定的系列值里：di =2.8mmo外弹簧直径的确定：用素II作为外弹簧的材料。跟弹簧算法一样，也是先假定一个外弹簧的直径为3.

54、5mm，再根据设计手册查表得知，其抗拉强度b 150（kgf / mrfi）；需用切应力1500. 345（kgf / mrfi）代入上面的公式（3）后，可得到-KC31069. 1再查设计手册，其旋绕比为C 7.4，K 1. 2 ；根据deD5得，de=3.78mm，圆整到国家标准：de=3.8mm= C根据公式nGdf28巳可求的弹簧的有效圈数，上式f2为弹簧的最大形变量：f2弹簧预紧变形量f 11 maxp1flh/ma£mm10 2050 2o6. 67( mm5.确定弹簧的有效圈数n和总圈数ni16. 6R mm式中hvmax弹簧最大变形量f2 flhvmax6. 6710图6-1弹簧载荷三角形弹簧材料切变模量G8200kfg / mrn弹簧：nGd4f28P2D38200 2. 8416.677. 73，取 n8圈；8 15243"in210圈GcTf282003 8416. 67外弹簧：n24.9，取 n5 圈;8RD；833283n1en27圈6.计算弹簧的高度当气门位于最大升程时，弹簧处于最大压缩状态，所以要保证相邻两圈之间的最小间隙不能小于0.5mm所以本次