【正文】 均膨脹多變指數(shù) 可取范圍： ~ 取 ?n 1新鮮充量在氣 缸中加熱量 可取范圍：（ 1020）℃ 取 T? ＝ 15℃ 167。 中小型高速柴油機(jī)用銅或鋼和鋁皮制成油、水和氣孔的卷邊板，厚度一般為 ~ 。 6） 中小型高速柴油機(jī)缸墊一般厚度約為 ~ ，強(qiáng)化柴油機(jī)缸墊約為 ~ 。在運(yùn)輸、貯存和安裝中不易損壞和生銹。 3） 裝拆方便，可重復(fù)使用。與缸墊相接觸的零件，不應(yīng)發(fā)生化學(xué)和電解作用。 一個(gè)良好的氣缸蓋襯墊應(yīng)滿足以下的主要要求： 1） 具有良好的彈性、導(dǎo)熱性、防腐性、抗粘性和抗老化穩(wěn)定性。 167。 綜合考慮，采用每缸六個(gè)螺栓，相鄰兩缸共用兩個(gè)，共 18 個(gè) M12 螺栓（如圖 21）。 關(guān)于螺栓結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量采用柔性螺栓。 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 24 圖 33 氣缸蓋螺栓的布置示意圖 螺栓預(yù)緊力不宜太大，以免氣缸蓋變形和螺栓斷裂。 間距均勻布置，但不宜大于缸徑，應(yīng)盡可能取小些，同時(shí)螺栓應(yīng)盡可能靠近缸邊。螺栓的數(shù)目要足夠以保證密封要緊可靠，減少局部變形使密封可靠，因此設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮如下要求： 氣缸蓋螺栓的數(shù)目和布置有各種方案。 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(guò)大產(chǎn)生熱應(yīng)力，造成變形和裂紋，對(duì)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(shuō)明書 22 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(shuō)明書 21 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(duì)稱布置有困難，三者中心線不得不互相錯(cuò)開(kāi)，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(jiàn)圖 32） [14]。 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(guò)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 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(guò)量空氣系數(shù) Ф a 時(shí)有較好的燃燒過(guò)程，則需采 車輛與動(dòng)力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 20 用有渦流的深坑形燃燒室 [12]。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(kāi)始。傾斜，可排除冷卻水中的氣泡，有助于搖臂機(jī)構(gòu)潤(rùn)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(lái)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(shuō)明書 18 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(shì)。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。3. 5 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(jiǎn)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≤ 105mm 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(shuō)明書 17 167。 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?jiàn)氣缸蓋材料的導(dǎo)熱系數(shù)要大，熱膨脹系數(shù)要小。因此對(duì)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(chǎng)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(duì)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(lái)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(lái)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(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)有著重要影響，對(duì)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(shuō)明書 14 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(jìng)爭(zhēng)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(jiǎn)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(shuō)明書 13 耐久，它們互相之間必須嚴(yán)格保持精確的相對(duì)位置，因此在機(jī)體設(shè)計(jì)中必須對(duì)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(jiàn)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。 .4 氣缸蓋 氣缸蓋的工作條件是非?？量痰模惺苋紵龤怏w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(wèn)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(jiǎn)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(zhǎng)度，以降低發(fā)動(dòng)機(jī)的總體尺寸和總重量； 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(lái)。 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(rùn)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?；钊麥囟壬撸蛊洳?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(guò)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