毕业设计（论文）-L87型柴油机总体设计

题目：L87型柴油机总体设计子题：L87型柴油机总体设计TheDesignofL87DieselEngine设计（论文）完成日期2021年4月日学院：机械工程与自动化学院专业：机械工程及自动化学生姓名：班级学号：指导教师：评阅教师：2021年6月-PAGE4-注：页眉，居中，楷体，五号。阅后删除此文本框。摘要注：页眉，居中，楷体，五号。阅后删除此文本框。本篇论文是关于L87型柴油机总体设计的，主要是对L87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、动力计算以及其它理论计算得到L87型号柴油机的一些性能曲线，并根据性能进行合理的零件设计，从而使L87柴油机具备更好的经济性能和动力性能。本文除了包括曲柄连杆机构的设计外，还包括进排气及配气系统设计，燃油输送及喷射系统设计、冷却系统设计、润滑系统设计。关键词：L87型；柴油机；设计；热力计算；动力计算AbstractThispaperisaboutL87dieselengine'soveralldesigns,mainlytoL87dieselengine'smainmotionpartsdesignsaswellassomeservosystem'sbriefdesign.Throughthethermaldesign,thepowercomputationaswellasothertheoreticalcalculationobtainL87modeldieselengine'ssomeperformancecurve,andcarriesonthereasonablecomponentsdesignaccordingtotheperformance,thuscausesL87dieselenginestohaveabettereconomicalperformanceandthepowerperformance.Thisarticlebesidesincludesdesignofcranklinkmotiongear,butalsoincludesdesignofairadmissionandexhaustsystem,designoffueloiltransportationandinjectionsystem,designofcoolingsystem,designoflubricationsystem.KeyWords：L87style；dieselengine；design；thermalcalculation;dynamiccalculation

目录TOC\o"1-3"\h\z摘要 1Abstract 2引言 5第一章前言 61.1研究目的和意义 61.2国内外研究及发展现状 61.3研究内容和方法 7第二章柴油机的总体设计 82.1柴油机的总体设计 82.1.1机体零件组 82.1.2曲柄连杆机构 82.1.3配气机构及进排气系统 82.1.4燃料供给与调节系统 92.1.5润滑系统 102.1.6冷却系统 112.1.7起动系统 112.2柴油机的总体布置 122.2.1柴油机的总体布置设计 122.2.2柴油机的工作循环 122.2.3L87型柴油机主要参数 132.2.4配气定时 143.1机体组 153.1.1气缸体和气缸套设计 153.1.2气缸盖与气缸垫 163.2活塞连杆组 163.2.1活塞组设计 173.2.2连杆组设计 183.3曲轴飞轮组 193.3.1曲轴基本尺寸的设计 203.3.2飞轮 20第四章柴油机辅助系统设计 214.1配器系统设计 224.1.1气门组 224.1.2进排气门设计 234.1.3气门传动组 234.2燃油供给系统设计 254.2.1喷油泵 254.2.2高压油泵放气 254.2.3调速器 26结论 27参考文献 28致谢 29

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％-35％之间，而柴油机的热效率可以达到35%-52%。（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。，他的功率较大，油耗低，结构紧凑，可靠性高。

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。1.2国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3L以上轿车上使用了柴油发动机。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。1.3研究内容和方法本论文主要研究的内容是L87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L87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。绘制研究各个性能曲线、参数变化曲线以及整机的CAD图和零件图。

第二章柴油机的总体设计2.1柴油机的总体设计柴油机在工作过程中能输出动力，除了直接将燃烧的热能转变为机械能的燃烧室和曲柄连杆机构外，还必须具有一些机构和系统与以保证，并且这些机构和系统是相互紧密联系和协调工作的。不同类型和用途的柴油机，其机构和系统的形式不同，但其功用是完全一致的。柴油机通常由下列机构和系统组成：2.1.1机体零件组机体组包括气缸体、曲轴箱、气缸套、气缸盖、气缸垫等零部件。机体为气缸体、气缸水套和曲轴箱形成一体的部件，但也有些机型的机体与曲轴箱分为两个部件，以紧固件相连接。机体是内燃机用以安装各主要零部件的基体，保证运动零件的正常运转。2.1.2曲柄连杆机构由活塞组、连杆组、曲柄飞轮组等部分组成，是柴油机的主要运动部件。它的功用是由活塞组与气缸套、气缸盖构成密闭的工作容积，以保证柴油机工作循环的进行。同时通过连杆组将活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转2.1.3配气机构及进排气系统配气机构的作用是根据发动机工作过程的要求，定时开启和关闭进、排气门，完成换气过程。对配气机构的要求是进气充足，排气干净，气门关闭时保证气缸密封，工作可靠，便于调整。根据气门在发动机上的安装位置，配气机构分为顶置气门式和侧置气门式两种。四冲程内燃机多采用顶置气门式配气机构。本柴油机选择顶置气门式配气机构。配气机构由气门组、驱动组、传动组、减压机构和进排气系系统组成。进气系统由空气滤清器及进气管等组成。它的功能为供给内燃机充足、洁净的新鲜空气，并使它通过进气管、气缸盖中的进气道引入气缸。汽车行驶柴油机工作时，空气中有时含尘量较大，尘粒中绝大部分为氧化硅颗粒，其硬度超过金属，这些尘粒进入发动机后将加大其零件的磨损。因此应选择滤清效率比较高的滤清器。2.1.4燃料供给与调节系统燃油供给系统包括燃油贮存及滤清、供给及调节几个主要部分。柴油机供给系统的功用是根据柴油机负荷的需要，将一定数量的清洁燃油定时定量的喷入气缸内，并在负荷变化时自动地保持转速稳定。燃油供给系统与调节系统的工作原理：输油泵从柴油箱把柴油吸入后送往柴油滤清器，经过滤清的柴油进入喷油泵。喷油泵将柴油压力提高后经高压油1-柴油箱2-粗滤器3-输油泵4-手油泵5-喷油泵6-低压油管7-细虑器8-放气螺钉9-喷油器10-回油管11-限压阀1-柴油箱2-粗滤器3-输油泵4-手油泵5-喷油泵6-低压油管7-细虑器8-放气螺钉9-喷油器10-回油管11-限压阀图2-6燃油供给系统简图管，送到喷油器，喷油器以175的压力将柴油喷入ω形燃烧室中燃烧，只有少量通过喷油器泄漏的柴油，通过回油管流回柴油管。（见图2-6）图2—7活塞燃烧室示意图柴油机在进行工作时，负荷会经常发生变化，机手不可能随着外界负荷的频繁变化，不停地改充数油门的位置来适应负荷的变化，因而需要增设调速器。调速器的功能就是在柴油机工作时，随着外界负荷的变化自动调节供油量，使柴油机的转速保持相对稳定；另外在柴油机无负荷时，调速器还能使柴油机保持速运转而不会停车，并能限制柴油机的最高转速防止飞车。1.油底壳；2.集滤器；3.副机油泵；4.集滤器；5.主机油泵；6.机油冷却器；7.机油粗滤器；8.机油精滤器；9.空气压缩机；10.活塞冷却喷嘴；11.机油压力表；12.喷油泵；13.摇臂轴；14.油道；15.顶筒；16.加油盖；17.摇臂；18.活塞；19.副油道；20.主油道。图2-8润滑系统示意图2.1.5润滑系统柴油机的润滑系统是根据其中零件所受负荷的大小、性质以及摩擦表面相对运动的速度来确定润滑强度的。由机油泵、机油滤清器、机油冷却器和压力调节与安全装置等部件组成。润滑系统示意图见图2-8所示。L87柴油机采用复合润滑法，即压力润滑加飞溅润滑。2.1.6冷却系统水冷发动机用水做冷却介质，水具有较大的热容量和潜热，当发动机工况及环境温度变化时，仍能保证工作可靠。工作时受热零件的热量先传给水，再通过散热器或直接将水中的热量散入大气。根据冷却水循环方式的不同，又分为蒸发冷却、自然对流循环冷却和强制循环冷却三种主要方式。由水泵、风扇、散热器、中冷器和节温装置部件组成。对于柴油机来讲，冷却系统布置在柴油。1-散热器2-节温器3-循环水4-温度感应塞5-出水管6-空气及水蒸气管路7-水泵8-补水管9-放水阀10-机油冷却器11水泵进水管1-散热器2-节温器3-循环水4-温度感应塞5-出水管6-空气及水蒸气管路7-水泵8-补水管9-放水阀10-机油冷却器11水泵进水管图2-9冷却系统示意图机的迎风端，散热器竖起置于柴油机的前端，轴流式风扇布置在散热器的后面。这种布置的目的是为了充分利用迎风气流。冷却系统如图2-9所示。冷却水的出水温度应该保持在80～90℃，最高不要超过95℃。2.1.7起动系统起动系统的功用是使内燃机由静止状态转变为运动状态，即克服机件的摩擦阻力、惯性阻力及活塞压缩气体时的压缩阻力以带动曲轴达到一定的起动转速。起动系统包括驱动装置和辅助装置两部分。起动系统由于驱动装置不同又可分为人力起动、电力起动和汽油机起动几种类型。起动系统必须供给足够大的起动力矩来克服柴油机的起动阻力矩，而后将曲轴加速到一定的转速，使压缩终了时，柴油机气缸内的压缩空气的温度高于燃料点燃的温度，以保证着火燃烧。同时，每次燃烧后，燃气所做的功都大于阻力功，使柴油机转速逐渐上升到能够正常工作的转速。L87柴油机采用电机起动，电机起动装置体积小、起动迅速、操作方便。电起动系统包括起动电机、充电发电机、继电调节器、蓄电池、电热塞、电门开关、预热及起动开关、电流表等。2.2柴油机的总体布置2.2.1柴油机的总体布置设计L87型柴油机的机体为整体铸件结构，上端为气缸体部分，有六个气缸套座孔，呈直列式，座孔内装有湿式气缸套。机体下端为曲轴箱部分，设有七个主轴承座，曲轴支撑在此座孔内。连杆连接在曲轴的连杆轴颈上，连杆小头一端通过活塞销与活塞相连。活塞沿气缸套内孔上下移动，通过连杆带动曲轴旋转，构成柴油机的曲柄连杆机构。每个气缸套上端装有一个单体式气缸盖，将气缸套顶端密封，构成柴油机工作容积。气缸盖上装有气门组件、气门摇臂和喷油器等，外面用罩壳密封。油底壳倒挂在机体下方，将曲轴箱密封并贮存机油。机体的一侧装有凸轮轴，凸轮轴的前端装有正时齿轮，通过装在机体前端的齿轮系，由曲轴驱动凸轮凸轮轴转动。随着凸轮行程的变化，通过挺柱推动推杆上下移动，又由推杆推动气门摇臂控制着进、排气门的开启与关闭。由此构成了柴油机的配气系统。2.2.2柴油机的工作循环内燃机就是利用燃料燃烧后所产生的热能来做功的。燃料只有在着火燃烧时才能释放出热能，要实现燃料着火、燃烧，必须要有充足的氧气和一定的温度。因此，要实现内燃机能够连续的工作，就要不断的向气缸内输入新鲜的空气和燃料，并使气缸内获得燃料着火所必须的温度。内燃机把燃料的热能转化为机械能的过程是按一定的规律进行的。首先由曲轴带动活塞由上向下移动，空气由进气管、进气门进入气缸内，使气缸内充满空气。接着活塞反向上移，将冲入气缸内的空气进行压缩，同时通过喷油器喷入柴油，燃烧，并通过连杆驱动曲轴旋转，而对外输出扭矩做功。最后，活塞由下向上移动，将膨胀后的废气经排气门、排气管排出气缸，准备再次吸入空气。上述吸气、压缩、膨胀、排气四个过程为内燃机工作循环。内燃机的工作循环过程周期反复进行，便可实现其连续不断的工作。2.2.3L87型柴油机主要参数型号……………L87型式……水冷、湿式、四冲程、直列式、ω燃烧室气缸数……………6气缸直径（毫米）……………87活塞行程（毫米）……………120标定功率：12小时功率（千瓦）……………103转速（转/分）………………2900最大扭矩（牛米）………………≥392/（1800～2000转/分）12小时功率时燃油消耗率（克/马力小时）……………≤24012小时功率时机油消耗率（克/马力小时）……………≤5活塞总排量（升）…………6.842压缩比…………17柴油机转向（面向功率输出端）…………逆时针调速器型式…………BQ泵调速器喷油器………………长型多孔式喷油压力（公斤/厘米2）…………………175喷油泵型式…………………直列柱塞式1号泵机油泵型式…………………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……………………电起动柴油机外形尺寸（毫米）长×宽×高……………1313×637×981柴油机净重（公斤）………………5402.2.4配气定时进气门开启始点上止点前16°关闭终点下止点后40°进气持续时间300°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53°关闭终点上止点后11°排气持续时间300°气门最大升程16毫米气阀与摇臂的冷车间隙0.35毫米

第三章结构设计3.1机体组机体是由气缸体和曲轴箱组成，它是柴油机的骨架，要支撑柴油机的所有零件和附件。在柴油机工作时机体要承受气体压力和惯性力。因此要求机体要有足够的刚度（包括拉伸，扭转，弯曲刚度），以防止发生变形破坏各重要配合表面的相互位置，导致运动件磨损加剧，尤其是活塞，连杆和曲轴等运动件的磨损。还可以破坏平面密封部件的密封性，造成“三漏”，即漏水、漏气、漏油。3.1.1气缸体和气缸套设计气缸体为整体高龙门式，采用高强度合金铸铁铸造，在水套、横隔板、曲轴相等处均有加强筋，有效地提高了机体强度和刚度，有利于降低噪声减少振动。机体的刚度主要取决于机体外壁的形状和加强筋的布置，而不是壁厚，所以可以将壁厚减小到铸造工艺所允许的最小值，在轻巧的前提下获得较大的刚度。机体的材料是优质灰铸铁，L87机体材料采用HT200。采用的是立式结构湿式缸套，最小壁厚为7mm，水套厚5mm，气缸中心距为135mm。气缸体横隔板之间有直线排列的六个气缸孔，缸孔下面主油道上装有冷却活塞的喷嘴，开启压力196kpa。大多数车用柴油机，为了提高气壁面的耐磨性和使用寿命，通常将气缸制成一个圆筒形(称为气缸套)，然后将气缸套压入气缸体内。一般选用具有较高强度的耐磨材料来加工气缸套，而机体则可用一般灰铸铁，既提高了气缸套的使用寿命又降低了机体的成本。制造气缸套的常用材料有：高磷铸铁，含硼铸铁和钛钒合金铸铁。常用气缸套有干式和湿式两种，湿缸套的优点是冷却效果好，机体内没有封闭的水夹层，使机体铸造比较方便，气缸套的拆装修理比较方便，目前得到了比较广泛的应用。其缺点是机体刚性较差，密封失效时会漏水。图3-1气缸体示意图图3-2气缸套示意图3.1.2气缸盖与气缸垫气缸盖的作用是封闭气缸的上面，与活塞顶共同形成燃烧室。在气缸盖内要布置冷却水腔，进排气管道和机油道等；在柴油机气缸盖上装有进排气门座，气门，气门弹簧，进排气管；摇臂轴总成，喷油器等。气缸盖在很高的燃气压力下工作，同时承受气缸盖螺栓预紧力的作用。机械应力和热应力比较大，而且气缸盖的结构十分复杂。所以要求气缸盖结构必须满足以下要求：1、具有足够的强度和刚度，以保证在气体压力和热应力作用下不致发生翘曲变形，使各接合面具有良好的密封性。2、保证冷却可靠，以避免在热应力作用下产生裂纹。3.2活塞连杆组L87型柴油机的活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销、活塞销挡圈、连杆、连杆轴瓦、连杆螺栓、连杆螺母等组成。3.2.1活塞组设计活塞的功能是：1）活塞和气缸盖一起组成燃烧室所需要的形状和容积，并保证气缸内部空间的密闭性。2）活塞承受气缸内的燃气压力并将此力传递给连杆和气缸壁。活塞的工作条件活塞是柴油机中工作条件最恶劣的零件之一。它在润滑不良的情况下，在高温高压的燃气作用下，不断地作高速往复运动。活塞的结构必须能适应这种工作条件的要求。活塞受热和温度升高可能带来的危害是材料的强度和硬度由于温度升高而降低，从而造成活塞的损坏和加速磨损。而热量是通过活塞环和活塞裙部向气缸壁和冷却介质传递的，活塞各处温度不均匀，这样就产生应力。当温度很高时应力也很大，会使活塞顶部出现裂纹而损坏。另外在活塞受热膨胀时，会使活塞与气缸间的间隙过小或消失而引起运动阻力增大，表面擦伤甚至卡死。因此活塞在构造上都是要尽可能减少受热降低温度。活塞的基本尺寸选择3.2.2连杆组设计连杆组的功用是连接活塞和曲轴，将活塞承受的力传递给曲轴，并将活塞的往复直线转变为曲轴的旋转运动。连杆组由连杆、连杆螺栓和连杆轴承组成。连杆工作条件柴油机在工作时，连杆做复杂的摆动并承受大小、方向都发生变化的气压力和惯性力，其结果引起连杆的复杂变化——压缩、伸长及横向和纵向弯曲。所以对连杆的要求是在尽可能小的质量的情况下应有足够的强度和刚度。如果强度不足，就会发生连杆螺栓、大头盖或杆身的断裂，造成严重事故。如果刚度不足，会对曲柄连杆机构的工作带来不好的影响，例如连杆大头的变形会使连杆螺栓承受附加弯矩，大头孔的失圆会使连杆的轴承的润滑受到影响，杆身在曲轴的轴线平面内的弯曲使活塞在气缸内歪斜，造成活塞与气缸以及连杆轴承与曲柄的偏磨、活塞组与气缸间漏气、窜油等。材料为了保证连杆在结构轻巧的条件下有足够的刚度和强度，必须选用高强度的材料，合理的结构尺寸，并采用提高强度的工艺措施。L87型柴油机采用40Cr。合金钢的特点是疲劳强度高，但对应力集中比较敏感，因此采用合金钢制造连杆时，外部形状，过度处的圆滑性以及表面加工的粗糙度，热处理都有较高要求。构造连杆由连杆小头、连杆大头、杆身三部分组成。1连杆小头连杆小头与活塞销相连，通常做成不可拆卸的圆筒形，小头与杆身之间则用半径较大的圆弧圆滑过度衔接，以减少过度处的应力集中。柴油机工作时，连杆小头和活塞销有相对摆动，为了减少活塞销的磨损，提高活塞和连杆的寿命，在小头孔过盈的压入减摩性良好的薄壁青铜衬套。衬套是活塞销的轴承，润滑多采用飞溅润滑，为了保证润滑可靠，通常在小头顶端或侧面钻孔或铣槽，以吸收飞溅起来的油滴。2连杆杆身连杆杆身一般采用工字型断面，可以在重量较轻的情况下获得足够的强度和刚度。3连杆大头连杆大头与曲轴连杆轴颈铰接，汽车柴油机均做成剖分式，被分开的部分成为大头盖。连杆大头的尺寸通常要能保证拆装时能从气缸中抽出，二这一尺寸又与连杆轴颈直径喝受力有关。连杆轴颈直径较少时，采用平切口连杆；连杆轴颈直径较大时，采用斜切口连杆。平切口连杆的大头具有较大的刚度，轴承孔受力变形小，定位简单，因而应用广泛。主要尺寸选取：大头内孔直径为74mm，；连杆大头宽度42mm；小头孔直径为45mm；连杆外径宽106mm；连杆大小头中心距195mm。3.3曲轴飞轮组曲轴是柴油机中最重要，受力最复杂的零件之一，它的功用是将活塞和连杆传来的气体压力转变成扭矩输出，用以驱动汽车行驶。此外，柴油机的配气机构和一些附件如水泵、机油泵、喷油泵等都由曲轴驱动。工作条件，柴油机工作时，曲轴承受气体力，往复惯性力和旋转惯性力及他们产生的力矩，使曲轴既旋转又弯曲，发生疲劳应力状态。曲轴形状复杂，应力集中现象十分严重，特别是在曲柄至轴颈的圆角过渡区，润滑油孔附近，应力集中尤为突出。主轴颈和连杆轴颈在很高的比压下与轴承间以很高的相对速度滑动，如果润滑不良就会发生严重的磨损。曲轴的损坏，一是断裂，而是磨损。断裂可能由弯曲疲劳而产生，其疲劳裂纹主要发源于过渡圆角部分应力集中处。曲轴的磨损主要发生在主轴颈和连杆轴颈表面。其磨损量大小，直接影响柴油机的使用寿命。本设计曲轴采用高强度球墨铸铁，铸铁曲轴的优点是制造方便，成本较低，可以保证曲轴的形状合理，耐磨性也比较好，因而被广泛采用。曲轴在结构形式上有整体与组合式之分。整体式曲轴刚度和强度较高，重量较轻，工作可靠，加工表面少，制造成本低，因而应用广泛。3.3.1曲轴基本尺寸的设计⑴主轴颈直径和主轴颈长度曲轴轴颈包括主轴颈和曲柄销。轴颈的尺寸和结构与曲轴的强度、刚度及润滑条件有密切的联系。轴颈的直径越大，曲轴的刚度便越大，但轴颈直径过大，会引起表面圆周速度增大，导致摩擦损失和机油温度的提高。特别是曲柄直径的增大会引起旋转离心力及转动惯量的剧烈增大；而且曲柄销直径的增大会使连杆大头的尺寸增大，这不利于连杆通过气缸取出，因此曲柄销直径总是小于主轴颈直径。取=86mm；取=44mm。3.3.2飞轮飞轮是一种动能储存器，可起到调节曲轴转速波动，稳定转速的作用。柴油机工作时，飞轮贮存了作功的能量，克服其他辅助冲程的阻力，以保持曲轴运转的均匀性，使柴油机工作平稳。另外在柴油机启动时，飞轮也起到辅助作用，使启动容易。车用柴油机多用电起动，为此在飞轮的外圆柱面镶有启动齿圈，一变和启动设备相配合驱动曲轴。为了贮存能量，飞轮通常做成尺寸较大而外轮缘较厚的圆盘。飞轮的材料是铸铁。图3-13飞轮的结构

第四章柴油机辅助系统设计辅助系统包括燃油供给系统，配气系统，润滑系统，冷却系统，起动系统。根据L87型柴油机的主要用途，工作情况和设计要求，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。1-锁紧环2、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1-锁紧环2、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－凸轮轴轴承图4-1柴油机配气系统4.1配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4-1。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4-2传动齿轮装置图配气相位的选定：进气门提前角为：15°（一般范围为10°-30°），迟后角45°（一般范围为40°-60°），持续角300°；排气门提前角：45°（一般范围为40°-60°），迟后角15°（一般范围为10°-30°），持续角300°。气门重叠49°。4.1.1气门组包括气阀、气门导管、气门座、气门弹簧、气门弹簧座、气门锁片。（如图4-3所示）图4-3气门总成4.1.2进排气门设计气门材料选择4Cr10Si2Mo，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。4.1.3气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。L87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。气门杆部成圆柱形，在气图４—５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1～3mm，使气门挺柱旋转，挺柱的配合间隙在0.02～0.08mm范围内，如图4-4。⑵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。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1.6左右，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，上有油孔和油道，如图4-5。4.2燃油供给系统设计1－柴油箱2－溢油阀3－柴油滤清器4－低压油管5－手动输油泵6－输油泵7－喷油泵8－回油管9－高压油管10－燃烧室11－喷油器12－排气管13－排气门14－排油管15－空气滤清器16－进气管1－柴油箱2－溢油阀3－柴油滤清器4－低压油管5－手动输油泵6－输油泵7－喷油泵8－回油管9－高压油管10－燃烧室11－喷油器12－排气管13－排气门14－排油管15－空气滤清器16－进气管图4-6燃油供给系统示意图供油系统由燃油箱、燃油输油泵、低压油管、燃油滤清器、喷油泵、高压油管、喷油器和回油管组成，如图4-6。4.2.1喷油泵L87型柴油机选用直列柱塞式1号泵，它由分泵、喷油泵体、传动机构及油量控制机构等组成。其每个分泵主要由出油阀紧座、出油阀弹簧、出油阀偶件、柱塞偶件、弹簧上座、弹簧下座、柱塞弹簧、油量控制套筒、调节齿轮、滚轮体部件等零部件组成。柴油机运转时，喷油泵凸轮轴上的偏心轮，驱动输油泵的滚轮，滚轮安装在滚轮体上，滚轮体通过顶杆，推动活塞作正向移动。活塞的反向移动是在活塞弹簧的作用下与偏心轮相配合来实现的。活塞的往复运动、止回阀的密切配合，形成了泵油过程。4.2.2高压油泵放气泵体设有放气螺钉。当供油系统进入空气时，应旋开放气螺钉，按动手泵，驱尽空气，直到出现不含气泡的柴油为止，然后旋紧手泵。4.2.3调速器当发动机在高转速运转时若因负荷减少使转速升高时，喷油器供油量增大，更促使发动机转速进一步升高，极易导致发动机超速而出现排气管冒黑烟、发动机过热等不良现象，严重时出现飞轮飞脱等机件损坏、伤人事故；当发动机转速因负荷增加而低于最低稳定转速时，喷油泵