【文章內(nèi)容簡介】 = N?m2 從以上校驗(yàn)的結(jié)果可以看出，實(shí)際飛輪矩和理論上所需要的飛輪矩基本相等，故飛輪滿足要求。 Ⅲ、圓周速度的校核 飛輪旋轉(zhuǎn)時(shí)由于材料本身離心力的作用會(huì)產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，對(duì)于灰鑄鐵飛輪來說，圓周速度ν = π D2n/60000 不超過 35~50m/s， 否則選用球墨鑄鐵甚至鑄鋼、鍛鋼飛輪。 則 ν = π D2n/60000 = 350 2400/60000=，故本設(shè)計(jì)飛輪材料選用球墨鑄鐵飛輪。 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。其作用是將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并把作用在活塞上的力矩傳給曲軸。 連桿組的材料和工藝 本設(shè)計(jì)中材料選用 45 鋼。因?yàn)?45 鋼具有良好的機(jī)械性能， 連桿采用 漲斷（裂解）工藝 ， 漲斷工藝和傳統(tǒng)的連桿定位方式比較，實(shí)現(xiàn)了連桿大頭斷裂面的完全嚙合，具有更高的結(jié)合質(zhì)量和定 位精度；漲斷工藝也簡化了連桿大頭及螺栓的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，降低了螺栓孔的加工精度要求，減小了連桿大頭孔變形。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。另外由于連桿大頭孔的變形減小，發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)和噪聲指標(biāo)也顯著改善。 連桿結(jié)構(gòu)和尺寸 （ 1） 連桿體 連桿體通常分為連桿小頭、桿身和連桿大頭三部分。其結(jié)構(gòu)：連接活塞和曲軸，將活塞直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，工作中活塞頂面所受氣體壓力經(jīng)連桿傳給曲軸，將往復(fù)機(jī)械工轉(zhuǎn)化 為曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 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)簡單輕巧、制造方便、工作時(shí)應(yīng)力分布均勻、材料利用率高。 a 小頭軸承孔內(nèi)徑 d1 d1 = 31 mm （根據(jù)活塞銷所定） b 小頭寬度 B1 根據(jù)《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)》可知，一般柴油機(jī) B1=（ ~） d1 取 B1= 33 mm c 小頭外徑 D1 根據(jù)《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)》統(tǒng)計(jì)可知，小頭的外徑一般比孔徑大 20% ~ 35%， 即D1=( ~ ) d（表 61），小頭的最小徑向厚度大于 4mm。 取 D1 = 41mm d 小頭襯套外徑 d 根據(jù)《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)》統(tǒng)計(jì)可知，一般 d =（ ~ ） d1 ， 即 d = 35mm 連桿小頭與活塞銷相連，工作時(shí)，小頭與銷之間有先對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此小頭孔中一般壓入減摩的青銅襯套。這種襯套厚度 δ = 2 ~ 3 mm， 寬度 B =30mm。 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。 此外，為了潤滑活塞銷與襯套，在連桿小頭和襯套上鉆出集油孔或銑出集油槽，用來收集發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)飛濺上來的機(jī)油，以便潤滑。 Ⅲ、連桿桿身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 桿身也承受突變載荷，因此 桿身必須有足夠的斷面積，并消除產(chǎn)生應(yīng)力集中的因素。為了在較小重量下得到較大的剛度，此設(shè)計(jì)中發(fā)動(dòng)機(jī)連桿桿身斷面采用“工”字形。 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渡處須用足夠大的圓角半徑。 Ⅳ、連桿大頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 連桿大頭聯(lián)接連桿和曲軸，要求有足夠的剛度和強(qiáng)度。連桿大頭與連桿蓋分開面垂直于連桿軸線，即就是我們所說的平切口連桿。本設(shè)計(jì)中選用平切口，因?yàn)槠角锌诓粌H能使連桿大頭具有較強(qiáng)的剛度，換可以減小軸承孔變形以及制造費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。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。連桿大頭的結(jié)構(gòu)和尺寸基本上決定去曲柄銷直徑 D長度 B連桿軸瓦厚度δ 2 和連桿螺栓直徑 dm。為了結(jié)構(gòu)緊湊，軸瓦厚度 δ 2趨于減薄，一般汽車軸瓦δ 2 = ~ 3 mm。 a 連桿大頭寬度 B2 B2 = mm (根據(jù)連桿軸頸長度而定 ) b 連桿大頭軸承孔內(nèi)徑 D2 D2 = 72mm（根據(jù)連桿軸頸直徑而定，取δ 2 = 2 mm） c 連桿大頭軸承外徑 D2’ D2’ = 87mm d H3 和 H4 的尺寸 H H4對(duì)于平切口連桿大頭的剛度和硬度影響很大，此高度過小時(shí)，連桿螺栓或螺帽的支承面過渡圓角處易成為薄弱環(huán)節(jié)，會(huì)因應(yīng)力集中而成為疲勞裂紋的發(fā)源地。 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渡必須避免尖角，盡可能采用很大的圓角。 （ 2） 連桿軸承 安裝在連桿大頭孔中的連桿軸 瓦是剖分成兩半的滑動(dòng)軸承，軸瓦是在厚 1 ~3mm的薄 鋼背內(nèi)圓面上澆鑄 ~ 厚的減摩合金層而成。減摩合金具有保持油膜、減少摩擦阻力和加速磨合的作用。 Ⅰ、連桿軸瓦材料 此設(shè)計(jì)中選用鋼背高錫鋁合金，這種材料具有較高的承載能力與耐疲勞性，錫質(zhì)量分?jǐn)?shù)在 20%以上的高錫鋁合金軸瓦，在高強(qiáng)化柴油機(jī)上得到了廣泛的應(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，所以在垂直方向必然減小。因此把軸瓦做成橢 圓形。此外，在考慮到軸瓦的過盈可能在分界面附近引起微量變形，因此將軸瓦做成中間厚，兩端薄。工作時(shí)，就可使負(fù)荷最大的方向有不大的間隙，而在負(fù)荷小的方向則有較大的間隙，這有利于增大流經(jīng)軸承的油量，能改善散熱；同時(shí)消除在慣性力作用下，由于水平方向縮小面使軸承沖擊軸頸現(xiàn)象。 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 。軸瓦寬度 B = 33 mm（根據(jù)連桿大頭寬度而定） Ⅲ、連桿軸瓦的定位 為了防止連桿軸瓦在工作中發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)或軸向起動(dòng)，在兩個(gè)連桿軸瓦的剖分面上，分別沖壓出高于鋼背面的兩個(gè)定位凸鍵。裝配時(shí)，這兩個(gè)凸鍵分別嵌入連桿大頭和連桿蓋上的相應(yīng)凹槽中。另外，在連桿軸瓦內(nèi)表面上還加工有油槽，用以貯存潤滑油，保證可靠潤滑。 （ 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。因此。在本機(jī)的螺栓設(shè)計(jì)中，盡可能地采用提高疲勞強(qiáng)度的措施。 Ⅰ、連桿螺栓材料 本設(shè)計(jì)中選用韌性較高的合金，列如 40Gr，這種材料，不僅具有較高的強(qiáng)度和韌性，還具有高的淬透性，此外在加工過程中應(yīng)進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，熱處理后具有很好的綜合機(jī)械性能，高的疲勞強(qiáng)度。 Ⅱ、連桿螺栓尺寸 螺栓選用 M10，采用標(biāo)準(zhǔn)細(xì)牙螺紋，螺栓長度 ι = 62 mm；為了減小應(yīng)力集中，螺栓與頭部之間采用 R= ，過渡圓角表面采用拋光的工藝。此外，螺紋收尾與光桿部分也應(yīng)有平緩的過渡。 為了防止發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)自動(dòng)松動(dòng)，安裝時(shí)，須用防松膠或其他鎖緊裝置緊固。 34 配氣機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 配氣 機(jī)構(gòu)的 功用是按照發(fā)動(dòng)機(jī)每一氣缸內(nèi)的工作循環(huán)和發(fā)火次序的要求，定時(shí)開啟和關(guān)閉進(jìn)、排氣門，使新鮮充量（汽油機(jī)為可燃混合氣、柴油機(jī)為空氣）及時(shí)氣缸，而廢氣及時(shí)從氣缸排出。本設(shè)計(jì)為四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，故選用氣門— 凸輪式配氣機(jī)構(gòu)。 氣門組 發(fā)動(dòng)機(jī)氣門組一般是有氣門、氣門導(dǎo)管、氣門座及氣門彈簧等零件組成。 （ 1） 氣門的布置 本設(shè)計(jì)中發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)采用氣門頂置式配氣機(jī)構(gòu)，其進(jìn)氣門和排氣門都倒掛在氣缸頂上。這種布置具有以下優(yōu)點(diǎn)：氣門升程大、氣門間隙調(diào)整方便。每缸選用 兩氣門 ， 即一個(gè)進(jìn)氣門和一個(gè)排氣門 ； 進(jìn) 氣門頭部直徑比排氣門大15％～ 30％，目的是增大進(jìn)氣門通過斷面面積，減小進(jìn)氣阻力，增加進(jìn)氣量 。 為了使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡單，需要盡量縮短凸輪軸與曲軸之間的軸距，此設(shè)計(jì)將凸輪軸位置移動(dòng)到缸體中部，即選用凸輪軸下置式配氣結(jié)構(gòu)。在這種情況下，一般要在凸輪軸和曲軸傳動(dòng)之間加入一個(gè)中間齒輪（惰輪）。 （ 2） 氣門材料、結(jié)構(gòu)、工藝和尺寸 Ⅰ、材料 氣門由頭部和桿部兩部分組成。頭部的工作溫度很好（進(jìn)氣門可高達(dá) 300 ~ 400176。 C，排氣門更高，可達(dá) 700 ~ 900176。 C），需要承受氣體眼里、氣門彈簧力以及傳動(dòng) 組零件慣性力的作用，其冷卻和潤滑條件較差。因此進(jìn)氣門的材料采用合金鋼，如 40Cr；排氣門則采用耐熱合金鋼，例如硅鉻鋼。 Ⅱ、結(jié)構(gòu)和工藝 氣門頭頂部的形狀有平頂、球面頂和喇叭形頂?shù)?。本設(shè)計(jì)中進(jìn)、排氣門頭頂部形狀均選用平頂形，這是因?yàn)槠巾敋忾T頭結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、吸熱面積小、質(zhì)量也小。此外，氣門經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，頭部及桿部硬度 HRC不低于 48，淬火深度不低于 3mm。 Ⅲ、氣門尺寸 根據(jù)《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)》中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)， di =（ ~ ） D 取 di = 40 mm ， di — 進(jìn)氣門直徑； 氣門密封錐面的錐角，稱為氣門錐角，一般取 r = 45176。， 氣門總長度 ι 1=ι 0177。 [ 一般ι 0=（ ~ ） D，見《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)》 ] 取 ι 1 =128 177。 mm 根據(jù)《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)》中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，氣門桿徑 d0 d0=（ ~） di ，取 d0 = 9mm 此外，為了防止發(fā)動(dòng)機(jī)工作中由于氣門與氣門座之間的沖擊而損壞或被高溫氣體燒蝕，氣門頭的邊緣應(yīng)該保持一定的厚度，一般為 1 ~ 3 mm；一般 排氣門直徑比進(jìn)氣門直徑小 15% ~ 20%，即 de=（ 80% ~ 85%） di ，取 de= 34 mm，排氣門錐角與進(jìn)氣門錐角想通， r=45176。，出于加工工藝上的考慮，取排氣門的桿徑與進(jìn)氣門桿徑和桿長一樣。 （ 3） 氣門座 氣門座可在氣缸蓋上直接鏜出。它與氣門頭共同對(duì)氣缸其密封作用，并接受氣門傳來的熱量。 （ 4） 氣門彈簧 氣門彈簧選圓柱螺旋彈簧，其材料為高碳錳鋼冷拔鋼絲，加工后進(jìn)行熱處理。鋼絲表面要光滑，經(jīng)拋光或用噴丸處理，借以提高疲勞強(qiáng)度，增強(qiáng)彈簧的工作可靠性。氣門彈簧的一端支撐在氣缸蓋上，而另一端 則壓在氣門桿端的彈簧座上，彈簧座用鎖片固定在氣門桿的末端。 氣門傳動(dòng)組 氣門傳動(dòng)組主要包括凸輪軸、定時(shí)齒輪、挺柱等組成。其作用是使進(jìn)、排氣門能按配氣定時(shí)規(guī)定的時(shí)刻開閉，且保證有足夠的開度。 （ 1） 凸輪軸 凸輪軸配氣機(jī)構(gòu)采用下置式的配氣結(jié)構(gòu)。凸輪軸的軸向尺寸取決去發(fā)動(dòng)機(jī)的總體布置。凸輪軸的一端裝有滾動(dòng)軸承，軸承外則的凸輪軸端裝有正時(shí)齒輪，油泵凸輪和從動(dòng)起動(dòng)齒輪等。將凸輪軸裝入機(jī)體后，須用止推螺釘定位，以限制其軸向移動(dòng)。在凸輪軸上配有進(jìn)、排氣凸輪（凸輪和軸為一整體），凸輪表面要求耐磨性要好。為了 減小凸輪軸的變形，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)凸輪采用全支承的方法