【正文】 剛度和強度的方法和措施1）加強筋的布置a．直列式龍門式機體的橫截面主軸承座處，螺栓搭子上一般應(yīng)有數(shù)條橫筋和豎筋。 b．凸輪軸孔，油孔，水孔等，力求不直接位于作用線上，可布置成稍傾斜的加強筋，使作用里從凸輪軸孔的側(cè)面?zhèn)鬟f過去，能減小孔邊緣局部應(yīng)力。螺栓搭子應(yīng)有大圓弧或錐度過渡。否則，承載面難以減輕加強筋所引起的應(yīng)力不均勻。氣缸套受到相當(dāng)大的機械應(yīng)力和熱應(yīng)力。氣缸套還要承受活塞的側(cè)壓力，而且活塞在它的表面做高速的運動，使氣缸內(nèi)壁受到強烈的摩擦。大修不但增加使用成本，而且降低機器的使用壽命。氣缸套外壁還受到冷卻水的穴蝕，它也決定氣缸套的使用壽命。設(shè)計缸套要注意提高剛度和耐磨性，防止拉缸，穴蝕和支承凸肩斷袋，減少熱變形和安裝變形。設(shè)計也選用灰鑄鐵。常用的鑄鐵有高磷鑄鐵和硼鑄鐵兩類，設(shè)計中選用高磷鑄鐵。（2）缸套的分類缸套分為干式缸套，濕式缸套和整體式缸套。一般是動配合或者過渡配合裝入機體中。但是鑄造工藝要求高，廢品率較高，散熱效果比較差。它的外表面與冷卻水直接接觸，冷卻和散熱效果比較好，氣缸套的熱應(yīng)力和變形較小，對于機體上的污物，水垢容易清除。3）整體式缸套：氣缸套與機體連成一體，剛度和強度高于干式缸套和濕式缸套，但鑄造復(fù)雜，維修與更換不方便。（3）濕式缸套的結(jié)構(gòu)和尺寸 缸套的壁厚n與m（如上圖）：根據(jù)《柴油機設(shè)計手冊》，n范圍在（）D之間，m范圍在（）D之間。2）圓角及圓弧的過渡：取R=R1= mm。4）氣缸套凸肩應(yīng)該高于氣缸體上平面= mm，這樣當(dāng)緊固氣缸蓋時，可將氣缸蓋襯墊壓得更緊，以保證氣缸的密封性，防止冷卻水和氣缸內(nèi)的高壓氣體的竄漏，要求相鄰的兩個氣缸套的凸肩高出機體頂面高度應(yīng)大致相等。為了減少凸緣所受的彎曲應(yīng)力，在缸套頂面加工倒角。缸套的軸向定位采用環(huán)形支承凸肩，設(shè)在機體的上部，這種定位加工簡單，拆裝方便。同時承受高溫高壓燃氣的作用，為保證氣缸蓋與氣缸套之間的密封，氣缸蓋還要受到很大的螺栓預(yù)緊力，而氣缸蓋的各部分溫度分布很不均勻，因此燃燒壓力和交變熱應(yīng)力很大。缸呆變形過大，氣門損壞，等密封破壞，都會使內(nèi)燃機無法工作。常用的氣缸蓋的材料有鑄鐵，鋁合金和鋼。（2）在氣缸蓋內(nèi)一般有近排氣道，氣門導(dǎo)管孔，冷卻水腔，潤滑油孔道，起動閥，安全閥等裝置，并裝有配氣機構(gòu)和噴油器等零部件。（3）氣缸蓋設(shè)計受燃燒室，配氣機構(gòu)，氣門等零部件的影響。在設(shè)計中選用“型”燃燒室，一個缸用一個蓋，即單體氣缸蓋，一缸一個進氣門一個排氣門?；鹆γ娌贾冒ㄈ紵业牟贾?，噴油器的布置。在“鼻梁區(qū)”（氣門座孔和噴油器孔之間的區(qū)域），由于熱疲勞，最容易產(chǎn)生熱裂紋，應(yīng)該首先保證有足夠的冷卻，設(shè)計中在鼻梁區(qū)鉆水孔以加強冷卻。其做用是保證氣缸蓋與氣缸體接觸面的密封，防止漏氣，漏水和漏油。螺栓數(shù)目要足夠，以保證壓緊均勻，減小局部變形，密封可靠。螺栓的布置應(yīng)該盡量相對氣缸中心線均勻分布，否則可能由于氣缸受力不均引起局部變形。上曲軸箱與氣缸體鑄成一體，下曲軸箱用來貯存潤滑油，并封閉上曲軸箱，故又稱為油底殼。曲軸[4]曲軸是發(fā)動機中最重要的機件之一。它承受周期性變化的氣體壓力、往復(fù)慣性力、離心力以及由它產(chǎn)生的彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷的作用。（1）曲軸的材料曲軸要求強度，沖擊韌度和耐磨性好的材料制造，一般采用中碳鋼或中碳合金鋼模鍛而成。在設(shè)計中選用球墨鑄鐵。設(shè)計中用全支承，整體式的曲軸。1）主軸頸a）主軸頸：主軸頸是曲軸的支承部分，通過主軸承支承在曲軸箱的主軸承座中。主軸頸的粗細影響曲軸的剛度。但是主軸頸過粗，會因軸承圓周速度過大，使摩擦損失增加，軸承溫度升高。短的主軸頸可增強剛性及保證良好的潤滑要求，同時軸承的寬度小，使曲軸的變形可能也小。d）主軸頸過渡圓角R： 根據(jù)《柴油機設(shè)計手冊》，主軸頸圓角R約為D左右，取R = 。2）曲柄銷 a）曲柄銷：曲軸與連桿的連接部分，通過曲柄與主軸頸相連。如果采用較大的 Dp。但是曲柄銷直徑Dp過大，會使連桿大頭也加大，使不平衡旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的離心力加大，對曲軸及軸承的工作不利。設(shè)計中，由于缸徑較大，曲柄銷直徑也較大，使不平衡的離心力也較大，為減小這種離心力，設(shè)計時曲柄銷做成空心的，同時還可以減少曲軸的質(zhì)量，改善圓角應(yīng)力的分布，提高曲軸強度。曲柄銷減重縮孔直徑d1=30 mm。如果Lp過長，則流過軸承的機油流量減少，冷卻差，軸承溫度升高，使?jié)櫥扯认陆担S承的承載能力反而降低。3）曲柄臂 a）曲柄臂：它是曲軸中最薄弱的部分之一，在曲柄平面的抗彎剛度和強度較差。 增加曲柄臂厚度h，可使過渡圓角處的壓力流線分布更加的均勻，即可以提高它的強度和抗彎能力。c）曲柄臂寬度b：根據(jù)《柴油機設(shè)計手冊》，b在（）D范圍之間，取b = 120 mm。設(shè)計曲柄的形狀采用橢圓形，其中心偏離主軸頸中心28 mm，長軸為 80 mm，短軸 60 mm，如下圖所示。b）曲軸前端：也叫自由端，一般安裝機油泵，水泵，正時齒輪等。在曲軸后端還有安裝飛輪的凸緣。5）曲軸的潤滑油孔 油孔直徑，與垂直軸夾角為45。潤滑油經(jīng)主軸頸上的斜油道流向曲柄銷孔，以潤滑連桿軸瓦和曲柄銷。平衡塊的重心要盡量遠離曲軸的中心線，用來提高平衡效果。設(shè)計平衡塊時應(yīng)該盡量不增加曲軸的尺寸，但又要盡量增加重量。（如下圖左）2：在曲軸上用四個平衡塊。這樣可以增加重量來達到平衡。因為布置兩個平衡塊時，無法使整機得到平衡，所以選用四個平衡塊，此時整機基本平衡。7）曲軸的軸向定位為了限制曲軸工作時前后竄動量，保證曲柄連桿機構(gòu)的正確位置，需要軸向定位。8）曲軸的止推及油封a）曲軸的止推由曲軸的止推邊限制曲軸的軸向移動，曲軸止推凸肩與止推片的軸向間隙為。b）為了防止曲軸的前后端沿著軸向漏油，曲軸應(yīng)該有油封裝置。飛輪（1）飛輪用來貯存作功行程的能量，用于克服進氣、壓縮和排氣行程的阻力和其它阻力，使曲軸能均勻地旋轉(zhuǎn)，是傳動系中摩擦離合器的驅(qū)動件。飛輪是高速旋轉(zhuǎn)的零件，平衡性能要好，因此，飛輪與曲軸在制造時一起進行過動平衡實驗，在拆裝時為了不破壞它們之間的平衡關(guān)系，飛輪與曲軸之間應(yīng)有嚴(yán)格不變的相對位置。取飛輪外徑D = 464；飛輪內(nèi)徑D1= 411mm； 飛輪厚度b = 53 mm 。目前采用的噴油器都是閉式噴油器，有孔式和軸針式兩種。噴射壓力大，噴射的位置和燃燒室相配合，其主要結(jié)構(gòu)包括針閥，針閥體，噴油嘴，調(diào)壓彈簧等部件。噴油泵（1）噴油泵是柴油供給系中最重要的另件，它的作用是按照柴油機的運行工況和氣缸的工作順序，按照一定的規(guī)律，適時的，定量的向噴油器輸送高壓燃油。（2）設(shè)計中用的是直列式柱塞噴油泵。 （3）噴油機構(gòu)包括柱塞套，柱塞，柱塞彈簧，出油閥，出油閥座等組成。此外，還受到發(fā)動機轉(zhuǎn)速的影響。這種供油量隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系稱為噴油泵的速度特性。（2）設(shè)計中將機油泵布置在機體底面上。這種布置不需要油封結(jié)構(gòu)，軸承潤滑較好，可以減少磨損。但是維修保養(yǎng)不便。調(diào)速器調(diào)速器是一種自動調(diào)節(jié)裝置，它是根據(jù)柴油機負荷的變化，自動增減噴油泵的供油量，從而保證柴油機的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在很小的范圍內(nèi)變化。而減速器就可以改變這種惡性循環(huán)，使發(fā)動機在規(guī)定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的自動控制機構(gòu)。因此，柴油機要滿足使用要求，就必須安裝調(diào)速器。由于金屬 磨屑和大氣中的塵埃以及燃料燃燒不完全所產(chǎn)生的炭粒會滲入機油中，機油本身也因受 熱氧化而產(chǎn)生膠狀沉淀物，機油中含有這些雜質(zhì)。因此必須在潤滑系中設(shè)有機油濾清器，使循環(huán)流動的機油在送往運動零件表面之前得到凈化處理。（2）一般潤滑系中裝有幾個不同濾清能力的濾清器，集濾器、粗濾器和細濾器，分別串聯(lián)和并聯(lián)在主油道中。3．6 配氣機構(gòu)配氣系統(tǒng)由氣門組和傳動組零件組成。（1）氣門1）氣門的布置根據(jù)氣門的安裝位置可分為氣門頂置式配氣機構(gòu)和氣門側(cè)置式配氣機構(gòu)。特點是進氣阻力小，燃燒室結(jié)構(gòu)緊湊，氣流擾動大，能達到較高的壓縮力。設(shè)計中選用氣門頂置式配氣機構(gòu)。頭部的工作溫度很高，尤其是排氣門的溫度，還要承受氣體壓力，氣門彈簧力以及傳動組零件慣性力的作用，其冷卻和潤滑條件較差。進氣門采用合金鋼（鉻鋼或鎳鉻等），排氣門采用耐熱合金鋼（硅鉻鋼等），在設(shè)計中選用40Cr。為了改善換氣，在可能的條件下，應(yīng)盡量加大氣門的直徑，特別是進氣門的直徑。b) 排氣門直徑de：根據(jù)《柴油機設(shè)計手冊》，di比de大1520%左右，取de=。設(shè)計取r=450。e) 氣門桿部直徑dv：根據(jù)《柴油機設(shè)計手冊》，dv的范圍在() D之間，取dv=。在設(shè)計中選用平頂式。氣門座可以在缸蓋或缸體上直接鏜出，也可以采用鑲嵌式結(jié)構(gòu)。氣門彈簧多為圓柱形螺旋彈簧，它的一端支承在氣缸蓋上，另一端壓靠在氣門桿尾端的彈簧座上，彈簧座用鎖片固定在氣門桿的尾端。凸輪軸的材料一般用優(yōu)質(zhì)鋼模鍛造而成，也可用合金鑄鐵或球磨鑄鐵鑄造。2）凸輪軸的布置形式a) 凸輪軸布置形式分為下置，中置，上置三種。b) 下置式凸輪軸通過挺柱，推桿和搖臂驅(qū)動氣門。其缺點是配氣機構(gòu)質(zhì)量較差。凸輪軸的軸向位置應(yīng)與氣門的軸相位置一致，為了防止凸輪軸的竄動，凸輪軸有軸向定位裝置，鎖緊墊片，止推凸緣定螺栓。3）凸輪軸的尺寸 凸輪軸直徑de：凸輪軸的斷面尺寸取決于軸的剛度和裝拆條件。(2)挺柱挺柱的功用是將凸輪的推力傳給推桿（或氣門桿），并承受凸輪軸旋轉(zhuǎn)時所施加的側(cè)向力。挺柱常用鎳鉻合金鑄鐵或冷激合金鑄鐵制造，其磨擦表面應(yīng)經(jīng)熱處理后研磨。挺柱尺寸：挺柱工作面直徑 34 mm 挺柱柱直徑 18 mm 挺柱總長 69 mm(3)推桿 推桿的作用是將從凸輪軸傳來的推力傳給搖臂，它是配氣機構(gòu)中最容易彎曲的零件。(4)搖臂 搖臂實際上是一個雙臂杠桿，將推桿傳來的力改變方向，作用到氣門桿端打開氣門。理論上講進、壓、功、排各占180176。（2）為滿足實際要求，常需要使進氣門早開、晚關(guān)，排氣門早開、晚關(guān)。進氣提前角 一般α=10176。b)進氣門晚關(guān)：延長了進氣時間，在大氣壓和氣體慣性力的作用下，增加進氣量。80176。排氣提前角 一般γ=40176。d)排氣門晚關(guān)：延長了排氣時間，在廢氣壓力和廢氣慣性力的作用下，使排氣干凈。30176。一般冷態(tài)時，排氣門間隙大于進氣門間隙。（2）燃油供給系統(tǒng)包括油箱，輸油泵，柴油濾清器，噴油泵，噴油器等。柴油從油箱流進濾杯，通過紙質(zhì)濾芯過濾，雜質(zhì)被留在濾芯外面，清潔的柴油從濾芯內(nèi)腔流出，經(jīng)輸油管流向輸油泵，在濾清器上設(shè)有開關(guān)來控制油路。a) 高壓油路主要包括噴油泵、調(diào)壓閥、共軌管、流量限制器、限壓閥和電控噴油器等。3．8 冷卻系統(tǒng)（1）冷卻系的作用：把受熱零件吸收的部分熱量及時散發(fā)出去，使發(fā)動機在所有工況下能夠保持在適當(dāng)?shù)臏囟确秶?。?）水冷卻系統(tǒng)的主要部件：由散熱器、風(fēng)扇、水泵、冷卻水套和節(jié)溫器等組成。將冷卻水在水套中所吸收的熱量傳給大氣，增大散熱面積，加速水冷卻。3）水泵：對冷卻水加壓，加速冷卻水的循環(huán)流動，保證冷卻可靠。離心式水泵主要由泵體、葉輪和水泵軸組成。節(jié)溫器裝在冷卻水循環(huán)的通路中（一般裝在氣缸蓋的出水口），根據(jù)發(fā)動機負荷大小和水溫的高低自動改變水的循環(huán)流動路線，以達到調(diào)節(jié)冷卻系的冷卻強度。本設(shè)計機型是船用柴油機，采用的是雙循環(huán)閉式水冷卻系統(tǒng)，帶有海水和淡水的熱交換和膨脹水箱。目前采用的水冷系大都是強制循環(huán)式水冷系，利用水泵強制水在冷卻系中進行循環(huán)流動。所謂大循環(huán)是水溫高時，水經(jīng)過散熱器而進行的循環(huán)流動；而小循環(huán)就是水溫低時，水不經(jīng)過散熱器而進行的循環(huán)流動，從而使水溫升高。由于有風(fēng)扇的強力抽吸，空氣流由前向后高速通過散熱器。3．9 潤滑系統(tǒng)潤滑的作用是在摩擦表面上覆蓋一層潤滑油，使相互運動的零件表面之間形成一層油膜，以減小摩擦阻力，降低功率損失，減輕零件磨損，延長使用壽命。1）壓力潤滑：將具有一定壓力的潤滑油源源不斷地送往摩擦表面。并且有強烈的清洗和冷卻作用。像負荷輕（如氣缸），滑動速度低（如活塞銷），或潤滑條件有利（如凸輪和挺柱）也用飛濺潤滑。如水泵，發(fā)動機等軸承用潤滑脂潤滑。清洗作用：機油在潤滑系內(nèi)不斷循環(huán)，清洗摩擦表面，帶走磨屑和其它異物；冷卻作用：機油在潤滑系內(nèi)循環(huán)還可帶走摩擦產(chǎn)生的熱量，起冷卻作用；防銹蝕作用：在零件表面形成油膜，對零件表面起保護作用，防止腐蝕生銹；減震緩沖作用：在運動零件表面形成油膜，起減震緩沖作用。1）機油泵：提高機油壓力，保證機油在潤滑系統(tǒng)內(nèi)不斷循環(huán)。3）機油濾清器：使循環(huán)流動的機油在送往運動零件表面之前得到凈化處理。第二章 各系統(tǒng)及零件簡介為保持良好的繼承性及設(shè)計流行樣式，本機選擇整體式鋁活塞，材料為ZL109。根據(jù)《柴油機設(shè)計手冊》，中速機氣環(huán)34道，油環(huán)12道，取氣環(huán)2道，油環(huán)一道。為了降低活塞和整臺發(fā)動機的高度，減少慣性力和摩擦功率損耗，應(yīng)該減少環(huán)數(shù)。2） 轉(zhuǎn)速n?！恫裼蜋C設(shè)計手冊》介紹H/D的一般范圍為（~）。取值：H=。2．壓縮高度H1：壓縮高度決定活塞銷的位置?！恫裼蜋C設(shè)計手冊》介紹，對于小型高速柴油機/D為（）。 3．火力岸高度h：h越小，第一道環(huán)本身的熱負荷也越高。環(huán)槽磨損對活塞的使用性能有很大影響，為了延長活塞使用壽命，要特別注意提高第一道環(huán)的耐磨性。環(huán)座材料為錳奧氏體鑄鐵，這種材料的熱膨脹系數(shù)與鋁合金相近，因而能避免環(huán)座在運行時發(fā)生松動，以及防止中間層產(chǎn)生龜裂、剝落，并且耐磨性好。為了能夠避免活塞裙部與曲軸平衡塊或機體的主軸承座圈相碰，將裙部下端銑去兩塊，半徑為112mm，這樣，既能避免干涉，又使活塞重量減輕，并不影響活塞的導(dǎo)向長度。結(jié)構(gòu)：如圖2所示，銷子內(nèi)孔制成錐形，錐形內(nèi)孔比銷座支承長度稍長些，端部壁厚為中部的1/2。 尺寸：外徑：d=(~)D, 取值：d=41mm.內(nèi)徑：d0=(~)d， 取值：d0=20mm長度：l=(~)D, 取值：