畢業(yè)設(shè)計PAGE14摘要柴油內(nèi)燃機在實際的生產(chǎn)中具有非常廣泛的應(yīng)用。具有動力強勁、耗能低、成本低等特點。在船舶、礦產(chǎn)等大型機械設(shè)施上發(fā)揮了極大的作用。柴油內(nèi)燃機的燃燒過程是燃油和控制的混合作用。其配氣機構(gòu)和氣缸蓋主要用來對燃燒過程中的氣體進(jìn)行分配和提供，所以他們的結(jié)構(gòu)是否合理直接影響內(nèi)燃機的工作效率、動力性能、經(jīng)濟(jì)性等。配氣機構(gòu)在內(nèi)燃機中占有非常重要的作用，是主要的組成部分。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對其工作要求越來越高，對其穩(wěn)定性可靠性有著更加完美的需求。在配氣機構(gòu)中，配氣凸輪是最主要的核心部分，它的結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)系到配氣系統(tǒng)的工作性能。內(nèi)燃柴油機缸蓋是用于內(nèi)燃機的冷卻、布?xì)狻Ｔ诠ぷ髦懈咨w承受著比較復(fù)雜的力，所以其要具有足夠的剛度和強度。能夠在高溫高壓下穩(wěn)定的工作。同時內(nèi)燃機的緊固以及密封都登對內(nèi)燃機的工作具有一定的影響。關(guān)鍵詞：內(nèi)燃機；配氣機構(gòu)；缸蓋ABSTRACTDieselenginehasaverywiderangeofapplicationsintheactualproduction.Withstrongdrivingforce,lowenergyconsumption,lowcostcharacteristics.Intheship,mineralandotherlargemachineryandequipmenthasplayedagreatrole.Thecombustionprocessofdieselenginesisamixtureoffuelandcontrol.Thegasdistributionmechanismandthecylinderheadaremainlyusedfordistributingandprovidingthegasinthecombustionprocess,sothestructureofthegasdistributionmechanismdirectlyinfluencestheworkingefficiency,thepowerperformanceandtheeconomicalefficiencyoftheinternalcombustionengine.Theairdistributionmechanismplaysaveryimportantroleintheinternalcombustionengine.Itisthemaincomponentofthegasdistribution.Withthecontinuousdevelopmentofeconomy,peoplehavemoreandmoredemandsfortheirwork,andthereliabilityofitsstabilityismoreperfect.Inthedistributionmechanism,thecamisthemostimportantcorepart,itsstructuredesignisrelatedtotheworkingperformanceofthegasdistributionsystem.Theinternalcombustionengineisusedforcooling,gasdistributionofinternalcombustionengine.Intheworkoftheheadundercomplexstress,soitmusthaveenoughstiffnessandstrength.Abletoworkunderhightemperatureandhighpressure.Atthesametime,theinternalcombustionengine'sfasteningandsealingareallaffectedbytheinternalcombustionengine.Keywords:Internalcombustionengine;Valvetrain;cylinderhead

目錄TOC\o"1-3"\h\u16136摘要 I22554ABSTRACT II11206第一章緒論 1275961.1概述 1295811.2研究的目的及意義 1230371.2中外發(fā)展歷史 228158第二章氣缸蓋及配氣機構(gòu)的總體布置 3232292.1氣缸蓋的材料及工藝 3241112.2氣門的布置形式 3273872.3凸輪軸的布置形式 3252472.4凸輪軸的傳動方式 4141522.5每缸氣門數(shù)及其排列方式 414132.6氣門間隙 431064第三章配氣機構(gòu)的零部件設(shè)計計算 5308933.1氣門組 5181613.1.1氣門 585263.1.2氣門座圈 712563.1.3氣門導(dǎo)管 7316103.1.4彈簧設(shè)計計算 718753.2氣門傳動組 13230583.2.1凸輪軸 13287083.2.2凸輪型線設(shè)計 13285243.2.3緩沖段設(shè)計 14101853.2.4凸輪軸進(jìn)排氣凸輪角度設(shè)計 15112703.2.5基本段設(shè)計 15264933.2.6曲軸正時鏈輪與凸輪軸正時鏈輪 17112643.2.7挺柱 1719311第四章氣缸蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計 17289774.1結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計 17212334.2氣門的設(shè)計布置 17222874.3氣道的布置 18100574.3.1排氣道 18222214.3.2進(jìn)氣道 1814994.4氣缸螺栓的布置 1995524.5冷卻水道的布置 19206734.6氣缸蓋墊的設(shè)計 20168804.7氣缸蓋的基本尺寸 208463結(jié)論 221055致謝 2320567參考文獻(xiàn) 24畢業(yè)設(shè)計第一章緒論1.1概述配氣機構(gòu)是柴油內(nèi)燃機最重要的部分，它在內(nèi)燃機工作中實現(xiàn)空氣的更換，根據(jù)內(nèi)燃機各個氣缸的工作順序，按照一定的次序進(jìn)行開關(guān)進(jìn)排氣門，從而實現(xiàn)了燃燒氣缸內(nèi)空氣的吸入和燃燒廢氣的排放。在內(nèi)燃機的性能評價中，主要的指標(biāo)比如噪音、動力等性能一般都和配氣機構(gòu)有著緊密的聯(lián)系。同時配氣機構(gòu)的結(jié)構(gòu)還影響到整個內(nèi)燃機的結(jié)構(gòu)以及加工制造以及運行穩(wěn)定性等。配氣機構(gòu)在工作中一般是根據(jù)氣缸內(nèi)工作循環(huán)的要求，定時的進(jìn)行開關(guān)進(jìn)排氣門，使得新鮮的空氣能夠及時的進(jìn)入氣缸內(nèi)，燃燒后的廢氣得以及時排除。在工作中和壓力以及溫度等都有一定的關(guān)系。配氣結(jié)構(gòu)要求能夠有利于進(jìn)氣和排氣。一般來說，配氣機構(gòu)設(shè)計的合力能夠形成良好的進(jìn)排氣循環(huán)，具有最小的泵氣損失，同時還具有充足的動力性能。在工作的時候運動比較平穩(wěn)，噪音小，不會產(chǎn)生較大的磨損。在結(jié)構(gòu)形式上，配氣機構(gòu)具有較多的形式，柴油內(nèi)燃機一般采用的是氣門式配氣機構(gòu)，它能夠根據(jù)不同的角度進(jìn)行分類。在布置形式上一般有頂置和側(cè)置兩種方式。其中頂置的又可以根據(jù)凸輪的形式分為下置、中置和上置式。側(cè)置氣門顧名思義進(jìn)排氣都設(shè)置在氣缸的側(cè)面，它同時作為氣體通道和燃燒室。這種結(jié)構(gòu)形式的結(jié)構(gòu)較大，燃燒面積大，所以熱損失也較多。目前應(yīng)用范圍較窄。氣缸蓋是內(nèi)燃機中形成燃燒室的重要組成部分，他承受著工作中燃燒的力，所以對其密封性和剛度、強度要求較高。同時由于工作中所產(chǎn)生的溫度高，所以缸蓋在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，冷卻性能至關(guān)重要。在氣缸蓋的冷卻形式中，主要有水冷和風(fēng)冷兩種形式。在實際的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，水冷對氣缸蓋的密封性能要求更高。就冷卻效果來看，由于目前鋁材質(zhì)的氣缸蓋的出現(xiàn)，對性能的比較已經(jīng)無法突出其優(yōu)缺點。1.2研究的目的及意義隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對物質(zhì)的要求不斷提高，對機械動力的輔助工作要求越來越高。在日常工作中對汽車、摩托等交通工具的需求越來越多。在工業(yè)生產(chǎn)中，對內(nèi)燃機所產(chǎn)生的動力越來越依賴。對工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量、穩(wěn)定性等要求也逐漸提高。同時由于科技的不斷發(fā)展，機械逐漸想著精密、質(zhì)輕和自動智能的方向發(fā)展。但隨之而來的就是結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，對其可靠性的要求也越來越高。同時由于目前對環(huán)保的要求較高，對其工作中所產(chǎn)生的噪音以及尾氣的排放等要求也較高。發(fā)動機動力不見，是車輪行走的驅(qū)動動力，所以他的性能決定這整個車輪的穩(wěn)定性和可靠性。但是在工程機械中，柴油內(nèi)燃機應(yīng)用更為廣泛的應(yīng)用，因為其具有動力強勁，輸出功率范圍廣的特點。配氣機構(gòu)是內(nèi)燃機的最重要部分，負(fù)責(zé)內(nèi)燃機燃燒過程中的進(jìn)排氣工作，并且工作環(huán)境是在高溫、高壓下進(jìn)行的。所以其工作的穩(wěn)定性和可靠性直接影響到內(nèi)燃機的經(jīng)濟(jì)性能和工作性能，能夠直接對工作中的噪音和震動產(chǎn)生決定性因素。所以配氣機構(gòu)的設(shè)計是否合適，對內(nèi)燃機的影響非常大。氣缸蓋在內(nèi)燃機的結(jié)構(gòu)中和活塞等共同組成了燃燒室，所以他的結(jié)構(gòu)設(shè)計需要綜合考慮各方面的受力，特別是對冷卻性能以及密封性能的要求。合理的設(shè)計氣缸蓋能夠有效的改變?nèi)紵业拿娣e，提高內(nèi)燃機的工作效率，提高內(nèi)燃機的工作性能。1.2中外發(fā)展歷史配氣機構(gòu)是內(nèi)燃發(fā)動機中重要的組成部分，在配氣機構(gòu)的發(fā)展中，最早的是簡單的凸輪機構(gòu)，然后形成了通過傳動鏈作為一個整體的運動進(jìn)行計算，直到把整個配氣死機構(gòu)作為一個整體，從運動學(xué)以及動力學(xué)等昂面綜合研究。從上個實際二十年代開始對其進(jìn)行不斷的深入研究和試驗。而我國由于當(dāng)時工業(yè)基礎(chǔ)較為薄弱，所以起步較晚，發(fā)展較慢。直到七十年代才開始對凸輪機構(gòu)進(jìn)行動力學(xué)方面的研究分析，并且重點在現(xiàn)形設(shè)計和動力學(xué)方面研究。近些年來隨著科技的發(fā)展以及電子技術(shù)的應(yīng)用，為配氣機構(gòu)的發(fā)展和研究創(chuàng)出了一條更為精細(xì)、科學(xué)的途徑。在研究的科學(xué)性以及機械動力方面提供了更加有效的途徑。出現(xiàn)了一些換門用來設(shè)計凸輪的設(shè)計軟件。氣缸蓋在內(nèi)燃機的設(shè)計中伴隨著重要的作用。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，它受到了空氣動力的限制以及冶金的局限性。并且在設(shè)計內(nèi)燃機的冷卻系統(tǒng)中也經(jīng)歷了風(fēng)冷和水冷的不斷交替發(fā)展。目前隨著新材料以及加工工藝的不斷改進(jìn)變化，水冷和風(fēng)冷各有自己的特點。第二章氣缸蓋及配氣機構(gòu)的總體布置2.1氣缸蓋的材料及工藝氣缸蓋的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，受力比較多，要求強度大、傳導(dǎo)熱量迅速等，所以要求氣缸蓋要有足夠的強度以滿足各種功能的設(shè)計要求。氣缸蓋的工作環(huán)境比較復(fù)雜，溫度變化頻繁且經(jīng)常處于高溫，所以要求其材料具有較小的膨脹系數(shù)和較高的疲勞強度，加工工藝性能好。氣缸蓋選用鋁合金材質(zhì)的時候，具有較強的導(dǎo)熱性，它的熔點較低，鑄造加工性能好，并且在足夠的強度下不影響其延展性。相對于普通常用的鑄鐵來說。鋁合金的造價相對較高，強度也一般，但是隨著合金技術(shù)的不斷應(yīng)用，鋁合金的氣缸蓋應(yīng)用越來越廣泛，在本次畢業(yè)設(shè)計中，氣缸蓋的材質(zhì)就選擇高硅鋁合金材料。氣缸蓋的加工工藝采用金屬硬膜鑄造加工方式，先通過澆鑄進(jìn)行基本成型，然后通過凈化處理后，利用鉸刀等加工方法對其配合的面進(jìn)行加工，最后對其關(guān)鍵的需要配合的面利用專用的磨床進(jìn)行加工。2.2氣門的布置形式在氣門的結(jié)構(gòu)布置中，一般有頂置式和側(cè)置兩種方式，本次設(shè)計的內(nèi)燃機是4115結(jié)構(gòu)形式，所采用的是頂置式的配氣機構(gòu)。它的進(jìn)、排氣門都是在頂部懸掛在氣缸上的。在內(nèi)燃機進(jìn)行工作的時候，通過定時的驅(qū)動凸輪進(jìn)行驅(qū)動，根據(jù)凸輪運動的線型，當(dāng)凸輪把挺住頂起來的時候，通過推桿以及螺釘?shù)淖饔檬沟脫u臂做旋轉(zhuǎn)運動。壓縮氣門的彈簧，使得氣門力作。當(dāng)凸起的部分轉(zhuǎn)過去的時候，氣門辯在彈簧的作用下落座，從而實現(xiàn)了氣門的關(guān)閉。對于4115內(nèi)燃機，屬于四沖程發(fā)動機。在工作中每完成一個工作循環(huán)，曲軸個就會做兩周的旋轉(zhuǎn)運動，每個氣缸的進(jìn)氣好排氣都會開啟一次。2.3凸輪軸的布置形式凸輪軸是在曲軸箱內(nèi)的，采用的是下置式配氣機構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的主要特點就是凸輪軸和曲軸之間的距離特別近，能夠通過隨便的齒輪傳動進(jìn)行傳遞。但卻也存在零件較多，傳動剛度不足等缺點。綜合考慮4115內(nèi)燃機的特點，選擇下置式配氣機構(gòu)。2.4凸輪軸的傳動方式凸輪軸下置、中置的配氣機構(gòu)大多采用圓柱形定時齒輪傳動。一般曲軸與凸輪軸之間的傳動只需一對定時齒輪，必要時加裝中間齒輪。為了嚙合平穩(wěn)，減小噪聲，定時齒輪多采用斜齒輪。在中小功率發(fā)動機上，曲軸定時齒輪用鋼來制造，而凸輪定時齒輪則用鑄鐵或夾布膠木制造，以減小噪聲。在此，選用齒輪傳動。2.5每缸氣門數(shù)及其排列方式在內(nèi)燃機械的進(jìn)氣和排氣中，一般都是采用缸量排氣，也就是一個進(jìn)氣門一個出氣門的結(jié)構(gòu)。在各種結(jié)構(gòu)尺寸運行的情況下，應(yīng)當(dāng)盡可能的增加氣門的直徑，以滿足燃燒室對空氣的需求量，但是在實際的設(shè)計中，由于燃燒室以及整體尺寸的現(xiàn)在，氣門的最大尺寸一般不能大于氣缸的一般直徑。氣缸尺寸過大的時候，活塞運動的速度就會比較高。所以不能實現(xiàn)完美的送氣，確保燃燒質(zhì)量。采用兩個氣門結(jié)構(gòu)的時候，為了確保結(jié)構(gòu)的簡便化，大部分的氣門構(gòu)造都是沿著機體呈現(xiàn)縱軸排列的方式，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠促使相鄰的氣缸采用同一個進(jìn)氣通道，能夠有效的提高氣缸蓋的冷卻。所以針對4115內(nèi)燃機采用的是量氣門沿軸向排列的方式。2.6氣門間隙在內(nèi)燃機工作的過程中，由于內(nèi)部的燃燒，使得氣門的溫度會升高。而由于熱脹冷縮的原因，在氣門承受很高的溫度的時候，它與傳動件之間會產(chǎn)生一定的間隙。在熱狀態(tài)下，由于受熱必然會出現(xiàn)關(guān)閉不嚴(yán)密的情況，出現(xiàn)漏氣，使得內(nèi)燃機的功率下降。所以氣門的間隙是飛鏟更重要的。它的尺寸一般是根據(jù)內(nèi)燃機生產(chǎn)廠家通過大量的試驗進(jìn)行確定的。在冷卻的時候，一般進(jìn)氣門的間隙為0.23mm到0.3mm之間，排氣門的則在0.3mm到0.35mm之間。如果間隙過小，則會出現(xiàn)漏氣等現(xiàn)象，過大則在工作中會出現(xiàn)碰撞，產(chǎn)生噪音。所以針對本次所研究的4115內(nèi)燃機，進(jìn)氣門的間隙取值為0.25mm，排氣門的間隙選擇為0.3mm。第三章配氣機構(gòu)的零部件設(shè)計計算3.1氣門組氣門組是一個綜合的零件組，它有許多零部件組成，主要由氣門、氣門導(dǎo)管、氣門座以及氣門彈簧等。在工作中，氣門組要確保氣門個做之間密封完好，在高溫、缺少潤滑以及冷卻的時候仍然具有足夠的強度，并能夠耐磨。所以氣門組必須具有以下特點：氣門和氣門座支架要有足夠的密封。安裝后，氣門能夠沿著軸向順利的做往復(fù)運動；氣門彈簧的兩個斷面必須和中心線相垂直，以確保安裝之后不偏斜。氣門彈簧必須具有足夠的彈性力和剛度，以保證氣門能夠迅速的關(guān)閉并利用彈簧的壓力密封。3.1.1氣門氣門是由兩部分組成的，分別是頭部和干部，在工作的過程中，頭部在燃燒室內(nèi)，所以溫度非常高。就要求氣門具有足夠的強度和耐熱性能。一般進(jìn)氣的材料選擇40cr排氣的材料則選擇4cr9si2。在結(jié)構(gòu)形式長，氣門的頂端采用的是平頂，這樣整體結(jié)構(gòu)就比較簡單，加工制造業(yè)比較容易。同時質(zhì)量較小能夠使用在進(jìn)氣門和排氣門上。氣門的密封錐面一般是做成45°的，它的頭部應(yīng)確保具有一定的厚度，以確保在工作中由于相互之間的碰撞等產(chǎn)生腐蝕，在實際的應(yīng)用中，為了減小氣體進(jìn)入的阻力，提高燃燒中新鮮控制的含量，其門頭的邊緣厚度取值為1mm。氣門在工作中主要用來供氣和排氣。一般內(nèi)燃機的每個缸體都只有一個進(jìn)、排氣門。因為這種結(jié)構(gòu)是最簡單的，成本低、維護(hù)方便。目前為了提高內(nèi)燃機的效率，也有多個氣門的結(jié)構(gòu)設(shè)計。本次設(shè)計的4115內(nèi)燃機采用的就是最普通的每缸一個進(jìn)氣門和一個排氣門的結(jié)構(gòu)。氣門的結(jié)構(gòu)簡圖見下圖所示：圖3-1氣門截面簡圖氣門在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，需要綜合考慮到剛度、強度、重量、加工工藝、受熱膨脹系數(shù)等多種參數(shù)，因為他們關(guān)系到氣門的使用壽命，內(nèi)燃機的工作效率。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，進(jìn)氣門的頭部設(shè)計為平頂構(gòu)造，氣門座的錐面較低為45°。進(jìn)氣門的最大直徑為38mm，排氣門的最大直徑則為34mm。進(jìn)排氣的厚度則為3.5mm，誤差允許在0.1mm范圍內(nèi)。在氣門桿的直徑方面，進(jìn)排氣的直徑都為8mm，但是為了確保工作時候能夠順利滑動，以及留有一定的膨脹系數(shù)，所以都是去的下限誤差。在長度方面都是長98mm，也是采用的負(fù)誤差。在材料方面，根據(jù)進(jìn)、排氣的工作環(huán)境和要求不同，所以也是選擇不同的材料。進(jìn)氣門的溫度一般都比較低，排氣門一般都比較高。由于在工作中對零部件的受力以及熱膨脹等要求較高，所以在選擇材料為40Cr的基礎(chǔ)上還需要進(jìn)行鍍鉻處理。以滿足耐磨性的要求。在加工工藝上，排氣門采用的是焊接性能較為好的材料。頭部采用4Cr9Si2，桿體采用4Cr10Si4Mo。通過焊接完成。3.1.2氣門座圈針對柴油機的氣門座，一般都是采用鑲嵌式的，只是有的并不完全鑲嵌進(jìn)去，只鑲嵌氣門座一部分，因為在燃燒室內(nèi)，由于燃?xì)獾娜紵⒉荒芡耆浞值倪M(jìn)行，所以會出現(xiàn)一些廢氣、顆粒以及殘存的機油燈，導(dǎo)致排氣門座磨損較為嚴(yán)重，而進(jìn)氣門的是在工作中由于近氣的壓力較大，導(dǎo)致進(jìn)氣門會產(chǎn)生變形，從而更加加劇了進(jìn)氣門座的磨損。在實際的工作中，氣門座和氣缸蓋之間的溫度是由一定差別的，二者之間材料的不同膨脹系數(shù)也是不同的，所以其配合的公差尺寸要求較為嚴(yán)格，根據(jù)經(jīng)驗公式和大量的試驗得出，氣門座的配合尺寸過盈量達(dá)到0.002到0.0035即可，過大或者過小都會增加摩擦力，針對不同的缸蓋的材料，鋁質(zhì)材料應(yīng)該去外限，同時在工作的時候，為了確保過盈量，還必須保證氣門座具有一定的斷面積，在尺寸設(shè)計的時候，一般取壁厚為左權(quán)的0.1到0.15倍，高度達(dá)到外徑的0.16到0.22倍，在尺寸設(shè)計的同時，需要主語防止氣門座可能會由于松弛產(chǎn)生一定的變形，所以為了彌補這個缺陷，有時候會采用材料進(jìn)行改進(jìn)措施，利用鋁質(zhì)的氣缸蓋或者一些材料的變形量來提高其可靠性，能夠去較小的間隙量，在本次畢業(yè)設(shè)計中選取氣門座圈的高度為6mm，其厚度為4.5mm。3.1.3氣門導(dǎo)管氣門導(dǎo)管的主要作用就是對氣門的上下與京東做一個引導(dǎo)的作用，同時還能夠利用自身的材料將氣門桿所承受的熱能傳遞出去。在實際的結(jié)構(gòu)設(shè)計中為了維護(hù)安裝的方便，一般都是加工成單品。通過壓鑄的工藝鑲?cè)敫咨w中。導(dǎo)管的材質(zhì)一般選擇鑄鐵，這是因為鑄鐵中所含有的石墨成分具有較好的耐磨性能和潤滑性能。同時為了防止?jié)櫥蛷臍忾T導(dǎo)管中流出，或者潤滑油通過導(dǎo)管進(jìn)入氣缸內(nèi)，一般對于頂置式的氣門，都會安裝有一個油封，油封采用薄金屬結(jié)構(gòu)或者橡膠結(jié)構(gòu)。導(dǎo)管和座套的配合過盈量一般是取氣門桿直徑的0.003到0.005范圍內(nèi)，同時進(jìn)氣門的間隙取值為0.003到0.007氣門桿直徑，排氣門桿取值則在0.005到0.01范圍內(nèi)。在本次畢業(yè)設(shè)計中，導(dǎo)管的壁厚取值為3mm。3.1.4彈簧設(shè)計計算首先計算在安裝時的彈簧預(yù)緊力F1，在氣門關(guān)閉的時候，彈簧要有足夠的預(yù)緊力確保氣門和氣門座之間的密封狀態(tài)是符合要求的，根據(jù)相關(guān)的設(shè)計計算參考，一般預(yù)緊力需要在進(jìn)氣口上產(chǎn)生150kpa以上的壓強才能確保密封的良好性。從而可以計算如下：公式中的di表示進(jìn)氣口的直徑，前面已經(jīng)設(shè)定了值為46mm。帶入計算得：。對所計算的值取圓整。取為250N。基于彈簧長時間工作以及安全的考慮，在實際的設(shè)計中一般取理論值的二到五倍，計算如下：=500~750N通過圓整取值750N。然后計算氣門彈簧的基本尺寸。外彈簧直徑計算：，取=30.5mm；內(nèi)彈簧直徑計算，取=20.5mm；則彈簧絲的直徑計算公式如下：簧絲直徑；上述公司中的，表示彈簧絲所選材料的最大許用應(yīng)力，根據(jù)《材料力學(xué)》查詢得其職為350到600N/mm2，表示氣門彈簧在全部都打開的時候所需要的彈性力，它需要客服坦克過程中由于加速度所產(chǎn)生的最大力，以防止彈開的過程中相互之間出現(xiàn)脫落的情況，破壞了其他的工作機構(gòu)，彈簧的結(jié)構(gòu)形式采用雙彈簧構(gòu)造，一般外彈簧的尺寸稍大，取3到5mm，內(nèi)彈簧的尺寸稍小，取2到3.5mm。根據(jù)本次設(shè)計的內(nèi)燃機性，取外彈簧的直徑為4.5mm，內(nèi)彈簧的直徑為3mm。外彈簧的有效圈數(shù)為5，總?cè)?shù)為7，內(nèi)彈簧的有效圈數(shù)為7.5，總?cè)?shù)9.5。在載荷分配上，內(nèi)外彈簧一般是分配的范圍在1:2到1:1.25之間，在本次設(shè)計的時候取值為1:2，所以內(nèi)彈簧的預(yù)緊力為166.7N，最大的彈力大奧了233.3N，外彈簧的預(yù)緊力為233.3N，最大彈力為466.7N。一直氣門最大的升高距離為17mm。外彈簧的安裝高度為56.9mm，最大彈力高度為39.9mm，內(nèi)彈簧的安裝高度為53.9mm，最大彈力高度為36.9mm。計算所選擇彈簧的剛度CT。剛度的計算公式如下：公式中的G表示彈簧鎖選材料的切變模量，值為80000Mpa，表示彈簧的有效圈數(shù)，代表所計算彈簧的中景，則為彈簧簧絲的直徑，將上述數(shù)值分別帶入計算如下：外彈簧：內(nèi)彈簧：計算彈簧的并圈高度和變形量，計算公式如下：帶入?yún)?shù)，分別計算內(nèi)燃彈簧，計算如下：外彈簧：內(nèi)彈簧：計算彈簧在不受壓力的狀態(tài)下的t、螺旋角和展開長度，單位分別為mm、度、mm。計算公式如下：節(jié)距t：螺旋角：展開長度：分別帶入數(shù)值，計算內(nèi)外彈簧的相關(guān)參數(shù)，計算如下：外彈簧：mm°mm內(nèi)彈簧：mm°mm校核氣門彈簧的強度，首先進(jìn)行靜強度的計算。彈簧在安裝的時候承受最大的受力，并且處于一種并圈的狀態(tài)，這個時候彈簧絲的受力截面的應(yīng)力計算公式如下：上述公司中的表示彈簧鎖承受的最大載荷，Ks是彈簧的曲度系數(shù)，是一種反應(yīng)彈簧受力時各個截面上應(yīng)力分布不均勻的系數(shù)，計算公式如下：。公式總的c表示彈簧的旋繞比，計算如下：=28/3.5=8。則分布計算其中參數(shù);內(nèi)彈簧：c=18/2.5=7.2當(dāng)內(nèi)外彈簧并圈的時候，其所承受的切應(yīng)力應(yīng)小于材料的許用切應(yīng)力，即滿足條件<一般取彈簧所選鋼絲材料抗拉強度的百分之50左右，抗拉強度為1570Mpa，則許用切應(yīng)力為863Mpa，通過上面的計算，內(nèi)外兩個彈簧都能夠滿足使用要求。然后對氣門彈簧進(jìn)行疲勞強度校核，這是因為彈簧在工作中承受著交變應(yīng)力，彈簧絲截面上所承受的力也在交變循環(huán)著變化。計算公式如下：疲勞強度的安全系數(shù)計算公式如下：外彈簧：內(nèi)彈簧：安全系數(shù)應(yīng)不小于。所以，上述內(nèi)，外彈簧滿足要求。氣門彈簧是氣門結(jié)構(gòu)中最重要的一個零部件，它是一種圓柱形彈簧，材料選用的是50CrVA，在工作中它是用來確保氣門和氣門座密封的零部件，在加工工藝上氣門彈簧一般是利用鋼板沖壓而成的。氣門彈簧總的參數(shù)如下表3-1所示：表3-1彈簧參數(shù)參數(shù)外彈簧內(nèi)彈簧彈簧中徑2418簧絲直徑3.52.5總?cè)?shù)7.59.5有效圈數(shù)57彈簧剛度G10.344.67自由長度88.771.8安裝高度56.953.9最大彈力高度44.941.9并圈高度21.87523.1255預(yù)緊力233.3116.7最大彈力466.7233.3節(jié)距t14.6510.18螺旋角9.4610.21展開長度1091.4885.4安全系數(shù)1.37491.37513.2氣門傳動組氣門傳動組主要是用來使氣門開啟和關(guān)閉的。它主要組成部分就是凸輪軸和搖臂、挺住等，下面將分別介紹這些關(guān)鍵的零部件，并對其尺寸進(jìn)行選擇或計算。3.2.1凸輪軸凸輪軸顧名思義是一根偏心凸輪性質(zhì)的軸，它是用來控制氣門開啟和閉合的主要零部件。在材料上一般選擇鍛鋼或者鑄鐵，在加工工藝上，需要經(jīng)過特殊的熱處理，以提高工作的耐磨性和硬度。在工作中它是通過齒輪進(jìn)行驅(qū)動，利用軸承進(jìn)行承載受力。凸輪軸上一般設(shè)計有止推板，它的作用是防止凸輪軸由于受力而出現(xiàn)軸向移動，在本次設(shè)計的凸輪軸采用的是整體式的結(jié)構(gòu)，函數(shù)凸輪線性。在尺寸方面，凸輪的機緣直徑為38mm，凸輪的升呈是12mm，軸頸直徑為52.4875mm，軸上設(shè)計有一個中空的油道，直徑為22mm。為了確保配氣工作能夠穩(wěn)定持續(xù)的進(jìn)行，凸輪軸和曲軸相互之間的關(guān)系需要不干涉。3.2.2凸輪型線設(shè)計凸輪的線型設(shè)計主要指的是其輪廓，在設(shè)計的過程中，通過表書法給出凸輪機緣的半徑以及挺柱升呈的曲線。配氣凸輪在工作中分為兩部分，一部分是緩沖段，一部分是基本段，則其相對應(yīng)的挺柱的生產(chǎn)函數(shù)也是由兩部分組成。理論上，氣門應(yīng)該在凸輪挺柱上升到終點的時候開始，在基本段終點進(jìn)行關(guān)閉，但是在實際的工作中，由于設(shè)計、加工制造以及工作變形等原因，總會存在一些誤差。配氣凸輪設(shè)計的原則就是具有準(zhǔn)確的配氣相位，配氣機構(gòu)具有良好的充氣性能以及進(jìn)氣充分，排氣徹底的情況。衡量這一標(biāo)準(zhǔn)一般是看氣門瞬時的通路面積的大小，假設(shè)當(dāng)凸輪軸轉(zhuǎn)角為0度時P氣門升程為Y，則Y=Y(a)，此時氣門的通路面積為：氣門開啟的時間斷面為：為了便于對工作段包角和最大升程不同的各種凸輪比較其對充氣性能的影響；常常用豐滿系數(shù)：。一般認(rèn)為豐滿系數(shù)較大對充氣性能有利，但也非絕對如此。設(shè)將凸輪與搖臂看成不同材料的兩個金屬柱體，兩者間作線接觸，則其接觸應(yīng)為凸輪在誰的時候應(yīng)當(dāng)避免最小曲率半徑過小，這樣會導(dǎo)致其接觸應(yīng)力變大，并導(dǎo)致凸輪過早的磨損。一般P1的值都需要大于2mm。影響凸輪曲率半徑的最根本的是機緣的半徑。所以在內(nèi)燃機總體布局的時候就需要給凸輪軸預(yù)留出足夠的地方，使得凸輪能具有較大的基元半徑。3.2.3緩沖段設(shè)計緩沖段在凸輪中是有兩端的，并且是相同的，在搖臂的上升和下降各有一段。一般為了方便都是設(shè)計成相同的一段。進(jìn)氣凸輪的緩沖段高度設(shè)計為0.205mm，作用角度為20°，起勁凸輪采用的線型是對稱性的凸輪線性。其中進(jìn)氣工作曲線升程為12mm。進(jìn)氣凸輪型線采用復(fù)合擺線型帶平段。型線方程為：上升緩沖段：上升工作段：3.2.4凸輪軸進(jìn)排氣凸輪角度設(shè)計各個缸進(jìn)排氣凸輪之間的夾角均為120°，都具有一定的點火順序，排氣延遲角度，排氣提前角。吸氣延遲角，吸氣提前角。同一缸進(jìn)排氣凸輪夾角：。進(jìn)排氣凸輪工作段半包角：排氣凸輪與挺柱軸線的夾角為：3.2.5基本段設(shè)計在本次畢業(yè)設(shè)計，氣門驅(qū)動機構(gòu)由于壓縮而產(chǎn)生的靜變形暫時不考慮，并且假設(shè)凸輪上升和下降的緩沖高度都相等。進(jìn)氣門的間隙為0.25mm，排氣門的間隙為0.3mm，氣門搖臂比為1.2，通過上面的參數(shù)可以計算出緩沖段的基本參數(shù)為進(jìn)氣凸輪為0.21mm，排氣凸輪為0.25mm。如若加上提前落座量，則凸輪可取0.30mm，排氣凸輪可取0.35mm。在設(shè)計的過程中，需要對各個參數(shù)進(jìn)行不斷的調(diào)整、驗算，最終才能夠得出滿足使用要求的配氣機構(gòu)，以及凸輪的線型等基本尺寸，本次設(shè)計的進(jìn)排氣凸輪的基本參數(shù)合升程曲線如下表3-2、3-3所示：表3-2凸輪參數(shù)參數(shù)進(jìn)氣凸輪排氣凸輪凸輪軸頸（mm）52.48552.485基圓半徑（mm）1515上升（下降）過度包角（度）27．527．5上升（下降）緩沖段終點速度（mm/deg）0.01180.0137上升（下降）緩沖段半包角（度）6060上升緩沖段起點升程（mm）0.210.25緩沖段型線類型復(fù)合擺線帶平段基本工作段型線類型高次多項次型線表3-3進(jìn)氣凸輪左側(cè)升程曲線表升程H(mm)升程H(mm)升程H(mm)012307．619601．518511．784356．112651．4771011．141405．688700．7061510．061454．315750．235208．919503．017800．117257．262552．626850．021表3-4排氣凸輪左側(cè)升程曲線表升程H(mm)升程H(mm)升程H(mm)012307．586601．425511．798356．379651．4791011．189405．590700．6831510．174454．947750．229209．717503．579800．108258．763552．529850．0203.2.6曲軸正時鏈輪與凸輪軸正時鏈輪兩種正時鏈輪的目的是為了曲軸和曲輪軸在工作的時候，按照一定速度驅(qū)動排氣門打開進(jìn)行工作，兩個鏈輪的周節(jié)是不一樣的，凸輪軸和曲軸的正時鏈輪周節(jié)分別為9.24mm和8.95mm。鏈輪的齒數(shù)分別為40和20。3.2.7挺柱挺柱的作用是利用凸輪轉(zhuǎn)動工作中的推力帶動推桿，在工作的時候還需要承受凸輪軸旋轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的側(cè)向力，挺柱在其頂部安裝有螺釘以方便調(diào)節(jié)氣門的間隙。在材料方面挺柱主要是采用鎳鉻合金鑄鐵或冷激合金鑄鐵制造，其摩擦表面應(yīng)經(jīng)熱處理后研磨。氣缸蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計對于內(nèi)燃機的氣缸蓋來說，其結(jié)構(gòu)形式有整體結(jié)構(gòu)、分體式、以及單體式三種結(jié)構(gòu)。整體式結(jié)構(gòu)是內(nèi)燃機中應(yīng)用較多的一種形式，因其所需要裝配的零部件較少，整體構(gòu)造相對緊湊，加工成本低。本次畢業(yè)設(shè)計所研究的4115直噴式內(nèi)燃機氣缸蓋采用的就是四缸一體式的結(jié)構(gòu)形式。4.1結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計氣缸蓋的整體結(jié)構(gòu)的工藝性能直接影響著其生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)的性能，決定這機器能夠持續(xù)穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)，以及設(shè)備工作的效率、成本等。在氣缸蓋的整體結(jié)構(gòu)中，零件結(jié)構(gòu)需要標(biāo)準(zhǔn)化，互換性高，這樣就能夠減小設(shè)計的工作時間，縮短整體的生產(chǎn)周期。在結(jié)構(gòu)工藝上，盡量選擇成熟的通用產(chǎn)品，比如噴油器等零部件，這樣就能夠減少加工時對卡具以及加工工藝的特殊要求。整個氣缸蓋的加工設(shè)計，需要考慮精準(zhǔn)的定位平面和加筋面，由于氣缸蓋的結(jié)構(gòu)特別復(fù)雜，所以需要確保零部件方便加工，盡可能的減少加工的次數(shù)，減小加工的表面。氣缸蓋整體的工藝要求能夠滿足缸蓋在裝配的時候，相互之間的位置能夠準(zhǔn)確定位，滿足使用以及裝配的精度要求。氣缸蓋本身以及相關(guān)的裝配能夠方便的安裝和調(diào)試。4.2氣門的設(shè)計布置氣門的數(shù)量是目前氣缸蓋設(shè)計中最重要的環(huán)節(jié)，目前采用較多的就是兩氣門和四氣門的結(jié)構(gòu)形式，二者各有優(yōu)缺點，其特點對比如下表4-1所示。表4-1不同氣門數(shù)的優(yōu)缺點對比在本次的設(shè)計中，設(shè)計的是4115內(nèi)燃機型，所以比較適宜采用量氣門的氣缸蓋結(jié)構(gòu)。4.3氣道的布置柴油內(nèi)燃機的氣道一般分布在氣缸蓋內(nèi)，而且相鄰兩個氣缸的氣道一般是不相同的，都是單獨排布設(shè)置的。防止排氣道在工作中一直接觸高溫的氣體。一般在多缸內(nèi)燃機中，都是把兩端的排氣放在外邊的遠(yuǎn)端，進(jìn)氣門則相對較近一些，這樣能夠縮短燃燒時新鮮空氣的進(jìn)氣量。從而提高了空氣和燃料混合的程度，提高了燃燒率。針對本次設(shè)計的4115內(nèi)燃機進(jìn)氣道和排氣道采用了異側(cè)布置的方案。能夠有效避免進(jìn)氣管道受到排氣管道熱量的干擾，從而提高了發(fā)動機的性能。4.3.1排氣道排氣道主要是用來排放燃燒室內(nèi)已經(jīng)燃燒完成的廢氣，它具有較高的溫度。在結(jié)構(gòu)設(shè)計上，為了排氣的順暢，從排氣門座到氣道的喉口之間有一個引流段，氣道了引流的作用，一般這個喉口的尺寸為排氣門尺寸的95％左右，在本次設(shè)計取值為28mm。在排氣道的結(jié)構(gòu)設(shè)計上，為了減少對氣缸蓋熱量的傳導(dǎo)作用，一般盡量縮短排氣道在氣缸蓋內(nèi)部的結(jié)構(gòu)尺寸，能夠減少對冷卻水的熱量傳導(dǎo)。4.3.2進(jìn)氣道進(jìn)氣道和排氣道一般是兩個正好相反的過程，要求進(jìn)氣口具有盡可能大的面積，然后逐漸縮小到喉口，喉口處的面積一般為進(jìn)口處面積的85％作用，并且進(jìn)入喉口處后會有一段的引流。在本次設(shè)計取值為32mm。進(jìn)氣管道主要是為了保證在燃燒過程中的新鮮空氣的供給量，所以要求進(jìn)氣的阻力較小。根據(jù)不同的設(shè)計情況，有的還要求進(jìn)氣經(jīng)過一個渦流運動。進(jìn)氣道的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計見下圖圖4-2進(jìn)排氣結(jié)構(gòu)圖4.4氣缸螺栓的布置氣缸蓋的螺栓和氣缸蓋的結(jié)構(gòu)形式，氣道、冷卻水道、缸心距等有關(guān)系，它影響著整個柴油內(nèi)燃機的結(jié)構(gòu)緊湊型和密封性，從而影響發(fā)動機的使用壽命和可靠性。一般根據(jù)設(shè)計慣例，每個缸體的螺栓分布的螺栓數(shù)量為4~8個，在實際的設(shè)計中一般都是取6個，這樣能夠均勻分布。螺栓和缸體之間的距離不易太近，裝配時候的預(yù)緊力也不需要太大，以防止對缸蓋造成變形。在螺栓的空間布置的時候需要預(yù)留足夠的裝配空間和扳手活動的空間。本次設(shè)計的4115內(nèi)燃機缸蓋螺栓孔中心分布半徑為70mm。4.5冷卻水道的布置內(nèi)燃機冷卻系統(tǒng)的是對氣缸蓋至關(guān)重要的，它的良好運行能夠保證氣缸蓋不因熱應(yīng)力而出現(xiàn)破裂、壽命縮短等。所以對氣缸蓋合理的設(shè)計冷卻水道是一個非常重要的工作。在冷卻水道的設(shè)計中，可以通過提高冷卻水的流速，利用流層簡報的原理增加熱量的傳導(dǎo)，同時降低兩側(cè)的溫差。高溫冷卻區(qū)是重點。在氣門座和噴油器中間的部位，在工作中要承受著高溫的考驗，同時還有來自氣門都處的熱量向此次匯集，所以容易形成局部的熱不均勻，嚴(yán)重會導(dǎo)致裂紋的出現(xiàn)。所以對這些重要的臂后區(qū)，要適當(dāng)?shù)募哟笏髁俊Ｒ员愀玫睦鋮s。從鑄造的角度出發(fā)，由于水道的存在，使得氣缸蓋的部分地方變薄，在加工的時候要求最小的圓角半徑不小于3mm。4.6氣缸蓋墊的設(shè)計為了確保燃燒室在工作燃燒的時候的密封性，需要選擇合適的氣缸點，同時利用螺栓的預(yù)緊力，確保整個氣缸的密封性能。合格的氣缸蓋需要滿足一下要求：具有較好的彈性、導(dǎo)熱性能、防腐性能、抗老化性能。能夠耐高溫、高壓，以及足夠的抗剪強度。缸墊要綜合考慮在禁錮螺栓緊固后，缸蓋和底面所承受的壓力差盡量靠近，以減少變形。拆卸方便，并可重復(fù)利用。造價成本較低。4.7氣缸蓋的基本尺寸氣缸蓋的基本尺寸是高度和厚度。其中高度影響到氣缸蓋的剛度、強度以及冷卻效果，對螺栓的預(yù)緊力以及工作中產(chǎn)生的應(yīng)力都有關(guān)系。厚度則取決于氣道、水道等基本結(jié)構(gòu)尺寸。頂置氣門內(nèi)燃機，由于進(jìn)排氣道都在上面，所以高度較大。在目前的發(fā)展趨勢中，多缸內(nèi)燃機的氣缸蓋厚度仍然有加大的趨勢。因為高度的提升，能夠增加氣缸蓋內(nèi)部的空間，流量運行阻力較小。氣缸蓋的底部厚度和氣缸的缸徑關(guān)系較為密切，所以他的尺寸也是直接影響著內(nèi)燃機工作的可靠穩(wěn)定性。本次所涉及的氣缸蓋的基本尺寸如下圖4-3所示。結(jié)論這學(xué)期進(jìn)行的畢業(yè)設(shè)計，是大學(xué)期間最全面也是最后的一次設(shè)計。這次的畢業(yè)設(shè)計應(yīng)用了我在大學(xué)期間學(xué)習(xí)的專業(yè)學(xué)科和英語、計算機等公共學(xué)科，是對我大學(xué)期間學(xué)習(xí)的一個全面檢測。在檢測中，我發(fā)現(xiàn)了自己沒有掌握到或沒有掌握好的知識，并且通過自己學(xué)習(xí)，初步了解了并能解決遇到的問題；我也在設(shè)計時，明白了自己的強項，增強了信心。這次設(shè)計是步入工作崗位前的最徹底的一次評估，為我以后工作奠定了基礎(chǔ)，因為很多事情都是第一次遇到。在設(shè)計初期，我收集了有關(guān)內(nèi)燃機配氣機構(gòu)設(shè)計的有關(guān)學(xué)術(shù)文章，仔細(xì)閱讀并且寫了文獻(xiàn)綜述。通過閱讀，我從理論上了解了內(nèi)燃機