【文章內(nèi)容簡介】 發(fā)動機采用鋁合金鑄造的油底殼。油底殼形狀決定于發(fā)動機的總體布置和機油容量，后部一般做得較深，以便發(fā)動機縱向傾斜時機油泵能吸到機油。油底殼內(nèi)還設(shè)有擋油板，避免油面波動太大，機油泵吸進氣泡，供油不暢。油底殼底部裝有磁性放油塞，以便吸集機油中的金屬屑，減少發(fā)動機運動零件的磨損。（一）概述柴油機活塞由于所承受的氣壓力大、剛度要求大。活塞頭部包括活塞頂、火力岸及活塞環(huán)帶?；钊斉c氣缸蓋、氣缸壁組成燃燒室，承受氣體壓力，接受高溫氣體的作用。活塞環(huán)帶又稱密封部，是銷座以上安裝活塞環(huán)的部位，其作用是保證工作容積的密封性。安裝活塞環(huán)的溝槽稱為環(huán)槽，環(huán)槽下支承環(huán)的部分稱為環(huán)岸。環(huán)帶以下的部分稱為活塞裙部，起導向作用并承受側(cè)壓力。一般多采用橢圓，活塞裙部采用上述結(jié)構(gòu)措施之后，氣缸壁之間的配合間隙比較小，不會產(chǎn)生敲缸現(xiàn)象?；钊湃霘飧變?nèi)，%～%預(yù)留?！??；钊N座位于裙部中央上方，銷座中安裝活塞銷?；钊ㄟ^銷座將氣體作用力及慣性力經(jīng)活塞銷傳遞給連桿。（二）活塞主要尺寸的確定 圖35 B6135AQ2柴油機的活塞設(shè)計圖本柴油機活塞的主要基本尺寸如圖35所示：燃燒室： 直徑 =84mm 火力岸高度 h=24mm 圓弧 r= 凸臺深 s=5mm 凸臺形狀 Φ=10mm（平定臺）銷孔中心至頂面距離 E=105177。活塞總高度 H=175mm銷孔直徑 d=52mm油環(huán)槽數(shù)量 1油環(huán)的高度b=5mm氣環(huán)槽數(shù)量 3氣環(huán)的高度b=4mm氣門坑深度δ=（三）活塞氣環(huán)和油環(huán)的尺寸選擇依據(jù)第一環(huán)位置：根據(jù)活塞環(huán)的布置確定活塞壓縮高度時， 圖3—6　活塞削與銷座的受力變形 首先須定出第一環(huán)的位置，即火力岸高度。為縮小壓縮高度，當然希望火力岸高度盡可能小，但其過小會使第一環(huán)溫度過高，導致活塞環(huán)的彈性松弛、粘結(jié)等故障。一般柴油機h = (～)D。本柴油機h ==24mm。 環(huán)岸高度：為減少活塞高度，活塞環(huán)槽軸向高度b應(yīng)盡可能小，這樣活塞環(huán)慣性力也小，會減輕對環(huán)槽側(cè)面沖擊，有助于提高環(huán)槽耐久性。但b太小，就使制造工藝困難。在小型高速內(nèi)燃機上，一般氣環(huán)高b = 2～4mm，油環(huán)高b = 4～6mm。環(huán)岸的高度c應(yīng)保證它在氣壓造成的負荷下不會破壞。 因此，環(huán)岸高度一般第一環(huán)最大，其它較小。一般= (～), = = (1～2)。由于B6135AQ2型柴油機主要面對的是工程機械，其主要設(shè)計思想是強度高，提高功率，降低燃油消耗率，減少發(fā)動機單位馬力的重量、體積和原材料的消耗，導熱性，抗磨性和缸內(nèi)導向性好，材料選用共晶硅鋁合金?；钊N選擇20Cr 熱處理為表面滲碳淬火，～，熱處理硬度HRC5864。 (四)活塞銷座的設(shè)計活塞與活塞銷工作時，彎曲變形互相不協(xié)調(diào)會在銷座孔內(nèi)上側(cè)引起嚴重邊緣負荷，可能造成銷孔永久變形甚至使銷座裂開。為此，一般適當增大活塞銷直徑提高銷的彎曲剛度，減少彎曲變形。但是直徑的增大使活塞高度增加，質(zhì)量加大。對柴油機來說，銷座的外圓大多與活塞頂實體相連，銷座的柔度很小，邊緣負荷和嚴重。因此常對銷座結(jié)構(gòu)做如下設(shè)計： ①活塞銷座采用柔性設(shè)計，以減少內(nèi)孔邊緣的應(yīng)力集中； ②要適當增大活塞銷直徑，以提高其剛度，減小變形；③在活塞銷座孔處加工出卸載槽； ④活塞銷為保證足夠的強度與剛度，采用高強度空心管材做活塞銷，表面淬火（60～64）HRC，精磨，以保證可靠性與耐久性。為此，選取活塞銷的主要尺寸d = 52mm，l = 114mm，活塞銷座厚度13mm。 （五）活塞的導向設(shè)計 活塞在氣缸中運動時的導向作用由裙部完成。為保證導向良好，裙部要有足夠的長度，與氣缸配合間隙要小，以減輕活塞在連桿擺動引起的側(cè)向力作用下從貼緊氣缸的一側(cè)到貼緊另一側(cè)時對氣缸的“拍擊” 圖37 活塞導向設(shè)計圖 活塞裙部只在垂直活塞銷軸線的方向承受側(cè)壓力，所以應(yīng)保證此方向與氣缸間隙盡可能小，而在銷的軸線方向， 間隙要大一些，以免活塞熱膨脹后卡死在氣缸中，因此，活塞裙部的橫斷面外形呈橢圓形。另外，活塞溫度是頂端高，裙端低，故軸向外形呈上小下大的曲線形，在接近裙部下端處尺寸要有點收縮， 以促進裙部表面潤滑油膜的形成同時為增強裙部剛性，在下裙內(nèi) 側(cè)設(shè)置加強筋，～，如圖3—7所示。 （六）材料與工藝 ①材料：共晶鋁硅合金（鑄鋁、鍛鋁）：質(zhì)量小，導熱性好，適用于一般發(fā)動機?！? ②工藝：a鑄造：質(zhì)量大，加工工序多； 　　　　　　b鍛造：居中； c模鍛：質(zhì)量小，加工少。 綜上所述，再結(jié)合本機實際情況，材料選擇共晶鋁硅合金，加工工藝為鑄造。 活塞頂承受的氣壓力通過活塞銷座和活塞銷傳給連桿，由于結(jié)構(gòu)限制，，因此活塞銷總承壓面積有限，表面上的比壓是柴油機所有零件中最高的，還要在活塞銷座與連桿小頭襯套之間合理分配。因此，無論在銷與銷座之間，還是在銷與連桿之間，承壓面積都很小，表面壓強很高，加上活塞銷與銷座或活塞銷與連桿襯套之間相對運動速度很低，液體潤滑油膜不易形成，在這種高壓低速條件下，要保證可靠的液體潤滑，配合副工作間隙要盡可能小。一般活塞銷與銷座、活塞銷與連桿小頭襯套間工作狀態(tài)間隙在（1～3）d時，可以可靠工作，裝配狀態(tài)（冷態(tài)）時，銷與銷座則有（1～3）d的過盈，以補償鋁合金活塞銷孔在工作時較大的熱膨脹。本柴油機的活塞銷直徑d=52mm,活塞銷長度L=114mm?；钊h(huán)的重要作用就是密封氣體，防止高溫高壓氣體外通過活塞外泄，為此如何保證氣環(huán)的密封性就尤為重要?；钊h(huán)的密封機理如下：內(nèi)燃機活塞組與氣缸之間應(yīng)用帶開口的彈性金屬環(huán)實現(xiàn)往復式密封。由于開口的存在，漏氣通路不可能完 圖3—8活塞環(huán)全消除。為了防止大量漏氣，一般采用多個活塞環(huán)形成隨活塞活動的迷宮式密封。為了減小活塞組與氣缸之間的漏氣通路，活塞環(huán)的外周面必須以一定的彈力與氣缸壁緊密結(jié)合，形成第一密封面。這樣一來，缸內(nèi)氣體不能短路直接通過環(huán)周與氣缸之間，而是進入環(huán)與環(huán)槽之間，一方面軸向不平衡力將環(huán)向環(huán)槽的側(cè)面擠壓，形成第二道密封面。活塞環(huán)的數(shù)目主要與內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速、氣缸內(nèi)的氣壓力等有關(guān)，當環(huán)數(shù)多時，封氣和刮油作用較好，但活塞環(huán)與氣缸壁間的阻力較大，活塞環(huán)采用三道氣環(huán)，一道油環(huán)，第一環(huán)為多孔性鍍鉻平環(huán)，第二、三環(huán)為內(nèi)圓倒角的反扭曲環(huán)，油環(huán)為外圓大倒角油環(huán)，～，～，～，～，～，～。以上關(guān)于活塞組的選擇搭配在我國生產(chǎn)內(nèi)燃機零件的廠家均可提供，這種有利于易損件的更換，成本較低[10]。對活塞環(huán)所用材料的要求： （1）應(yīng)具有足夠的機械強度，并熱穩(wěn)定性好； （2）應(yīng)具有良好的耐磨性；（3）應(yīng)具有良好的磨合性及減震性。活塞環(huán)材料一般采用耐熱耐磨的優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵或合金鑄鐵，工作條件最差的氣環(huán)工作表面一般都采用多孔型鍍鉻，其硬度高（HV900～1000），熔點高（1770℃），并能儲存少量機油以改善工作條件?；钊h(huán)的使用性能取決于環(huán)本身結(jié)構(gòu)及環(huán)的組合，為強化第一道環(huán)，使之能適應(yīng)活塞的擺動，且活塞上行下行時均可在環(huán)的下周面上形成潤滑油膜摩擦而不易燃燒，選用多孔鍍鉻平環(huán)（如圖3—8所示）。第一道環(huán)由于承受很大氣壓力，同時，活塞頂部的30%左右的熱量都由其散發(fā)出去，因而工作狀況極其惡劣，為提高硬度和熔點，改善抗磨損性，耐熔著性和耐腐蝕性，對環(huán)外圓面進行鍍鉻。而中間環(huán)采用扭曲環(huán)，油環(huán)則選用有切向的外圓大倒角油環(huán)，這種環(huán)柔性好，可在氣缸變形較大的條件下很好的刮油?，F(xiàn)代柴油機其活塞環(huán)的高度約為在下列范圍之內(nèi)：氣環(huán)b=2～3mm；油環(huán)b=2～5mm?；钊h(huán)的徑向厚度t，一般推薦的數(shù)值為：缸徑D為50～100mm時，取D/t=22～24mm。缸徑D為100～200mm時，取D/t=24～28mm，本機中t=D/25=。目前活塞環(huán)的設(shè)計發(fā)展趨勢是減少環(huán)數(shù)和減少環(huán)的高度。減小活塞環(huán)高度可以減小摩擦損失；可使環(huán)適應(yīng)氣缸的不均勻磨損和變形，避免表面接觸應(yīng)力集中，提高耐熔著磨損的能力，減少往復運動質(zhì)量；提高環(huán)的密封性能等。而且窄的環(huán)也有利于磨合。 連桿組的設(shè)計 連桿由小頭、桿身、大頭三部分組成。連桿小頭用來安裝活塞銷，小孔內(nèi)壓有襯套，襯套一般采用耐磨性較好的錫青銅制造。近年來我國廣泛采用鐵基粉末冶金來制造，其耐磨性較好，制造成本低，為了潤滑活塞銷與襯套，在小頭和襯套中銑槽或鉆孔，內(nèi)燃機運轉(zhuǎn)時被漸起的機油滴入槽內(nèi)或孔內(nèi)，潤滑活塞銷或襯套，～，～，為了在維修時活塞連桿組從氣缸頭容易取出，連桿大端采用斜切式設(shè)計，曲柄銷直徑也因此得到提高，剛度和強度增大，連桿材料上選取國內(nèi)135系列較常用的40Cr。連桿小頭與活塞銷連接，它承受巨大的燃氣作用力。連桿小頭位于活塞內(nèi)腔，其特點是：尺寸小、軸承比壓高、溫度較高。軸承表面相對運動速度低，且屬擺動運動，這不利于形成油膜。連桿小頭結(jié)構(gòu)形式取決于活塞銷的尺寸及其固定方式，一般情況下，浮式活塞銷用得最多。連桿小頭多為薄壁圓環(huán)形結(jié)構(gòu)，形狀簡單，重量輕，受力后應(yīng)力分布比較均勻。為了耐磨，在小頭孔內(nèi)壓入襯套，襯套與小頭內(nèi)孔為過盈配合。襯套材料有錫青銅、鉛青銅及鐵基七銅粉末冶金。粉末冶金由于具有良好的減摩性、耐磨性、抗咬合性和較高的導熱性，而且制造成本低，應(yīng)用很多。同時，為使連桿小頭到大頭傳動力比較均勻，桿身斷面通常從小頭到大頭漸漸加大。考慮鍛造加工工藝性。工字型的拔模斜度為7～10176。連桿組由連桿、連桿襯套、連桿螺栓及連桿軸等零件組成，它將作用在活塞上的氣體壓力傳給曲軸，并將活塞的往復運動變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運動。連桿小頭和活塞一起作往復運動，連桿大頭與曲軸一起作旋轉(zhuǎn)運動，而連桿桿身作復雜的平面擺動。因此連桿組要在保持足夠強度與剛度的前提下，盡可能減輕重量以降低慣性力；同時，大小頭軸承工作可靠，耐磨性好并且連桿螺栓疲勞強度要高，確保連接可靠。這也就要求從尺寸、材料選用、構(gòu)形設(shè)計、熱處理及表面強壓等多方面考慮連桿組的選型設(shè)計。①連桿長度從連桿本身角度看，連桿長度越短越好，這樣不僅增加了連桿的結(jié)構(gòu)剛度，而且縮小了內(nèi)燃機的總高度，減輕總質(zhì)量。但連桿長度減少使二階慣性力增大，活塞側(cè)向力增大，增加活塞的摩擦損失和磨損，短連桿還可能造成連桿與氣缸下端干涉，使曲軸平衡塊與活塞相碰。設(shè)計連桿時，首先要確定連桿大小頭孔的距離，即連桿長度。它通常是用半徑連桿比來說明的，值越大，連桿越短，則發(fā)動機總高度越小。對于四沖程高速內(nèi)燃機來說，最合理的連桿長度應(yīng)該是保證連桿及相關(guān)機件在運動時不與其他機件相碰情況下的最短長度。本機，選取= 300mm。②連桿小頭a小頭主要尺寸為連桿襯套內(nèi)徑d和小頭寬度,取決于活塞銷座間隔b和銷座與連桿小頭的端面間隙，即=71mm，而d=55mm，小頭襯套厚度δ=3mm。b構(gòu)形設(shè)計：連桿小頭要有足夠的壁厚，要特別注意小頭到桿身過渡的圓滑性，減少應(yīng)力集中，小頭軸承相對活動速度低，四沖程循環(huán)又使它往復性負荷，有助于潤滑油膜恢復，一般用飛濺潤滑即可。因而在小頭要有收集機油的孔或槽。③連桿桿身連桿桿身選用工字形截面，寬度=48mm，桿身厚度=38mm。 ④連桿大頭結(jié)構(gòu)設(shè)計：采用斜切口結(jié)構(gòu)，可以使連桿大頭在拆卸后很容易通過氣缸孔。主要尺寸選?。捍箢^內(nèi)孔直徑=87mm，連桿大頭寬度=65mm，連桿螺栓孔中心距=110mm，取14，寬度=40mm。 ⑤連桿螺栓的設(shè)計連桿螺栓將連桿蓋和連桿體牢固的連接在一起，它的主要承受活塞與連桿往復慣性力的拉伸作用。螺栓結(jié)構(gòu)設(shè)計室要注意降低應(yīng)力集中，在裝配時要嚴格規(guī)定的力矩擰緊。連桿螺栓可按高強度螺栓連接的規(guī)范進行強度計算。初步估算時，可取連桿螺栓的螺紋外徑等于（）D本機取D=14。 圖39 B6135AQ2型柴油機曲軸與飛輪示意圖 曲軸、飛輪組 曲軸的工作情況和設(shè)計要求曲軸飛輪組主要包括曲軸、飛輪及傳動齒輪等其他零件，如圖39所示。曲軸的工作情況是極其復雜的，它是在周期變化的燃氣作用力、往復運動和旋轉(zhuǎn)運動慣性力及他們力矩作用下工作的，因此承受著扭轉(zhuǎn)和彎曲的復雜應(yīng)力。首先，曲軸箱主軸承的不同心度會影響到曲軸的受力情況，由于曲軸彎曲和扭轉(zhuǎn)運動而產(chǎn)生的附加應(yīng)力，再加上曲軸形狀復雜，結(jié)構(gòu)變化急劇，產(chǎn)生的了嚴重的應(yīng)力集中。此外，曲軸主軸頸與曲柄銷是在高比壓下進行高速轉(zhuǎn)動的，因而還會產(chǎn)生強烈的磨損。因此，在曲軸設(shè)計時應(yīng)盡量滿足以下要求。① 具有足夠的疲勞強度。盡量減少應(yīng)力集中現(xiàn)象，克服薄弱環(huán)節(jié)，保證曲軸可靠工作。② 具有足夠的彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度，在工作轉(zhuǎn)速范圍呢盡可能避免強烈的扭