柴油機設計論文

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- 畢業(yè)設計（論文）490型柴油機設計The Design of 490 Diesel Engine學 生 姓 名： 王全東 指 導 教 師： 杜興濤 高工 合 作 指 導 教 師： 專 業(yè) 名 稱： 熱能與動力工程 所 在 學 院： 機械工程學院 二九 年 六 月目錄摘 要IAbstractII第一章前言31.1 研究目的和意義31.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀31.3 研究內(nèi)容和方法4第二章柴油機的總體設計52.1 柴油機的總布置52.2 柴油機的總體設計7第三章結(jié)構(gòu)設計113.1 機體組113.2 活塞連桿組143.3 曲軸飛輪組20第四章 內(nèi)燃機輔助系統(tǒng)設計234.1 配氣系統(tǒng)的設計244.2 燃油供給系統(tǒng)設計264.3 潤滑系統(tǒng)設計284.4 冷卻系統(tǒng)設計304.5 起動系統(tǒng)設計33第五章結(jié)論與建議345.1490型柴油機設計結(jié)論345.2 對于490型柴油機的幾點改進建議34致謝35參考文獻36附錄37 490型柴油機縱剖面圖 490型柴油機橫剖面圖490型號柴油機性能曲線圖61摘 要490型號柴油機是配套40ps拖拉機以及收割機的首選動力，經(jīng)過一系列改裝和調(diào)整后可用于固定排灌動力、發(fā)電機組和小型載重汽車上。這篇論文是關于490型柴油機的整體設計，主要是對490型柴油機的主要運動零件設計以及一些輔助系統(tǒng)的簡要設計。通過熱力計算、動力計算以及其它理論計算得到490型號柴油機的一些性能曲線，并根據(jù)性能進行合理的零件設計，從而使490柴油機具備更好的經(jīng)濟性能和動力性能。本文除了包括曲柄連桿機構(gòu)的設計外，還包括進排氣及配氣系統(tǒng)設計，燃油輸送及噴射系統(tǒng)設計、冷卻系統(tǒng)設計、潤滑系統(tǒng)設計。關鍵詞：490型，柴油機，設計， 熱力計算，動力計算 Abstract490 model diesel engines are the necessary 40ps tractor as well as harvesters first choice power, after undergoing a series of re-equipping and the adjustment, may use on the fixed irrigation and drainage power, the power set and the small truck. This paper is about 490 diesel engines overall designs, is mainly to 490 diesel engines main motion parts designs as well as some servosystems brief design. Through the thermal design, the power computation as well as other theoretical calculation obtain 490 model diesel engines some performance curve, and carries on the reasonable components design according to the performance, thus causes 490 diesel engines to have a better economical performance and the power performance. This article besides includes design of crank link motion gear, but also includes design of air admission and exhaust system, design of fuel oil transportation and injection system, design of cooling system, design of lubrication system.Key words: 490，diesel engine，design，thermal calculation, dynamic calculation大連水產(chǎn)學院本科畢業(yè)設計（論文） 第一章 前言第一章前言1.1 研究目的和意義 內(nèi)燃機是一種動力機械，它是通過使燃料在機器內(nèi)部燃燒，并將其放出的熱能直接轉(zhuǎn)換為動力的熱力發(fā)動機。 步入新世紀以后，發(fā)動機發(fā)展的客觀環(huán)境正經(jīng)歷著巨大變化，環(huán)保和節(jié)能是當今全球汽車行業(yè)無法回避的兩大主題。針對節(jié)能和環(huán)保的雙重目的，柴油動力型車輛將成為未來中國的主力車型。但是目前柴油機存在著較為嚴重的結(jié)構(gòu)性短缺，環(huán)保節(jié)能型的車用柴油機在國內(nèi)市場上一直是一片空白。490型號柴油機主要應用于農(nóng)業(yè)動力機械方面，是配套40ps拖拉機以及收割機的首選動力，經(jīng)過一系列改裝和調(diào)整后可用于固定排灌動力、發(fā)電機組和小型載重汽車上。490系列四缸直噴柴油發(fā)動機，憑借其強大的環(huán)保高效節(jié)能的優(yōu)點迅速填補了國內(nèi)市場的空白，將成為國產(chǎn)柴油機市場新的黑馬。490系列柴油機順應了農(nóng)用柴油機對環(huán)保的要求，屬于功率大、節(jié)約能源、改善環(huán)境的綠色環(huán)保機，專門優(yōu)化了燃燒系統(tǒng)，使之更具備環(huán)保需求，具有功率大、油耗低、燃油省、排放好等優(yōu)點，490系列柴油機百公里油耗比同類機器節(jié)約2升，一年可以節(jié)約5000元。490系列柴油機扭距更強大，馬力更強勁，能夠滿足用戶多拉快跑、節(jié)省運輸成本、提高經(jīng)濟效益的目的。490柴油機材質(zhì)獨特、曲軸不斷、缸蓋不裂、機體更強，其燃油系統(tǒng)應用先進的BQ油泵和汽車發(fā)動機技術，采用空氣加熱器，低溫啟動性能好，優(yōu)化燃燒系統(tǒng)，排放也達到了歐I標準，貫徹了ISO9001：2000質(zhì)量體系標準，同時定期對產(chǎn)品進行抽樣試驗，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。柴油機的性能指標取決于各工作參數(shù)，而其工作參數(shù)又取決于其結(jié)構(gòu)參數(shù)，并且柴油機結(jié)構(gòu)參數(shù)之間存在著有機的內(nèi)在聯(lián)系。一個結(jié)構(gòu)參數(shù)變化，其他結(jié)構(gòu)參數(shù)隨之改變。通過對整機的布局、實際循環(huán)熱計算、動力計算、對柴油機配氣系統(tǒng)、供油系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、起動系統(tǒng)的了解與掌握，能夠找出影響柴油機的動力性能指標、經(jīng)濟性能指標、運轉(zhuǎn)性能指標和可靠性耐久性指標的主要參數(shù)以及各結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的最佳配合狀態(tài)。更好的提高柴油機的動力性能和經(jīng)濟性能。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 490柴油機主要用于農(nóng)業(yè)機械。在拖拉機與農(nóng)用柴油機方面，1959年我國建成洛陽第一拖拉機廠，生產(chǎn)東方紅54型履帶式拖拉機與4125型柴油機。該廠從蘇聯(lián)引進了柴油機先進生產(chǎn)技術與由專用機床組成的流水生產(chǎn)線，引進了具有當時國際先進水平的油泵油嘴生產(chǎn)技術與檢測設備。天津拖拉機廠引進并生產(chǎn)東方紅40拖拉機（配套490型號柴油機）和4105型柴油機。北京內(nèi)燃機總廠引進與鐵牛55型拖拉機配套的4115型柴油機。在農(nóng)業(yè)機械部門的領導組織下，有關工廠還先后研制開發(fā)了多種型號的小型單缸農(nóng)用柴油機，推動了我國農(nóng)業(yè)機械化進程1。自20世紀80年代以來有了較快的發(fā)展，2006年我國已有車用發(fā)動機生產(chǎn)企業(yè)60多家，車用發(fā)動機生產(chǎn)能力600多萬臺，其中汽油機450萬臺左右，柴油機150萬臺左右。近十年來，我國在車用柴油機生產(chǎn)方面也取得了較快的發(fā)展，雖然我國現(xiàn)有的車用發(fā)動機的生產(chǎn)能夠基本滿足輕型車和重型車的需要，但仍然缺少技術含量高的產(chǎn)品，還缺少城市交通用的低排放車用柴油機，適合于轎車配套用的柴油機也極少。我國現(xiàn)生產(chǎn)的車用柴油機就其技術來源而言，引進系列和自主開發(fā)系列基本上是平分秋色。但從發(fā)展來看，引進機型將會進一步增加，而自主開發(fā)機型將會因為性能落后而逐步減少。從總體上講，我國柴油機產(chǎn)品的技術水平與國際先進水平相比還有一定的差距，引進的產(chǎn)品只相當于國際90年代初期水平，自主開發(fā)的產(chǎn)品相當于國際50年代中期水平2。柴油機以其經(jīng)濟性好、排放低(主要指，)和轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)勢，在車用動力方面有很大的發(fā)展?jié)摿?。國外大中型汽車基本上都用柴油機，而我國重型車動力以柴油機為主，中型和輕型車還有較大比例的汽油機，轎車類仍然是汽油機一統(tǒng)天下。從全球的角度來看，車用柴油機的競爭一直十分激烈，因而促進了其技術的不斷創(chuàng)新和發(fā)展。為了滿足市場需求、擴大市場占有率、增強競爭實力，近幾年世界各大汽車廠、車用柴油機制造商競相推出了一批新研制或改進提高的產(chǎn)品或技術，這些新產(chǎn)品或新技術基本上體現(xiàn)了車用柴油機的發(fā)展方向。電控噴射技術，共軌燃油噴射系統(tǒng)，可變氣門正時系統(tǒng)，渦輪增壓中冷技術，混合動力，代用燃料等諸多方面3。1.3 研究內(nèi)容和方法 本論文主要研究的內(nèi)容是490農(nóng)用柴油機，包括熱力計算和動力計算，以及各個系統(tǒng)零件的設計選擇。通過實際循環(huán)熱計算、動力計算，可以得到490柴油機的各個特性曲線。通過對整機的布局、對柴油機配氣系統(tǒng)、供油系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、起動系統(tǒng)的了解與掌握，找出影響柴油機的動力性能指標、經(jīng)濟性能指標、運轉(zhuǎn)性能指標和可靠性耐久性指標的主要參數(shù)以及各結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的最佳配合狀態(tài)。同時繪制研究各個性能曲線、參數(shù)變化曲線以及整機的CAD圖和零件圖。大連水產(chǎn)學院本科畢業(yè)設計（論文） 第二章 柴油機的總體設計第二章柴油機的總體設計2.1 柴油機的總布置一、柴油機的總體布置柴油機右面布置著：機油泵、機油濾清器、噴油泵、調(diào)速器、高低壓輸油管、油濾清器等主要易出現(xiàn)故障的部件。柴油機的左方是起動電機、排氣管道等?？諝鉃V清器、進氣管道在柴油機右上方，排氣管布置在柴油機的左上方，為了適應拖拉機的工作需要，490型柴油機采用帶有一級旋風的紙質(zhì)空氣濾清器，具有較高的濾清效率。490型號柴油機采用球型燃燒室，噴嘴為長型雙孔式，傾斜的布置在氣缸蓋上，氣缸蓋上鑄有螺旋進氣道，產(chǎn)生強烈的的進氣渦流以促進良好的混合氣的形成，因此燃燒過程比較完善，燃料消耗率也比較低。氣缸蓋和缸體都是整體鑄造的，結(jié)構(gòu)輕巧。凸輪軸布置在機體的上半部，采用中置式凸輪配氣機構(gòu)，具有三個支承。氣門、搖臂直接由長的菌形挺柱驅(qū)動，這樣可使氣門機構(gòu)的剛性加大。柴油機下方是機油箱。柴油機后方，在曲軸后端凸緣用螺釘將甩油盤和飛輪固定在一起。柴油機前方，在曲軸的前端裝有皮帶輪，冷卻系中的離心水泵和風扇都是由曲軸皮帶輪直接驅(qū)動的，風扇、水泵都位于柴油機的前方。（見圖2-1）以上布置的理由：根據(jù)中國人習慣，道路右側(cè)通行，所有易出現(xiàn)故障的主要部件在右面這樣方便修理；因為490型號柴油機主要應用于拖拉機、收割機等農(nóng)用車，空氣濾清器如果放在下方，在農(nóng)地里工作時候容易吸進地里的塵土，會對柴油機造成嚴重損害；同樣若排氣管放在下方，排氣溫度比較高容易燒傷農(nóng)作物或者引起火災；柴油機的左右重量要保持平衡。圖2-1 490柴油機外形示意圖二、490柴油機主要參數(shù)型號.490型式.水冷、四沖程、直列式、球形燃燒室氣缸套.濕式氣缸數(shù).4氣缸直徑（毫米）90活塞行程（毫米）.110標定功率：12小時功率（千瓦）.30轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）2000最大扭矩（牛米）.171/（11501250轉(zhuǎn)/分）12小時功率時燃油消耗率（克/馬力小時）.17012小時功率時機油消耗率（克/馬力小時）2.5活塞總排量（升）2.8壓縮比18柴油機轉(zhuǎn)向（面向功率輸出端）.逆時針調(diào)速器型式.BQ泵調(diào)速器噴油器.長型雙孔式噴油壓力（公斤/厘米2）175噴油泵型式真空助力BQ泵機油泵型式.齒輪式燃油濾型式.柴0810A型機油濾型式.分流式空氣濾型式.空2410型潤滑方式壓力、飛濺混合式起動方式.電起動柴油機外形尺寸（毫米）長寬高775610690柴油機凈重（公斤）310三、 配氣定時進氣門開啟始點上止點前 246關閉終點下止點后 556進氣持續(xù)時間 259氣門最大升程 16毫米氣閥與搖臂的冷車間隙 0.30毫米排氣門開啟始點下止點前 546關閉終點上止點后 256排氣持續(xù)時間 259氣門最大升程 16毫米氣閥與搖臂的冷車間隙 0.35毫米42.2 柴油機的總體設計一、機體零件組件機體組包括氣缸體、曲軸箱、氣缸套、氣缸蓋、氣缸墊等零部件。機體為氣缸體、氣缸水套和曲軸箱形成一體的部件，但也有些機型的機體與曲軸箱分為兩個部件，以緊固件相連接。機體是內(nèi)燃機用以安裝各主要零部件的基體，保證運動零件的正常運轉(zhuǎn)。490型柴油機采用整體龍門式氣缸體和濕式氣缸套，濕式氣缸套較厚，剛性較好，與缸體間形成水道，其下端通常以耐熱的橡膠封水圈來密封，防止冷卻水泄漏。濕式氣缸套外表面直接與冷卻水接觸，散熱好、拆裝方便，本柴油機采用這種結(jié)構(gòu)。氣缸蓋位于氣缸的上部，密封氣缸并形成燃燒室頂面，承受高的燃氣壓力和溫度。氣缸蓋內(nèi)布置有進氣和排氣的通道、進氣門、排氣門及氣門導管。水冷發(fā)動機氣缸蓋內(nèi)布置有冷卻水道。有些柴油機氣缸蓋上清寒布置有分開式的燃燒室。氣缸蓋還有裝置噴油器的孔位。水冷發(fā)動機氣缸蓋一般均由HT20-40、HT25-47灰鑄鐵鑄造6。氣缸蓋和機體之間裝有氣缸墊用以保證燃燒室的密封，防止高溫高壓燃氣的泄漏，同時密封潤滑油和冷卻水的通道。氣缸墊應有足夠的強度、彈性、抗腐蝕性，拆裝方便能重復使用。 二、曲柄連桿機構(gòu) 由活塞組、連桿組、曲柄飛輪組等部分組成，是柴油機的主要運動部件。它的功用是由活塞組與氣缸套、氣缸蓋構(gòu)成密閉的工作容積，以保證柴油機工作循環(huán)的進行。同時通過連桿組將活塞的往復直線運動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)，使作用于活塞上的燃氣壓力轉(zhuǎn)變?yōu)榕ぞ兀ㄟ^曲軸向外輸出。 圖2-2 活塞連桿總成圖連桿用以連接活塞和曲軸，并將活塞的往復運動變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運動。其結(jié)構(gòu)可分為小頭、大頭和桿身三個部分。連桿小頭壓裝有連桿襯套，連桿桿身斷面呈“工”字形，既減輕重量，又保證強度。連桿大頭剖分成兩半，可拆部分稱連桿蓋，兩者配對加工，同一側(cè)打有配對號，用連桿螺栓擰緊。連桿桿身大頭部分與連桿蓋的剖分形式通常有兩種。常用的是平切口形式，這種形式的大頭面加工方便、剛性好。（見圖2-2活塞連桿總成圖）曲軸的功用是將由活塞連桿組傳來的燃氣壓力轉(zhuǎn)變?yōu)榕ぞ?，以旋轉(zhuǎn)的形式輸出，并帶動內(nèi)燃機的其它運動機構(gòu)。曲軸受到燃氣壓力和往復、旋轉(zhuǎn)運動的質(zhì)量慣性力及其力矩的作用，受力情況復雜。因此，對曲軸的強度、剛度、硬度、韌性和制造精度都有較高的要求。三、配氣機構(gòu)及進排氣系統(tǒng)配氣機構(gòu)的作用是根據(jù)發(fā)動機工作過程的要求，定時開啟和關閉進、排氣門，完成換氣過程。對配氣機構(gòu)的要求是進氣充足，排氣干凈，氣門關閉時保證氣缸密封，工作可靠，便于調(diào)整。根據(jù)氣門在發(fā)動機上的安裝位置，配氣機構(gòu)分為頂置氣門式和側(cè)置氣門式兩種。四沖程內(nèi)燃機多采用頂置氣門式配氣機構(gòu)。本柴油機選擇頂置氣門式配氣機構(gòu)。配氣機構(gòu)由氣門組、驅(qū)動組、傳動組、減壓機構(gòu)和進排氣系系統(tǒng)組成。進氣系統(tǒng)由空氣濾清器及進氣管等組成。它的功能為供給內(nèi)燃機充足、潔凈的新鮮空氣，并使它通過進氣管、氣缸蓋中的進氣道引入氣缸。農(nóng)業(yè)機械多在野外田間工作，空氣中含塵量較大，塵粒中絕大部分為氧化硅顆粒，其硬度超過金屬，這些塵粒進入發(fā)動機后將加大其零件的磨損。因此應選擇濾清效率比較高的濾清器。四、燃料供給與調(diào)節(jié)系統(tǒng)燃油供給系統(tǒng)包括燃油貯存及濾清、供給及調(diào)節(jié)幾個主要部分。柴油機供給系統(tǒng)的功用是根據(jù)柴油機負荷的需要，將一定數(shù)量的清潔燃油定時定量的噴入氣缸內(nèi)，并在負荷變化時自動地保持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。燃油供給系統(tǒng)與調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作原理：輸油泵從柴油箱把柴油吸入后送往柴油濾清器，經(jīng)過濾清的柴油進入噴油泵。噴油泵將柴油壓力提高后經(jīng)高壓油管，送到噴油器，噴油器以175的壓力將柴油噴入球形燃燒室中燃燒，只有少量通過噴油器泄漏的柴油，通過回油管流回柴油管。（見圖2-3）柴油機在進行工作時，負荷會經(jīng)常發(fā)生變化，機手不可能隨著外界負荷的頻繁變化，不停地改充數(shù)油門的位置來適應負荷的變化，因而需要增設調(diào)速器。調(diào)速器的功能就是在柴油機工作時，隨著外界負荷的變化自動調(diào)節(jié)供油量，使柴油機的轉(zhuǎn)速保持相對穩(wěn)定；另外在柴油機無負荷時，調(diào)速器還能使柴油機保持速運轉(zhuǎn)而不會停車，并能限制柴油機的最高轉(zhuǎn)速防止飛車。1-柴油箱2-粗濾器3-輸油泵4-手油泵5-噴油泵6-低壓油管7-細慮器8-放氣螺釘9-噴油器10-回油管11-限壓閥 圖2-3 燃油供給系統(tǒng)簡圖 1-油底殼2-機油泵集濾器3-機油泵4-調(diào)壓閥5機油濾清器6-油管7-旁通閥8-搖臂推桿9-機油散熱器10-主油道進油管11-凸輪軸12-機油壓力傳感器13-主油道14-活塞連桿組15-曲軸圖2-4 潤滑系統(tǒng)示意圖五、潤滑系統(tǒng)柴油機的潤滑系統(tǒng)是根據(jù)其中零件所受負荷的大小、性質(zhì)以及摩擦表面相對運動的速度來確定潤滑強度的。由機油泵、機油濾清器、機油冷卻器和壓力調(diào)節(jié)與安全裝置等部件組成。潤滑系統(tǒng)示意圖見圖2-4所示。490柴油機采用復合潤滑法，即壓力潤滑加飛濺潤滑。潤滑系統(tǒng)的功用是將一定數(shù)量的清潔潤滑油送到內(nèi)燃機的各個摩擦部位，起到下列作用：（1）潤滑作用 為了保證內(nèi)燃機的正常工作，必須對各個相對運動表面，互相摩擦的部位加注潤滑油，使其間形成一層油膜成為液態(tài)接觸，這樣可以減小摩擦阻力，減少機件磨損，延長內(nèi)燃機的使用壽命。（2）冷卻作用 通過潤滑油不斷地流過運動零件的表面，帶走零件所吸收的和由于相互摩擦產(chǎn)生的熱量，使零件的溫度不致過高。（3）清洗作用 利用潤滑油的流動，帶走由于摩擦而產(chǎn)生的金屬磨屑和其它雜質(zhì)，通過濾清保持潤滑油和摩擦面的清潔。（4）密封作用 利用潤滑油的粘性，附著于運動零件表面起密封作用，減少氣體泄漏。（5）防銹作用 潤滑油附著于零件表面，防止和減緩零件的銹蝕7。 六、冷卻系統(tǒng)水冷發(fā)動機用水做冷卻介質(zhì)，水具有較大的熱容量和潛熱，當發(fā)動機工況及環(huán)境溫度變化時，仍能保證工作可靠。工作時受熱零件的熱量先傳給水，再通過散熱器或直接將水中的熱量散入大氣。根據(jù)冷卻水循環(huán)方式的不同，又分為蒸發(fā)冷卻、自然對流循環(huán)冷卻和強制循環(huán)冷卻三種主要方式。由水泵、風扇、散熱器、中冷器和節(jié)溫裝置部件組成。對于柴油機來講，冷卻系統(tǒng)布置在柴油機的迎風端，散熱器豎起置于柴油機的前端，軸流式風扇布置在散熱器的后面。這種布置的目的是為了充分利用迎風氣流。冷卻系統(tǒng)如圖2-5所示。冷卻水的出水溫度應該保持在8090，最高不要超過95。1-散熱器2-節(jié)溫器3-循環(huán)水4-溫度感應塞5-出水管6-空氣及水蒸氣管路7-水泵8-補水管9-放水閥10-機油冷卻器11水泵進水管圖2-5 冷卻系統(tǒng)示意圖七、起動系統(tǒng)起動系統(tǒng)的功用是使內(nèi)燃機由靜止狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檫\動狀態(tài)，即克服機件的摩擦阻力、慣性阻力及活塞壓縮氣體時的壓縮阻力以帶動曲軸達到一定的起動轉(zhuǎn)速。起動系統(tǒng)包括驅(qū)動裝置和輔助裝置兩部分。起動系統(tǒng)由于驅(qū)動裝置不同又可分為人力起動、電力起動和汽油機起動幾種類型。起動系統(tǒng)必須供給足夠大的起動力矩來克服柴油機的起動阻力矩，而后將曲軸加速到一定的轉(zhuǎn)速，使壓縮終了時，柴油機氣缸內(nèi)的壓縮空氣的溫度高于燃料點燃的溫度，以保證著火燃燒。同時，每次燃燒后，燃氣所做的功都大于阻力功，使柴油機轉(zhuǎn)速逐漸上升到能夠正常工作的轉(zhuǎn)速。490柴油機采用電機起動，電機起動裝置體積小、起動迅速、操作方便。電起動系統(tǒng)包括起動電機、充電發(fā)電機、繼電調(diào)節(jié)器、蓄電池、電熱塞、電門開關、預熱及起動開關、電流表等。大連水產(chǎn)學院本科畢業(yè)設計（論文） 第三章 結(jié)構(gòu)設計第三章結(jié)構(gòu)設計3.1 機體組 機體組由氣缸體、氣缸套、氣缸蓋和油底殼組成。一、氣缸體和氣缸套設計：490型柴油機的氣缸蓋和機體都是整體鑄造的。采用的是立式結(jié)構(gòu)濕式缸套，最小壁厚為6mm，水套厚5mm，氣缸中心距=（曲柄銷長度為40mm）+（主軸徑長度為36mm）+2（曲柄臂厚度為22mm），所以本柴油機缸心距確定為120mm。機體材料為HT20-40，機體的基本尺寸長寬高：480mm380mm428mm，490柴油機的氣缸體主要尺寸設計如圖3-1所示。濕式氣缸套的外壁直接與冷卻水接觸，氣缸套只與氣缸體內(nèi)孔的支承部分配合，在氣缸套和氣體之間形成冷卻水腔，因此存在水密和腐蝕的問題。其優(yōu)點是：散熱條件好，有利于降低第一環(huán)和環(huán)、氣缸套的溫度，濕式氣缸套壁厚，有足夠的剛度和強度，易于制造和更換，應用廣泛8。如圖3-2所示。 圖3-1 龍門式氣缸體示意圖 提高氣缸體剛度的有效措施： 本柴油機氣缸體采用整體龍門式結(jié)構(gòu)，相對于平分式剛度增加，拆裝工藝性更加方便。隧道式氣缸體的剛 度最大，但重量也是最大，一般多為小型單缸內(nèi)燃機使用。 整個氣缸體曲面型設計，形成不斷彎曲的波浪形，而不是簡單的大平面，這樣可以有效的提高氣缸體的結(jié)構(gòu)剛度，并能減少噪音。 在氣缸體的內(nèi)壁和各缸之間的隔板上分別加加強筋和行架結(jié)構(gòu)，從而提高氣缸體的剛度。 在滿足鑄造要求的條件下，基本壁面要盡可能薄，減輕氣缸體的重量，圖3-2 濕缸套示意圖但局部要加厚，特別是在氣缸體的上下平面和前后壁面要加厚，以提高氣缸體的剛度。主要載荷盡可能直線傳遞，避免產(chǎn)生附加彎曲和扭矩。氣缸體的過渡圓角要圓滑過渡，角度不能太小，不能為直角。（見圖3-1所示）本機氣缸套選擇優(yōu)質(zhì)高磷鑄鐵。提高氣缸耐磨性的措施：合理選用材料，按照內(nèi)燃機的使用條件合理的選用缸套材料。例如在塵埃較多以及野外重負荷下工作的拖拉機用的柴油機，氣缸套一磨料磨損為主，宜采用高磷鑄鐵、加硼鑄鐵制造缸套。缸套加工必須精確，氣缸加工精度必須在2級以上。缸套表面處理，主要有鍍鉻、高頻淬火、磷化處理和氮化等。制定合理的磨合規(guī)范。在進行長時期高負荷磨合運轉(zhuǎn)時，在中間要加入幾段低負荷運轉(zhuǎn)。使用條件。不要在塵土很多的環(huán)境下，空氣濾清器和機油濾清器的選用、使用和保養(yǎng)必須給予重視，否則氣缸會遭到強烈的磨料磨損。改善缸套的設計，結(jié)構(gòu)設計要合理。二、氣缸蓋與氣缸墊氣缸蓋基本組成：氣缸蓋上應有進、排氣門座及氣門導管和進、排氣門通道、水道、水管等。作用：a密封氣缸上部。 b構(gòu)成燃燒室（與氣缸壁和活塞頂一起）。 c構(gòu)成供給系中進、排氣系統(tǒng)及冷卻系、潤滑系的一部分（鑄有進、排氣通道及冷卻水套、潤滑油道）。 要求：a要根據(jù)混合氣的形成和燃燒方式，正確設計燃燒室型式，合理布置氣門和氣道。 b應具有足夠的剛度和強度，保證承受機械應力和熱應力同時能可靠工作和良好的密封。 c保證高溫部分能得到較強的冷卻，使氣缸蓋的溫度分布均勻，盡可能減小熱應力，避免出現(xiàn)熱疲勞裂紋。 d結(jié)構(gòu)簡單、便于生產(chǎn)；對裝置在氣缸蓋上的機件要便于拆裝和維修。材料：灰鑄鐵或合金鑄鐵： a剛度、強度高 b耐高溫 c導熱性差：缸蓋底面鼻梁區(qū)易開裂 d質(zhì)量重水冷式內(nèi)燃機氣缸蓋的結(jié)構(gòu)形式可以分為整體式、分體式、單體式以及連體式四種。整體式是整列氣缸共用一個氣缸蓋；分體式是每兩個或三個氣缸共用一個氣缸蓋；單體式是每個氣缸有一個單獨的氣缸蓋；連體式是氣缸蓋和氣缸體不分開，連成一整體。 圖3-3 氣缸蓋與蓋罩示意圖一般缸徑小于105mm時，一般多采用整體式氣缸蓋。本490型柴油機氣缸蓋采用整體式結(jié)構(gòu)形式，四個氣缸共用一個氣缸蓋，它的零件數(shù)少，結(jié)構(gòu)緊湊，制造成本較低。本柴油機氣缸蓋選擇HT24-44鑄鐵材料鑄造而成缸心距為120mm。氣缸墊作用：密封 圖3-4 氣缸墊示意圖要求：a具有補償接合面粗糙度、不平度所必需的柔性以及補償接合面變形所必須的彈性。 b具有足夠的機械強度，能夠承受氣缸蓋螺栓預緊力和接合面的變形力，在高溫、高壓氣體的作用下不易損壞。c具有耐熱性，在高溫下不致燒，因?qū)儆谝讚p件因而成本要低。 d具有耐腐蝕性，對氣體、機油和冷卻水有一定的抗腐蝕能力。 e制造簡單，拆裝方便，并且能夠重復使用。 材料與結(jié)構(gòu)：如圖3-4所示密封襯墊有兩道石棉密封圈，靠近氣缸的一道為石棉制品，表面涂以石墨，靠外的一道也是石棉制品，中間有一個低碳鋼密封環(huán)，外表面鍍銅，利用鋼環(huán)的彈性起密封作用。 3.2 活塞連桿組 490型柴油機的活塞連桿組由活塞、活塞環(huán)、活塞銷、活塞銷擋圈、連桿、連桿軸瓦、連桿螺栓、連桿螺母、保險鐵絲（鋼片）等組成。一、活塞組設計活塞頭部包括活塞頂、火力岸及活塞環(huán)帶。活塞頂與氣缸蓋、氣缸壁組成燃燒室，承受氣體壓力，接受高溫氣體的作用。活塞環(huán)帶又稱密封部，是銷座以上安裝活塞環(huán)的部位，其作用是保證工作容積的密封性。安裝活塞環(huán)的溝槽稱為環(huán)槽，環(huán)槽下支承環(huán)的部分稱為環(huán)岸。環(huán)帶以下的部分稱為活塞裙部，起導向作用并承受側(cè)壓力。一般多采用橢圓，活塞裙部采用上述結(jié)構(gòu)措施之后，氣缸壁之間的配合間隙比較小，不會產(chǎn)生敲缸現(xiàn)象?；钊湃霘飧變?nèi)，活塞裙部與氣缸壁間的間隙可按氣缸直徑的0.05%0.1%預留。490型柴油機活塞裙部與氣缸壁的間隙為0.200.26mm，使用極限間隙為0.75mm9。活塞銷座位于裙部中央上方，銷座中安裝活塞銷?；钊ㄟ^銷座將氣體作用力及慣性力經(jīng)活塞銷傳遞給連桿。 活塞材料與工藝 活塞材料選用共晶鋁硅合金（鑄鋁、鍛鋁）其特點是質(zhì)量小，導熱性好，適用于一般發(fā)動機。 鑄造的特點是質(zhì)量大加工工序多；模鍛的特點是質(zhì)量小，加工少，而鍛造介于二者之間。所以加工工藝為鑄造。 結(jié)構(gòu)特點 圖3-5球型活塞示意圖 基本結(jié)構(gòu)：由頂部、頭部、裙部三部分組成。頂部：組成燃燒室，易熱裂、壓碎，要求加工應光潔，材料應耐熱。頭部：油環(huán)槽以上部分。裙部：油環(huán)槽底面至活塞底端的外圓柱表面。本柴油機選用球型燃燒室活塞，其外形示意圖如圖3-5所示。 活塞的基本尺寸選擇第一環(huán)位置：根據(jù)活塞環(huán)的布置確定活塞壓縮高度時，首先須定出第一環(huán)的位置，即火力岸高度h。為縮小，當然希望h盡可能小，但h過小會使第一環(huán)溫度過高，導致活塞環(huán)的彈性松弛、粘結(jié)等故障。根據(jù)國產(chǎn)典型中小功率高速內(nèi)燃機的主要尺寸參數(shù)90系列490型柴油機D=90mm，h=0.22D = 19.8mm。（見圖3-7）環(huán)岸高度：為減少活塞高度，活塞環(huán)槽軸向高度b應盡可能小，這樣活塞環(huán)慣性力也小，會減輕對環(huán)槽側(cè)面沖擊，有助于提高環(huán)槽耐久性。但b太小，就使制造工藝困難。在90系列型高速內(nèi)燃機上，氣環(huán)高b = 2.5mm，油環(huán)高 b = 5mm。環(huán)岸的高度c應保證它在氣壓造成的負荷下不會破壞。因此，環(huán)岸高度一般第一環(huán)最大，其它較小。一般= 5mm，= = 4mm。由于490型柴油機主要應用于農(nóng)用車，其主要設計思想是強度高，提高功率，降低燃油消耗率，減少發(fā)動機單位馬力的重量、體積和原材料的消耗，導熱性，抗磨性和缸內(nèi)導向性好，材料選用共晶硅鋁合金。活塞銷選擇20Cr 熱處理為表面滲碳淬火，滲碳層厚度0.81.2mm，熱處理硬度HRC58-64。活塞與活塞銷工作時，彎曲變形互相不協(xié)調(diào)會在銷座孔內(nèi)上側(cè)引起嚴重邊緣負荷，可能造成銷孔永久變形甚至使銷座裂開。（見圖3-6）為此，一般適當增大活塞銷直徑提高銷的彎曲剛度，減少彎曲變形。但是直徑的增大使活 塞高度增加，質(zhì)量加大。對柴油機來說，銷座的外圓大多與活塞頂實體相連，銷座的柔度很小，邊緣負荷和嚴重。因此常對銷座結(jié)構(gòu)做如下設計：活塞銷座采用柔性設計，以減少內(nèi)孔邊緣的應力集中；要適當增大活塞銷直徑，以提高其剛度，減小變形；圖3-6 活塞銷與銷座的受力變形圖 在活塞銷座孔處加工出卸載槽； 活塞銷為保證足夠的強度與剛度，采用高強度空心管材做活塞銷，表面淬火（6064）HRC，精磨，以保證可靠性與耐久性。為此，選取活塞銷的主要尺寸d =33mm，l = 75mm，活塞銷座厚度8mm。 活塞在氣缸中運動時的導向作用由裙部完成。為保證導向良好，裙部要有足夠的長度，與氣缸配合間隙要小，以減輕活塞在連桿擺動引起的側(cè)向力作用下從貼緊氣缸的一側(cè)到貼緊另一側(cè)時對氣缸的“拍擊”。 圖3-7 球型活塞示意圖 銷孔中心線圖3-8 活塞橢圓度示意圖活塞裙部只在垂直活塞銷軸線的方向承受側(cè)壓力，所以應保證此方向與氣缸間隙盡可能小，而在銷的軸線方向， 間隙要大一些，以免活塞熱膨脹后卡死在氣缸中，因此，活塞裙部的橫斷面外形呈橢圓形。另外， 以促進裙部表面潤滑油膜的形成同時為增強裙部剛性，在下裙內(nèi)側(cè)設置加強筋，而橢圓，活塞溫度是頂端高，裙端低，故軸向外形呈上小下大的曲線形，在接近裙部下端處尺寸要有點收縮度一般為0.151.35，如圖3-8所示。活塞頂承受的氣壓力通過活塞銷座和活塞銷傳給連桿，無論在銷與銷座之間，還是在銷與連桿之間，承壓面積都很小，表面壓強很高，加上活塞銷與銷座或活塞銷與連桿襯套之間相對運動速度很低，液體潤滑油膜不易形成，在這種高壓低速條件下，要保證可靠的液體潤滑，配合副工作間隙要盡可能小。一般活塞銷與銷座、活塞銷與連桿小頭襯套間工作狀態(tài)間隙在（13）d時，可以可靠工作，裝配狀態(tài)（冷態(tài)）時，銷與銷座則 有（13）d的過盈，以補償鋁合金活塞銷孔在工作時較大的熱膨脹。本柴油機的活塞銷直徑d=0.36D=32.4mm，取d=33mm;活塞銷長度L=0.83D=74.7mm， 取L=75mm。本柴油機活塞的基本尺寸如圖3-7所示，D=90mm，h= 19.8mm，H= D1.2=108mm，= D0.77=69.3mm，= H=38.7mm，=/0.58=66.72mm，=28mm，取d1=45mm。 活塞環(huán)設計氣環(huán)要有良好的密封作用，如圖3-9所示首先活塞環(huán)應以一定的彈力與汽缸壁壓緊，形成所謂第一密封面，使氣體不易通過環(huán)周與氣缸之間，而鉆入環(huán)與環(huán)槽之間的空間。由于氣流產(chǎn)生的壓差，造成徑向、軸向的不平衡壓力、。其中把環(huán)壓向環(huán)槽側(cè)面，形成所謂的第二密封面，而則大大加強第一密封面10。 圖3-9 活塞環(huán)所承受的力活塞環(huán)的數(shù)目主要與內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速、氣缸內(nèi)的氣壓力等有關，當環(huán)數(shù)多時，封氣和刮油作用較好，但活塞環(huán)與氣缸壁 間的阻力較大，490型柴油機活塞采用三道氣環(huán)，一道組合式油環(huán)。第一道環(huán)槽裝多孔性鍍鉻平環(huán)，第二、三道環(huán)槽裝內(nèi)圓倒角的扭曲環(huán)，第四道環(huán)槽裝外圓大倒角油環(huán)。第一、二道氣環(huán)應該錯開180，第二、三道應該錯開90。第一環(huán)為多孔性鍍鉻平環(huán)，第二、三環(huán)為內(nèi)圓倒角的反扭曲環(huán)，第一道氣環(huán)開口間隙為0.30.45mm，其余氣環(huán)為0.30.4mm，油環(huán)開口間隙為0.30.45mm，使用極限2.0mm，第一道氣環(huán)側(cè)隙0.060.092mm，其余氣環(huán)0.040.072mm，油環(huán)0.030.07mm，使用極限0.2mm。組合式油環(huán)由上下刮油片和產(chǎn)生徑向、軸向彈力的襯簧組成。（見圖3-10）1-鋼片2-襯簧3-徑向襯簧4-軸向襯簧5-活塞圖3-10 組合式油環(huán)環(huán)示意圖活塞環(huán)材料一般采用耐熱耐磨的優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵或合金鑄鐵，工作條件最差的氣環(huán)工作表面一般都采用多孔型鍍鉻，其硬度高（HV9001000），熔點高（1770），并能儲存少量機油以改善工作條件?；钊h(huán)的使用性能取決于環(huán)本身結(jié)構(gòu)及環(huán)的組合，為強化第一道環(huán)，使之能適應活塞的擺動，且活塞上行下行時均可在環(huán)的下周面上形成潤滑油膜摩擦而不易燃燒，選用多孔鍍鉻平環(huán)。第一道環(huán)由于承受很大氣壓力，同時，活塞頂部的30%左右的熱量都由其散發(fā)出去，因而工作狀況極其惡劣，為提高硬度和熔點，改善抗磨損性，耐熔著性和耐腐蝕性，對環(huán)外圓面進行鍍鉻。而中間環(huán)采用扭曲環(huán)，油環(huán)則選用有切向的外圓大倒角油環(huán)，這種環(huán)柔性好，可在氣缸變形較大的條件下很好的刮油。根據(jù)90系列內(nèi)燃機活塞環(huán)主要參數(shù)，本490型號柴油機活塞環(huán)的選擇如下：氣環(huán)的徑向厚度t=D/24.4=4mm，油環(huán)的徑向厚度t=D/24.4=4mm；氣環(huán)軸向?qū)挾萣=t0.68=2.5mm；油環(huán)b=t1.35=5mm。燃燒室形狀討論 490型柴油機采用球型燃燒室（見圖3-7），其混合氣主要是油膜蒸發(fā)混合形成。將燃油順氣流方向沿燃燒室壁面噴射，在強烈的進氣渦流作用下，將燃油攤布在燃燒室壁上，形成一層很薄的油膜。燃燒室壁面溫度控制在200-350，使噴射在壁面的上的燃料 在比較低的溫度下蒸發(fā)，以控制燃料的裂解反應。蒸發(fā)的油氣與空氣形成均勻的混合氣，從油束中分散出來的一小部分燃料是極細的油霧，在熾熱的空氣中首先完成著火準備，形成火核，然后靠此火核點燃從壁面已蒸發(fā)形成的可燃混合氣。隨著燃燒的進行，大量熱量輻射到油膜上，是油膜加速蒸發(fā)，不斷提供新鮮混合氣，保證迅速的燃燒。球型燃燒室采用油膜蒸發(fā)混合形成最顯著的效果是：發(fā)動機工作柔和，燃燒噪聲小，排煙少，性能指標好。 490型柴油機采用深坑形球形燃燒室，采用2個噴孔，噴射角度在140160之間。噴油嘴伸出氣缸蓋2mm，噴孔直徑為0.35mm 。二、連桿組設計連桿組包括連桿體、連桿蓋、連桿軸瓦和連桿螺栓。連桿體由連桿小頭、桿身、大頭三部分組成。490型柴油機連桿大頭選用平切口連桿。連桿小頭與活塞銷相連接，與活塞一起作往復運動，連桿大頭與曲柄銷相連和曲軸一起作旋轉(zhuǎn)運動。連桿小頭小孔內(nèi)壓有襯套，襯套一般采用耐磨性較好的錫青銅制造。為了潤滑活塞銷與襯套，在小頭和襯套中銑槽或鉆孔，內(nèi)燃機運轉(zhuǎn)時被漸起的機油滴入槽內(nèi)或孔內(nèi)，潤滑活塞銷或襯套，活塞銷與活塞銷座之間的配合間隙為0.0040.02mm，使用極限為0.05mm，活塞銷與連桿襯套的標準配合間隙為0.070.10mm，使用極限為0.12mm。連桿材料上選取國內(nèi)90系列較常用的40Cr11。如圖3-11所示連桿的具體尺寸設計：連桿長度現(xiàn)代高速發(fā)動機設計中的總趨勢是盡量縮短連桿長度，這樣不僅增加了連桿的結(jié)構(gòu)剛度，而且縮小了內(nèi)燃機的總高度，減輕總質(zhì)量。但連桿長度減少使二階慣性力增大，活塞側(cè)向力增大，增加活塞的摩擦損失和磨損，短連桿還可能造成連桿與氣缸下端相碰。設計連桿時，首先要確定連桿大小頭孔的距離，即連桿長度。它通常是用半徑連桿比來說明的，值越大，連桿越短，則發(fā)動機總高度越小。對于四沖程高速內(nèi)燃機來說，最合理的連桿長度應該是保證連桿及相關機件在運動時不與其他機件相碰情況下的最短長度。本機，選取= 220mm。如圖3-11 平切口連桿示意圖連桿小頭a小頭主要尺寸為連桿襯套內(nèi)徑和小頭寬度，根據(jù)內(nèi)燃機連桿結(jié)構(gòu)參數(shù)：= D0.36=32.4mm，取=33mm，=0.94 =30.4mm，取=30mm，小頭襯套厚度= 3mm 。d=1.16=37.58mm取d=38mm， = d1.22=45.85mm，取=46mm。b構(gòu)形設計：連桿小頭要有足夠的壁厚，要特別注意小頭到桿身過渡的圓滑性，減少應力集中，小頭軸承相對活動速度低，四沖程循環(huán)又使它往復性負荷，有助于潤滑油膜恢復，一般用飛濺潤滑即可。因而在小頭要有收集機油的孔或槽。連桿桿身連桿桿身選用工字形截面，其桿身高度=0.31D=27.9mm取=28mm，寬度=H/1.4= 20mm，桿身厚度= 6mm。 連桿大頭結(jié)構(gòu)設計：采用平切口結(jié)構(gòu)。主要尺寸選?。捍箢^內(nèi)孔直徑=0.63D=56.7mm，取=57mm；連桿大頭寬度=0.70=39.69mm，取=40mm。=0.68D=61.2mm， 取=62mm；連桿螺栓孔中心距C=1.21=74.05mm，取C=74mm；= 12mm。3.3 曲軸飛輪組曲軸飛輪組包括曲軸、飛輪、正時齒輪、曲軸皮帶輪、曲軸軸瓦等零部件。由于曲軸受力復雜，幾何斷面形狀比較特殊，在設計曲軸時，至今還沒有一個能完全反映客觀實際的理論公式可供通用。因此目前曲軸的設計主要依靠經(jīng)驗設計，即利用利用現(xiàn)有的許多曲軸結(jié)構(gòu)與尺寸的統(tǒng)計資料，借以初步確定曲軸的基本尺寸，然后進行細節(jié)的設計、強度校核、樣品試驗，最后確定曲軸的結(jié)構(gòu)、尺寸和加工工藝等。曲軸從結(jié)構(gòu)上可分為整體式曲軸和組合式曲軸。從主軸承來分，又可以分為滑動軸承和滾動軸承兩大類。490型柴油機采用整體式曲軸，其結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、工作可靠。主軸承采用滑動軸承，可以減低成本。曲軸材料選用高強度球墨鑄鐵，因為它的成本低，材料利用率高，應力分布比較均勻，可以減小扭振振幅。球墨鑄鐵就其機械性能和使用性能而言，比其他多種鑄鐵都要好。現(xiàn)在，球墨鑄鐵曲軸越來越得到重視，球墨鑄鐵材料經(jīng)正火處理后的機械性能已經(jīng)接近或超過一般中碳鋼，盡管鋼的疲勞強度比球墨鑄鐵高，但曲軸的結(jié)構(gòu)復雜，鋼曲軸難免會有油孔、過度圓角和材質(zhì)上留有缺陷而造成應力集中，從而降低了曲軸的疲勞強度。90、95、105等系列多用途高通用型農(nóng)用車柴油機均采用稀土鎂球鐵曲軸。490型柴油機的球鐵曲軸是全支承，不帶平衡塊，其軸向定位設在后軸承上。曲軸后端凸緣用螺釘將甩油盤和飛輪固定在一起。曲軸前端裝有皮帶輪和啟動爪12。 圖3-12發(fā)火順序與曲柄排列次圖 曲軸具體示意圖見圖3-13所示，主軸頸內(nèi)加工卸載槽減少了主軸頸應力集中而且減少了曲軸的質(zhì)量從而減少了轉(zhuǎn)動慣量。 一、曲軸基本尺寸的設計主軸頸直徑和主軸頸長度曲軸軸頸包括主軸頸和曲柄銷。軸頸的尺寸和結(jié)構(gòu)與曲軸的強度、剛度及潤滑條件有密切的聯(lián)系。軸頸的直徑越大，曲軸的剛度便越大，但軸頸直徑過大，會引起表面圓周速度增大，導致摩擦損失和機油溫度的提高。特別是曲柄直徑的增大會引起旋轉(zhuǎn)離心力及轉(zhuǎn)動慣量的劇烈增大；而且曲柄銷直徑的增大會使連桿大頭的尺寸增大，這不利于連桿通過氣缸取出，因此曲柄銷直徑總是小于主軸頸直徑。=D0.78=70.2mm；取=70mm；=0.51=35.8mm，取=36mm。 曲柄銷直徑與曲柄銷長度 圖3-13曲軸示意圖以及主要結(jié)構(gòu)參數(shù)在保持軸承比壓不變的情況下，采用較大的主軸頸直徑，可以減小主軸頸長度，這有利于縮短柴油機的長度或者加大曲柄臂的厚度。采用短而粗的主軸頸可提高曲軸扭振的自振頻率，減小在工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)產(chǎn)生共振的可能性。從潤滑觀點或受力情況出發(fā)，主軸頸短而粗是可行的，因為主油道的機油首先供應主軸承，潤滑條件好，另外，主軸頸所受的載荷一般都比曲柄銷輕。對于曲柄銷，由于其直徑取得較小，其長度要長一些， =D0.63=56.7mm，取 =57mm；= D0.44=39.6mm，取=40mm。 曲柄臂厚度和寬度曲柄臂厚度的增加使曲拐的彎曲強度加大，但增加曲柄臂厚度會減小曲柄銷長度和主軸頸長度， 曲柄臂厚度=10.24D= 21.6mm，取=22mm。=1.15D=103.5mm所以取曲柄臂寬度為104mm。 曲柄圓角R增大曲軸圓角能增加曲軸疲勞強度。但曲軸圓角的增加意味著縮小軸承承壓長度，存在強度與耐磨性間的矛盾。R=0.07=3.92mm，所以取R=4mm綜上設計，曲軸的總長度為526mm。二、 飛輪 在發(fā)動機工作循環(huán)中，只有一個沖程