【文章內(nèi)容簡介】 和熱處理，可以得到良好的研磨表面。球墨鑄鐵的缺點是鑄造工藝比普通鑄鐵復(fù)雜，成本較高。 高磷鑄鐵 ~% 時稱為高磷鑄鐵，磷在鑄鐵中形成網(wǎng)分布的三元共晶體，從而提高硬度而獲得良好的耐磨性。其耐磨性與球墨鑄鐵氣缸套相接近，但工藝性比球模型鑄鐵好，省工時，而且磷還可以改變耐腐蝕性能。高磷鑄鐵的缺點是：由于含磷量增多，材質(zhì)變脆，而且容易產(chǎn)生縮孔，造成廢品。 合金鑄鐵 在鑄鐵中添加鎳、鉻、銅等合金元素后得到的各種合金鑄鐵。添加合金元素可以使材料組織均勻，珠光體致密，或促進高硬度的碳化物形成，進一步提高強度、耐磨性和耐腐蝕性。合金鑄鐵缺點是要消耗貴重金屬，熔煉鑄造工藝復(fù)雜，加工較困難，成本也高。 此外，制造氣缸套材料還有：含硼鑄鐵、稀土鈣鑄鐵、鈦釩鑄鐵、磷釩鑄鐵以及奧式鑄鐵等。在一些強化的內(nèi)燃機中，還采用氮化鋼來制造氣缸套。因為氮化鋼的耐熱性和耐腐蝕性都很好。在500℃時，氮化層的硬度下降很少，可以保證在工作溫度下的耐磨性。 為了提高耐磨性、耐腐蝕性，還可以采用鍍鉻、淬硬、噴鍍金屬鉬或其它耐磨性合金等表面的處理的方法。氣缸套的材料和表面處理方法，要根據(jù)內(nèi)燃機的具體用途、強化程度、使用壽命和制造成本等要求來選擇。例如在使用中以磨料磨損為主的拖拉機、工程機械的內(nèi)燃機氣缸套，多數(shù)采用球墨鑄鐵、高磷鑄鐵或者合金鑄鐵等來制造；對于使用中以磨料磨損為主，同時又兼有腐蝕磨損的農(nóng)用內(nèi)燃機的氣缸套，有時采用奧式鑄鐵；而磨料磨損比較嚴(yán)重，同時產(chǎn)生熔著磨損傾向又較大的車用強化內(nèi)燃機，特別是坦克內(nèi)燃機的氣缸套則多采用鋼來制造，并對其鏡面氮化或鍍鉻。 氣缸套的結(jié)構(gòu)設(shè)計和基本尺寸 干式氣缸套 干套是一個薄壁套筒。它的壁厚一般為2~，目前有減薄的趨勢，~。鑲干套的氣缸壁厚δ=，D為氣缸直徑，最小壁厚δ=5mm。干套過去用D/1500左右的過盈壓入氣缸座合面，而后進行精加工。由于這樣壓合，更換起來不方便，目前多采用第二鐘動配合代替過盈配合，可以用手輕輕推入座合面而不需要壓入后再加工，使修理費用降低，但是制造過程中必須對氣缸體上的座孔進行研磨和對氣缸套的外圓進行精磨。同時，為了防止活塞“咬缸”時，氣缸套發(fā)生位移，要在氣缸套上端作出凸肩或者在氣缸套下端裝上彈性鎖圈來定位。采用前一種方式時，氣缸套凸肩超出氣缸體上端平面的高度要適當(dāng)，使氣缸蓋襯墊壓縮后，既能保證氣體的密封能力，又不至于引起氣缸變形；氣缸套的承壓面也應(yīng)該平整，否則擰緊氣缸蓋螺栓時會引起氣缸變形。采用后一種方式可以避免擰緊氣缸蓋螺栓時由于支承端面的不平而引起氣缸的變形。 濕式氣缸套 濕套的壁厚應(yīng)該保證氣缸套有足夠的強度，尤其要有足夠的剛度，以減小變形和振動。一般內(nèi)燃機濕套壁厚δ=（~）D左右，D為氣缸直徑。近年來有些高速柴油機為了避免因缸套的振動而引起的穴蝕。 濕套與氣缸體利用上下兩個導(dǎo)向凸緣來定位以保證其正確位置，配合時應(yīng)保證有一定的間隙，以免受熱卡死使?jié)裉装l(fā)生變形。為了便于安裝，下凸緣直徑D應(yīng)略小于上凸緣直徑D。一般D=D+（2~4）mm，D為氣缸套的外徑。凸肩外徑D要盡量小，以保證氣缸中心距盡量小。為了保證壓緊，一般DD=6~8mm。在工作時，凸肩處的溫度較高，與氣缸水套體間應(yīng)留下必要的膨脹間隙Δ，一般Δ=~，為保證壓緊密封，氣缸套凸肩頂面應(yīng)略高出氣缸水套體頂面Δ，一般Δ=~。各氣缸公用一個氣缸蓋時，此值更要嚴(yán)格控制，否則擰緊缸蓋以后各缸變形不一致，這會影響密封性。凸肩高度不宜過大，因為凸肩處不宜得到冷卻；但也不能太薄，否則不僅容易變形，引起氣缸套失圓，而且影響凸肩強度。目前一般內(nèi)燃機氣缸套凸肩的高度為5~10mm。氣缸套上凸緣高度應(yīng)盡量短些，因為在這段高度內(nèi)對氣缸壁冷卻較差，對第一環(huán)傳熱不利，一般h=7~15mm。水套長度主要考慮當(dāng)活塞在下止點時，活塞的密封部應(yīng)能在冷卻水冷卻到的范圍內(nèi)。氣缸套的總長度h，當(dāng)活塞在下止點時允許從氣缸套中伸出10~25mm。如活塞裙部有油環(huán)時，則不允許油環(huán)伸出氣缸套下緣。 為了保證濕套上端的水封，有些內(nèi)燃機在氣缸套凸肩下加一些紫銅墊片，或者凸肩結(jié)合面與氣缸水套體接合面采用磨合面。當(dāng)氣缸水套體采用鋁合金制造時，鋁體本身較軟，通常可以不必加墊片或磨合。 水套下端的水封通常通常要用2~4個耐熱耐油的橡膠密封圈來來保證。密封槽的形狀必須與密封圈不同，使密封圈產(chǎn)生彈性形變而起密封作用。密封槽可以做在氣缸體上，也可以做在氣缸套上。從便于加工與安裝的觀點出發(fā)，一般多做在氣缸套上，但此時必須注意環(huán)槽處的最小壁厚不能太小，一般應(yīng)不小于4~5mm。此外，環(huán)槽的斷面應(yīng)比密封圈的斷面大一些，因為橡膠是不可壓縮的，如果環(huán)槽不夠大，在安裝或受熱后，可能使氣缸套變形。 實體繪圖軟件對氣缸套的繪制過程 本節(jié)主要介紹用實體繪圖軟件ProE對氣缸套的繪制過程，通過由其繪制的缸套實體模型導(dǎo)入有限元分析軟件ANSYS，并為其熱應(yīng)力等的分析提供前提。此節(jié)首先介紹ProE軟件的工作環(huán)境及其應(yīng)用，然后介紹對氣缸套實體的具體繪制步驟。 關(guān)于實體繪圖軟件ProE Pro/E（Pro/Engineer操作軟件）是美國參數(shù)技術(shù)公司（Parametric Technology Corporation，簡稱PTC）的重要產(chǎn)品。在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位，并作為當(dāng)今世界機械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認可和推廣，是現(xiàn)今最成功的CAD/CAM軟件之一。Pro/E獨樹一幟的軟件功能直接影響了我們工作中的設(shè)計、制造方法。Pro/E軟件拋棄傳統(tǒng)CAD軟件中的線框和表面模型而直接鑒于3D實體。使設(shè)計環(huán)境完全從2D或2D與3D混合狀態(tài)上升為純3D模式，在此最直觀的3D的設(shè)計環(huán)境中，設(shè)計者能更好的捕捉自己的設(shè)計意圖和激發(fā)設(shè)計靈感。Pro/E的3D實體鑒于特征造型技術(shù)。在Pro/E中，所面向的對象包括幾何特征、非幾何特征、零件模型、裝配模型、模具模型、加工模型等等，設(shè)計人員通過對這些對象所具有的內(nèi)在屬性、存在方式和存在狀態(tài)的準(zhǔn)確把握來得到理想中的模型。Pro/E中所有的對象都是建立在單一數(shù)據(jù)庫中。并且此數(shù)據(jù)庫是唯一的、完整的，因而保證了在Pro/E中進行的任何設(shè)計也都是全相關(guān)的。在整個設(shè)計過程中的任何一處發(fā)生參數(shù)改動，可以反應(yīng)到整個設(shè)計過程中的相關(guān)環(huán)節(jié)上。設(shè)計師可以依靠此功能完全拋棄傳統(tǒng)的工作方法，實現(xiàn)零件設(shè)計、模具設(shè)計、裝配設(shè)計、加工設(shè)計等過程同時進行。Pro/E的3D特征實體是全參數(shù)化的，具有自適應(yīng)性和智能性。通過完備而準(zhǔn)確的參數(shù)和資料來驅(qū)動實體，產(chǎn)品模型的每一個設(shè)計尺寸都對應(yīng)一個參數(shù)，設(shè)計人員可以通過命令或者關(guān)系式的形式來建立各參數(shù)之間的關(guān)系，以得到所要求設(shè)計的模型。ProE的設(shè)計準(zhǔn)則及方法介紹如下：一、設(shè)計準(zhǔn)則：確定特征順序；簡化特征類型；建立特征的父子關(guān)系，解決關(guān)聯(lián)問題；適當(dāng)采用特征復(fù)制操作。二、建模過程：分析零件特征，確定特征創(chuàng)建順序；啟動零件設(shè)計方式；創(chuàng)建草繪特征。它是其它特征的父特征，必須注意；確定參考平面；繪制其它構(gòu)造特征；進行修改和尺寸標(biāo)注；保存圖形。 氣缸套實體的繪制過程 本節(jié)以125型濕式氣缸套為例，利用ProE實體繪圖軟件，根據(jù)平面三視圖繪制出其實體結(jié)構(gòu)，基本繪制過程如下： （1）、分析圖紙，確定繪制特征及整圖的最佳繪圖方案。通過圖形分析，確定用旋轉(zhuǎn)特征進行實體繪制； （2）、打開PROE，新建零件文件，進入零件設(shè)計模式； （3）、選擇旋轉(zhuǎn)特征創(chuàng)建基礎(chǔ)基本特征。選取主菜單命令“插入”—“旋轉(zhuǎn)”，進入旋轉(zhuǎn)特征創(chuàng)建； （4）、圖 參數(shù)設(shè)置（5）、選擇草繪平面（此處選擇front面），繪制旋轉(zhuǎn)截面；： 　草繪截面（6）、單擊完成特征按鈕，完成旋轉(zhuǎn)特征。得到如下實體模型，： 125缸套實體圖 （7）、保存文件。 至此，用ProE繪制氣缸套實體圖的工作就完成了，通過實體圖的繪制為以后導(dǎo)入有限元分析軟件實現(xiàn)對其熱應(yīng)力的分析提供前提基礎(chǔ)。 提高氣缸套使用壽命的有關(guān)措施為了提供濕套的使用壽命，除了選擇適當(dāng)材料與采取適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚硪约罢_設(shè)計外，還應(yīng)當(dāng)采取一系列有效地措施：（1）、提高氣缸套內(nèi)孔幾何形狀的精度，保證與活塞組良好的配合，減少漏氣，因而可減小氣缸套的磨損。（2）、盡可能減小活塞與氣缸套之間的間隙，以減少活塞隊氣缸套的沖擊，因而減小氣缸套的振動。（3）、減小往復(fù)運動件的重量以減小往復(fù)慣性力。這樣，可以減小活塞對氣缸套的側(cè)壓力，也可以減小氣缸套的振動。（4）、控制冷卻水溫度在80℃以上。因為燃料在燃燒過程中形成的酸性化合物，在氣缸溫度較高時，就處于氣體狀態(tài)，可以隨廢氣排入大氣；若溫度低于140℃，這些酸性化合物就容易凝結(jié)在氣缸工作表面，加劇腐蝕磨損。（5）、在冷卻水中加入抗穴蝕的添加劑以改善抗穴蝕能力。一般采用的添加劑有重鉻酸鹽添加劑和乳化液、乳膠液添加劑等。這些添加劑都有良好的抗穴蝕能力。（6）、正確的選擇和使用空氣濾清器，并定期保養(yǎng)，以減少磨料磨損。（7）、嚴(yán)格控制所用燃料的含硫成分，以減小磨蝕磨損。（8）、選擇粘溫特性比較穩(wěn)定的機油，以保證油膜的形成，同時，機油應(yīng)具有一定的耐酸性或添加堿性添加劑，以減小腐蝕性磨損。此外，機油使用過一段時間后會引起老化，需要定期更換。（9）、通過水質(zhì)處理以防止水的化學(xué)腐蝕，同時通過正確設(shè)計水道，減小水的沖蝕。（10）、有些內(nèi)燃機在冷卻水套中加以鋅棒，將鋅棒固定在氣缸體水套的工藝螺堵上，利用電化學(xué)原理，使腐蝕集中在鋅棒上，從而避免氣缸套與水套壁的電化學(xué)腐蝕。第三章 氣缸套溫度場計算的導(dǎo)熱方程及其邊界條件柴油機的氣缸套內(nèi)壁直接受到高溫高壓燃氣的作用,燃氣的最高溫