【正文】 氣門(mén)頭頂部的形狀有平頂、球面頂和喇叭形頂?shù)?。頭部的工作溫度很好（進(jìn)氣門(mén)可高達(dá) 300 ~ 400176。每缸選用 兩氣門(mén) ， 即一個(gè)進(jìn)氣門(mén)和一個(gè)排氣門(mén) ； 進(jìn) 氣門(mén)頭部直徑比排氣門(mén)大15％～ 30％，目的是增大進(jìn)氣門(mén)通過(guò)斷面面積，減小進(jìn)氣阻力，增加進(jìn)氣量 。本設(shè)計(jì)為四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，故選用氣門(mén)— 凸輪式配氣機(jī)構(gòu)。 Ⅱ、連桿螺栓尺寸 螺栓選用 M10，采用標(biāo)準(zhǔn)細(xì)牙螺紋，螺栓長(zhǎng)度 ι = 62 mm；為了減小應(yīng)力集中，螺栓與頭部之間采用 R= ，過(guò)渡圓角表面采用拋光的工藝。 （ 3）連桿螺栓的設(shè)計(jì) 連桿螺栓是一個(gè)很重要的零件，而且螺栓承受的突變負(fù)荷，其主要破壞形式是疲勞破壞。 b 軸瓦厚度δ和寬度 B 根據(jù)《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)》中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，δ = ~ 3 mm 取 δ = 2 mm 軸瓦取得較薄，因?yàn)檩^薄的軸瓦承載能力高，且結(jié)構(gòu)緊湊，制造成本低，所以在現(xiàn)在柴油機(jī)中得到了廣泛的應(yīng)用 。 Ⅱ、軸瓦結(jié)構(gòu)和尺寸 a 軸瓦的形狀選用對(duì)開(kāi)式薄壁軸瓦，因?yàn)樽饔迷谶B桿上的慣性力和氣壓力會(huì)使連桿擾曲變形， 導(dǎo)致連桿孔被拉長(zhǎng)，所以在垂直方向必然減小。 根據(jù)《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)》中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，一般取 H3≈ H4≈ ( ~ )D2 即 H3 = H4 = 35mm e 連桿蓋與連桿大頭的連接 連桿蓋與連桿大頭之間用兩個(gè)連桿螺栓緊固，為了提高連桿大頭結(jié)構(gòu)剛度和緊湊型，連桿螺栓孔間距離 C應(yīng)盡量小一些，一般取 C =（ ~ )D2 ，即C = 108mm；螺栓孔外側(cè)壁厚為 3mm，螺栓孔與軸瓦間距為 1 mm；此外為了減少應(yīng)力集中，連桿大頭各處形狀都應(yīng)圓滑，特別是螺栓頭支承面到桿身或大頭蓋的過(guò)渡必須避免尖角，盡可能采用很大的圓角。另外為了提高連桿大頭蓋的結(jié)構(gòu)剛度，在連桿蓋上設(shè)有加強(qiáng)筋。 圖 51 連桿組 a 桿身“工”字形斷面的平均高度 H 根據(jù)《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)》公式可得， H = ( ~ ) D （ D為氣缸直徑） 即 H = 38mm b 連桿厚度 B 根據(jù)《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)》公式可得， H / B =（ ~） 取 B = 23 mm 為使連桿從小頭到大頭傳力比較均勻，一般把桿身斷面 H 從小頭道大頭 逐漸加大， Hmax/Hmin 值最大到 左右，在桿身到小頭和大頭的過(guò)渡處須用足夠大的圓角半徑。 e 校核 小頭承載面比壓 q q =PzF / d1b1式中： Pz = 80bar F— 活塞頂面面積 [q] = 850bar （選自《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)》中的數(shù)據(jù)） 則 q = Pz F/ d1b1 = 80 1/4π 1102/31 33 = bar q 〈 [q] ，故屬安全。 Ⅰ、連桿比λ 連桿大小頭孔距 ι = 195 mm，曲柄半徑 r = 55mm ；則 連桿比 λ = 55/195 = Ⅱ、連桿小頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)上連桿小頭一般 采用薄壁圓形結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單輕巧、制造方便、工作時(shí)應(yīng)力分布均勻、材料利用率高。由于連桿大頭定位精度的提高，連桿的承載能力顯著提高，連桿的疲勞強(qiáng)度、抗剪切能力及可靠性大大提高，滿足了現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)向大負(fù)荷、高轉(zhuǎn)速發(fā)展的要求。 33 連桿組設(shè)計(jì) 連桿組包括連桿體、連桿蓋、連桿軸瓦和連桿螺栓。） （ 1） 材料的選用 球墨鑄鐵 HT 20— 40 （ 2） 飛輪的尺寸 根據(jù)《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)》中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得，高速內(nèi)燃機(jī) D2 =（ 3~4） D（ D—— 缸徑），即 D2 =（ 330440） mm；實(shí)際上高速柴油機(jī) D2 =（ 400~600） mm； 本機(jī)型是小型柴油機(jī)，取飛輪外徑 D2 = 400 mm；滿足輸出裝置的要求。曲軸軸向間隙應(yīng)保持 Δ α = ~ mm ，為了保證止推軸承工作可靠耐久，其工作表面上要有相應(yīng)的存油坑，止推片接合面端頭要局部削薄，以改善潤(rùn)滑。曲軸后端設(shè)有法蘭，飛輪與后端用螺栓和定位銷(xiāo)連接，定位銷(xiāo)用來(lái)保證重裝飛輪時(shí)保持飛輪 與曲軸的裝配位置。 在曲軸的后端主軸頸上的斜油道與曲柄銷(xiāo)上的潤(rùn)滑油孔想通。采用分路供油的方法將潤(rùn)滑油輸送到曲軸油道，潤(rùn)滑油一般從機(jī)體上的主油道通過(guò)主軸承的上軸瓦引入，因?yàn)樯陷S瓦承受慣性力的作用，比下軸瓦（承受爆發(fā)力和慣性力的聯(lián)合作用）受力要低一些。因此，從曲軸各部分尺寸協(xié)調(diào)的觀點(diǎn)，根據(jù)《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)》中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，一般取 D1=（ ~） D，即 D1 = 67 mm b 主軸頸長(zhǎng)度 L1 根據(jù)《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)》中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)， L1 =（ ~） D 取 L1 = 40 mm 前端主軸頸和后端主軸頸的長(zhǎng)度一樣，均為 40 mm。 c 曲柄銷(xiāo)減重孔直徑 d2 在曲柄銷(xiāo)中挖減重孔，對(duì)曲柄銷(xiāo)的剛度和強(qiáng)度幾乎沒(méi)有多大影響，但可以大大減小曲柄銷(xiāo)的重量，達(dá)到使不平衡質(zhì)量大大降低的目的。 （ 2）曲軸結(jié)構(gòu)及尺寸 Ⅰ、曲柄銷(xiāo)尺寸 a 曲柄銷(xiāo)直徑 D2 根據(jù)《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)》統(tǒng)計(jì)數(shù)值， D2 =（ ~） D ，其中 D為氣缸直徑Φ110mm， 因?yàn)?D2 = ~ 77 mm ； 取 D2 = 72 mm b 曲柄銷(xiāo)長(zhǎng)度 L2 曲柄銷(xiāo)的長(zhǎng)度 L2是在選定 D2的基礎(chǔ)上考慮的。在發(fā)動(dòng)機(jī)工作中，曲軸受到旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的離心力、周期性變化的氣體壓力和往復(fù)慣性力的共同作用，使曲軸承受彎曲與扭轉(zhuǎn)載荷。為了加強(qiáng)油底殼內(nèi)機(jī)油的散熱，采用了鋁合金鑄造的油底殼，在殼的底部還鑄有相應(yīng)的散熱肋片。上定位帶與安裝孔用 H8/e7 配合，下定位帶用 H7/f6 配合 。濕式氣缸套的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)體上沒(méi)有密封水套，容易鑄造，傳熱好，溫度分布比較均勻，修理方便，不必將發(fā)動(dòng)機(jī)從 船上 上拆下就可更換氣缸套。 燃料室 柴油機(jī)燃燒室的功用是將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能。 圖 32 汽缸蓋示意圖 缸蓋與機(jī)體之間選用螺栓連接，在兩者之間裝有氣缸蓋襯墊，用來(lái)保證燃燒室不漏氣。為了 不影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和工作可靠性，需要 保證氣缸的良好密封 性 。此孔有四個(gè)螺栓和鐵皮封閉，并用紙質(zhì)墊片防止漏油。氣缸體材料為 QT5007 球墨鑄鐵，并將六 個(gè)氣缸澆鑄成一體，做成整鑄缸體，使得縱向平面中的彎曲剛度和繞曲軸軸線的扭轉(zhuǎn)剛度顯著提高。由于 6110 柴油機(jī) 冷卻方式 是水冷式，氣缸體還包括曲軸箱。氣缸蓋和汽缸體的內(nèi)壁共同組成燃燒室的一部分，是承受高溫、高壓的部件。盡可能 減少零件數(shù) 目，因?yàn)闇p少零件數(shù)目 不僅 可以改善發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性，而且有利于降低生產(chǎn)成本。同時(shí)繪制 CAD零件圖和裝配圖 。但是，柴油機(jī)有害排放物和顆粒排放問(wèn)題較為嚴(yán)重，為了保護(hù)環(huán)境，幾乎所有國(guó)家對(duì)內(nèi)燃機(jī)的排放進(jìn)行了限制。從世界范圍來(lái)看汽車(chē)柴油化也已成為一種趨勢(shì)。電控噴射技術(shù)，共軌燃油噴射系統(tǒng)，可變氣門(mén)正時(shí)系統(tǒng)，渦輪增壓中冷技術(shù)，混合動(dòng)力，代用燃料等諸多方面。但是，經(jīng)過(guò)戰(zhàn)后幾十年來(lái)對(duì)高強(qiáng)化柴油機(jī)的研究發(fā)展，目前，除一些輕型坦克仍然使用汽油機(jī)，主戰(zhàn)坦克基本上已經(jīng)全部采用柴油機(jī)了。 柴油機(jī)還廣泛應(yīng)用于移動(dòng)式電站和備用電 站。據(jù) 1972 年統(tǒng)計(jì)，全世界商船隊(duì)的50000 艘海輪中，有 80%是用柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的。目前世界上的小客車(chē)數(shù)量很大，所以汽油機(jī)的產(chǎn)量也很高。因此，柴油機(jī)工業(yè)的發(fā)展對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)都具有十分重要的意義。本課題對(duì) 活塞 進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)和分析驗(yàn)算 ,并給出了合理的設(shè)計(jì)方案。柴油機(jī)的總體布置和各附件的布置對(duì)內(nèi)燃機(jī)的外形尺寸和工作可靠性、使用方便性都有很大的影響。 目 錄 摘要： Abstract.： 第一章：前言 11 選題背景和意義 12 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 13 主要技術(shù)規(guī)格 14 研究?jī)?nèi)容和方法 第二章：發(fā)動(dòng)機(jī)的總體布置 第三章：發(fā)動(dòng)機(jī)的總體設(shè)計(jì) 31 機(jī)體組的設(shè)計(jì) 32 曲軸飛輪組的設(shè)計(jì) 33 連桿組的設(shè)計(jì) 34 配氣機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 35 活塞的設(shè)計(jì) 36 柴油機(jī)供給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 37 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 39 發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第四章：曲軸的詳細(xì)設(shè)計(jì) 摘要 一臺(tái)較為先進(jìn)的柴油機(jī)，不僅要有先進(jìn)的性能指標(biāo)，而且還要有足夠的壽命和可靠性。 原機(jī)型主要用于城市間的長(zhǎng)距離運(yùn)輸，對(duì)于城市交通路況需要重新設(shè)定參數(shù)，以改善燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能。減少零件數(shù)不僅改善了其可靠性，而且有利于降低成本。由于他的熱效率高、適應(yīng)性好、功率范圍廣，已經(jīng)廣發(fā)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)和國(guó)防建設(shè)事業(yè)。而汽油機(jī)則由于具有功率高、噪音低、振動(dòng)小，以及對(duì)負(fù)荷變化的反應(yīng)迅速等優(yōu)點(diǎn)，在小客車(chē)上的應(yīng)用占?jí)旱箖?yōu)勢(shì)。 在遠(yuǎn)洋海輪方面，柴油機(jī)是主動(dòng)力。由于柴油機(jī)功率的不斷提高，目前 100000 噸以上的海輪，甚至 202000 噸以上的巨型油船中，也已有柴油機(jī)作為主機(jī)的。 在軍用車(chē)輛方面，第二次世界大戰(zhàn)期間，世界各國(guó)的坦克大約有 65%是汽油機(jī)，只有 35%是柴油機(jī)。為了滿足市場(chǎng)需求、擴(kuò)大市場(chǎng)占有率、增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力，近幾年世界各大柴油機(jī)制造商競(jìng)相推出了一批新研制或改進(jìn)提高的產(chǎn)品或技術(shù)，這些新產(chǎn)品或新技術(shù)基本上體現(xiàn)了柴油機(jī)的發(fā)展方向。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 與汽油機(jī)相比，柴油機(jī)因?yàn)槠漭^低的燃油消耗率和較高的熱效率，在車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)方面得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。各國(guó)政府陸續(xù)制定了關(guān)于柴油機(jī)的排放法規(guī)，且逐年修訂，使法規(guī)越來(lái)越嚴(yán)格，這也推動(dòng)了柴油機(jī)排放控制技術(shù)的發(fā)展。通過(guò)對(duì)整機(jī)的布局、對(duì)柴油機(jī)配氣系統(tǒng)、供油系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、起動(dòng)系統(tǒng)的了解與掌握，找出影響柴油機(jī)的動(dòng)力性能指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)、運(yùn)轉(zhuǎn)性能指標(biāo)和可靠性耐久性指標(biāo)的主要參數(shù)以及各結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的最佳配合狀態(tài)。盡量不用外接的機(jī)油管和 冷卻液管，而采用在零件上開(kāi)通道代替，以減少泄漏的可能。一般而言機(jī)體組包括氣缸蓋、氣缸體、氣缸蓋襯墊以及油底殼等組成。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，機(jī)體承受拉、壓、彎、扭等不同形式的機(jī)械負(fù)荷，氣缸工作表面由于經(jīng)常與高溫、高壓的燃?xì)庀嘟佑| ， 且有活塞在其中作調(diào)整往復(fù)運(yùn)動(dòng)，所以氣缸體應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度， 并 且具有耐高溫、耐磨損、耐腐蝕的性能 ；此外在發(fā)動(dòng)機(jī)工作中，需要 對(duì)氣缸進(jìn)行適當(dāng)冷卻，以免機(jī)體損壞和變形。 圖 31 氣缸體的結(jié)構(gòu)形式 此機(jī)體采用“龍門(mén)式”， 其特點(diǎn)是油底殼安裝平面低于曲軸的旋轉(zhuǎn)中心 ，即加強(qiáng)了機(jī)體裙部敢賭，又減小了機(jī)體噪聲。 為了 加強(qiáng)主軸承座的剛度，把軸承座出的加強(qiáng)筋布置成三角網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。 承受 高溫、高壓燃?xì)怙w作用 和緊固氣缸蓋螺栓所造成的機(jī)械負(fù)荷，同時(shí)還由于與高溫燃?xì)饨佑|而承受很高的熱負(fù)荷 ， 避免進(jìn)、排氣門(mén)座之間發(fā)生熱裂紋。氣缸蓋上部裝有氣缸蓋罩。在氣缸蓋底板上的氣門(mén)座孔上鑲有氣門(mén)座，材料為合金銅鉻鉬鑄鐵，用來(lái)增加氣門(mén)座的耐磨性和耐熱性。 圖 33 燃燒室 氣缸套 濕式氣缸套外壁與冷卻液直接接觸，壁厚 5mm～ 8mm，利用上下定位環(huán)帶實(shí)現(xiàn)徑向定位，軸向定位靠氣缸套上部凸緣與機(jī)體頂部相應(yīng)的支承面配合實(shí)現(xiàn)。 （ 2） 結(jié)構(gòu)和尺寸 Ⅰ、缸套的厚度 δ o 根據(jù)《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)》中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)， 取δ o = 6 mm Ⅱ、氣缸套的定位及其長(zhǎng)度 a 缸套的定位 缸套用兩個(gè)定位帶支撐在氣缸體中作為徑向定位，為了安裝方便及機(jī)構(gòu)緊湊，下定位帶的直徑 D2略大于缸套外徑 D1而略小于上定位帶直徑 D3，一般取D3— D2 = 1~2mm，此時(shí)取 D3— D2 = 1mm。 油底殼 油底殼的主要功用是貯存機(jī)油（潤(rùn)滑油）并封閉曲軸箱。 圖 41 曲軸飛輪組示意圖 曲軸 曲軸的功用是承受連桿傳來(lái)的力，并由此造成繞其身軸線的力矩，并對(duì)外輸出轉(zhuǎn)矩。 （ 1） 曲軸材料及工藝