【正文】 和寬度而不犧牲總長度，從而獲得總體上更好的緊湊性； 小的可以縮小行程，加大曲軸的連桿軸徑和主軸徑重疊度，提 高曲軸的彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度，以及疲勞強度； 減小意味著轉(zhuǎn)速上升（當(dāng)不變時），因而與成正比例的升功率跟著增大，使發(fā)動機更加緊湊輕巧； 但是，短行程發(fā)動機同樣存在一定缺點：單列式發(fā)動機的長度主要取決于氣缸直徑，因而短行程發(fā)動機就較長較重；隨著減小，由于減小了燃燒室的高度，使燃燒室有效容積比減小，燃燒過程較難組織，而使工作粗暴；此外，短行程發(fā)動機的氣缸蓋熱負(fù)荷也有所增加； 對于高速柴油機來說，的值在 ～ 范圍內(nèi)，中速柴油機在 1～ 范圍內(nèi)，低速柴油機在 ～ 范圍內(nèi)。 經(jīng)過綜 合考慮此次設(shè)計取的值為 ，進而算出行程為S=106mm。 167。 平均有效壓力 mep 的確定 mep 是標(biāo)志柴油機整個循環(huán)過程的有效性及內(nèi)燃機制造完善性的指標(biāo)之一，是衡量發(fā)動機動力性能的重要指標(biāo)， mep 值的不斷提高是內(nèi)燃機技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志。平均有效壓力 mep 與混合氣形成方法、燃料的種類、燃燒和換氣過程的質(zhì)量、進氣壓力和溫度以及機械效率等有關(guān)。 mep 越高，發(fā)動機功率也越大。根據(jù)sasuetcme Tl pHp04 ???? （摘自《內(nèi)燃機原理》公式 220） 可知，合理組織燃燒過程，提高循環(huán)有效熱效率 et? ；改善換氣過程，提高氣缸的沖量系數(shù) c? ；提高發(fā)動機轉(zhuǎn)速；減小機械損失等均可達(dá)到提高 mep 的目的。但是，選擇較大的 mep值必須獲得更加完善的結(jié)構(gòu)、材料、工藝的支持。因此，設(shè)計新產(chǎn)品時要慎重選擇。 目前，對柴油 機來說， 自然吸氣 機型 MPapme ~? ,增壓機型M Papme ~? ,個別強化 機型 可達(dá) [ 2 ]。本 次設(shè)計 機型 為非增 車輛與動力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 9 壓柴油機。 mep 可由下式求出： ??niV Pp s eme ?30 M P 32430 ??? ??（摘自《內(nèi)燃機原理》公式 213）。 167。 活塞平均速度 Cm 的確定 活塞平均速 度 mC 是表征活塞 式內(nèi)燃 機強化 程度（熱 負(fù)荷和 機械負(fù)荷）的重要參數(shù)之一，它對內(nèi)燃機的性能、工作可靠性和使用壽命有很大的影 響。由 于 mC 直接關(guān)系活塞 相對于氣 缸壁的 滑動速度 ，從而也直接關(guān) 系到內(nèi) 燃機的壽 命和工 作可靠性 。此外 mC 愈高，則 活塞做 往復(fù)運動 的慣性 力也愈大 ，而且 mC 愈高，則 換氣時 流過氣門 的氣體平均流 速也 愈高 [ 4 ]。 mC 的提高 會使 發(fā)動機 的功率 增大， 但同 時 受下列不利因素的限制： 提高 mC 后，使活塞組的熱負(fù)荷和曲柄連桿機構(gòu)的慣性負(fù)荷增大，氣缸體和氣缸蓋的熱負(fù)荷也相應(yīng)增大；造成磨損加劇，影響內(nèi)燃機的壽命和工作可靠性； 提高 mC 使摩擦功率損失 迅速增加，機械效率降低，燃油消耗率升高，發(fā)動機的振動和噪音增大； 提高 mC 進排氣氣流的流速增加，進排氣阻力與氣流流速的平方成正比例增加，使沖氣效率降低，從而使發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性下降。 雖然 mC 過高會帶來以上缺點，但是 , mC 選取過低也是不恰當(dāng)?shù)摹Ｊ紫仁菍τ诮o定工作容積的內(nèi)燃機來說，所發(fā)出的功率將會減小，即每升工作容 積所發(fā) 出的功率 將過低 ，這是不 利的； 其次， mC 過低對于像活塞環(huán)和氣缸壁這樣的摩擦副，由于表面間不能建立有效的潤滑油膜而使摩 擦加劇 。從內(nèi)燃 機的使 用壽命和 工作可 靠性考慮 ， mC 的取值應(yīng)適當(dāng)。現(xiàn)代一般認(rèn)為：汽油機 不應(yīng)超過 15m/s，柴油機不應(yīng)超過 13m/s。 活塞行程 S 已經(jīng)確定，本次設(shè)計活塞平均速度 mC 可由公式算出： smnSC m / 33 ??????? ?? 車輛與動力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 10 可見此次設(shè)計符合上述要求。 167。 曲柄連桿比 LR 的確定 曲柄連桿比是曲柄半徑與連桿長度的比值，是一項確定連桿長度的重要參數(shù)。行程確定后，λ值的選擇應(yīng)考慮以下因素： 選擇較大的λ值，使連桿長度縮短、重量減輕，往復(fù)和離心質(zhì)量小，有利于柴油機的高速化，并可降低直列式柴油機的高度，對減輕柴油機重量有利； 較大的λ值會增大連桿擺角和活塞側(cè)壓 力，對缸套和活塞的磨損不利； 在選擇連桿長度時，要保證活塞在下止點時不與曲軸平衡重相碰，活塞在上止點時曲柄不與缸套相碰；連桿在擺動時不能與機體或缸套相碰。 現(xiàn)代高速發(fā)動機設(shè)計中的總趨勢是盡量縮短連桿長度。目前λ值已大到 1/，常用范圍為 1/4～ 1/ [ 5]。重型汽車和工程機械用柴油機為減小外形尺寸和希望有較高的轉(zhuǎn)速，通常取較大的λ值，機車柴油機除要求緊湊的外形尺寸外，還要考慮有較長的壽命，λ值可取小些。 綜合考慮，本次設(shè)計曲柄連桿比取λ = 。 167。 壓縮比 ? 的確定 壓縮比反映了柴油機的強化程度，直接影響柴油機的性能、機械負(fù)荷、起動性能以及主要零件的結(jié)構(gòu)尺寸。在一定范圍內(nèi)，柴油機的熱效率隨壓縮比的增加而提高，增大壓縮比也可使柴油機的起動性能獲得改善。但壓縮比的增加將使氣缸的最高爆發(fā)壓力 Pz 和壓力升高率相應(yīng)上升，使發(fā)動機的負(fù)荷水平、振動和噪音大大增加 [5]；同時，各運動件的慣性力和摩擦磨損增加，機械損失增大，造成柴油機的使用壽命下降。 現(xiàn)代柴油機壓 縮比 ? 的一般范圍如下： 非增壓柴油機 直噴式燃燒室 15～ 18 分開式燃燒室 ～ 22 車輛與動力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 11 增壓柴油機 ～ 16 超增壓柴油機 8～ 10 此次 設(shè) 計的 壓 縮 比選 為 17,符 合 直噴 式 燃 燒室 壓 縮比 的 一般 范圍。 167。 柴油機主要零部件的設(shè)計 167。 活塞 活塞的工作條件很惡劣，它 的工作情況可以概括為以下幾點： 一、承受很大的機械負(fù)荷 在內(nèi)燃機工作中，活塞組 承受的機械負(fù)荷包括氣體壓力、慣性力及此產(chǎn)生的側(cè)作用力。非增壓的柴油機 P gma x 值為 69 MPa；由于內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速不斷提高，活塞的往復(fù)運動速度也日益增大，加速度也會增大，所以活塞在運動中會產(chǎn)生很大的慣性力。 二、承受很高的熱負(fù)荷 在內(nèi)燃機工作過程中，活塞頂直接和燃?xì)饨佑|，燃?xì)獾淖罡邷囟纫话氵_(dá)到 2021℃左右。此外，活塞還接受一部分摩擦產(chǎn)生的熱?；钊麥囟壬?，使其材 料的機械強度降低，抗彈性變形和抗塑性變 形的能力降低。由于受熱不均勻，還會引起活塞的變形并產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力。 三、強烈的磨損 內(nèi)燃機在工作中產(chǎn)生的側(cè)向力是較大的，特別在短連桿內(nèi)燃機中其側(cè)向力更大。隨著活塞在氣缸中高速往復(fù)運動，在活塞組和氣缸內(nèi)壁之間產(chǎn)生強烈磨損。由于此處潤滑不良，磨損更嚴(yán)重。 所以，活塞的設(shè)計任務(wù)就是根據(jù)活塞的功用，適應(yīng)內(nèi)燃機強化程度提高的需要，從活塞各部分結(jié)構(gòu)尺寸的選定和造型設(shè)計、活塞的材料和表面處理、必要的計算和試驗等方面入手，正確解決活塞的工作能力、可靠性、壽命和機械負(fù)荷、熱負(fù)荷、磨損之間的矛盾，并在實踐中不斷加以考 核和改進。 活塞的設(shè)計要點包括：活塞頭部的設(shè)計，活塞銷座的設(shè)計，活塞裙部及其側(cè)面形狀的設(shè)計。 車輛與動力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 12 對活塞設(shè)計的基本要求如下： 結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量小，并具有足夠的強度和剛度； 吸熱少，散熱快，有較好的高溫性能； 各摩擦部位潤滑良好，摩擦損失小，耐磨性好。 167。 連桿 連桿（組）一般由連桿體、大頭蓋、連桿螺栓、軸瓦和連桿小頭襯套等組成。連桿把活塞和曲軸連接起來。連桿小頭與活塞銷連接，并與活塞一起作往復(fù)運動；連桿大頭與曲軸的曲柄銷連接，和曲軸一起作旋轉(zhuǎn)運動；連桿的其余 部分作復(fù)雜的平面運動。作用在活塞上的力經(jīng)連桿傳給曲軸。 連桿主要承受氣體壓力和往復(fù)慣性力所產(chǎn)生的交變載荷。 連桿必須具 有足夠的結(jié)構(gòu)剛度和疲勞強度。也就是說在交變載荷的作用下，桿身應(yīng)該不致被顯著壓彎；連桿大小頭孔不致顯著失圓。 在設(shè)計時候應(yīng)遵循以下的原則 [ 8 ]： 在保證具有足夠強度和剛度的前提下，盡可能減輕重量，以降低慣性力； 盡量縮短長度，以降低發(fā)動機的總體尺寸和總重量； 結(jié)構(gòu)簡單，尺寸緊湊，可靠耐用； 大小頭軸承工作可靠，耐磨性好； 連桿螺栓疲勞強度高，連接可靠； 易于制造，成本 低。 很顯然，為了增加連桿的強度和剛度，不能簡單地依靠加大結(jié)構(gòu)尺寸來達(dá)到，因為連桿重量的增加使慣性力增加。必須從材料選用、構(gòu)形設(shè)計、熱處理及表面強化等方面采取措施。 167。 曲軸飛輪組 曲軸組由曲軸、飛輪、平衡重以及傳動齒輪等構(gòu)成。曲軸是發(fā)動機中最重要的機件之一，是由一個或者多個彼此間錯開一定角度的曲柄，加上功率輸出端和自由端組成， 它是發(fā)動機最主要的部件之一。它的尺寸參數(shù)在很大程度上不僅影響著發(fā)動機的整體尺寸和重量，而且也在很大程度上影響著發(fā)動機的可靠性與壽命。曲軸的功用是把活 車輛與動力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 13 塞的往復(fù)運動通過連桿轉(zhuǎn)化 成旋轉(zhuǎn)運動以輸出柴油機所產(chǎn)生的功率，并驅(qū)動柴油機的配氣機構(gòu)、噴油泵、機油泵、水泵及其他的附件。 在曲軸的設(shè)計方面有幾點要注意，首先，因為曲軸在工作中要承受扭轉(zhuǎn)力矩的作用，因此曲軸在設(shè)計時必須要注意解決的主要問題是保證軸頸與軸承工作可靠并且耐用，再者要有足夠的抗彎剛度，還有在工藝上也應(yīng)注意，設(shè)計盡量簡單，要在保證足夠的轉(zhuǎn)動慣量的情況下減小飛輪的質(zhì)量。 飛輪的主要功用是儲存做功沖程的能量，克服輔助沖程的阻力以保證曲軸旋轉(zhuǎn)運動的均勻性，使內(nèi)燃機工作平穩(wěn)。 曲軸組的設(shè)計要點包括：曲柄銷，主軸頸，曲柄，平衡重，油孔的 位置和尺寸的設(shè)計以及飛輪的設(shè)計。 167。 氣缸蓋 氣缸蓋的工作條件是非?？量痰模惺苋紵龤怏w的高溫高壓的作用。設(shè)計時要注意以下的幾點： 氣缸蓋要有足夠的剛度。 要布置好進、排氣道和氣缸蓋的螺栓。 要組織好氣缸蓋的冷卻，以防氣缸蓋的溫度過高以及溫度分布不均產(chǎn)生熱應(yīng)力過大。 各個零部件以及氣門機構(gòu)要拆裝方便。 氣缸蓋的設(shè)計包括：氣缸蓋形式的選擇，氣門數(shù)的確定，缸蓋螺栓數(shù)量的選擇與布局，進排氣道的設(shè)計與布局，以及氣缸蓋冷卻措施的設(shè)計。具體詳細(xì)見第三章。 167。 機體組 中小型高速水 冷柴油機的氣缸體與曲軸箱一般做成一體，總稱為機體。機體構(gòu)成內(nèi)燃機的骨架，機體內(nèi)外安裝著內(nèi)燃機所有主要零件和附件。 機體在設(shè)計時一定要保證其具有一定的強度和足夠的剛度。機體的外輪廓尺寸應(yīng)該緊湊以減小質(zhì)量，機體設(shè)計時應(yīng)遵循制造與維修方便 的原 則， 還應(yīng)保 證各 連接 面具有 一定 的表 面粗 糙度以 保證密封，防止漏水、