1、精品论文密级： 科学 技 术 学 院NANCHANG UNIVERSITY COLLEGE OFSCIENCE AND TECHNOLOGY 学 士 学 位 论 文THESIS OF BACHELOR题 目：JX493 柴油机总体设计及曲轴详细设计学 科 部： 理工学科部 专 业： 车辆工程（汽车及应用） 班 级： 07 车辆 学 号： 70129xxxxx 学生姓名： xxx 指导教师： XXX 起讫日期： 2011 年 3 月2011 年 5 月 精品论文目 录摘 要.I Abstract II 第1章 绪论 .11.1 选题的依据及意义1 1.2 国内外研究现状及发展趋势 .1 1.3
2、JX493型柴油机设计任务.2 第二章 JX493型柴油机总体设计 3 2.1 机体组的设计 .32.2 曲柄连杆机构的设计 5 2.3 配气机构的设计 .102.4 柴油机燃油供给系统 .122.5 柴油机冷却系统的设计 .13 2.6 润滑系统的设计 .132.7 启动系统的设计 142.8 总体布置方案设计 14第三章 JX493型柴油机曲轴详细设计 15 3.1 曲轴设计概述 153.2 曲轴的设计 163.3 曲轴疲劳强度的计算 20设计总结. 36参考文献 36谢 辞 .37精品论文JX493 柴油机总体设计及曲轴详细设计摘要：近几年来，由于经济体制的改革和市场经济的迅速发展，城区
3、物流行业蓬勃发展，对轻型卡车和商务车的需求量与日俱增，这给轻型车用柴油机带来了无限商机。原机型主要用于城市间的长距离运输，对于城市交通路况需要重新设定参数，以改善燃油经济性和排放性能。柴油机的总体布置和各附件的布置对内燃机的外形尺寸和工作可靠性、使用方便性都有很大的影响。应在保证拆装、维修方便的前提下，尽可能直接可靠地固定在机体和气缸盖上，并且不使任何附件过于突出。尽量不用外接的机油管和冷却液管，而采用在零件上开通道代替，以减少泄露的可能。减少零件数不仅改善了其可靠性，而且有利于降低成本。对本课题对曲轴进行了详细设计和分析验算,并给出了合理的设计方案。关键词：JX493 交通运输 四缸 柴油机
4、 曲轴 设计精品论文A holistic design of the JX493 diesel and its Crankshaft designAbstract：In recent years, because of the economic system reform and the rapid development of market economy, urban logistics industry of booming development, the demand for light trucks and MPV for small increases, the great op
5、portunities brought by diesel engines. The original machine is mainly used for long distance transportation between the cities, for the urban traffic traffic reset the parameter to improve fuel economy and emission performance.The overall arrangement and diesel engines of layout of the attachment of
6、 internal-combustion engine size and shape the working reliability, use convenient has very big effect. Should keep tear open outfit, convenient maintenance, directly under the premise of as much as possible in the body and reliable fixed on the cylinder head, and not to any accessories too outstand
7、ing. As far as possible need not external oil pipe and cooling liquid pipe, and use in parts of the open road, in order to reduce leaked instead of may. Reduce parts not only improved the reliability of number, but also helps to reduce costs. This project of crankshaft carried on the detailed design
8、 and analysis, and gives calculating rational design scheme.Keywords：JX493 , Transportation , Four cylinders , diesel , Crankshaft , Design精品论文第 1 章 绪论1.1 选题的依据及意义JX493 柴油机是江铃发动机厂生产的自主品牌发动机，是在引进日本五十铃 4JB1 柴油机的基础上开发的，主要用于 1-2t 小型卡车、货车及轿车，同时也用于发电机组、叉车、拖拉机和小型船舶。由于最近几年经济体制的改革和市场经济的迅速发展，城区物流行业蓬勃发展，对轻型卡车和
9、商务车的需求量与日俱增，这给轻型车用柴油机带来了无限商机。原机型主要用于城市间长距离运输，对于城市交通路况需要重新设定参数，以改善燃油经济性和排放性。内燃机的外形尺寸和工作可靠性、使用方便性都受柴油机的总体布置和各附件的布置的很大影响。应在保证拆装、维修方便的前提下，尽可能直接可靠地固定在机体和气缸盖上，并且不使任何附件过于突出。尽量不用外接的机油管和冷却液管，而采用在零件上开通道代替，以减少泄露的可能。减少零件数不仅改善了其可靠性，而且有利于降低成本。对本课题对曲轴进行了详细设计和分析验算,并给出了合理的设计方案。1.2 国内外研究现状及发展趋势（一） 、国外柴油机技术的现状与发展现代的调整
10、高性能柴油机由于热效率比汽油机高、污染物排放比汽油机少， 作为汽车动力应用日益广泛。西欧国家不但载货汽车和客车使用柴油发动机， 而且轿车采用柴油机的比例也相当大。最近， 美国联邦政府能源部和以美国三大汽车公司为代表的美国汽车研究所理事会正在开发新一代经济型轿车同样将柴油机作为动力配置。 下面是国外柴油机应用的一些先进技术：（1）共轨。国外柴油机目前一般采用共轨新技术、四气门技术和涡轮增压中冷技术相结合，使发动机在性能和排放限值方面取得较好成效，能满足欧 3 排放限值法规的要求。（2）高压喷射和电控喷射技术。高压喷射和电控喷射技术是目前国外降低柴油机排放的重要措施之一，高压喷射和电控喷射技术的有
11、效采用，可使燃油充分雾化，各缸的燃油和空气混合达到最佳，从而降低排放，提高整机（车）性能。（3）增压中冷技术。采用涡轮增压增加柴油机的空气量，提高燃烧的过量空气因数是降低大负荷工况排气烟度、PM 排放量以及燃油消耗的有效措施。有效的空空中冷系统，可使增压空气温度下降到 50以下，有助于 NOX 的低排放和 PM 的下降，故目前重型车用柴油机普遍是增压中冷，不仅有助于低排放而且燃油经济性良好。此外，涡轮前排气旁通阀的应用，不仅能降低 PM 和 CO 排放，还可以改善涡轮增压柴油机的瞬态性能和低速扭矩。（4）排气再循环（EGR）技术的应用。EGR 是目前发达国家先进内燃机中普遍采用的技术，其工作原
12、理是将少量废气引入气缸内，这种不可再燃烧的 CO2 及水蒸汽废气的热容量较大，能使燃烧过程的着火延迟期增加，燃烧速率变慢，缸内最高燃烧温度下降，破坏 NOX 的生成条件。EGR 技术可使机动车 NOX 排放明显降低，但对重型车用柴油机而言，目前倾向于使用中冷 EGR 技术，因为其不仅能明显降低 NOX，还能保持其他污染物的低水精品论文平。（5）后处理技术。柴油机后处理的目标是进一步改善 PM 和 NOX 排放。 目前主要采用加装氧化型催化转化器和研究开发 NOX 催化转化器以及具有良好再生能力的微粒捕集器。（6）柴油柴油的生产和贮存条件，是保证柴油发动机（车）正常运转延长使用寿命和保持低排放的
13、重要保证。 例如瑞典的一级柴油使用中可减少 CO 排放达 54%，HC 和 NOX 排放达 10%，PM 排放减少 14%47%。 发达国家已普遍使用燃料清净剂，既能节省燃料，又能清除积碳、降低排放。（7）降低机油消耗。柴油机排放的颗粒物中，有相当一部分来自馏分较重的机油的燃烧。 为了满足日益严格的柴油机（车）排放限值标准的要求，必须把来自机油的燃烧降至最低限度， 即在保证发动机正常运转的前提下，最大限度地减少机油的消耗。为了降低柴油机的机油消耗， 活塞环的优化设计和制造及缸套间的科学配置非常重要。（二） 、我国柴油机产业的现状与发展我国柴油机总体技术水平已经达到国外 80 年代末 90 年代
14、初水平， 一些国外柴油机近几年开始采用的排放控制技术在少数国产柴油机上也有应用。但我国柴油机产业的整体发展仍然面临着许多问题。（1）我国重型柴油车的产量在逐年增加，中型、轻型车柴油化步伐也在加快，但在微型汽车、轿车领域，柴油车所占比例仍为零。而另一方面，我国中型柴油机市场已呈现供大于求，轻型柴油机市场也趋向饱和，但骨干企业正在生产的多数产品从技术角度已应是淘汰产品，发展潜力不大。（2）现在，我国柴油机技术基础薄弱，整体技术水平落后于国际先进水平 10 至 20年， 也落后于国内车用汽油机的发展，还不具备完整的全新柴油机产品和关键零部件开发能力。 许多国外已经普遍采用的技术在我国仍处于研究阶段，
15、有些甚至仍是空白。（3）我国柴油机技术落后、产品质量差以及车辆使用中维修保养措施不力，导致低性能、高排放柴油车在使用中对城市环境和大气质量造成不良影响，使社会产生“厌柴“心理。（4）柴油品质差、柴油标准的制修订严重滞后于汽车工业发展的需要，对柴油机技术的发展以及各种新技术、改善柴油机排放措施的应用造成障碍。（5）专家指出，应逐步减少行政干预，加强宏观调控。不同类型车辆均应以满足法规为统一标准，鼓励支持技术先进柴油车的使用； 加大对柴油机的科技投入，开展重点科技项目攻关工作； 采取切实可行的措施以提高车用柴油的品质， 并尽快制定车用柴油标准。（6）国内外知名汽车专家们呼吁：应当用一分为二的观点来
16、看待各种车用动力的发展，以完善的法规、科学的政策引导车辆的使用，以是否满足标准限值作为衡量一个产品能否在市场销售的唯一标。我国柴油机技术的攻关重点应放在电控技术、 排放后处理技术、整机开发和匹配技术等关键技术研究和材料开发上；把高速公路使用 8 吨以上柴油载货车作为我国柴油车发展的重点，并为发展柴油轿车做好前期准备。1.3 JX493 型柴油机设计任务1、预期达到性能指标为进气方式:自然吸气 气缸数缸径冲程:4-93mm102mm 精品论文柴油机类型:水冷 四冲程 直列式 顶置式气门 压缩比:18.2 电机停止方式:燃油控制系统 输出功率:57 千瓦/3600 转 最大扭矩:172 牛米/20
17、00 转 怠速:750 转 最大空转:4200 转 全负荷最低燃油消耗率:224g/kwh 2、在满足上述性能指标的前提下进行 JX493 型柴油机的总体设计。3、在总体设计的基础上进行曲轴的详细设计。第二章 JX493 型柴油机总体设计柴油机的总体布置和各附件的布置对内燃机的外形尺寸和工作可靠性、 使用方便性都有很大的影响。 应在保证拆装、 维修方便的前提下， 尽可能直接可靠地固定在机体和气缸盖上， 并且不使任何附件过于突出。尽量不用外接的机油管和冷却液管， 而采用在零件上开通道代替， 以减少泄漏的可能。 减少零件数不仅改善了其可靠性， 而且有利于降低成本。 对本课题可以从以下方面进行设计。
18、2.1 机体组的设计柴油机机体组主要由气缸体、气缸盖、气缸盖衬垫以及油底壳等组成。机体组是发动机的支架，是曲柄连杆机构、配气机构和发动机各系统主要零件的装配基体。各运动件的润滑和受热、机体的冷却也都要通过机体组来实现。因此可以说机体组把柴油机的各种机构和系统组成为一个整体，保持了它们之间必要的相互关系。2.1.1 气缸体：气缸体的功用是柴油机各个机构和系统的装配基体，所有其他零部件和辅助系统均装置于集体的内外。发动机工作时，机体承受拉、压、弯、扭等不同形式的机械负荷，气缸工作表面由于经常与高温、高压的燃气相接触，且有活塞在其中作调整往复运动，所以气缸体应具有足够的强度和刚度，且具有耐高温、耐磨
19、损、耐腐蚀的性能，并应对气缸进行适当冷却，以免机体损坏和变形。由于 JX493 柴油机是水冷式，气缸体还包括曲轴箱。是柴油机最重的零件，应该力求结构紧凑、质量轻，以减小整机的尺寸和质量。 根据气缸体与油底壳安装平面的位置不同，通常气缸体分为一般式、龙门式和隧道式。(1) 一般式气缸体特点是油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。这种气缸体优点是机体高度小，重量轻，结构紧凑，便于加工，曲轴拆装方便；缺点是刚度和强度较差。(2) 龙门式气缸体其特点是油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心。它的优点是强度和刚度都好，能承受较大的机械负荷；但其缺点是工艺性较差，结构笨重，加工较困难。精品论文(3) 隧道式气
20、缸体这种形式的气缸体曲轴的主轴承孔为整体式，采用滚动轴承，主轴承孔较大，曲轴从气缸体后部装入。其优点是结构紧凑、刚度和强度好，但其缺点是加工精度要求高，工艺性较差，曲轴拆装不方便。根据以上特点我们将采用龙门式气缸体，气缸体材料选用灰铸铁。满足曲轴强度和刚度好的情况下，结构紧凑、便于加工维修，应尽可能的减小整机尺寸和质量。此次设计的气缸数为 4 缸，采用直列式布置（直列式气缸体结构简单，加工容易） 。此次将采用龙门式机体(如图 21 所示） ，其特点是油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心。它的优点是强度和刚度都好，能承受较大的机械负荷。 2.1.2 气缸套的选用：气缸套分为干式、湿式和无缸套式气缸套
21、三种。无气缸套式机体即不镶嵌任何气缸套的机体，在机体上直接加工出气缸，优点是可以缩短气缸中心距，使机体尺寸和质量减小。但成本较高。 干式气缸套不与冷却液接触，壁厚为 23mm，外表面和气缸套座孔内表面均须精加工，以保证必要的位型精度和便于拆装。优点是机体刚度大，气缸中心距小，质量轻，加工工艺简单。缺点是传热较差，温度分布不均匀，容易发生局部形变。 湿式气缸套外壁与冷却液直接接触，壁厚 58mm，利用上下定位环带实现径向定位，轴向定位靠气缸套上部凸缘与机体顶部相应的支承面配合实现。湿式气缸套的优点是机体上没有密封水套，容易铸造，传热好，温度分布比较均匀，修理方便，不必将发动机从汽车上拆下就可更换
22、气缸套。缺点是机体刚度差，容易漏水。根据以上特点我们将采用湿式气缸套。气缸套结构尺寸及材料为：(1)气缸套材料：应具有良好的机械强度、耐磨性和耐热耐腐蚀性、保油性和润滑性。本机选用价格低廉，并且的到广泛应用的铸铁作为材料。(2)主要尺寸:1）凸缘高度 h=(0.06-0.08)D 取 h=8mm2）气缸壁厚 = (0.035-0.068)D 取 =7mm 毫米 3）气缸套长度 L=（1.40-2.20 )S 取 L220mm2.1.3 气缸盖：气缸盖的主要功用是密封气缸的上部，与活塞、气缸等共同构成燃烧室，同时气缸盖也为其他零部件提供安装位置。承受气体力和紧固气缸盖螺栓所造成的机械负荷，同时还
23、由于与高温燃气接触而承受很高的热负荷。为图 2-1 龙门式机体示意图 精品论文了保证气缸的良好密封，气缸盖既不能损坏，也不能变形。为此气缸盖应具有足够的强度和刚度。为了使气缸盖的温度分布尽可能的均匀，避免进、排气门座之间发生热裂纹，应对气缸盖进行良好的冷却。 气缸盖是一个负荷严重而结构又十分复杂的重要机件。要求其有足够的强度、良好的 耐热性；同时材料还应具有良好的浇铸工艺性。气缸盖的结构应有足够的刚性。触火面形状应符合图纸要求。有足够圆弧过度且光洁完整。受压面和各种道腔应分别符合规定的压力试验要求，各安装座孔尺寸、形状都应符 合精度要求。尤其是各个阀座孔与阀锥面应保持良好的密封状态。气缸直径在
24、 400mm 以下的气缸盖材料多用。气缸盖的材料及的选择：由于发动机缸径为 93mm，小于 400mm，因此选用灰铸铁作为气缸盖材料。气缸盖的形式的选择：由于本次采用凸轮轴上置式，为了使结构紧凑，整体长度较小，故选用整体式，其特点是其特点是气缸盖刚度大，且在备件储存、修理用制造等方面比较优越。但其在缩小中心距方面受到一定的限制。2.1.4 燃料室：柴油机燃烧室的功用是将燃料的化学能转化为热能。是在高温、高负荷下工作，承受着气体力、惯性力产生的静载荷和振动负荷，同时受到热应力和热腐蚀的作用。 燃烧室的选择：由于深盆型燃烧室能将活塞顶上的凹坑加深， 凹坑口径缩小， 形成有涡流的深坑形燃烧室。 与浅
25、盆型燃烧室相比，深型 燃烧室对燃油系统要求降低，由于利用进气涡流加强混 合气形成， 使空气利用率大大提高， 一般过量空气系数在 1.31.5，并保持燃油消耗率低和起动容易的优点，所以在小型高速柴油机上获得广泛应用。由于JX493型柴油机采用优质高强度灰铸铁铸造而成的整体式气缸盖。为了与气缸盖形成的燃烧室能够使柴油燃烧更充分。燃烧室形状采用深形燃烧室，其特点是其特点是动力性、经济性和起动性好，适合于高速柴油机需求。但其最高燃烧温度与压力高、工作粗暴、NOx和碳烟排放高，且对转速变化敏感。通常用于缸径为80-140mm之间、转速4500r/min的发动机。 2.1.5气缸衬垫：气缸衬垫是机体顶面与
26、气缸盖底面之间的密封件。其功用是保持气缸密封不漏气，冷却液和机油不泄漏保持。气缸衬垫的工作条件是承受拧紧气缸盖螺栓时造成的压力，并受到气缸内燃烧气体高温、高压的作用以及机油和冷却液的腐蚀。所以气缸衬垫应该具有足够的强度，并且要耐压、耐热和耐腐蚀。另外，还需要有一定的弹性，以补偿机体顶面和气缸盖底面的粗糙度和不平行度以及发动机工作时反复出现的变形。按所用材料的不同，气缸衬垫可分为金属石棉衬垫、金属复合材料衬垫和全金属衬垫等多种。众所周知，石棉是有毒材料，而全金属衬垫价格昂图 22 金属复合材料衬垫精品论文贵，这里我将选用金属复合材料衬垫，并且它具有强度高，密封效果好。它的结构如图22所示：2.1
27、.6 油底壳：其功用是储存机油、保证气缸盖与气缸体接触面的密封，防止漏气，漏水和漏油。油底壳底部还装有放油螺塞，通常放油螺塞上装有永久磁铁，以吸附润滑油中的金属屑，减少发动机的磨损。油底壳的选用：油底壳一般用薄钢板冲压或用铸铁。本次设计采用铸铁材料，因为它具有强度和刚度大，不易变形，且密封性好、磨损少。2.2 曲柄连杆机构的设计曲柄连杆机构是发动机的主要运动机构。其功用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，同时将作用于活塞上的力转变为曲轴对外输出的转矩，以驱动螺旋杆转动。曲柄连杆机构由活塞组、连杆组和曲轴飞轮组等零件组成。2.2.1 活塞组：活塞组由活塞、活塞环和活塞销组成，是 活 塞 式
28、内 燃 机 中 的 重 要 组件。其工作条件极为恶劣，它是在高温、高负荷、高速运动、润滑不良以及冷却困难等情况下工作的。在保证强度和刚度足够的前提下， 针对以上的工作条件，活塞尽可能减轻质量；尽量减少活塞顶从燃烧气体吸收热量，又能尽快地将所吸收的热量散走， 防止活塞过热；既要保证燃烧室良好的气密性，又应尽可能减少活塞组的摩擦损失；摩擦副具有良好的润滑、较小的磨损以及较少的润滑油消耗量。1、活塞：其功用是承受气体压力，并通过活塞销和连杆驱使曲轴旋转，活塞顶部还是燃烧室的组成部分。它应具有足够的刚度和强度，传力可靠；导热性能好，要耐高压、耐高温、耐磨损；质量小，重量轻，尽可能地减小往复惯性力；耐热
29、的活塞顶及弹性的活塞裙；活塞与气缸壁间有较小的摩擦系数。活塞材料的选用：为满足上面的基本要求，活塞材料宜采用质轻和导热性能好的轻合金。同时，还要求其热强度高、热稳定性好，因此铝合金就成了现代柴油机活塞的首选材料。为了满足高强度化程度柴油机的需要，还要求进一步提高活塞的高温强度和高温硬度，活塞一般都采用高强度共晶硅铝合金，故本次设计应采用共晶硅铝合金。活塞的结构：活塞可分为三部分，活塞顶部、活塞头部和活塞裙部。（1）活塞顶部 其功用是承受气体压力， 它是燃烧室的组成部分， 其形状、 位置、大小都和燃烧室的具体形式有关， 都是为满足可燃混合气形成和燃烧的要求， 其顶部形状可分为三大类， 平顶活塞、
30、 凸顶活塞、 凹顶活塞。本次设计采用凹顶式活塞。活塞顶部的选型：采用凹顶式活塞并且具有型燃烧室。其特点是有利于可燃混合气的燃烧；提高压缩比，防止碰气门；为了提高铝合金活塞顶的耐热性， 此方案在 活塞表面采用涂层材料（ TBGS） ， 因而起到了热阻的作用， 降低冷却带走的热损失、 减少了冷却水量，从而发动机的体积和重量得到减小。实验表明，采用热涂层材料（TBGS ）处理活塞表面， 不仅柴油机运行平稳， 噪声小， 马力强， 燃料消耗低。 同时也精品论文发现涂有柴油机隔热涂层的柴油机部件在点火过程中产生了两个主要变化：1)首先缩短了预燃期。从而改善后燃，降低热负荷，改善排放。2) 其 次 点 火
31、时 产 生 的 峰 值 明 显 减 小 , 从 而 减 少 了 氮 氧 化 合 物 和 未 燃 烧 的 碳 氢化 合物， 使油烟进一步完全氧化同时还可以减少由排出尾气而带走的热量损失， 降低烟气，提高点火效率，节约燃料。（2）活塞头部：指第一道活塞环槽到活塞销孔以上部分。其功用为安装活塞环、与活塞环一起密封气缸；防止可燃混合气漏到曲轴箱内；将顶部吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。它有数道环槽，用以安装活塞环，起密封作用。本次设计的活塞有三道环槽。从活塞顶部开始，第一道安装气环，第二道安装气环，弟三道环安装油环。（3）活塞裙部：是指从油环槽下端面起至活塞最下端的部分， 它包括装活塞销的销座孔。其功
32、用为对活塞在气缸内的往复运动起导向作用，并承受侧压力。裙部的选型：本次设计采用拖鞋式裙部。其特点为：1）质量轻，比全裙式活塞轻 1020，适应高速发动机减小往复惯性力的需要。2）裙部弹性好，可以减小活塞与气缸的配合间隙。3）能够避免与曲轴平衡重发生运动干涉。另外，为了减小活塞裙部的热膨胀量，在活塞裙部开纵向膨胀槽和横向绝热槽，可使活塞留有膨胀余地。 2、活塞环：本设计采用两道气环，一道油环。两道气环的主要功用为了更好的密封，另外也起导热作用，由于在高温、高压。高速以及润滑困难的条件下工作的活塞环，是发动机所有零件中工作寿命最短的，活塞环槽的磨损是影响活塞使用寿命的重要因素。特别是第一道环槽，为
33、了增强环槽的耐磨性，在工作表面添加多孔性铬，为了消除有害的泵油作用，提高表面的接触应力，防止活塞环在一环槽内上下窜动而造成的泵油作用，因此，第二道气环采用扭曲环。油环是刮除气缸壁上多余的机油，并在气缸壁面上涂布一层的机油膜，防止了机油窜入气缸燃烧，又可以减小活塞、活塞环与气缸壁的磨损和摩擦阻力。引外，油环也起到封气的辅助作用，为了更好的起到上太作用，本次设计第三道油环采用开槽螺旋油环，它具有提高环的径向压力，保证油环与气缸壁均匀而稳定的贴合，减少磨损用降低机油耗量，并具有较高的弹性保持性。活塞环结构尺寸：由柴油机设计手册确定气环、油环的环槽轴向高度，气环高度取2.4mm，油环高度取6.5mm。
34、由于气环和油环应有相应的间隙，则第一道环槽2.45mm,第二道环槽2.5mm，第三道环7.0mm。3、活塞销：活塞销的功用是连接活塞和连杆小头，并把活塞承受的气体压力传给连杆。活塞销在高温下周期地承受很大的冲击载荷， 其本身又作摆转运动， 而且处于润 滑条件很差的情况下工作， 因此， 要求活塞销具有足够的强度和刚度， 表面韧性好， 耐磨精品论文性好， 重量轻。 所以活塞销一般都做成空心圆柱体， 本次设计采用两段截锥与一段圆柱组合结构。 活塞销的材料及连接方式的选择：本次设计并采用低碳钢和低碳合金钢制成， 外表面经渗碳淬火处理以提高硬度， 精加工后进行磨光， 有较高的尺寸精度和表面光洁度。另外，
35、活塞销与活塞销座孔和连杆小端孔配合采用浮动式。采用浮动式销两端有防上轴向窜动的限位装置，活塞销能在连杆衬套和活塞销座中自由摆动，使磨损均匀，这样不会擦伤缸套。活塞销的尺寸设计：1）外径d=(0.280.48)D,取d=40mm；2）内径d0=(0.450.65)d,取d0=20mm；3）长度l=(0.820.88)D,取l=90mm。2.2.2 连杆 组的设计连杆组包括连杆体、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴承等零件。其功是传力，将往复运动转变为旋转运动。1、连杆体：连杆分为三个部分： 连杆小头、 连杆杆身和连杆大头（包括连杆盖)等。其结构：连接活塞与曲轴，将活塞的直线运动转换为曲轴的回转运动。工作中
36、活塞顶面所受气体压力由连杆传给曲轴， 将往复机械功变为曲轴转动转矩。1）连杆小头：小头是活塞销的轴承， 由于工作时小头孔与活塞销之间有相对运动，所以常常在连杆小头孔中压入减磨的青铜衬套。 为了润滑活塞销与衬套， 在小头和衬套上铣 有油槽或钻有油孔以收集发动机运转时飞溅上来的润滑油并用以润滑。连杆小头的连接形式有全浮式和半浮式。在前在活塞销设计中，小头与活塞销连接，其方式都是采用全浮式。本次也是采用全浮式。其特点是活塞销在连杆小头孔和活塞销孔中转动，可以保证活塞销沿圆周磨损均匀。2）连杆杆身 连 杆 杆 身 通 常 做 成 “I“字 形 断 面 ， 因为刚度大、质量轻、抗 弯 强 度好 ， 大
37、圆 弧 过 渡 ， 且 上 小下大，采用压力法润滑的连杆，杆身中部都制有连通大、小头的油道。3）连杆大头 连杆大头除应具有足够的刚度外， 还应外形尺寸小， 质量轻， 拆卸发动机时能从气缸上端取出。 连杆大头是剖分的， 连杆盖用螺栓或螺柱紧固， 为使结合面 在任何转速下都能紧密结合，连杆螺栓的拧紧力矩必须足够大。连杆大头的连接形式有平切式和斜切式：如图2-3所示：精品论文图 2-3 连杆的连接形式本次设计采用斜切式，一般柴油机由于曲柄销直径较大，因此连杆大头的外形尺寸相应较大，为了拆装方便，必须采用斜切口连杆。连杆盖装合到连杆体上时须严格定位，以防止连杆盖横向位移。斜切口连杆的连杆螺栓由于承受较
38、大的剪切力而容易发生疲劳破坏。为此，应该采用能够承受横向力的定位方法。连杆的材料选择：由于连杆大小端轴承与活塞销（或十字头销）及曲柄销产生摩擦磨损。受压缩载荷时连杆会产生纵向弯曲。在连杆摆动平面（柴油机的横向）内的弯曲比 另一方向的弯曲要大些。此外由于连杆左右摆动角速度周期变化以及产生的摆动惯性力矩都增加连杆纵向弯曲的程度，为适应受力复杂和运动复杂的恶劣工作条件。连杆组件必须具备足够的刚度和抗冲击疲劳强度，同时尽可能质量轻，连杆轴承应耐磨可靠，连杆螺栓应有较高疲劳强度和联接可靠。为此连杆都用优质钢材模锻后加工制造，本次设计采用的材料为有35CrM，并采用调质热和喷丸处理。 2、连杆轴瓦：其功用
39、是承载连杆轴颈和曲轴轴颈所施加的作用力、保持油膜稳定、使轴承平稳地工作并减少摩擦损失。 轴瓦分上、 下两个半片。轴瓦的选型：本次设计的采用薄壁白合金轴瓦， 白合金具有较好的表面性能（抗咬 合性、嵌藏性和顺应性等） 、耐腐蚀和耐磨性能。3、连杆螺栓：由于工作时连杆螺栓承受交变载荷，因此在结构上应尽量增大连杆螺栓的弹性，而在加工方面要精细加工过渡圆角，消除应力集中，以提高其抗疲劳强度。本设计连杆螺栓采用40Cr，经调质后滚压螺纹，表面进行防锈处理。本设计取M12的螺纹规格。2.2.3 曲轴飞轮组的设计曲轴飞轮组由曲轴、主轴瓦、飞轮、飞轮螺栓、皮带轮、正时齿轮、扭转减振器、启精品论文动抓组成，如图所
40、示，其功用是将动力输出。1、曲轴：（详细见第三章）采用整体式全支承方式（选用这种支承，可以提高曲轴的弯曲强度和刚度，并且减轻了主轴承载荷，减小了磨损） 。本设计采用球墨铸铁材料，因为球墨铸铁具有成本低，耐磨性好，吸振能力强，缺口敏感性低，抗扭疲劳强度高等优点。采用正火处理，正火后硬度为 HB240320。正火可提高曲轴的疲劳强度和耐磨性。2、主轴瓦：其功用是承载连杆轴颈和曲轴轴颈所施加的作用力、保持油膜稳定、使轴承平稳地工作并减少摩擦损失，采用钢背等厚轴瓦，材料为高锡铝合金。三道主轴瓦宽度相同可以通用。3、止推轴承：其功用是防止曲轴受轴向力作用而有轴向窜动，起轴定定位作用，防止曲轴受热膨胀卡死
41、，从而允许它能自由伸长。本次设计采用钢背式，材料为低锡合金。安装在主轴颈二瓦座。4、 曲轴扭转减振器：其功用是吸收曲轴扭转振动的能量，使曲轴转动平稳，可靠工作。本次采用橡胶扭转减振器。其特点是结构简单、质量小、工作可靠。5、主轴承：其功用是保护轴颈及承孔，减轻摩擦和磨损，它们均承受交变载荷和高速摩擦， 由于工作比压高、 滑动速度高， 是内燃机中工作最严酷的轴承， 因此轴承材必有具有足够的搞疲劳强度，而且要摩擦小、耐磨损和耐腐蚀。6、飞轮的设计：其功用是将在作功行程中输入于曲轴的功能的一部分贮存起来，用以在其他行程中克服阻力，带动曲柄连杆机构越过上、下止点，保证曲轴的旋转角速度和输出转矩尽可能均
42、匀，并使发动机有可能克服短时间的超载荷，同时将发动机的动力传给离合器。飞轮由轮缘、轮盘和轮毂三个部分组成。飞轮材料的选用：飞轮应质量尽可能小的前提下具有足够的转动惯量，轮缘做的宽而厚。本次设计采用灰铸铁。飞轮外缘上的齿圈采用热压配。另外，根据此次发动机的起动方式为电起动，并在飞 轮轮缘上刻各缸上止点等定时标记，作为定时调整的基准。 飞轮的基本尺寸的确定：首先根据柴油机结构的总体布置以及传动装置和飞轮齿圈的尺寸初步确定飞轮尺寸 、b、h 等（见图 2-8） 。通常飞轮外径 ,轮缘1D12.53DS厚度 。 还应满足飞轮圆周速度小于或等于飞轮许用圆周速度 的要102h V求，因而飞轮外径 应满足下
43、式1160VDn式中 飞轮许用圆周速度，V铸铁飞轮 3050 m/s。（较大值用于小型高速柴油机，较小值由于大型柴油机） 。精品论文根据上述要求取 =320mm，b=80mm，h=32mm。1D图 2-4 飞轮示意图2.3 配气机构的设计配气机构的功用是按照发动机每个气缸内所进行的工作循环和发火次序的要求，定时开启和关闭气缸的进、排气门，使新鲜空气(柴油机)得以及时进入气缸，废气得以及时从气缸排出。气门式配气机构由气门组和气门传动组两部分组成。JX493型柴油机采用气门式配气机构，本次设计气门式配气机构。2.3.1 气门组：气门组是由气门、气门座、气门导管、气门弹簧、弹簧座、锁片等零件组成。1
44、、气门：气门的功用是燃烧室的组成部分，是气体进、出燃烧室通道的开关，承受冲击力、高温冲击、高速气流冲击。 气门的布置型式：气门的布置型式有气门顶置式和气门侧置式两种。本次设计采用气门顶置式，其特点是具有气门升程大、气门间隙调整方便，并且曲轴与凸轮轴转速之比为2：1。目前国产的发动机都采用气门顶置式配气机构。3、每缸气门数：本次设计采用两气门。即一个进气门和一个排气门。进气门头部直径比排气门大1530，目的是增大进气门通过断面面积，减小进气阻力，增加进气量。4、气门的选型：本次设计的柴油机的进、排气门均为菌形气门，采用平顶式气门顶。其结构简单，制造方便，受热面积小，进、排气都采用这种，另外，进气
45、门：一般为30，原因是在相同气门升程情况下，锥角小时进气阻力小；但由于头部边缘较薄，刚度差，密封性及导热性均差。排气门：一般为45。因其热负荷较大。5、气门材料：由于气门是高温、高速、冲击大、润滑条件很差下的条件下工作的。气门必须具有高的强度、刚度，耐磨性、耐腐蚀性和导热性。本次进气门一般用中碳合金钢铬钢制造。排气门则采用耐热合金钢硅铬钢制造。6、气门杆：其功用为为气门的运动传递。使气门直线运动。由于其工作温度较高，润滑困难，易磨损，容易断，因此较高的加工精度，表面经过热处理和磨光，保证同气精品论文门导管的配合精度和耐磨性。7、气门座与气门座圈 ：其功用是靠其内锥面与气门锥面的紧密贴合密封气缸
46、。 接受气门传来的热量。气门座的温度很高，又承受频率极高的冲击载荷，容易磨损。因此在气门座镶嵌气门座圈可以延长气缸盖的使用寿命。本次气门卒圈采用奥氏体钢制成的气门座圈。8、气门导管：其功用是为气门的运动导向，保证气门直线运动兼起导热作用。由于其工作温度较高，润滑困难，易磨损。所以选用用含石墨较多的合金铸铁材料。9、气门弹簧：其功用是保证气门关闭时能紧密地与气门座或气门座圈贴合，并克服在气门开启时配气机构产生的惯性力，使传动件始终受凸轮控制而不相互脱离。由于两缸柴油机容易发生共振，本次采用双气门弹簧，它具能削减共振，又能够在一个弹簧发生折断时继续工作。选用的材料为高锰碳钢。2.3.2 气门传动组
47、的设计：气门传动组是由凸轮轴、挺柱等构成。其功用是定时驱动气门开闭，并保证气门有足够的开度和适当的气门间隙。1、凸轮轴：其功用是驱动和控制各缸气门的开启和关闭，使其符合发动机的工作顺序、配气相位和气门开度的变化规律等要求。由于其承受气门弹簧的张力和气门间歇性开启的冲击载荷。 所以凸轮应具有高的耐磨性、抗冲击韧性和刚度，并且凸轮轮廓应保证气门的运动规律符合配气相位的要求。本次设计的凸轮轴的材料为合金铸铁。凸轮轴各轴颈的工作表面要经过高频淬火后精磨。凸轮轴布置形式：布置形式主要有上置式、中置式、下置式。本次采用凸轮轴上置式结构，其特点是凸轮轴与气门距离近，不需要推杆、挺柱，使往复运动的惯量减少，运
48、动件少，传动链短，整个机构的刚度大，适合于高速发动机。凸轮轴通过液压型挺柱直接驱动气门。2、凸轮轴传动方式：传动方式有齿轮传动、链条传动和齿形带传动。由于采用凸轮轴上置式，此次更好的与之相配合，则采用齿形带式传动，具有噪声小、成本低，工作性能好的特点。3、配气定时：配气定时是用曲轴转角表示的、排气门的开启时刻和开启延续时间，理论上 讲 进 气 、 压 缩 、 做 功 、 排 气 各 占 180， 但 实 际 上 这 样 的 方 式 往 往 会 使 发 动 机 充气 不 足 或 排 气 不 干 净 ， 从 而 使 发 动 机 的 功 率 下 降 。4、气门间隙：为保证气门关闭严密，通常发动机在冷态装配时，在气门杆尾端与气门驱动零件（摇臂、挺柱或凸轮）之间留有适当的间隙。冷态时， 排气门间隙大于进气门间隙，进气门间隙约为 0.25-0.3mm，排气门间隙约为 0.3-0.35mm，本设计中进气门间隙采用0.28mm ， 排气门采用0.32。5、挺柱：其功用是将凸轮的推力传给挺柱，承受凸轮施加的侧向力。本次采用液压型。精品论文2.4 柴油机燃油供给系统柴油机燃料供给系统的功用是柴油机供给系同时要完成柴油供给和空气供给以及可燃混合气的形成、燃烧和废气的排出任务；按各种不同工况的要求，定时
