【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 發(fā)動(dòng)機(jī)采用鋁合金鑄造的油底殼。油底殼形狀決定于發(fā)動(dòng)機(jī)的總體布置和機(jī)油容量，后部一般做得較深，以便發(fā)動(dòng)機(jī)縱向傾斜時(shí)機(jī)油泵能吸到機(jī)油。油底殼內(nèi)還設(shè)有擋油板，避免油面波動(dòng)太大，機(jī)油泵吸進(jìn)氣泡，供油不暢。油底殼底部裝有磁性放油塞，以便吸集機(jī)油中的金屬屑，減少發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)零件的磨損。（一）概述柴油機(jī)活塞由于所承受的氣壓力大、剛度要求大?；钊^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?；钊h(huán)帶又稱密封部，是銷(xiāo)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(dǎo)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(huì)產(chǎn)生敲缸現(xiàn)象?；钊湃霘飧變?nèi)，%～%預(yù)留?！；钊N(xiāo)座位于裙部中央上方，銷(xiāo)座中安裝活塞銷(xiāo)?；钊ㄟ^(guò)銷(xiāo)座將氣體作用力及慣性力經(jīng)活塞銷(xiāo)傳遞給連桿。（二）活塞主要尺寸的確定 圖35 B6135AQ2柴油機(jī)的活塞設(shè)計(jì)圖本柴油機(jī)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(tái)深 s=5mm 凸臺(tái)形狀 Φ=10mm（平定臺(tái)）銷(xiāo)孔中心至頂面距離 E=105177?；钊偢叨?H=175mm銷(xiāo)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(mén)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(shí)， 圖3—6　活塞削與銷(xiāo)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(dāng)然希望火力岸高度盡可能小，但其過(guò)小會(huì)使第一環(huán)溫度過(guò)高，導(dǎo)致活塞環(huán)的彈性松弛、粘結(jié)等故障。一般柴油機(jī)h = (～)D。本柴油機(jī)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(huì)減輕對(duì)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?yán)щy。在小型高速內(nèi)燃機(jī)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(fù)荷下不會(huì)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(jī)主要面對(duì)的是工程機(jī)械，其主要設(shè)計(jì)思想是強(qiáng)度高，提高功率，降低燃油消耗率，減少發(fā)動(dòng)機(jī)單位馬力的重量、體積和原材料的消耗，導(dǎo)熱性，抗磨性和缸內(nèi)導(dǎo)向性好，材料選用共晶硅鋁合金。活塞銷(xiāo)選擇20Cr 熱處理為表面滲碳淬火，～，熱處理硬度HRC5864。 (四)活塞銷(xiāo)座的設(shè)計(jì)活塞與活塞銷(xiāo)工作時(shí)，彎曲變形互相不協(xié)調(diào)會(huì)在銷(xiāo)座孔內(nèi)上側(cè)引起嚴(yán)重邊緣負(fù)荷，可能造成銷(xiāo)孔永久變形甚至使銷(xiāo)座裂開(kāi)。為此，一般適當(dāng)增大活塞銷(xiāo)直徑提高銷(xiāo)的彎曲剛度，減少?gòu)澢冃?。但是直徑的增大使活塞高度增加，質(zhì)量加大。對(duì)柴油機(jī)來(lái)說(shuō)，銷(xiāo)座的外圓大多與活塞頂實(shí)體相連，銷(xiāo)座的柔度很小，邊緣負(fù)荷和嚴(yán)重。因此常對(duì)銷(xiāo)座結(jié)構(gòu)做如下設(shè)計(jì)： ①活塞銷(xiāo)座采用柔性設(shè)計(jì)，以減少內(nèi)孔邊緣的應(yīng)力集中； ②要適當(dāng)增大活塞銷(xiāo)直徑，以提高其剛度，減小變形；③在活塞銷(xiāo)座孔處加工出卸載槽； ④活塞銷(xiāo)為保證足夠的強(qiáng)度與剛度，采用高強(qiáng)度空心管材做活塞銷(xiāo)，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(xiāo)的主要尺寸d = 52mm，l = 114mm，活塞銷(xiāo)座厚度13mm。 （五）活塞的導(dǎo)向設(shè)計(jì) 活塞在氣缸中運(yùn)動(dòng)時(shí)的導(dǎo)向作用由裙部完成。為保證導(dǎo)向良好，裙部要有足夠的長(zhǎng)度，與氣缸配合間隙要小，以減輕活塞在連桿擺動(dòng)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(shí)對(duì)氣缸的“拍擊” 圖37 活塞導(dǎo)向設(shè)計(jì)圖 活塞裙部只在垂直活塞銷(xiāo)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(xiāo)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(diǎn)收縮， 以促進(jìn)裙部表面潤(rùn)滑油膜的形成同時(shí)為增強(qiáng)裙部剛性，在下裙內(nèi) 側(cè)設(shè)置加強(qiáng)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(dǎo)熱性好，適用于一般發(fā)動(dòng)機(jī)。　 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(jī)實(shí)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(guò)活塞銷(xiāo)座和活塞銷(xiāo)傳給連桿，由于結(jié)構(gòu)限制，，因此活塞銷(xiāo)總承壓面積有限，表面上的比壓是柴油機(jī)所有零件中最高的，還要在活塞銷(xiāo)座與連桿小頭襯套之間合理分配。因此，無(wú)論在銷(xiāo)與銷(xiāo)座之間，還是在銷(xiāo)與連桿之間，承壓面積都很小，表面壓強(qiáng)很高，加上活塞銷(xiāo)與銷(xiāo)座或活塞銷(xiāo)與連桿襯套之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度很低，液體潤(rùn)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(rùn)滑，配合副工作間隙要盡可能小。一般活塞銷(xiāo)與銷(xiāo)座、活塞銷(xiāo)與連桿小頭襯套間工作狀態(tài)間隙在（1～3）d時(shí)，可以可靠工作，裝配狀態(tài)（冷態(tài)）時(shí)，銷(xiāo)與銷(xiāo)座則有（1～3）d的過(guò)盈，以補(bǔ)償鋁合金活塞銷(xiāo)孔在工作時(shí)較大的熱膨脹。本柴油機(jī)的活塞銷(xiāo)直徑d=52mm,活塞銷(xiāo)長(zhǎng)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(guò)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(jī)理如下：內(nèi)燃機(jī)活塞組與氣缸之間應(yīng)用帶開(kāi)口的彈性金屬環(huán)實(shí)現(xiàn)往復(fù)式密封。由于開(kāi)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(gè)活塞環(huán)形成隨活塞活動(dòng)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(lái)，缸內(nèi)氣體不能短路直接通過(guò)環(huán)周與氣缸之間，而是進(jìn)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?；钊h(huán)的數(shù)目主要與內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速、氣缸內(nèi)的氣壓力等有關(guān)，當(dāng)環(huán)數(shù)多時(shí)，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(guó)生產(chǎn)內(nèi)燃機(jī)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(duì)活塞環(huán)所用材料的要求： （1）應(yīng)具有足夠的機(jī)械強(qiáng)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?；钊h(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(diǎn)高（1770℃），并能儲(chǔ)存少量機(jī)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(qiáng)化第一道環(huán)，使之能適應(yīng)活塞的擺動(dòng)，且活塞上行下行時(shí)均可在環(huán)的下周面上形成潤(rùn)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(shí)，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(diǎn)，改善抗磨損性，耐熔著性和耐腐蝕性，對(duì)環(huán)外圓面進(jìn)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。現(xiàn)代柴油機(jī)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(shí)，取D/t=22～24mm。缸徑D為100～200mm時(shí)，取D/t=24～28mm，本機(jī)中t=D/25=。目前活塞環(huán)的設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢(shì)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(fù)運(yùn)動(dòng)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(jì) 連桿由小頭、桿身、大頭三部分組成。連桿小頭用來(lái)安裝活塞銷(xiāo)，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(lái)我國(guó)廣泛采用鐵基粉末冶金來(lái)制造，其耐磨性較好，制造成本低，為了潤(rùn)滑活塞銷(xiāo)與襯套，在小頭和襯套中銑槽或鉆孔，內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)被漸起的機(jī)油滴入槽內(nèi)或孔內(nèi)，潤(rùn)滑活塞銷(xiāo)或襯套，～，～，為了在維修時(shí)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(jì)，曲柄銷(xiāo)直徑也因此得到提高，剛度和強(qiáng)度增大，連桿材料上選取國(guó)內(nèi)135系列較常用的40Cr。連桿小頭與活塞銷(xiāo)連接，它承受巨大的燃?xì)庾饔昧?。連桿小頭位于活塞內(nèi)腔，其特點(diǎn)是：尺寸小、軸承比壓高、溫度較高。軸承表面相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度低，且屬擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，這不利于形成油膜。連桿小頭結(jié)構(gòu)形式取決于活塞銷(xiāo)的尺寸及其固定方式，一般情況下，浮式活塞銷(xiāo)用得最多。連桿小頭多為薄壁圓環(huán)形結(jié)構(gòu)，形狀簡(jiǎn)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(guò)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(dǎo)熱性，而且制造成本低，應(yīng)用很多。同時(shí)，為使連桿小頭到大頭傳動(dòng)力比較均勻，桿身斷面通常從小頭到大頭漸漸加大?？紤]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(fù)運(yùn)動(dòng)變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。連桿小頭和活塞一起作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，連桿大頭與曲軸一起作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而連桿桿身作復(fù)雜的平面擺動(dòng)。因此連桿組要在保持足夠強(qiáng)度與剛度的前提下，盡可能減輕重量以降低慣性力；同時(shí)，大小頭軸承工作可靠，耐磨性好并且連桿螺栓疲勞強(qiáng)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(jì)、熱處理及表面強(qiáng)壓等多方面考慮連桿組的選型設(shè)計(jì)。①連桿長(zhǎng)度從連桿本身角度看，連桿長(zhǎng)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(jī)的總高度，減輕總質(zhì)量。但連桿長(zhǎng)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(jì)連桿時(shí)，首先要確定連桿大小頭孔的距離，即連桿長(zhǎng)度。它通常是用半徑連桿比來(lái)說(shuō)明的，值越大，連桿越短，則發(fā)動(dòng)機(jī)總高度越小。對(duì)于四沖程高速內(nèi)燃機(jī)來(lái)說(shuō)，最合理的連桿長(zhǎng)度應(yīng)該是保證連桿及相關(guān)機(jī)件在運(yùn)動(dòng)時(shí)不與其他機(jī)件相碰情況下的最短長(zhǎng)度。本機(jī)，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(xiāo)座間隔b和銷(xiāo)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(jì)：連桿小頭要有足夠的壁厚，要特別注意小頭到桿身過(guò)渡的圓滑性，減少應(yīng)力集中，小頭軸承相對(duì)活動(dòng)速度低，四沖程循環(huán)又使它往復(fù)性負(fù)荷，有助于潤(rùn)滑油膜恢復(fù)，一般用飛濺潤(rùn)滑即可。因而在小頭要有收集機(jī)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(jì)：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(guò)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(jì)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(fù)慣性力的拉伸作用。螺栓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)室要注意降低應(yīng)力集中，在裝配時(shí)要嚴(yán)格規(guī)定的力矩?cái)Q緊。連桿螺栓可按高強(qiáng)度螺栓連接的規(guī)范進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。初步估算時(shí)，可取連桿螺栓的螺紋外徑等于（）D本機(jī)取D=14。 圖39 B6135AQ2型柴油機(jī)曲軸與飛輪示意圖 曲軸、飛輪組 曲軸的工作情況和設(shè)計(jì)要求曲軸飛輪組主要包括曲軸、飛輪及傳動(dòng)齒輪等其他零件，如圖39所示。曲軸的工作情況是極其復(fù)雜的，它是在周期變化的燃?xì)庾饔昧?、往?fù)運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)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(fù)雜應(yīng)力。首先，曲軸箱主軸承的不同心度會(huì)影響到曲軸的受力情況，由于曲軸彎曲和扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的附加應(yīng)力，再加上曲軸形狀復(fù)雜，結(jié)構(gòu)變化急劇，產(chǎn)生的了嚴(yán)重的應(yīng)力集中。此外，曲軸主軸頸與曲柄銷(xiāo)是在高比壓下進(jìn)行高速轉(zhuǎn)動(dòng)的，因而還會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的磨損。因此，在曲軸設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量滿足以下要求。① 具有足夠的疲勞強(qiáng)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(qiáng)烈的扭