【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(diǎn)是鑄造工藝比普通鑄鐵復(fù)雜，成本較高。 高磷鑄鐵 ~% 時(shí)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(shí)，而且磷還可以改變耐腐蝕性能。高磷鑄鐵的缺點(diǎn)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(jìn)高硬度的碳化物形成，進(jìn)一步提高強(qiáng)度、耐磨性和耐腐蝕性。合金鑄鐵缺點(diǎn)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(qiáng)化的內(nèi)燃機(jī)中，還采用氮化鋼來制造氣缸套。因?yàn)榈摰哪蜔嵝院湍透g性都很好。在500℃時(shí)，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(jī)的具體用途、強(qiáng)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(jī)、工程機(jī)械的內(nèi)燃機(jī)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(shí)又兼有腐蝕磨損的農(nóng)用內(nèi)燃機(jī)的氣缸套，有時(shí)采用奧式鑄鐵；而磨料磨損比較嚴(yán)重，同時(shí)產(chǎn)生熔著磨損傾向又較大的車用強(qiáng)化內(nèi)燃機(jī)，特別是坦克內(nèi)燃機(jī)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(jì)和基本尺寸 干式氣缸套 干套是一個(gè)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(jìn)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(fèi)用降低，但是制造過程中必須對氣缸體上的座孔進(jìn)行研磨和對氣缸套的外圓進(jìn)行精磨。同時(shí)，為了防止活塞“咬缸”時(shí)，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(shí)，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(shí)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(shí)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(qiáng)度，尤其要有足夠的剛度，以減小變形和振動。一般內(nèi)燃機(jī)濕套壁厚δ=（~）D左右，D為氣缸直徑。近年來有些高速柴油機(jī)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(gè)導(dǎo)向凸緣來定位以保證其正確位置，配合時(shí)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(shí)，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(gè)氣缸蓋時(shí)，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?yàn)橥辜缣幉灰说玫嚼鋮s；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(qiáng)度。目前一般內(nèi)燃機(jī)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?yàn)樵谶@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(diǎn)時(shí)，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(diǎn)時(shí)允許從氣缸套中伸出10~25mm。如活塞裙部有油環(huán)時(shí)，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(jī)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(shí)，鋁體本身較軟，通?？梢圆槐丶訅|片或磨合。 水套下端的水封通常通常要用2~4個(gè)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(diǎn)出發(fā)，一般多做在氣缸套上，但此時(shí)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?yàn)橄鹉z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(shí)體繪圖軟件對氣缸套的繪制過程 本節(jié)主要介紹用實(shí)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(shí)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(shí)體的具體繪制步驟。 關(guān)于實(shí)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(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣，是現(xiàn)今最成功的CAD/CAM軟件之一。Pro/E獨(dú)樹一幟的軟件功能直接影響了我們工作中的設(shè)計(jì)、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(shí)體。使設(shè)計(jì)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(jì)環(huán)境中，設(shè)計(jì)者能更好的捕捉自己的設(shè)計(jì)意圖和激發(fā)設(shè)計(jì)靈感。Pro/E的3D實(shí)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(jì)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(jìn)行的任何設(shè)計(jì)也都是全相關(guān)的。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中的任何一處發(fā)生參數(shù)改動，可以反應(yīng)到整個(gè)設(shè)計(jì)過程中的相關(guān)環(huán)節(jié)上。設(shè)計(jì)師可以依靠此功能完全拋棄傳統(tǒng)的工作方法，實(shí)現(xiàn)零件設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)、加工設(shè)計(jì)等過程同時(shí)進(jìn)行。Pro/E的3D特征實(shí)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(shí)體，產(chǎn)品模型的每一個(gè)設(shè)計(jì)尺寸都對應(yīng)一個(gè)參數(shù)，設(shè)計(jì)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(jì)的模型。ProE的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則及方法介紹如下：一、設(shè)計(jì)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(jì)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(jìn)行修改和尺寸標(biāo)注；保存圖形。 氣缸套實(shí)體的繪制過程 本節(jié)以125型濕式氣缸套為例，利用ProE實(shí)體繪圖軟件，根據(jù)平面三視圖繪制出其實(shí)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(jìn)行實(shí)體繪制； （2）、打開PROE，新建零件文件，進(jìn)入零件設(shè)計(jì)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(jìn)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(shí)體模型，： 125缸套實(shí)體圖 （7）、保存文件。 至此，用ProE繪制氣缸套實(shí)體圖的工作就完成了，通過實(shí)體圖的繪制為以后導(dǎo)入有限元分析軟件實(shí)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(jì)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(duì)氣缸套的沖擊，因而減小氣缸套的振動。（3）、減小往復(fù)運(yùn)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?yàn)槿剂显谌紵^程中形成的酸性化合物，在氣缸溫度較高時(shí)，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(jī)油，以保證油膜的形成，同時(shí)，機(jī)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(jī)油使用過一段時(shí)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(shí)通過正確設(shè)計(jì)水道，減小水的沖蝕。（10）、有些內(nèi)燃機(jī)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(jì)算的導(dǎo)熱方程及其邊界條件柴油機(jī)的氣缸套內(nèi)壁直接受到高溫高壓燃?xì)獾淖饔?燃?xì)獾淖罡邷?