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1、第十一章 内燃机主要零部件 设计要点,本章主要内容: (1)活塞组设计 (2)连杆组设计 (3)曲轴组设计 (4)机体与气缸盖设计 (5)配气机构设计 (6)润滑系、冷却系与起动系,重点内容: (1)活塞组的设计 (2)连杆组设计 (3)曲轴的设计 (4)气缸盖、机体的设计,第一节 活塞组设计,一、活塞组的工作条件 活塞组的组成:包括活塞、活塞环、活塞销等。 作用:承压、密封、导向。 工作条件:高温高压 承受缸内气体压力的作用 承受很大的热负荷,第一节 活塞组设计,二、活塞的结构形式与材料 1结构形式及主要尺寸比例 整体式铸造或锻造的铝合金活塞 铰接活塞:头部用热强度高的钢制造,裙部用铝合金制
2、造。 2活塞材料 铝合金:共晶铝硅合金(常用)、过共晶铝硅合金和铜合金。,第一节 活塞组设计,三、活塞的传热和耐热设计 (1)活塞顶 阳极氧化处理,喷涂ZrO2陶瓷,镶入铬钼钢防护层。 (2)活塞头部断面:汽油机薄,柴油机比较厚实,有较大的过渡圆角。 (3)火力岸高度:高度应适当,过大使活塞顶温度升高,过小则使活塞环温度升高。 (4)喷油冷却。 (5)油腔冷却。,第一节 活塞组设计,四、活塞的传力设计和活塞销 (1)活塞销:较大的活塞销外径,采用高强度钢制造,淬硬,空心;销座有适当柔度。 (2)活塞销座:采用斜切的或者阶梯性的销座。 五、活塞的导向设计(活塞裙部设计) 由裙部来完成,要有足够的
3、长度,且与气缸的配合间隙小,应有足够的承压面积。销轴浅负偏置,裙部断面椭圆形,轴向上小、下大,下端收缩。,第一节 活塞组设计,六、活塞的密封设计与活塞环 (1)活塞环的密封作用机理 (2)活塞环的断面形状:矩形环、桶面环、锥面环、梯形环、扭曲环、 (3)活塞环的尺寸参数:径向厚度、轴向高度、自由状态开口端距。 (4)径向压力分布:均匀分布、梨形分布。 (5)油环设计:着壁压力足够大。 (6)活塞环的材料:合金铸铁,高强度环用球墨铸铁。,活塞环的作用,第二节 连杆与曲轴组及轴承设计,一、连杆组设计 连杆组的组成:连杆体、连杆盖和连杆螺栓。 要保证有足够的疲劳强度,要有足够的刚度,用优质中碳钢45
4、钢模煅,强化机型用40Cr等合金钢。 1连杆的设计要点 连杆长度、小头和大头直径、宽度 连杆长度越短越好,连杆杆身多用工字形断面。连杆小头要有足够的壁厚,特别注意小头到杆身过渡的圆滑性。 采用剖分式结构。尽量采用平切口连杆。,第二节 连杆与曲轴组及轴承设计,2连杆螺栓的设计要点 负荷重,同时要保证大头尺寸紧凑,采用高强度中碳合金钢。 要尽量降低应力集中。 严格按规定的扭矩拧紧。,第二节 连杆与曲轴组及轴承设计,二、曲轴的设计 曲轴,价格最贵的重要零件,成本占整机成本的10%,足够的疲劳强度是首要问题, 结构型式:整体式和组合式。整体式结构简单,加工容易。 支承型式:采用全支撑结构,以提高曲轴的
5、弯曲刚度和强度。 关键尺寸:曲轴销直径和曲轴壁厚、轴颈到曲轴臂的过渡园角。 曲轴的材料: 45煅钢;强化机型:中碳合金钢。,曲轴的结构组成,第二节 连杆与曲轴组及轴承设计,三、连杆和曲轴轴承的设计 (一)轴承材料 (1)足够的疲劳强度,采用钢背减摩合金多层结构。 (2)良好的减摩性能,包括抗咬合性、嵌藏性和顺应性。 (3)良好的耐蚀性。,轴承合金种类:巴氏合金、铜基合金、铝基合金。,第二节 连杆与曲轴组及轴承设计,(二)轴承的结构设计 (1)轴瓦厚度:轻系列,1.53mm,重系列,2.54mm; (2)轴瓦的自由弹势和过盈度; (3)轴瓦的定位,定位槽; (4)润滑油孔和油槽;上半主轴瓦开油槽
6、,下半主轴瓦钻孔。 (5)轴承间隙。在保证机油温度不超标和最小油膜厚度满足要求的情况下,尽可能减少轴承间隙。,直立四缸发动机曲轴形式,V型发动机曲轴连杆形式,第三节 机体与气缸盖设计,内燃机主要固定件:气缸盖、气缸体、上下曲轴箱、油底壳、机体。 主要介绍:机体、气缸套、气缸盖和气缸盖衬垫。,第三节 机体与气缸盖设计,一、机体的设计 1机体的工作条件与设计要求 承受很复杂的负荷; 保证具有足够的强度和刚度; 特别注意减轻质量,改善铸造和加工工艺性。,第三节 机体与气缸盖设计,2机体的结构型式与主要尺寸 (1)平分式机体:适用于轿车用汽油机和轻型车用柴油机;机体刚度好。平分:上下曲轴剖分面与曲轴轴
7、线基本齐平。 (2)龙门式机体:是用于大功率或高强化的汽油机或柴油机; (3)隧道式机体:农用单缸机。 主要尺寸:纵向是气缸轴线间的距离。,常见发动机气缸体,平分式机体 龙门式机体 隧道式机体,第三节 机体与气缸盖设计,3机体结构细节设计 应用三维有限元结构分析,试验应力分析。 一个重要的原则是主要载荷尽可能直线传递。采用优质灰铸铁铸造。,第三节 机体与气缸盖设计,二、气缸与气缸套 气缸表面是最主要的摩擦表面,大修寿命取决于气缸的磨损。 1气缸表面的结构特点 2干缸套与湿缸套 3气缸套的常用铸铁:高磷铸铁、硼铸铁。,第三节 机体与气缸盖设计,三、气缸盖的设计 (1)气缸盖的作用是密封气缸,组成
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