【正文】 氣缸蓋螺栓數(shù)目及布置方案與氣缸蓋結(jié)構(gòu)型式、氣道、水孔、推桿孔位置及缸心距有關(guān)。 167。所以氣缸蓋的進(jìn)水孔原則上應(yīng)均布于氣缸的周圍，每缸 4 ~ 8 個(gè)，以免形成死區(qū)。如果由于高溫而出現(xiàn)沸騰狀態(tài)，傳熱會(huì)進(jìn)一步惡化，溫度會(huì)進(jìn)一步升高。 （ 3） 將進(jìn)排氣門座之間加工成 R 圓弧的小坑，以減薄此處的火力面壁 厚，有利于熱量的傳遞，同時(shí)，還可減少熱應(yīng)力而避免熱疲勞裂紋。 （ 1） 進(jìn)排氣門之間的“鼻梁區(qū)”應(yīng)盡可能大些，使水的流量加大，或者采用定向噴水管以便很好的冷卻進(jìn)排氣道的壁面。加上這里金屬的厚薄差別很大，溫度分布不均勻，往往出現(xiàn)裂紋。 為了使氣缸蓋各部分溫度分布盡可能均勻，避免局部溫差過大產(chǎn)生熱應(yīng)力，造成變形和裂紋，對冷卻水道的設(shè)計(jì)，應(yīng)遵循下列原則 [ 6]： 加快冷卻水的流速 提高水的流速可是層流層減薄，有利于傳熱，從而減小底板兩側(cè)的溫差，以降低熱應(yīng)力；并且降低受熱面的最高溫度值，使材料處在較低的溫度下工作，以保持較高的抗蠕 變能力。 氣缸蓋的冷卻 氣 缸蓋結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各點(diǎn)間的溫差很大，熱應(yīng)力比機(jī)械應(yīng)力還大。進(jìn)氣道不但要求阻力小，根據(jù)不同機(jī)型的實(shí)際情 況，還要求進(jìn)入氣缸后的氣流具有一定的渦流 運(yùn)動(dòng)。喉口處的面積為進(jìn)口面積的 80～ 90%，從喉口到氣門座應(yīng)有一段引流，進(jìn)氣道喉口直徑為進(jìn)氣門直徑的 92～ 96%。排氣道在氣缸蓋內(nèi)必須盡可能短，以減少向冷卻水的傳熱。氣 道喉口直徑為排氣門直徑的 92～ 96%。 氣道設(shè)計(jì)要符合下列空氣動(dòng)力學(xué)的要求：氣道截面積要大，變化要緩慢，拐彎圓角要順，表面要盡量光滑。為了氣門驅(qū)動(dòng)方便，當(dāng)采用兩氣門時(shí)，一般都將氣門中心線的連接線放在平行 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 23 曲軸軸線方向。 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 22 圖 32 噴油器與燃燒室的位置關(guān)系 167。 燃燒室、噴油器與氣缸最好同心布置，但在二氣門的氣缸蓋上對稱布置有困難，三者中心線不得不互相錯(cuò)開，并且由于進(jìn)氣門比排氣門大，使燃燒室中心和噴油器向排氣門一側(cè)偏移（見圖 32） [ 1 4]。 噴油器的布置 噴油器可布置在氣缸中心線上，或做很小的偏移。通過經(jīng)驗(yàn)公式 : Ddsi )~(? Ddse )~(? 取 30?sid ； 26?sed 。兩氣門之間或氣門與噴油器座之間的冷卻水套空間曲面最小半徑應(yīng)取 3 毫米左右，澆鑄壁厚一般取 5 毫米。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，這個(gè)距離一般取 D 為宜 [ 3]。但增大喉口直徑受到一定限制，首先應(yīng)使同一氣缸的所有氣門能在氣缸底板這一有限尺寸內(nèi)安排的下，同時(shí)還須安排噴油器。 喉口尺寸的選擇和布置 氣缸蓋底板上的氣門座孔通常叫做喉口。為了獲得較好的性能指標(biāo)，須在較小的過量空氣系數(shù) Фa 時(shí)有較好的燃燒過程，則需采用有渦流的深坑形燃 燒室 [ 1 2]。本次設(shè)計(jì)的 480 高速柴油機(jī)要求為直接噴射式柴油機(jī)。 167。 氣缸蓋火力面的布置 氣缸蓋的設(shè)計(jì)應(yīng)從火力面的布置開始。傾斜，可排除冷卻水中的氣泡，有助于搖臂機(jī)構(gòu)潤滑油流回曲軸箱。 缸蓋其余尺寸確定 小型柴油機(jī)氣缸蓋頂面有 1176。 圖 31 缸蓋底板厚度與缸徑的關(guān)系 ? ? 指缸蓋底面厚度范圍 查圖 31，缸蓋厚度δ取 9mm。 目前多數(shù) 柴油機(jī)缸蓋按缸徑大小來選擇底面壁厚。 167。當(dāng)然，這樣做要增加一 些內(nèi)燃機(jī)高度和重量，但綜合效果還是利多于弊。氣缸蓋 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 19 高度的適當(dāng)提高，其內(nèi)腔高度也相應(yīng)增大，冷卻水阻力減小，流量增大?，F(xiàn)代中小型高速柴油機(jī)氣缸蓋的高度，特別是多缸整體氣缸蓋的高度，有適當(dāng)加大的趨勢。同時(shí)，氣缸蓋高度也取決于氣道、水腔、壁厚、燃燒室結(jié)構(gòu)和噴油器尺寸的布置。 氣缸蓋主要尺寸的確定 167。這次設(shè)計(jì)的 480 柴油機(jī)采用的是整體式氣 缸蓋，這樣有利于制造和批量生產(chǎn)。但是單體式氣缸蓋 在結(jié)構(gòu)上就比較困難，因?yàn)楦鞑糠直诤衽c泥芯截面尺寸受到造型和澆鑄條件的限制而不能按缸徑比例縮小，這樣就不能在保證有適當(dāng)?shù)谋诤窈湍嘈境叽绲臈l件下得到既有足夠的氣道面積又有先進(jìn)的氣缸中心距。 因此被小型和高速輕型水冷式 內(nèi)燃機(jī)廣泛采用。 4）受力不均勻，熱應(yīng)力較高，易翹曲，變形大，密封 性差。 2）氣缸蓋上的油、水管路布置簡單。 氣缸中心距可取的較小，結(jié)構(gòu)緊湊，零部件數(shù)量少。 當(dāng)缸徑 D≤ 105 mm 時(shí)，一般多采用整體式氣缸蓋。 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 18 167。 以新材料應(yīng)用為主要途徑的柴油機(jī)輕量化是柴油機(jī)發(fā)展的方向，它可以降低燃油消耗、節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境。處在研究階段的有聚合物復(fù)合材料與蠕墨鑄鐵。顯然，此值愈大，則熱強(qiáng)度愈好?？梢姎飧咨w材料的導(dǎo)熱系數(shù)要大，熱膨脹系 數(shù)要小。因此對于氣缸蓋材料的鑄造性能必須予以足夠的重視。 氣缸蓋的材料 選擇合適的材料是設(shè)計(jì)工作的重要環(huán)節(jié)之一。 冷卻合適，缸蓋溫度場分布均勻，避免氣門座之間形成裂紋。 六、材料的選擇應(yīng)綜合考慮鑄造性、焊接性和耐磨性，要具有良好的強(qiáng)度及導(dǎo)熱性，熱膨脹系數(shù)要小，成本低廉。 四、對配氣機(jī)構(gòu)、噴油器及螺栓等部件的布置，要考慮維修與調(diào)整方便。 二、要根據(jù)混合氣形成和燃燒方式布置出合理的燃燒室形式，氣門和氣道布置合理，力求使柴油機(jī)性能良好。 從氣缸蓋的功用和工作條件出發(fā)，它應(yīng)當(dāng)滿足下列要求 [ 7 ]： 一、氣缸蓋應(yīng)具有足夠的 強(qiáng)度和剛度，工作時(shí)缸蓋變形最小并保證與氣缸的接合面和氣門座的接合面有良好的密封。 氣缸蓋的設(shè)計(jì)要求 氣缸蓋的工作條件是比較苛刻的，它要承受燃燒的高溫高壓氣體產(chǎn)生 的作用。 在氣門座與噴油器座孔附近，不但溫度高，而且溫度分布也不均勻，壁厚分 布也不一樣，變形也不相同，這些因素都使應(yīng)力了增加，因而在這些地方最容易產(chǎn)生裂紋。 實(shí)踐證明，氣缸蓋底板的厚度受到鑄造條件的限制不會(huì)很薄，而且還有氣道、噴油器座、氣門導(dǎo)管座等部分加強(qiáng)了它的承載能力，所以由氣體壓力所產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力并非十分危險(xiǎn)。 三、熱應(yīng)力 氣缸蓋上各部分的溫度分布是很不均勻的，當(dāng)各部分因溫差而產(chǎn)生的變形受到限制時(shí)就產(chǎn)生熱應(yīng)力。由預(yù)緊力而產(chǎn)生的應(yīng)力成為氣缸蓋的安裝應(yīng)力。它具有脈動(dòng)性質(zhì)，其應(yīng)力變化周期和內(nèi)燃機(jī)工作循環(huán)的周期相同，頻率較高。氣缸蓋機(jī)械負(fù)荷的大小一般就用最高壓爆發(fā)力來衡量。 同時(shí)，為了讓內(nèi)燃機(jī)的正常工作，要在氣缸蓋內(nèi)外安裝許多零部件，所以在柴油機(jī)氣缸蓋上要布置進(jìn)排氣門、氣門座、進(jìn)排氣道、螺栓孔、噴油器及冷卻水道等等，使 氣缸蓋的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，所以鑄造殘余應(yīng)力也很大。 氣缸蓋的工作條件 氣缸蓋主要是用來密封氣缸，并與活塞、氣缸套共同形成燃燒空間， 并承受高溫高壓燃?xì)庾饔谩? 氣缸蓋的合理設(shè)計(jì)對發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)有著重要影響，對 改善發(fā)動(dòng)機(jī)性能起著重要作用，因此，氣缸蓋的正確設(shè)計(jì)是十分重要的。其外圍要與進(jìn)氣管組件、排氣管組件、配氣機(jī)構(gòu)組件、部分傳動(dòng)組件、氣門室罩組件等發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)所必須的一些輔助部件相連接。 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 15 第三章 氣缸蓋設(shè)計(jì) 氣缸蓋作為發(fā)動(dòng)機(jī)中結(jié) 構(gòu)形狀最為復(fù)雜、功能最為重要的部件之一，也是提高整機(jī)性能的重要結(jié)構(gòu)件之一，是發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)競爭的焦點(diǎn)。 機(jī)體的接近性要好（即易接近氣缸蓋、運(yùn)動(dòng)件和附件等），便于零件和部件的裝拆、維修和搬運(yùn)。 要求尺寸小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單。 依據(jù)受力情況，合理設(shè)計(jì)受力部位的結(jié)構(gòu)和形狀。 為了保證內(nèi)燃機(jī)活塞、連桿、曲軸、氣缸等主要零件工作可靠、 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 14 耐久，它們互相之間必須嚴(yán)格保持精確的相對位置，因此在機(jī)體設(shè)計(jì)中必須對重要表面的尺寸、幾何形狀、相互位置等提出很嚴(yán)格的公差要求。 機(jī)體在設(shè)計(jì)時(shí)一定要保證其具有一定的強(qiáng)度和足夠的剛度。 機(jī)體組 中小型高速水 冷柴油機(jī)的氣缸體與曲軸箱一般做成一體，總稱為機(jī)體。具體詳細(xì)見第三章。 各個(gè)零部件以及氣門機(jī)構(gòu)要拆裝方便。 要布置好進(jìn)、排氣道和氣缸蓋的螺栓。 氣缸蓋 氣缸蓋的工作條件是非?？量痰?，它要承受燃燒氣體的高溫高壓的作用。 曲軸組的設(shè)計(jì)要點(diǎn)包括：曲柄銷，主軸頸，曲柄，平衡重，油孔的 位置和尺寸的設(shè)計(jì)以及飛輪的設(shè)計(jì)。 在曲軸的設(shè)計(jì)方面有幾點(diǎn)要注意，首先，因?yàn)榍S在工作中要承受扭轉(zhuǎn)力矩的作用，因此曲軸在設(shè)計(jì)時(shí)必須要注意解決的主要問題是保證軸頸與軸承工作可靠并且耐用，再者要有足夠的抗彎剛度，還有在工藝上也應(yīng)注意，設(shè)計(jì)盡量簡單，要在保證足夠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的情況下減小飛輪的質(zhì)量。它的尺寸參數(shù)在很大程度上不僅影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的整體尺寸和重量，而且也在很大程度上影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性與壽命。 曲軸飛輪組 曲軸組由曲軸、飛輪、平衡重以及傳動(dòng)齒輪等構(gòu)成。必須從材料選用、構(gòu)形設(shè)計(jì)、熱處理及表面強(qiáng)化等方面采取措施。 在設(shè)計(jì)時(shí)候應(yīng)遵循以下的原則 [ 8 ]： 在保證具有足夠強(qiáng)度和剛度的前提下，盡可能減輕重量，以降低慣性力； 盡量縮短長度，以降低發(fā)動(dòng)機(jī)的總體尺寸和總重量； 結(jié)構(gòu)簡單，尺寸緊湊，可靠耐用； 大小頭軸承工作可靠，耐磨性好； 連桿螺栓疲勞強(qiáng)度高，連接可靠； 易于制造，成本 低。 連桿必須具 有足夠的結(jié)構(gòu)剛度和疲勞強(qiáng)度。作用在活塞上的力經(jīng)連桿傳給曲軸。連桿把活塞和曲軸連接起來。 167。 活塞的設(shè)計(jì)要點(diǎn)包括：活塞頭部的設(shè)計(jì)，活塞銷座的設(shè)計(jì)，活塞裙部及其側(cè)面形狀的設(shè)計(jì)。由于此處潤滑不良，磨損更嚴(yán)重。 三、強(qiáng)烈的磨損 內(nèi)燃機(jī)在工作中產(chǎn)生的側(cè)向力是較大的，特別在短連桿內(nèi)燃機(jī)中其側(cè)向力更大。活塞溫度升高，使其材 料的機(jī)械強(qiáng)度降低，抗彈性變形和抗塑性變 形的能力降低。 二、承受很高的熱負(fù)荷 在內(nèi)燃機(jī)工作過程中，活塞頂直接和燃?xì)饨佑|，燃?xì)獾淖罡邷囟纫话氵_(dá)到 2021℃左右。 活塞 活塞的工作條件很惡劣，它 的工作情況可以概括為以下幾點(diǎn)： 一、承受很大的機(jī)械負(fù)荷 在內(nèi)燃機(jī)工作中，活塞組 承受的機(jī)械負(fù)荷包括氣體壓力、慣性力及此產(chǎn)生的側(cè)作用力。 167。但壓縮比的增加將使氣缸的最高爆發(fā)壓力 Pz 和壓力升高率相應(yīng)上升，使發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷水平、振動(dòng)和噪音大大增加 [5]；同時(shí)，各運(yùn)動(dòng)件的慣性力和摩擦磨損增加，機(jī)械損失增大，造成柴油機(jī)的使用壽命下降。 壓縮比 ? 的確定 壓縮比反映了柴油機(jī)的強(qiáng)化程度，直接影響柴油機(jī)的性能、機(jī)械負(fù)荷、起動(dòng)性能以及主要零件的結(jié)構(gòu)尺寸。 綜合考慮，本次設(shè)計(jì)曲柄連桿比取λ = 。目前λ值已大到 1/，常用范圍為 1/4～ 1/ [ 5]。行程