【正文】 本設(shè)計中選取 n=5， m=6，則 q=10， r=16， s=22。 Cq=(Htmaxsrp+Q(sr+sp+rpsrp+1))/((sq)(rq)(pq))。以基本工作段起點作為計算起點，對應(yīng) ? =0，挺柱升程 th =0；為了計算方便，以無因次量01?? ??? 作為自變量 ( 0? 為工作段半包角 )，挺柱工作段始點 1?? ；挺柱最大升程處 0??? ，0?? ；工作段終點處 02??? ，對應(yīng) 1??? 。凸輪轉(zhuǎn)角處，第二缸的進氣凸輪在第四缸進氣凸輪后 90176。)=127176。； 2? —— 排氣滯后關(guān)閉角，本設(shè)計取 2? =21176。實際上選定了配氣相位角后即可算出凸輪作用角： 進氣凸輪： ? =? (180176。目前絕大多數(shù)凸輪軸都是每兩缸設(shè)置一個支承。0r = 0r +i? =13+ =13+= 2. 凸輪寬度 b b =(～ ) 0r =～ 13(mm) 取 b =12mm 3. 挺住最大有效升程 maxTh maxTh 決定于氣門最大升程 maxVh 和氣門驅(qū)動機構(gòu)傳動比 i,由于 i=～ , 33 本次設(shè)計取 i= 因此 maxTh = maxVh /i=9/= 4. 支承軸頸 本次設(shè)計選擇的是整體式凸輪軸，在裝配時是將凸輪軸從機體的一端插入的，因為軸承又往往是整體式薄壁軸瓦，所以為了使凸輪軸能通過軸瓦內(nèi)孔而將支承軸頸的半徑制成比凸輪軸中心至凸輪頂端距離大 ～ (mm)。 2. 根據(jù)發(fā)動機的總體布 置的要求以及允許的彎曲變形，合理的確定其支承的軸頸數(shù)、軸頸大小和凸輪軸的最小直徑尺寸。 8. 應(yīng)使配氣機構(gòu)各傳動零件受力和磨損較小，工作可靠，使用期限長。 4. 具有恰當(dāng)?shù)臍忾T落座速度，以免氣門和氣門座的過大磨損和損壞。具體要求可歸結(jié)為如下幾點： 1. 具有合適的配氣相位。 3. 確定恰當(dāng)?shù)牟牧虾蜔崽幚矸椒?，使其具有足夠的韌性和剛度又在凸輪和支撐軸徑的表面具有合適的硬度，確保具有良好的耐磨性 [2]。 31 第七章 凸輪軸與氣門傳動件的設(shè)計 167。即 m a x2 3 6 9 9 .3 1 8 .2 31300ncfn ??＞ 10 因此設(shè)計的內(nèi)彈簧 是安全的。 氣門彈簧的共振校核 當(dāng)彈簧的自振頻率為發(fā)動機凸輪軸轉(zhuǎn)速的整數(shù)倍時，在氣門升程曲線某一諧波（其頻率等于彈簧自振頻率的諧波）的激發(fā)下，彈簧將發(fā)生共振，共振時噪音增加，彈簧有效彈力下降，并在彈簧鋼絲斷面上產(chǎn)生附加應(yīng)力。 29 ? ?0 0 .3 1 5 0 1 2 0 % 5 4? ? ? ? ? ?kgf/mm2 則： 5 4 0 .7 5 2 8 .1 7N 1 .3 45 6 .3????＞ 因此，外彈簧的疲勞強度滿足要求。 ? ?0 0. 3 16 5 1 20 % 59 .4? ? ? ? ? ?kgf/mm2 則： 5 9 .4 0 .7 5 2 1 .3 5N 1 .4 15 3 .5????＞ 因此，內(nèi)彈簧的疲勞強度滿足要求。 氣門彈簧的強度校核 一、疲勞強度校核計算 氣門彈簧工作時承受交變載荷，故應(yīng)對其進行疲勞強度校核計算。 圖 61 彈簧載荷三角形 彈簧材料切變模量 G=8000 kfg/mm2 內(nèi)彈簧： 4 23228Gd fn PD?=，取 n =7 圈 ； 1 2inn?? =9 圈 外彈簧： 4 23228Gd fn PD?=，取 n =5 圈 ； 1 2enn?? =7 圈 六、彈簧高度的計算 在計算彈簧高度時，應(yīng)使氣門全開時彈簧各工作圈之間保持一定的最小間隙 min? ，一般 ?? （ mm ） 。 內(nèi)彈簧鋼絲直徑的確定： 彈簧材料選用 65Mn 彈簧鋼絲，假設(shè)內(nèi)彈簧鋼絲直徑約為 ～ ，查柴油機設(shè)計手冊表 1324 得彈簧的抗拉強度 σ b=165(kgf/mm2)： 許用切應(yīng)力 ? ? 165 ? ? ? ?kfg/mm2 將上述數(shù)據(jù)代入式（ 53），得 38 KC 1069? ? ； 查柴油機設(shè)計手冊表 1325 得旋繞比 C =； 由 2d ii DC?得， d=，圓整到國家標準規(guī)定的鋼絲直徑： di =。 設(shè)計彈簧時，考慮到彈簧的最大彈力需有一定的裕量，本設(shè)計中彈簧最大彈力按 照 P1=18kgf 計算，則 P2==45(kgf)。 167。氣門彈簧的設(shè)計常常受到尺寸上的限制，因此氣門彈簧應(yīng)有合理的結(jié)構(gòu)尺寸和允許的應(yīng)力范圍，氣門彈簧應(yīng)有較高的疲勞強度，制造上應(yīng)保證一定的精度并盡力避免各種缺陷。 3. 在負加速度段氣門彈簧的彈力要大于慣性力，防止零件發(fā)生脫離。 本次設(shè)計的 485 柴油機轉(zhuǎn)速為 2600r/min，屬中高速柴油機，根據(jù)柴油機設(shè)計手冊表 132，進氣平均氣流速度 veW 的范圍為 60～ 80m/s，排氣平均氣流速度 veW 的范圍為 70～ 100m/s，設(shè)計計算得出進氣平均氣流速度veW =，排氣平均氣流速度 veW =，因此氣門通路滿足設(shè)計要求。間隙值為： 進氣門： （ ～ ） ? 8=～ 排氣門： （ ～ ） ? 8=～ 20 167。間隙過小對氣門座偏心的的補償能力下降，還會因氣門桿受熱而卡在導(dǎo)管中。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。綜合考慮到氣門的溫度和沖擊載荷的限制，在本次 485 柴油機的設(shè)計中，因其適用于運輸車輛中，所以其負荷較高，因此，取進氣門取材料為 40Cr，排氣門取材料為 4Cr9Si2Mn[1]。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 柴油機的設(shè)計中采用鎖夾槽來連接，槽內(nèi)不允許出現(xiàn)尖角。因此，本次設(shè)計的 485 柴油機氣門桿直徑為：38? 16%～ 32? 25%=～ 8，在此取氣門的桿直徑為： d0=8mm。 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。 （ 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。因此，在本次 485 柴油機的設(shè)計中，進、排氣門錐面斜角 ? 均取 45176。兩種。本次設(shè)計的 485 柴油機采用平底型氣門 [2]。圖 51 所示為氣門的基本結(jié)構(gòu)及名稱。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]。 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，增加其進氣沖量。 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)。 氣門的工作條件與設(shè)計要求 一、氣門的工作條件 氣門是發(fā)動機的重要零件之一。 3. 當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速較高時，為了減小氣門傳動機構(gòu)的往復(fù)運 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。 167。 [1] 應(yīng)該指出，同時滿足這三個要求是比較困難的。 14 第四章 配氣機構(gòu)總體布置 配氣機構(gòu)的任務(wù)是實現(xiàn)換氣過程，即根據(jù)發(fā)動機工作次序定時開啟和關(guān)閉進、排氣門，以保證氣缸排除廢氣和吸進新鮮空氣。有可能造成進、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)濟性降低。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。而且，柴油機總高度減小，總重量減小，且連桿越短，重量越輕，往復(fù)直線運動部分的質(zhì)量和不平衡回轉(zhuǎn)部分的質(zhì)量件減小，其運動時產(chǎn)生的慣性力也減小，可以減少發(fā)動機的振動。因此在現(xiàn)代高速柴油機的設(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 λ 值。此外，較小的 DS/ 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。同時，連桿也可以短一些，這對其強度和剛度都有利。 當(dāng)每一氣缸工作容積一定時，應(yīng)采 用較小的 DS/ 值。 活塞平均速度： 2230 4 8. 67 /850. 78 56 0. 78 56 4 6. 110 0 10 0emmePC m sDzP? ?? ? ?? ? ? ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ? 167。所以隨活塞平均速度提高，必須增大氣門通道面積，選用好材料，提高加工精度。 三、mC對磨損和壽命的影響 柴油機氣缸活塞組由氣壓引起的磨損速率可認為與摩擦功率成正比，即隨mC提高，柴油機的壽命可能急速下降。 二、mC對熱負荷的影響 柴油機氣缸內(nèi)單位時間所發(fā)出的熱量與功率 eP 成正比，因而與 MD?2 成正比。通常采用短沖程而提高轉(zhuǎn)速 ，使活塞平均速度在不至于過高的情況下來提高柴油機的單位體積功率。 平均有效壓力： 30 3 0 4 3 0 0 . 6 1 0 6 . 10 . 5 6 7 2 6 0 0 4em e asPP M PV n i? ??? ? ? ?bar 167。 167。 指示參數(shù)的計算 一、平均指示壓力 mip 12111211 1 1[ ( 1 ) ( 1 ) ( 1 ) ]1 1 1n pd e cm i n p nnccpp nn???? ? ?? ? ?????? ? ? ? ? ? ?? ? ? 1 . 3 51 . 2 5 1 1 . 2 5 19 1 1 8 1 . 7 8 1 . 1 6 3 1 1 10 . 9 3 [ 1 . 7 8 ( 1 . 1 6 3 1 ) ( 1 ) ( 1 ) ]1 8 1 1 . 2 5 1 1 5 . 9 7 1 . 3 5 1 1 8mip ????? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? mip = 二、指示功率 iP 0 . 7 2 9 0 . 5 6 7 2 6 0 0 4 3 5 . 83 0 3 0 4m i si p V n iP ?? ? ? ? ? ?? ? ??kW 三、指示熱效率 i? 0 1 . 7 0 . 4 9 5 2 9 3 7 2 9 . 48 . 3 1 3 8 . 3 1 3 4 4 1 0 0 9 9 0 . 8 5a d m iiu a b cL T pHp?? ?? ?? ? ? ? ? ? ?=% 四、指示油耗 ib 333 6 0 0 1 0 3 6 0 0 1 00 . 4 0 3 4 4 1 0 0i iub H? ??????=(kW?h) 167。 進排氣過程計算 一、排氣壓力 rp (kPa) ? =110kpa 二、缸內(nèi)排溫 800rT? K 三、進氣終點壓力 dep (kPa) 91de app??kPa 四、進氣終點溫度 drT (K) 2 9 3 0 . 0 5 8 0 0 3 3 6 . 21 1 0 . 0 5d r rdrrT T TT ??? ? ? ??? ? ???K 五、沖量系數(shù) ? ? 六、柴油機總空氣流量 aA (kg/h) 0 . 8 5 0 . 9 8 1 0 1 0 . 5 6 7 4 2 6 0 03 0 3 0 4 0 . 2 8 7 2 9 3a b sa a cddp V i nA RT?? ? ? ? ? ? ??? ? ? ?= 8 167。 表 21 485 柴油機的相關(guān)參數(shù) 參數(shù)名稱 參數(shù)值 參數(shù)名稱 參數(shù)值 有效功率 eP (kW) 30 壓縮比 c? 18 柴油機轉(zhuǎn)速 n(r/min) 2600 最高燃燒壓力 maxp (MPa) 8 氣缸數(shù) i 4 過量空氣系數(shù) a? 氣缸直徑 (mm) 85 充量系數(shù) c? 活塞行程 S(mm) 100 167。 2) 提供在設(shè)計階段零部件強度計算的依據(jù)。 5 但是發(fā)動機要想同時滿足上述全部要求是相當(dāng)困難的，因為這些要求是相互矛盾的。意義如上所述。為此目的，國家擬訂出以缸徑為基本尺寸的系列型譜。 六、 “ 三化 ” 問題 所謂三化問題是指產(chǎn)品系列化、零部件通用化和設(shè)計標準化。衡量柴油機的外形尺寸指標是單位體積功率。起動性好即指柴油機起動迅速可靠，一般柴油機要求在 5℃氣溫下不附加任何輔助裝置就能順利起動。本次設(shè)計中的 485 柴油機主要應(yīng)用在 輕型卡車、農(nóng)用運輸車、裝卸車、叉車等各種中小型工程機械 中，其工作負荷變化較大，因此要有較高的可靠性與耐久性指標 [35]。 可靠性指標通常是以在保證期內(nèi)不停車故障次數(shù)、停車故障次數(shù)以及更換主要零件和非主要零件的數(shù)目來表示。 二、動力性指標 柴油機的動力性指標是指柴油機的額定功率、額定轉(zhuǎn)速及扭矩，這些指標是根據(jù)與之配套的使用要求而確定的。其材料盡可能采用一般鋼材，零部件工藝性要好，要適合于大量生產(chǎn)，而且這類柴油機除了和其他機械一樣，都要求產(chǎn)品重量輕、體積小、質(zhì)量好、效率高、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便和維修、保養(yǎng)簡單，對于這一類柴油機是具體要求可以概括為： 一、 經(jīng)濟性指標 柴油機的經(jīng)濟性指標通常都是以燃油消耗率和機油消耗率作為柴油機經(jīng)濟性的主要指標。特別是其強勁的動力，合理的價格必將深受廣大客戶青瞇。 485 柴油機結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、制造成本也較低、比較省油，且具有較大的輸出扭矩。 我國柴油機技術(shù)的落后、產(chǎn)品質(zhì)量差以及車輛使用中維修保養(yǎng)措施不力，導(dǎo)致低性