关 键 词：

6110 柴油机 总体 设计 机械 图纸 文档

资源描述：

6110型柴油机总体设计机械图纸文档,6110,柴油机,总体,设计,机械,图纸,文档

内容简介：

毕 业 设 计（论 文） 题目： 6110型柴油机总体设计 子题： 专 业：机械工程及自动化 指导教师： 学生姓名： 班级-学号： 注：页眉，居中，楷体，五号。阅后删除此文本框。摘 要本篇论文是关于6110型柴油机总体设计的，主要是对6110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6110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6110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：6110型；柴油机；设计；热力计算；动力计算AbstractThis paper is about 6110 diesel engines overall designs, mainly to 6110 diesel engines main motion parts designs as well as some servosystems brief design. Through the thermal design, the power computation as well as other theoretical calculation obtain 6110model diesel engines some performance curve, and carries on the reasonable components design according to the performance, thus causes 6110 diesel engines to have a better economical performance and the power performance. This article besides includes design of crank link motion gear, but also includes design of air admission and exhaust system, design of fuel oil transportation and injection system, design of cooling system, design of lubrication system.Key Words：6110 style；diesel engine；design；thermal calculation; dynamic calculation目 录摘 要IAbstractII引 言1第一章 前言21.1 研究目的和意义21.2 国内外研究及发展现状21.3 研究内容和方法4第二章 柴油机的总体设计52.1 柴油机的总体设计52.1.1 机体零件组52.1.2 曲柄连杆机构62.1.3 配气机构及进排气系统72.1.4 燃料供给与调节系统72.1.5 润滑系统92.1.6 冷却系统102.1.7 起动系统112.2 柴油机的总体布置112.2.1 柴油机的总体布置设计112.2.2 柴油机的工作循环122.2.3 6110型柴油机主要参数122.2.4 配气定时133.1 机体组143.1.1 气缸体和气缸套设计143.1.2 气缸盖与气缸垫153.2 活塞连杆组173.2.1 活塞组设计173.2.2 连杆组设计253.3 曲轴飞轮组273.3.1 曲轴基本尺寸的设计303.3.2 飞轮303.3.3 轴瓦313.3.4 扭振减震器31第四章 柴油机辅助系统设计334.1 配器系统设计344.1.1 气门组344.1.2 进排气门设计354.1.3 气门传动组364.2 燃油供给系统设计384.2.1 喷油泵384.2.2 高压油泵放气394.2.3 调速器394.3 润滑系统设计404.3.1 循环油量414.3.2 机油压力424.3.3 机油温度424.3.4 油底壳贮油量434.4冷却系统设计434.4.1 冷却系统的功用434.4.2 强制循环水冷却系统的组成444.4.3 水泵454.5 起动系统设计46结论与建议47参考文献49附录A 6110型柴油机热力计算50附录B 6110型柴油机动力计算60附录C 6110型柴油机计算参考用的图表79致谢88图一 6110型柴油机性能曲线 图二 6110型柴油机纵剖图图三 6110型柴油机横剖图- VII -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。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。6110柴油机是一种典型的车用柴油机，适用于总重量1015吨左右的车辆。目前，该机主要为一汽“解放”货车配套。该机的主要特点从性能上看，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。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年代以来柴油机技术的不断创新与发展。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。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。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。目前，全国的6l1O型柴油机有大柴6l1O型、锡柴611O型、吉柴6110型、南柴D611OQ型和南柴X611O型五种，均为直列、水冷 四冲程和直接喷射式燃烧室。除自然吸气机外，均有废气糯轮增压机 其中南柴X6110型柴油机主要用于农业机械和工程机械等方面的配套动力，其余四种主要用于汽车的配套动力 分述如下： 。1 大柴6110型 锡柴6l1O型和青柴6110型三种柴油机是长春汽车研究所根据一汽发展规划参考日本三菱公司的6D14型柴油机设计的，分别由一汽大连柴油机厂、一汽无锡柴油机厂和首锕吉林柴油机厂生产。三种柴油机的结构基本相同，变型产品均多。2 南柴D6110Q型柴油机是南昌柴油机厂与二汽联合并通过英国吕卡多公司咨询设计的，由南昌柴油机厂生产。3 南柴X6110型柴油机是南昌柴油机厂在南柴X6105型柴油机基础上通过英国吕卡多公司咨询进行扩缸设计的，也由南昌柴油机厂生产。这种柴油机除基本型外，还有工程机械用、农业用、发电用和船舶用的变型产品。X6110型荣油机研制于80年代初， 缸径Dl10mm、行程S130mm， 排量V7413L、采用直接喷射费燃烧系统。该机研制的主要目的是为国产联台收割机、工程机械、船舶等提供低燃油耗率，可靠耐久眦及废气排放等达到现行国家规定的动力，X6110型柴油机是X105系列机(缸径105mm，行程120mm)扩大缸径、增长行程的改进型产品， 主要零件加工要在X6105型机的加工线上进行， 这些零件的结构参数既要满足X6110型柴油机的要求，又受X6105型柴油机加工线的制约， 因而结构设计难以完美地进行， 曲轴，连杆， 活塞等运动零件的设计经过了多方案的选择、试验，逐步加以改进，满足了X6110型柴油机的要求。CAA6110AK与AC6110BK是在CA6110-B柴油机的基础上进行强化的2种新机构，其标定功率由原来117kW分别增加到125kW和1325kW，但易产生节气门断裂故障。 1.3 研究内容和方法本论文主要研究的内容是6110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6110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。图21气缸体示意图 图22气缸盖示意图 6110型柴油机采用整体龙门式气缸体和湿式气缸套，湿式气缸套较厚，刚性较好，与缸体间形成水道，其下端通常以耐热的橡胶封水圈来密封，防止冷却水泄漏。湿式气缸套外表面直接与冷却水接触，散热好、拆装方便，本柴油机采用这种结构。气缸盖位于气缸的上部，密封气缸并形成燃烧室顶面，承受高的燃气压力和温度。气缸盖内布置有进气和排气的通道、进气门、排气门及气门导管。水冷发动机气缸盖内布置有冷却水道。有些柴油机气缸盖上布置有分开式的燃烧室。气缸盖还有装置喷油器的孔位。水冷发动机气缸盖一般均由HT20-40、HT25-47灰铸铁铸造。 图23气缸垫的结构 图24气缸垫示意图气缸盖和机体之间装有气缸垫用以保证燃烧室的密封，防止高温高压燃气的泄漏，同时密封润滑油和冷却水的通道。气缸垫应有足够的强度、弹性、抗腐蚀性，拆装方便能重复使用。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，使图2-5 活塞连杆总成图作用于活塞上的燃气压力转变为扭矩，通过曲轴向外输出。 连杆用以连接活塞和曲轴，并将活塞的往复运动变成曲轴的旋转运动。其结构可分为小头、大头和杆身三个部分。连杆小头压装有连杆衬套，连杆杆身断面呈“工”字形，既减轻重量，又保证强度。连杆大头剖分成两半，可拆部分称连杆盖，两者配对加工，同一侧打有配对号，用连杆螺栓拧紧。连杆杆身大头部分与连杆盖的剖分形式通常有两种。常用的是平切口形式，这种形式的大头面加工方便、刚性好。（见图2-5活塞连杆总成图）曲轴的功用是将由活塞连杆组传来的燃气压力转变为扭矩，以旋转的形式输出，并带动内燃机的其它运动机构。曲轴受到燃气压力和往复、旋转运动的质量惯性力及其力矩的作用，受力情况复杂。因此，对曲轴的强度、刚度、硬度、韧性和制造精度都有较高的要求。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27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。6110柴油机采用复合润滑法，即压力润滑加飞溅润滑。润滑系统的功用是将一定数量的清洁润滑油送到内燃机的各个摩擦部位，起到下列作用：（1）润滑作用 为了保证内燃机的正常工作，必须对各个相对运动表面，互相摩擦的部位加注润滑油，使其间形成一层油膜成为液态接触，这样可以减小摩擦阻力，减少机件磨损，延长内燃机的使用寿命。（2）冷却作用 通过润滑油不断地流过运动零件的表面，带走零件所吸收的和由于相互摩擦产生的热量，使零件的温度不致过高。（3）清洗作用 利用润滑油的流动，带走由于摩擦而产生的金属磨屑和其它杂质，通过滤清保持润滑油和摩擦面的清洁。（4）密封作用 利用润滑油的粘性，附着于运动零件表面起密封作用，减少气体泄漏。（5）防锈作用 润滑油附着于零件表面，防止和减缓零件的锈蚀。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8090，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。6110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6110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。6110柴油机的润滑系统各部件，集中布置在机体的左侧。机油泵安装在自由端下方。油底壳内的机油经机油泵压出，经单向阀、调压阀、机油冷却器和机油滤清器，经主油道，然后通过机体内的油路，分别送往各摩擦表面，构成本柴油机机的润滑系统。从6110型柴油机的右面（设置高压油泵面）看，中间设置分配式高压油泵，6只高压油管分别联接各缸的喷油器，左面设置柴油滤清器，右边设置调速器和发电机，下面设置机油注入口。柴油机后面设置飞轮。柴油机的后面设置齿轮传动机构。前面皮带轮依靠V带带动发电机旋转。柴油机的左面设置机油冷却器，起动电机，机油滤清器以及进、排气管道。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。2.2.3 6110型柴油机主要参数 型号6110型式水冷、湿式、四冲程、直列式、燃烧室气缸数6气缸直径（毫米）110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/（18002000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1313637981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，6110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。柴油机气缸盖由优质灰铸铁制造。6110型柴油机采用整体式气缸盖。整体式的优点是结构紧凑，零件数少，制造成本低。但由于气缸盖总长度较大，因此刚性较差。同时结合面的不平度在工艺上不容易保证，局部损坏需要更换整个气缸盖。图3-3 气缸盖组件1减压手柄 7. 气门摇臂轴2. 排气门放气心子 8. 气门锁簧3. 气缸盖罩 9. 排气门4. 气门顶套 10. 气门导管5. 气门锁脚 11. 气缸盖6. 气门弹簧座 12 进气门进排气道在气缸盖内占有很大的空间，它对柴油机的换气质量有很大影响，从而也影响着柴油机的工作性能。进排气道由于其形状复杂，是直接铸出而不须进行机械加工，铸造上则要求气道表面光滑，以减小进排气阻力。气缸盖内部设有贯通的冷却水腔。为了加强喷油器的冷却，6110柴油机采用湿式喷油器套。湿式喷油器套用黄铜制成，将黄铜套压入到气缸盖底部带有螺纹线槽的孔内，然后将其扩张，使黄铜嵌入螺线槽内，达到套管固定和密封的目的。套管的上端与气缸盖的安装也相配合，并用O型密封圈密封。为了保证气缸盖温度最高的进排气道和喷油器之间的三角区得到充分冷却，采用喷水管将从机体上来的冷却水以一定的流速直接喷倒三角区，是该处得到充分冷却。气缸垫作用：防止漏气。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。 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。图3-4 气缸垫示意图c具有耐热性，在高温下不致烧，因属于易损件因而成本要低。 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：如图3-4所示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。 3.2 活塞连杆组 6110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。活塞是用共晶硅铝合金铸造，活塞顶面布置有唇边收口形燃烧室，活塞裙部有桶面和变椭圆曲面组成，一环槽镶有耐热奥氏体圈，采用楔形销座结构。活塞的构造活塞可根据所起的作用的不同分为顶部，头部和裙部。活塞顶部 柴油机活塞顶部是根据燃烧室的特殊要求而设计的。6110型柴油机采用形燃烧室,启动性好，活塞燃烧室偏向一侧以减轻活塞换向时的侧拍及冲击，减小噪声。活塞头部 活塞头部加工有数到环槽用以安装活塞环。活塞环分为两种：气环和油环。气环的作用（1）密封气缸，防止燃气漏入气缸。（2）把活塞顶部传递的热量传递给气缸壁。油环的作用（1）均匀布满机油，创造良好的润滑条件，减小摩擦阻力和磨损。（2）将气缸壁上过多的润滑油刮下，防止润滑油窜入燃烧室，减少机油消耗。6110柴油机采用三环节构，以减少摩擦损失。三环结构上面两环是气环，下面一环是油环。在油环槽的底面沿着圆周方向钻有数个径向小孔，这是为了将油环从气缸壁刮下来的多余机油沿着这些小孔流回油底壳。活塞裙部 柴油机活塞裙部是从油环槽下端面起至活塞底平面的一段。在活塞裙部有为安装活塞销用的销座和销孔。活塞裙部的主要作用是对活塞气缸内的运动导向，同时承受侧压力。柴油机活塞裙部一般较长，这是因为柴油机燃气压力高，侧压力大，加长裙部可以减少单位面积上的压力和摩擦。活塞工作时受气压力和侧压力以及活塞销给予销座的支反力，活塞由此产生变形，即在销座方向向外扩大，又由于销座处金属堆积不均，受热膨胀变形时，不是四周均匀涨大，而是延活塞销轴线方向增大，垂直轴线方向则缩小。上述因素的综合，使圆活塞工作时变为椭圆形。为了使活塞工作时呈圆形，所以预先须将活塞加工成椭圆形，其长轴位于垂直于活塞销轴线的方向上，以保持活塞工作时发生变形后圆周上的间隙比较均匀。活塞的基本尺寸选择图3-5活塞尺寸第一环位置：根据活塞环的布置确定活塞压缩高度时，首先须定出第一环的位置，即火力岸高度h。为缩小，当然希望h尽可能小，但h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。根据国产典型中小功率高速内燃机的主要尺寸参数110系列6110型柴油机D=110mm，h= 20mm，见图3-5。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110系列型高速内燃机上，气环高b = 3mm，油环高 b = 6mm。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= 5mm，=6mm。由于6110型柴油机主要应用于汽车，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。图3-6活塞销与销座的受力变形图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，见图3-6所示。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 =40mm，l = 90mm，活塞销座厚度8mm。 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”。 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， 以促进裙部表销孔中心线图3-7 活塞椭圆度示意图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，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度一般为0.151.35，如图3-7所示。活塞顶承受的气压力通过活塞销座和活塞销传给连杆，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取d=40mm;活塞销长度L=90mm。活塞环设计气环要有良好的密封作用，如图3-8所示，首先活塞环应以一定的弹力与汽缸壁压紧，形成所谓第一密封面，使气体不易通过环周与气缸之间，而钻入环与环槽之间的空间。由于气流产生的压差，造成径向、轴向的不平衡压力、。其中把环压向环槽侧面，形成所谓的第二密封面，而则大大加强第一密封面。图3-8 活塞环所承受的力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， 6110型柴油机活1-钢片2-衬簧3-径向衬簧4-轴向衬簧5-活塞图3-9 组合式油环环示意图塞采用两道气环，一道组合式油环。环体表面镀铬处理，第一环口与活塞销轴线成30，第二、三环应该错开120。气环开口间隙为0.30.45mm，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，第二道气环0.040.072mm，油环0.030.07mm，使用极限0.2mm。组合式油环由上下刮油片和产生径向、轴向弹力的衬簧组成，见图3-9所示。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。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。根据110系列内燃机活塞环主要参数，本110型号柴油机活塞环的选择如下：气环的径向厚度t= 4mm，油环的径向厚度t= 4mm；气环轴向宽度b2.5mm；油环b=5mm。燃烧室形状讨论 6110型柴油机采用型燃烧室，其混合气主要是油膜蒸发混合形成。将燃油顺气流方向沿燃烧室壁面喷射，将燃油摊布在燃烧室壁上，形成一层很薄的油膜。燃烧室壁面温度控制在200-350，使喷射在壁面的上的燃料 在比较低的温度下蒸发，以控制燃料的裂解反应。蒸发的油气与空气形成均匀的混合气，从油束中分散出来的一小部分燃料是极细的油雾，在炽热的空气中首先完成着火准备，形成火核，然后靠此火核点燃从壁面已蒸发形成的可燃混合气。随着燃烧的进行，大量热量辐射到油膜上，是