【文章內(nèi)容簡介】 圖33 氣缸蓋與蓋罩示意圖一般缸徑小于105mm時，一般多采用整體式氣缸蓋。本490型柴油機氣缸蓋采用整體式結(jié)構(gòu)形式，四個氣缸共用一個氣缸蓋，它的零件數(shù)少，結(jié)構(gòu)緊湊，制造成本較低。本柴油機氣缸蓋選擇HT2444鑄鐵材料鑄造而成缸心距為120mm。⒉氣缸墊①作用：密封 圖34 氣缸墊示意圖②要求：a具有補償接合面粗糙度、不平度所必需的柔性以及補償接合面變形所必須的彈性。 b具有足夠的機械強度，能夠承受氣缸蓋螺栓預(yù)緊力和接合面的變形力，在高溫、高壓氣體的作用下不易損壞。c具有耐熱性，在高溫下不致燒，因?qū)儆谝讚p件因而成本要低。 d具有耐腐蝕性，對氣體、機油和冷卻水有一定的抗腐蝕能力。 e制造簡單，拆裝方便，并且能夠重復(fù)使用。 ③材料與結(jié)構(gòu)：如圖34所示密封襯墊有兩道石棉密封圈，靠近氣缸的一道為石棉制品，表面涂以石墨，靠外的一道也是石棉制品，中間有一個低碳鋼密封環(huán)，外表面鍍銅，利用鋼環(huán)的彈性起密封作用。 活塞連桿組 490型柴油機的活塞連桿組由活塞、活塞環(huán)、活塞銷、活塞銷擋圈、連桿、連桿軸瓦、連桿螺栓、連桿螺母、保險鐵絲（鋼片）等組成。一、活塞組設(shè)計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?；钊h(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(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，不會產(chǎn)生敲缸現(xiàn)象?；钊湃霘飧變?nèi)，%～%預(yù)留?！琜9]?；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。 ⑴活塞材料與工藝 活塞材料選用共晶鋁硅合金（鑄鋁、鍛鋁）其特點是質(zhì)量小，導(dǎo)熱性好，適用于一般發(fā)動機。 　　　鑄造的特點是質(zhì)量大加工工序多；模鍛的特點是質(zhì)量小，加工少，而鍛造介于二者之間。所以加工工藝為鑄造。 ⑵結(jié)構(gòu)特點 圖35球型活塞示意圖 基本結(jié)構(gòu)：由頂部、頭部、裙部三部分組成。頂部：組成燃燒室，易熱裂、壓碎，要求加工應(yīng)光潔，材料應(yīng)耐熱。頭部：油環(huán)槽以上部分。裙部：油環(huán)槽底面至活塞底端的外圓柱表面。本柴油機選用球型燃燒室活塞，其外形示意圖如圖35所示。 ⑶活塞的基本尺寸選擇第一環(huán)位置：根據(jù)活塞環(huán)的布置確定活塞壓縮高度時，首先須定出第一環(huán)的位置，即火力岸高度h。為縮小，當(dāng)然希望h盡可能小，但h過小會使第一環(huán)溫度過高，導(dǎo)致活塞環(huán)的彈性松弛、粘結(jié)等故障。根據(jù)國產(chǎn)典型中小功率高速內(nèi)燃機的主要尺寸參數(shù)90系列490型柴油機D=90mm，h=D = 。（見圖37）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90系列型高速內(nèi)燃機上，氣環(huán)高b = ，油環(huán)高 b = 5mm。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= 5mm，= = 4mm。由于490型柴油機主要應(yīng)用于農(nóng)用車，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(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?；钊N選擇20Cr 熱處理為表面滲碳淬火，～，熱處理硬度HRC5864?；钊c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。（見圖36）為此，一般適當(dāng)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(dāng)增大活塞銷直徑，以提高其剛度，減小變形；圖36 活塞銷與銷座的受力變形圖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 =33mm，l = 75mm，活塞銷座厚度8mm。 活塞在氣缸中運動時的導(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 球型活塞示意圖 銷孔中心線圖38 活塞橢圓度示意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， 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，而橢圓，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，～，如圖38所示?；钊敵惺艿臍鈮毫νㄟ^活塞銷座和活塞銷傳給連桿，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=D=，取d=33mm?；钊N長度L=D=， 取L=75mm。本柴油機活塞的基本尺寸如圖37所示，D=90mm，h= ，H= D=108mm，= D=，= H－=，=/=，=28mm，取d1=45mm。 ⑷活塞環(huán)設(shè)計氣環(huán)要有良好的密封作用，如圖39所示首先活塞環(huán)應(yīng)以一定的彈力與汽缸壁壓緊，形成所謂第一密封面，使氣體不易通過環(huán)周與氣缸之間，而鉆入環(huán)與環(huán)槽之間的空間。由于氣流產(chǎn)生的壓差，造成徑向、軸向的不平衡壓力、。其中把環(huán)壓向環(huán)槽側(cè)面，形成所謂的第二密封面，而則大大加強第一密封面[10]。 圖39 活塞環(huán)所承受的力活塞環(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(dāng)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，490型柴油機活塞采用三道氣環(huán)，一道組合式油環(huán)。第一道環(huán)槽裝多孔性鍍鉻平環(huán)，第二、三道環(huán)槽裝內(nèi)圓倒角的扭曲環(huán)，第四道環(huán)槽裝外圓大倒角油環(huán)。第一、二道氣環(huán)應(yīng)該錯開180176。，第二、三道應(yīng)該錯開90176。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)，～，～，～，～，～，～。組合式油環(huán)由上下刮油片和產(chǎn)生徑向、軸向彈力的襯簧組成。（見圖310）1鋼片2襯簧3徑向襯簧4軸向襯簧5活塞圖310 組合式油環(huán)環(huán)示意圖活塞環(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)。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。根據(jù)90系列內(nèi)燃機活塞環(huán)主要參數(shù)，本490型號柴油機活塞環(huán)的選擇如下：氣環(huán)的徑向厚度t=D/=4mm，油環(huán)的徑向厚度t=D/=4mm；氣環(huán)軸向?qū)挾萣=t=；油環(huán)b=t=5mm。⑸燃燒室形狀討論 490型柴油機采用球型燃燒室（見圖37），其混合氣主要是油膜蒸發(fā)混合形成。將燃油順氣流方向沿燃燒室壁面噴射，在強烈的進氣渦流作用下，將燃油攤布在燃燒室壁上，形成一層很薄的油膜。燃燒室壁面溫度控制在200℃350℃，使噴射在壁面的上的燃料 在比較低的溫度下蒸發(fā)，以控制燃料的裂解反應(yīng)。蒸發(fā)的油氣與空氣形成均勻的混合氣，從油束中分散出來的一小部分燃料是極細的油霧，在熾熱的空氣中首先完成著火準備，形成火核，然后靠此火核點燃從壁面已蒸發(fā)形成的可燃混合氣。隨著燃燒的進行，大量熱量輻射到油膜上，是油膜加速蒸發(fā)，不斷提供新鮮混合氣，保證迅速的燃燒。球型燃燒室采用油膜蒸發(fā)混合形成最顯著的效果是：發(fā)動機工作柔和，燃燒噪聲小，排煙少，性能指標好。 490型柴油機采用深坑形球形燃燒室，采用2個噴孔，噴射角度在140176?！?60176。之間。噴油嘴伸出氣缸蓋2mm， 。二、連桿組設(shè)計連桿組包括連桿體、連桿蓋、連桿軸瓦和連桿螺栓。連桿體由連桿小頭、桿身、大頭三部分組成。490型柴油機連桿大頭選用平切口連桿。連桿小頭與活塞銷相連接，與活塞一起作往復(fù)運動，連桿大頭與曲柄銷相連和曲軸一起作旋轉(zhuǎn)運動。連桿小頭小孔內(nèi)壓有襯套，襯套一般采用耐磨性較好的錫青銅制造。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，～，～。連桿材料上選取國內(nèi)90系列較常用的40Cr[11]。如圖311所示連桿的具體尺寸設(shè)計：①連桿長度現(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，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= 220mm。如圖311 平切口連桿示意圖②連桿小頭a小頭主要尺寸為連桿襯套內(nèi)徑和小頭寬度，根據(jù)內(nèi)燃機連桿結(jié)構(gòu)參數(shù)：= D=，取=33mm，= =，取=30mm，小頭襯套厚度δ= 3mm 。d===38mm， = d=，取=46mm。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(fù)性負荷，有助于潤滑油膜恢復(fù)，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，其桿身高度=D==28mm，寬度=H/= 20mm，桿身厚度= 6mm。 ④連桿大頭結(jié)構(gòu)設(shè)計：采用平切口結(jié)構(gòu)。主要尺寸選取：大頭內(nèi)孔直徑=D=，取=57mm；連桿大頭寬度==，取=40mm。=D=， 取=62mm；連桿螺栓孔中心距C==，取C=74mm；= 12mm。 曲軸飛輪組曲軸飛輪組包括曲軸、飛輪、正時齒輪、曲軸皮帶輪、曲軸軸瓦等零部件。由于曲軸受力復(fù)雜，幾何斷面形狀比較特殊，在設(shè)計曲軸時，至今還沒有一個能完全反映客觀實際的理論公式可供通用。因此目前曲軸的設(shè)計主要依靠經(jīng)驗設(shè)計，即利用利用現(xiàn)有的許多曲軸結(jié)構(gòu)與尺寸的統(tǒng)計資料，借以初步確定曲軸的基本尺寸，然后進行細節(jié)的設(shè)計、強度校核、樣品試驗，最后確定曲軸的結(jié)構(gòu)、尺寸和加工工藝等。曲軸從結(jié)構(gòu)上可分為整體式曲軸和組合式曲軸。從主軸承來分，又可以分為滑動軸承和滾動軸承兩大類。490型柴油機采用整體式曲軸，其結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、工作可靠。主軸承采用滑動軸承，可以減低成本。曲軸材料選用高強度球墨鑄鐵，因為它的成本低，材料利用率高，應(yīng)力分布比較均勻，可以減小扭振振幅。球墨鑄鐵就其機械性能和使用性能而言，比其他多種鑄鐵都要好。現(xiàn)在，球墨鑄鐵曲軸越來越得到重視，球墨鑄鐵材料經(jīng)正火處理后的機械性能已經(jīng)接近或超過一般中碳鋼，盡管鋼的疲勞強度比球墨鑄鐵高，但曲軸的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鋼曲軸難免會有油孔、過度圓角和材質(zhì)上留有缺陷而造成應(yīng)力集中，從而降低了曲軸的疲勞強度。90、9105等系列多用途高通用型農(nóng)用車柴油機均采用稀土鎂球鐵曲軸。490型柴油機的球鐵曲軸是全支承，不帶平衡塊，其軸向定位設(shè)在后軸承上。曲軸后端凸緣用螺釘將甩油盤和飛輪固定