【文章內(nèi)容簡介】 和配 氣機(jī)構(gòu)的安排較容 易。 然而，當(dāng)采用較小的 s/D 值時，由于氣缸直徑的增大 ， 熱負(fù)荷、機(jī)械負(fù) 荷和噪聲都加大。同時，由于單列式柴油機(jī)的長度主要決定于氣缸直徑，所 以對于一般直列式來說長度將增大。此外 ，較小的 s/d 值對燃燒室設(shè)計不利 ， 而且對直流式換氣的換氣品質(zhì)將變壞。因此，在選定 s/d 值時必須適當(dāng) 。 [1] 60C x 103 打程 ： S = = = lOOmw In 2 x2600 所以 S/Z) = 100/8 5= 167。 曲柄連桿比 連桿長度 I (大小頭孔中心距）是設(shè)計時應(yīng)該慎重考慮的一個結(jié)構(gòu)參數(shù)， 通 常 用 連 桿 比 來 表 示 ， A 值越小 ， 連桿越長，連桿質(zhì)量對慣性力的影 響可能更大。因此在現(xiàn)代高速柴油機(jī)的設(shè)計實踐中，一般都是盡量縮短連桿 長度 L,也就是說采用大的 X值。 設(shè)計過程中應(yīng)該滿足： ，最合理的連桿長度應(yīng)該是保證連桿及相 關(guān)機(jī)件在運(yùn)動中不與其他機(jī)件相碰情況下的最短長度。 ，連桿越短，則發(fā)動機(jī)總高度或總長度越小。所以使發(fā)動機(jī) 結(jié)構(gòu)緊湊。而且，柴油機(jī)總高度減小，總重量減小，且14 連桿越 短，重量越輕， 往復(fù)直線運(yùn)動部分的質(zhì)量和不平衡回轉(zhuǎn)部分的質(zhì)量件減小，其運(yùn)動時產(chǎn)生的 慣性力也減小，可以減少發(fā)動機(jī)的振動。 ， 連桿縮短會引起活塞側(cè)壓力 amp。加大，可能增加活塞與氣 缸的磨檫與磨損。15 本設(shè)計中曲柄連桿比： L 167 167。 氣缸中心距是表征柴油機(jī)長度的緊湊性和重量指標(biāo)的重要參數(shù)。缸心距 大小取決于氣缸蓋型式和曲軸的結(jié)構(gòu)型 式和尺寸分配。 缸心距的選取要考慮氣缸蓋上的進(jìn)排氣道的布置、冷卻系統(tǒng)的布置以及 潤滑系統(tǒng)的布置。若氣缸中心距選取過大，則會降低發(fā)動機(jī)的整體緊湊性， 造成材料浪費 ， 使制造成本提高，同樣給機(jī)體的冷卻造成困難。但是若氣缸 中心距選取過小則會使氣缸蓋的設(shè)計造成困難。有可能造成進(jìn)、排氣道與氣 缸蓋緊固螺栓相打架 ， 這樣就影響充氣效率 ， 造成燃燒不充分，經(jīng)濟(jì)性降低。 同樣會使排氣阻力增大，使氣缸壓力過高而降低充氣效率。 確定氣缸中心距的大小，考慮曲柄臂和主軸徑、曲柄銷長度，使主軸承 和連桿軸承有足夠的承壓面積，并保證曲柄有 良好的剛度和強(qiáng)度。 本設(shè)計中缸心距： L0 + + + + 112mm。第四章配氣機(jī)構(gòu)總體布置 配氣機(jī)構(gòu)的任務(wù)是實現(xiàn)換氣過程，即根據(jù)發(fā)動機(jī)工作次序定時開啟和關(guān) 閉進(jìn)、排氣門 ， 以保證氣缸排除廢氣和吸進(jìn)新鮮空氣。其要求為： 1. 進(jìn)排氣門的時面值足夠大，泵氣損失小。 2. 振動、噪聲較小，并且工作可靠和耐磨。 3. 結(jié)構(gòu)簡單、緊湊 。 [1] 應(yīng)該指出，同時滿足這三個要求是比較困難的。因此在設(shè)計時必須根據(jù) 具體情況綜合考慮，有所 側(cè)重，盡可能合理滿足這些要求。 167。 、布置和驅(qū)動 本設(shè)計釆用每缸一進(jìn)一排兩氣門的設(shè)計方案，氣門的驅(qū)動采用 凸輪軸一 挺柱一推桿一搖臂一氣門機(jī)構(gòu)。 167。 目前，除強(qiáng)化強(qiáng)度特別高的發(fā)動機(jī)采用頂置式凸輪軸外 ， 一般都采用下 置式凸輪軸和中置凸輪軸的布置。 在凸輪軸布置時應(yīng)考慮以下原則： 1. 決定凸輪軸橫向尺寸和位置時，應(yīng)保證不與曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動軌跡相 碰，并盡可能靠近氣缸中心線，以便減小機(jī)體和發(fā)動機(jī)寬度。 2. 在決定凸輪軸高度位置時，應(yīng)保證曲軸對凸輪軸的傳動 ，并要求配氣 機(jī)構(gòu)驅(qū)動也比較簡便。 3. 當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速較高時 ， 為了減小氣門傳動機(jī)構(gòu)的往復(fù)運(yùn)動質(zhì)量，可將 凸輪軸位置移動到氣缸體上部 ,有凸輪軸經(jīng)過挺柱直接驅(qū)動搖臂而省去推桿。 綜合考慮上述要求，本次設(shè)計的 485 柴油機(jī)的凸輪軸采用下置式。 第五章氣門組的設(shè)計 167。 167。 一、 氣門的工作條件 氣門是發(fā)動機(jī)的重要零件之一。工作時需要承受較 高的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù) 荷，尤其是排氣門 ， 由于經(jīng)常受到高溫燃?xì)獾臎_刷，因而易產(chǎn)生漏氣、腐蝕 與燒損現(xiàn)象，工作條件就更為嚴(yán)酷。氣門工作時承受落座沖擊負(fù)荷及燃?xì)鈮? 力所給的靜負(fù)荷，這種靜負(fù)荷一般為5kgf/mm2左右，而沖擊負(fù)荷一般為 ；氣門的工作溫度，進(jìn)氣門約為 200? 450176。 C,而排氣門則 可達(dá) 650? 850176。 C,甚至更高。盡可能使氣門在較低的熱負(fù)荷和17 機(jī)械負(fù)荷下進(jìn) 行工作是氣門設(shè)計的重要任務(wù)⑴。 二、氣門設(shè)計的基本要求 1. 材料方面 氣門的工作溫度是確定氣門材料的主要依據(jù)。在氣門工作溫 度的范圍內(nèi) 材料應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、韌性和表面硬度。由于排氣門錐面的磨損常為腐蝕 磨損，因此選材時排氣門必須考慮耐化學(xué)腐蝕（主要是硫和釩）的性能。進(jìn) 氣門錐面多屬摩擦磨損，因此排氣門則著重耐磨。 2. 結(jié)構(gòu)方面 要求結(jié)構(gòu)簡單、加工方便，且頸部形狀也要恰當(dāng) ， 以便減少氣體的流動 阻力，增加其進(jìn)氣沖量。在保證足夠的的強(qiáng)度、剛度和耐磨性的前提下氣門 的重量要輕。 3. 盡可能降低熱負(fù)荷 盡可能降低熱負(fù)荷是氣門設(shè)計的一個重要方面。排氣門是氣門組中的高 溫零件 ， 氣門頭部有 75%左右的熱量經(jīng)氣門座導(dǎo)出， 25%左右的熱量經(jīng)氣 門 導(dǎo)管傳出，因此，氣門的設(shè)計應(yīng)與汽缸蓋密切配合，氣門座周圍必須加強(qiáng)冷 卻，并使溫度盡量均勻。因此，若結(jié)構(gòu)允許，應(yīng)盡量增加導(dǎo)管長度，適當(dāng)減 小氣門桿與導(dǎo)管的配合間隙 ，以降低氣門溫度 [12]。 另外，氣門的運(yùn)動受到凸輪、挺柱、搖臂、氣門彈簧等零件特性的制約 ， 因此氣門設(shè)計還必須從整個配氣機(jī)構(gòu)來分析考慮 ， 要避免氣門在落 座時承受 過大的沖擊和振動，因為這些機(jī)械負(fù)荷也是造成氣門與氣門座磨損的原因之 — [1] o 167。 氣門主要由桿部和頭部兩部分組成。圖 51所示為氣門的基本結(jié)構(gòu) 及名 稱。 圖 51 氣門的基本結(jié)構(gòu)及名稱 1_氣門頭部 2— 氣門桿部 3— 氣門徑部 4 一鎖夾槽5— 氣門桿端面 6_氣門雄面 7— 氣門頭部端面 Dv—氣門頭部直徑 do— 氣門桿直徑 t,— 氣門頭厚度R— 氣門頸部圓孤半徑氣門錐面斜角 一、氣門頭部的設(shè)計 氣門頭部形狀除影響氣體流通特性外，還影響氣門的剛度、重量、導(dǎo)熱 性能以及制造成本等，同時以關(guān)系到氣門的使用期限。氣門頭部形狀基本 上 有三種形式：平底型、凸底型、凹底型。其中平底型氣門的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、 工藝性好、受熱面小，具有一定的剛度，基本上能滿足進(jìn)、排氣門的工作要 求，因此在多種類型的柴油機(jī)中得到了廣泛應(yīng)用。本次設(shè)計的 485 柴油機(jī)采 用平底型氣門 [2]。 增大進(jìn)、排氣的流通斷面是減少進(jìn)排氣阻力 ， 提高充量的途徑，同時氣 門頭部直徑的選擇還應(yīng)考慮到燃燒室的型式，汽缸蓋進(jìn)、排氣門的布置 ， 氣 道之間冷卻水套的設(shè)計以及氣門受熱和冷卻的均勻性等因素。氣門頭部直徑 尺寸的確定，依據(jù)柴油機(jī)設(shè)計手冊中冊 [1]中參考公式： Dvi = ( ? )DD ve = ( ? )Z) 163。” =( ? 0D 8 根據(jù)缸徑 D=85mm,代人 _L 式得： Z)v = ? awaw d ve = 3 」 _____________________________________________ __ mm 19 考慮燃燒室、噴油器和缸蓋螺栓等多方面因素，本設(shè)計取、 =3^所 D = 22mm ve 3. 氣門錐面斜角 氣門錐面斜度一般為 30176。 和 45176。 兩種。在設(shè)計中考慮到排氣門中氣門與氣 門座之間的單位壓力較大，則錐面上的積炭就容易被壓扁或擦掉，因此我們 采用 45176。 斜角。對于進(jìn)氣門的斜角， 考慮到制造和維修的方便，一般在非增 壓柴油機(jī)中也取 45。因此，在本次 485 柴油機(jī)的設(shè)計中，進(jìn)、排氣門錐面 斜角〃均取 45176。 頸部圓弧半徑 R 為一般取氣口直徑的 ? 倍，多數(shù)情況下進(jìn)氣門 的頸部圓弧半徑 R 可取進(jìn)氣口直徑的 倍，排氣門的頸部圓弧半徑 R 可 取排氣口直徑的 倍，考慮到加工方便的原則我們統(tǒng)一取頸部圓弧半徑為 [” 。 4. 氣門頭部厚度及錐面寬度的確定 (1) 氣門頭部厚度 q 設(shè)計原則：氣門頭部厚度的設(shè)計主要是從氣門的剛 度來考慮的，氣門在燃燒壓力的作用下會引起變形，變形過大會引起氣門的 密封性下降，錐面磨損增加。 參考柴油機(jī)設(shè)計手冊中冊 [1],氣門頭部厚度 amp。的公式為： /,= (? ) DV 因此，對于進(jìn)氣門， 163。,=(? )x38=? ，取 /,=。 對于排氣門， [=(? )x32=? ，取、 = (2) 氣門錐面寬度 b 的設(shè)計原則：由于氣門的大部分熱量是經(jīng)密封帶導(dǎo) 出，密封帶較寬則傳熱效果好，氣門的工作溫度就較低，但氣門的密封性就 較差。反之密封帶太窄，雖然密封性較好，但散熱不良，且接觸 壓力較大， 會加速氣門的磨損，因此綜合考慮這兩方面的因素來選取氣門密封帶的寬度， 其寬度的一般范圍是 ? 毫米之間。 參考柴油機(jī)設(shè)計手冊 ， 氣門錐面寬度 b的公式為： b=( ? )/, 因此，對于進(jìn)氣門 ， b = (? )=4? ,取 b=。 進(jìn)氣口直徑 ??山 =(? )D=? ,20 本設(shè)計取進(jìn)氣口直徑 di=32， 排氣口直徑： d2=(? )D=? ,本設(shè)計取進(jìn)氣口直徑 d2=2 8 o 二、氣門桿部的設(shè)計 1. 氣門桿直徑的設(shè)計 氣門桿直徑的選擇取決于氣門所需的耐久性，增加氣門桿直徑有利于氣 門熱量的逸散。氣門桿直徑的選擇還決定于它在導(dǎo)管運(yùn)動時側(cè)向力大小。根 據(jù)經(jīng)驗，氣門桿徑取為頭部外徑的 16? 25%。考慮到加 工和維修的方便，一 般進(jìn)、排氣門桿直徑相等。因此，本次設(shè)計的 485 柴油機(jī)氣門桿直徑為： 38x16%? 32x25%=? 8,在此取氣門的桿直徑為： do=8mm。 2. 氣門桿長度的設(shè)計 氣門桿長度 L取決于氣缸蓋和氣門彈簧的設(shè)計，一般希望短些 ，以便降 低發(fā)動的總高度，減小氣門重量。 根據(jù)柴油機(jī)設(shè)計手冊 ， 氣門桿長度 L的設(shè)計公式為： L =( ? ) Dv 將 Dvi?=38mm、 dv/= 32mm 代入上式得：進(jìn)氣門桿長 L=95? 133，排氣 門桿長 L=80? 112, 綜合考慮進(jìn)排氣門總長相等的設(shè)計 原則和設(shè)計方案取進(jìn)氣門桿長 L =95mm,排氣門桿長 L=。 氣門桿端面要淬硬，一般要求硬度不小于 HRC50。 氣門桿端部與彈簧盤 相連接 ， 應(yīng)保證連接可靠但又不致過分使氣門桿削弱，在本次 485 柴油機(jī)的 設(shè)計中采用鎖夾槽來連接，槽內(nèi)不允許出現(xiàn)尖角。 三、氣門升程 進(jìn)氣門最大升程 ^咖 =(」 —— ^ 、 —— U—— ,mm 排氣門最大升程心 _ = ( 1 ?、? mm 綜合進(jìn)排氣門的最大升程考慮：本設(shè)計取進(jìn)、排氣門最大升程均為 9mm。 167。 在氣門材料的選擇必須考慮到其工作 溫度、腐蝕情況、沖擊載荷以及氣 門桿桿部與端面的耐磨等因素。綜合考慮到氣門的溫度和沖擊載荷的限制， 在本次 485 柴油機(jī)的設(shè)計中，因其適用于運(yùn)輸車輛中，所以其負(fù)荷較高，因 此，取進(jìn)氣門取材料為 40Cr,排氣門取材料為 4Cr9Si2Mn[1]。 167。 氣門桿工作時在導(dǎo)管中滑動，使導(dǎo)管承受側(cè)向壓力 ， 并且氣門的部分熱 量也從導(dǎo)管中逸出。導(dǎo)管與氣門這對摩擦副由于靠近氣門頭部 ， 所以溫度較 高，潤滑油易結(jié)炭 ， 但供給摩擦副的潤滑油又不能過多 ， 以免流入燃燒室， 因此要 求導(dǎo)管在潤滑較差的情況下能耐磨。近年來，我國開始廣泛應(yīng)用鐵基 粉末冶金導(dǎo)管，在不良的潤滑條件下 ， 工作可靠、磨損小，同時工藝性好、 造價低。 導(dǎo)管的外表面一般都設(shè)計成光滑的圓柱，沒有任何凸臺 ， 以便無心磨床 的加工。導(dǎo)管的長度取決于氣缸蓋的布置，只要位置允許，應(yīng)盡量長些，最 好不要小于氣門桿直徑的 6倍，以減小對導(dǎo)管的側(cè)壓力，并有利于氣門的導(dǎo) 向和散熱。 導(dǎo)管與氣門桿的配合間隙應(yīng)認(rèn)真選擇，間隙過大則散熱不良 ，同時氣門 在導(dǎo)管中易擺動、沖擊，使氣門和氣門座磨損不均勻而造成漏氣、漏油，這 種滲漏甚至使氣門頭部燒損。間 隙過小對氣門座偏心的的補(bǔ)償能力下降 ， 還 會因氣門桿受熱而卡在導(dǎo)管中。進(jìn)、排氣門工作條件不同 ， 所取間隙也不同， 一般進(jìn)氣門取氣門桿直徑的 ? 倍，排氣門取氣門桿直徑的 ? 0. 012 倍。 在本次設(shè)計的 485 柴油機(jī)中，氣門導(dǎo)管長度取 6do=6x8=48mm。 綜合 考慮，在此取 /=50mm。 間隙值為： 進(jìn)氣門 :(? ) x 8=? 22 排氣門： （ ? ) x 8=? 167。 氣門頭部直徑、升程和氣門口直徑選擇的是否合適 ， 主要看氣門口和氣 門的通路面積是否足夠的大。可用氣門最大升程下（如圖52),流通通路斷 面處的假定平均氣流速度值來進(jìn)行校核。 校核公式： 39。 C x Fv 式中， 39。一一相當(dāng)于在整個進(jìn)氣或排氣過程中，氣門經(jīng)常保持最大升程 時，氣門通路斷面處的假定平均氣流速 (m/s) c一一一個氣缸中同名氣門的數(shù)目 FV 氣門在最大升程時的通路面積 (m2) FP一一活塞面積 (m2),