【正文】 m當(dāng)其他參數(shù)不變化時(shí)，c:w與柴油機(jī)功率匕成正比。因此，C的提ntm m m高導(dǎo)致~的下降。所以氣缸的熱負(fù)荷與成正比。如果當(dāng)^ 過(guò)大時(shí)，可能造成熱負(fù)荷過(guò)大，甚至造成發(fā)動(dòng)機(jī)因?yàn)闊嶝?fù)荷超過(guò)極限，使發(fā) 動(dòng)機(jī)不能正常工作[9’1()]。因此必須合理的選擇活塞速度C。同時(shí)由于進(jìn)排氣流量增大，進(jìn)排氣阻力與 氣流速度平方成正比例的增加，使沖氣系數(shù)下降。但是，C選取過(guò)m低也不恰當(dāng)。其次，過(guò)低將導(dǎo)致活塞環(huán)和氣缸壁 在表面間不能建立起有效的潤(rùn)滑油膜而使摩擦加劇。1,100167。?D小則氣缸余隙容積比減小，影響 混合氣形成和燃燒。當(dāng)每一氣缸工作容積一定時(shí)，應(yīng)采用較小的值。2. 可降低直列式柴油機(jī)的高度，因而可以減小外形尺寸并相應(yīng)地減輕重JSo3. 由于柴油機(jī)曲柄半徑減小，曲軸主軸頸和曲柄銷(xiāo)軸頸的重疊度則增 大，因而剛度增加，應(yīng)力狀態(tài)改善。4. 由于柴油機(jī)氣缸直徑的增大，氣缸蓋上的氣道和配氣機(jī)構(gòu)的安排較容易。同時(shí)，由于單列式柴油機(jī)的長(zhǎng)度主要決定于氣缸直徑，所 以對(duì)于一般直列式來(lái)說(shuō)長(zhǎng)度將增大。因此，在選定s/d值時(shí)必須適當(dāng)。連桿長(zhǎng)度I (大小頭孔中心距）是設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該慎重考慮的一個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)， 通常用連桿比來(lái)表示，A值越小，連桿越長(zhǎng)，連桿質(zhì)量對(duì)慣性力的影 響可能更大。設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該滿足：1. 對(duì)于四沖程高速柴油機(jī)來(lái)說(shuō)，最合理的連桿長(zhǎng)度應(yīng)該是保證連桿及相 關(guān)機(jī)件在運(yùn)動(dòng)中不與其他機(jī)件相碰情況下的最短長(zhǎng)度。所以使發(fā)動(dòng)機(jī) 結(jié)構(gòu)緊湊。3. 入值越大，連桿縮短會(huì)引起活塞側(cè)壓力amp。本設(shè)計(jì)中曲柄連桿比：L 167167。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。若氣缸中心距選取過(guò)大，則會(huì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)的整體緊湊性， 造成材料浪費(fèi)，使制造成本提高，同樣給機(jī)體的冷卻造成困難。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。確定氣缸中心距的大小，考慮曲柄臂和主軸徑、曲柄銷(xiāo)長(zhǎng)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。13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(shí)現(xiàn)換氣過(guò)程，即根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工作次序定時(shí)開(kāi)啟和關(guān) 閉進(jìn)、排氣門(mén)，以保證氣缸排除廢氣和吸進(jìn)新鮮空氣。2. 振動(dòng)、噪聲較小，并且工作可靠和耐磨。[1]應(yīng)該指出，同時(shí)滿足這三個(gè)要求是比較困難的。167。167。在凸輪軸布置時(shí)應(yīng)考慮以下原則：1. 決定凸輪軸橫向尺寸和位置時(shí)，應(yīng)保證不與曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)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(dòng)機(jī)寬度。3. 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，為了減小氣門(mén)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，可將 凸輪軸位置移動(dòng)到氣缸體上部,有凸輪軸經(jīng)過(guò)挺柱直接驅(qū)動(dòng)搖臂而省去推桿。第五章氣門(mén)組的設(shè)計(jì)167。一、氣門(mén)的工作條件氣門(mén)是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要零件之一。氣門(mén)工作時(shí)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(mén)的工作溫度，進(jìn)氣門(mén)約為200?450176。C,甚至更高。二、氣門(mén)設(shè)計(jì)的基本要求1. 材料方面氣門(mén)的工作溫度是確定氣門(mén)材料的主要依據(jù)。由于排氣門(mén)錐面的磨損常為腐蝕 磨損，因此選材時(shí)排氣門(mén)必須考慮耐化學(xué)腐蝕（主要是硫和釩）的性能。2. 結(jié)構(gòu)方面要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便，且頸部形狀也要恰當(dāng)，以便減少氣體的流動(dòng) 阻力，增加其進(jìn)氣沖量。3. 盡可能降低熱負(fù)荷盡可能降低熱負(fù)荷是氣門(mén)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面。因此，若結(jié)構(gòu)允許，應(yīng)盡量增加導(dǎo)管長(zhǎng)度，適當(dāng)減 小氣門(mén)桿與導(dǎo)管的配合間隙，以降低氣門(mén)溫度[12]。氣門(mén)主要由桿部和頭部?jī)刹糠纸M成。圖51氣門(mén)的基本結(jié)構(gòu)及名稱 1_氣門(mén)頭部2—?dú)忾T(mén)桿部3—?dú)忾T(mén)徑部4一鎖夾槽5—?dú)忾T(mén)桿端面 6_氣門(mén)雄面7—?dú)忾T(mén)頭部端面Dv—?dú)忾T(mén)頭部直徑do—?dú)忾T(mén)桿直徑 t,—?dú)忾T(mén)頭厚度R—?dú)忾T(mén)頸部圓孤半徑氣門(mén)錐面斜角一、氣門(mén)頭部的設(shè)計(jì)1. 氣門(mén)頭部形狀氣門(mén)頭部形狀除影響氣體流通特性外，還影響氣門(mén)的剛度、重量、導(dǎo)熱 性能以及制造成本等，同時(shí)以關(guān)系到氣門(mén)的使用期限。其中平底型氣門(mén)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(mén)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。2. 氣門(mén)頭部直徑增大進(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(shí)氣 門(mén)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(mén)的布置，氣 道之間冷卻水套的設(shè)計(jì)以及氣門(mén)受熱和冷卻的均勻性等因素。”=( ?0D 8根據(jù)缸徑 D=85mm,代人_L式得：= ? awaw d ve = 3 」 mm考慮燃燒室、噴油器和缸蓋螺栓等多方面因素，本設(shè)計(jì)取、=3^所D = 22mmve3. 氣門(mén)錐面斜角氣門(mén)錐面斜度一般為30176。兩種。斜角。因此，在本次485柴油機(jī)的設(shè)計(jì)中，進(jìn)、排氣門(mén)錐面 斜角〃均取45176。參考柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)中冊(cè)[1],氣門(mén)頭部厚度amp。,=(?)x38=?，取/,=。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(huì)加速氣門(mén)的磨損，因此綜合考慮這兩方面的因素來(lái)選取氣門(mén)密封帶的寬度， ?。19 進(jìn)氣口直徑??山=(?)D=?,本設(shè)計(jì)取進(jìn)氣口直徑di=32，排氣口直徑：d2=(?)D=?,本設(shè)計(jì)取進(jìn)氣口直徑d2=2 8 o二、氣門(mén)桿部的設(shè)計(jì)1. 氣門(mén)桿直徑的設(shè)計(jì)氣門(mén)桿直徑的選擇取決于氣門(mén)所需的耐久性，增加氣門(mén)桿直徑有利于氣 門(mén)熱量的逸散。根 據(jù)經(jīng)驗(yàn)，氣門(mén)桿徑取為頭部外徑的16?25%。因此，本次設(shè)計(jì)的485柴油機(jī)氣門(mén)桿直徑為： 38x16%?32x25%=?8,在此取氣門(mén)的桿直徑為：do=8mm。根據(jù)柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)，氣門(mén)桿長(zhǎng)度L的設(shè)計(jì)公式為：L =( ?) Dv將Dvi?=38mm、dv/= 32mm代入上式得：進(jìn)氣門(mén)桿長(zhǎng)L=95?133，排氣 門(mén)桿長(zhǎng)L=80?112,綜合考慮進(jìn)排氣門(mén)總長(zhǎng)相等的設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)方案取進(jìn)氣門(mén)桿長(zhǎng) l =95mm,排氣門(mén)桿長(zhǎng) L=。氣門(mén)桿端部與彈簧盤(pán) 相連接，應(yīng)保證連接可靠但又不致過(guò)分使氣門(mén)桿削弱，在本次485柴油機(jī)的 設(shè)計(jì)中采用鎖夾槽來(lái)連接，槽內(nèi)不允許出現(xiàn)尖角。167。綜合考慮到氣門(mén)的溫度和沖擊載荷的限制， 在本次485柴油機(jī)的設(shè)計(jì)中，因其適用于運(yùn)輸車(chē)輛中，所以其負(fù)荷較高，因 此，取進(jìn)氣門(mén)取材料為40Cr,排氣門(mén)取材料為4Cr9Si2Mn[1]。氣門(mén)桿工作時(shí)在導(dǎo)管中滑動(dòng)，使導(dǎo)管承受側(cè)向壓力，并且氣門(mén)的部分熱 量也從導(dǎo)管中逸出。近年來(lái)，我國(guó)開(kāi)始廣泛應(yīng)用鐵基 粉末冶金導(dǎo)管，在不良的潤(rùn)滑條件下，工作可靠、磨損小，同時(shí)工藝性好、 造價(jià)低。導(dǎo)管的長(zhǎng)度取決于氣缸蓋的布置，只要位置允許，應(yīng)盡量長(zhǎng)些，最 好不要小于氣門(mén)桿直徑的6倍，以減小對(duì)導(dǎo)管的側(cè)壓力，并有利于氣門(mén)的導(dǎo) 向和散熱。間隙過(guò)小對(duì)氣門(mén)座偏心的的補(bǔ)償能力下降，還 會(huì)因氣門(mén)桿受熱而卡在導(dǎo)管中。在本次設(shè)計(jì)的485柴油機(jī)中，氣門(mén)導(dǎo)管長(zhǎng)度取6do=6x8=48mm。間隙值為：進(jìn)氣門(mén):(?) x 8=?排氣門(mén)：（?) x 8=?167。可用氣門(mén)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(lái)進(jìn)行校核。C x Fv式中，39。J38 + 32 / Fyi = 7T x x = (mm )2n x 85^ x 852 x w = ^~= (m/s)1 X wvi = = (mm/s)lx 7T 7T X 322 , FVi ~ = = (mm )4 4對(duì)排氣門(mén)的校核：31因此，滿足設(shè)計(jì)要求。第六章氣門(mén)彈簧的設(shè)計(jì)167。2. 彈簧使配氣機(jī)構(gòu)回位，保證配氣機(jī)構(gòu)的所有零件能夠保持正常的接觸。4. 在進(jìn)氣過(guò)程中防止排氣門(mén)被吸開(kāi)。彈簧一旦斷裂便會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)的嚴(yán)重事故。三、氣門(mén)彈簧材料的選擇氣門(mén)彈簧在一定的工作溫度下承受交變載荷，為使彈簧能長(zhǎng)期地可靠工 作，要求彈簧材料不僅有良好的機(jī)械性能，而且應(yīng)有足夠的抗應(yīng)力溫度松弛 的能力，在工作中不致產(chǎn)生過(guò)大的彈力消失現(xiàn)象[1]。 在本次設(shè)計(jì)的485柴油機(jī)中，氣門(mén)彈簧材料選用油淬火回火狀態(tài)的碳素 彈簧鋼絲，其優(yōu)點(diǎn)是熱穩(wěn)定性好，可適用于較高的工作溫度[13_〗5]。一、彈簧中徑\的選取 在本次設(shè)計(jì)的485柴油機(jī)中，采用雙氣門(mén)彈簧，則其內(nèi)彈簧中徑為： d2/=(?)^ =(?)X32=?(mm) 取 d2 =18mm D2tf=(?)^ =(?)X32=?(mm) 取 D2tf=26mm式中(T 氣口直徑(腿）本設(shè)計(jì)中y=32mm二、彈簧預(yù)緊力P!的確定氣門(mén)關(guān)閉時(shí)，彈簧預(yù)緊力要保證氣門(mén)與氣門(mén)座的良好密封。4在確定作用于氣門(mén)上的力P2時(shí)，考慮彈簧特性需與發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)慣性力曲 線相適應(yīng)，參考柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)，P!=(?)P2[1],作用于進(jìn)氣門(mén)上的力 P2=設(shè)計(jì)彈簧時(shí)，考慮到彈簧的最大彈力需有一定的裕量，本設(shè)計(jì)中彈簧最 大彈力按照PeWkgf計(jì)算，則PfSJPMSagf)。本設(shè)計(jì)中內(nèi)外彈簧的載荷分配如下：彈簧最大彈力P2 (kgf)內(nèi)彈簧 P21==15外彈簧 P22=30四、彈簧鋼絲直徑的確定 彈簧計(jì)算的基本公式t = 8PD, (kgf/mm2) (51)ndlf = (mm) (52)Gd式中P一一彈簧力（kgf)。D——彈簧鋼絲直徑（mm)。 r 斷面切應(yīng)力（kgf/mm2)。鋼絲直徑〃可按公式(51)計(jì)算，彈簧的最大工作切應(yīng)力應(yīng)小于或等于材 料的許用應(yīng)力，為便于計(jì)算，將公式改寫(xiě)成如下形式：= ^ (53)n P2式中H 材料的許用切用力（kgf/mm2)。K查柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)表1325得旋繞比c =。 c外彈簧鋼絲直徑的確定：彈簧材料選用65Mn彈簧鋼絲，查柴 油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)表1324得彈簧的抗拉強(qiáng)度a b=150(kgf/mm2)：許用切應(yīng)力[r] = I50x = 45 kfg/mm2將上述數(shù)據(jù)代入式（53),得iKC3=1014。由d = 2k得，d=，圓整到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的鋼絲直徑：（^=。從彈簧特性的相似三角形（如圖61所示），可得彈簧預(yù)緊變形量/, = = 9X18 = 6 mmP2 P, 18 x 18彈簧最大變形量/2 = /, + hvmamp。d=,取。本次設(shè)計(jì)中內(nèi)彈簧最小間隙取 amin =,外彈簧最小間隙 Amin =,彈簧并圈時(shí)高度K39。：H0 = H2 + f2 = Hi + ^彈簧并圈變形量 h = H將相關(guān)數(shù)據(jù)代入上式得彈簧的相關(guān)參數(shù)，見(jiàn)表61所示。 ~— + n七、彈簧展開(kāi)長(zhǎng)度的計(jì)算內(nèi)彈簧展開(kāi)長(zhǎng)度的計(jì)算：彈簧螺旋角《 ：t 6 a = tan = tan = tan = n D2 1 8^彈簧的展開(kāi)長(zhǎng)度L:7t D .n. 18x9^L = — = = mmcos a cos 1 85外彈簧展開(kāi)長(zhǎng)度的計(jì)算：彈簧螺旋角《 ：t 8 a = tan = tan = tan = 717i D2 26tt彈簧的展開(kāi)長(zhǎng)度L:n D n 26 x 77TL =———= = mmcos or cos 1 7 1167。一、疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算 氣門(mén)彈簧工作時(shí)承受交變載荷，故應(yīng)對(duì)其進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算。D, , 2t ■ = !L = = kgf/mmmin 3 , c3 176。T 0 mmN = 式中％為彈簧材料的脈動(dòng)疲勞極限，對(duì)于常用氣門(mén)彈簧材料，^=^ 經(jīng)噴丸處理的彈簧％可提高20%以上。外彈簧的切應(yīng)力SKPD^ ,卜避 9 r = !L = ： = kgf/mmmm ,3 r 3 176。為彈簧材料的脈動(dòng)疲勞極限，對(duì)于常用氣門(mén)彈簧材料，％= 經(jīng)噴丸處理的彈簧r。r0 = 50 x(l+ 20%)= 54 kgf/mm2mil 54+ 5x . ^ _貝 Ij: N = = 因此，外彈簧的疲勞強(qiáng)度滿足要求。rnD22內(nèi)彈簧的工作極限切應(yīng)力GdfJC 8000 x t 2x. = ~^― = = kgf/mm} 7T nD22 1 82 x 77TTj = = 165 = ,內(nèi)彈簧的工作極限切應(yīng)力滿足要求。rr , = ,. = = 75J h因此，外彈簧的工作極限切應(yīng)力滿足要求。當(dāng)彈簧的自振頻率為發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸轉(zhuǎn)速的整數(shù)倍時(shí)，在氣門(mén)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(shí)噪音增加，彈簧有效彈力下降，并在彈簧鋼絲