C3108柴油機(jī)總體方案及配氣凸輪設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）yc3108柴油機(jī)總體方案及配氣凸輪設(shè)計(jì)單號(hào)摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不斷加強(qiáng)投入，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的拉動(dòng)成效日益顯見(jiàn)，尤其是“汽車(chē)下鄉(xiāng)政策”扶持力度的加大，對(duì)汽車(chē)行業(yè)的影響是巨大的。目前，農(nóng)用型汽車(chē)作為農(nóng)民兄弟的致富幫手，已快速進(jìn)入農(nóng)村建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域，進(jìn)入了普及階段。同時(shí)，隨著科技不斷進(jìn)步，柴油機(jī)的制造技術(shù)的不斷成熟，柴油機(jī)以它的良好動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、以及不斷提高的排放，成為配套農(nóng)用車(chē)的首選動(dòng)力。2009年，受惠于國(guó)家為拉動(dòng)內(nèi)需而出臺(tái)的“汽車(chē)下鄉(xiāng)政策”，年農(nóng)用車(chē)市場(chǎng)持續(xù)火爆，但是，我們也看到，市場(chǎng)基本被4108、4100等4缸機(jī)占有，對(duì)于農(nóng)民兄弟提出的動(dòng)力下移的市場(chǎng)

2、需求，我們的產(chǎn)品鏈?zhǔn)强瞻椎?，我們?yīng)該做出適應(yīng)市場(chǎng)的產(chǎn)品。針對(duì)這一塊巨大的市場(chǎng)，玉柴機(jī)器股份有限公司設(shè)計(jì)出yc3108系列柴油機(jī)，yc3108柴油機(jī)總體布置是根據(jù)已選定的性能參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)、主要部件及系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)型式、所需配套生產(chǎn)廠的要求，形成對(duì)產(chǎn)品的總體概念或構(gòu)思，經(jīng)過(guò)粗略、模糊到逐漸具體、逐漸明確的設(shè)計(jì)方案。本文詳細(xì)介紹了yc3108柴油機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)以及總體布置、總體結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)；其中凸輪軸設(shè)計(jì)方面做了重點(diǎn)介紹，包括選材、基本尺寸的計(jì)算等。關(guān)鍵詞 ：柴油機(jī)，熱力學(xué)計(jì)算，動(dòng)力學(xué)計(jì)算，凸輪軸設(shè)計(jì)外文翻譯abstract：with the development of economic.great

3、er efforts devoted to the continued strengthening of infrastructure and inputs, agricultural-type vehicle has gradually stepped into the rural areas in various regions, has entered a rapid development stage. as china enters the 21st century, the accelerated pace of economic development, economic glo

4、balization, technological advancements, the diesel engine manufacturing technology improvements, diesel engines to its good power, economy, and rising emissions, becoming an important supporting car select power. as chinas auto countryside policy in 2009.agricultural diesel engine for the chinese ma

5、rket, the status quo, in 2009 agricultural vehicle market remained hot, but the market is basically 4105/4102/4100 possession, but the downward momentum of the market demand, agricultural demand for diesel power made new demands, yc3108 it in this when bred for us. yc3108 diesel engine has been sele

6、cted general layout is based on performance parameters, structural parameters, the major components and system architecture type, the required supporting production plant requirements, and established the overall product concept or ideas, through the rough, fuzzy to become more concrete, and gradual

7、ly clear-cut design. this paper describes the main technical parameters yc3108 diesel engine and overall layout, the overall structure and characteristics; of these camshafts made to highlight the design, including material selection, basic dimensions of the calculation.keywords：diesel、thermodynamic

8、 calculation、dynamics calculation、camshaft design目 錄第一章 緒論 5第二章 yc3108型柴油機(jī)的熱力計(jì)算 7第三章 yc3108型柴油機(jī)的動(dòng)力計(jì)算 17第四章 凸輪軸配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 22 一）配氣機(jī)構(gòu)凸輪的設(shè)計(jì)方法 23二）凸輪設(shè)計(jì)的主要參數(shù) 23三）凸輪型線的確定 24四）凸輪軸的結(jié)構(gòu)和材料 29五）氣門(mén)組件的設(shè)計(jì) 30總 結(jié) 32 致 謝 33 參考文獻(xiàn) 34 附 錄 35 第一章 緒 論1. 現(xiàn)狀 近年來(lái)，由于市場(chǎng)需求結(jié)構(gòu)的變化，我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化的推進(jìn)和國(guó)家“汽車(chē)下鄉(xiāng)補(bǔ)貼”優(yōu)惠政策對(duì)農(nóng)業(yè)的傾斜，使我國(guó)的農(nóng)用車(chē)和輕型貨車(chē)產(chǎn)銷兩旺。隨著農(nóng)用運(yùn)

9、輸車(chē)行業(yè)的快速、穩(wěn)定發(fā)展，與之配套的中、小功率柴油機(jī)也得到了很大的發(fā)展。目前與農(nóng)用運(yùn)輸車(chē)配套的柴油機(jī)品種中，常用的單缸柴油機(jī)和小缸徑多缸柴油機(jī)受市場(chǎng)需求的拉動(dòng)近年來(lái)已成為熱門(mén)產(chǎn)品， 隨著我國(guó)城鄉(xiāng)運(yùn)輸和農(nóng)機(jī)化的發(fā)展，急需新一代配套適應(yīng)性好的柴油機(jī)，所以，小缸徑多缸柴油機(jī)行業(yè)必須加快該檔新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，設(shè)計(jì)出適合市場(chǎng)需要的新產(chǎn)品，以滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)和出口需要。2. 開(kāi)發(fā)的意義 廣西玉柴機(jī)器股份有限公司是中國(guó)最大的內(nèi)燃機(jī)生產(chǎn)基地，生產(chǎn)能力和技術(shù)力量雄厚。2009年整機(jī)銷售達(dá)50多萬(wàn)臺(tái)，2010年15月份，銷售各型柴油機(jī)已達(dá)38.32萬(wàn)臺(tái)，玉柴柴油機(jī)的社會(huì)保有量大概估算超250萬(wàn)臺(tái)。目前，玉柴的輕機(jī)產(chǎn)品功率

10、覆蓋還不夠完善，108系列目前有yc6108系列、yc4108系列的技術(shù)儲(chǔ)備，而缺少yc3108系列；如果開(kāi)發(fā)yc3108系列，產(chǎn)品的系列化可以充分利用生產(chǎn)線的產(chǎn)能充分利用閑置資源，降低生產(chǎn)成本，而三缸機(jī)能利用單軸平衡機(jī)構(gòu)把振動(dòng)和噪聲大幅度下降，也是當(dāng)今社會(huì)發(fā)展要求環(huán)保和舒適性的趨勢(shì)，而且yc3108型柴油機(jī)是在yc6108型柴油機(jī)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的108系列產(chǎn)品，繼承了yc6108功率高、油耗低、噪音低、排放好、可靠性好的優(yōu)點(diǎn)。目前定位主要配套于農(nóng)用車(chē)和輕型貨車(chē)，有廣闊的市場(chǎng)前景，所以按功率覆蓋和市場(chǎng)需求的要求，應(yīng)該開(kāi)發(fā)yc3108型柴油機(jī)。3. 論文工作內(nèi)容(1)繪制柴油機(jī)的縱剖面或橫剖面或外

11、形圖。(2)熱力學(xué)計(jì)算。(3)動(dòng)力學(xué)計(jì)算。(4)繪凸輪軸組件圖。 (5)凸輪軸配氣機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 第二章 yc3108柴油機(jī)熱力學(xué)計(jì)算熱計(jì)算為發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán)的近似計(jì)算，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)各熱力參數(shù)、指示參數(shù)、有效參數(shù)進(jìn)行估算。其作用有：(1)在一臺(tái)新內(nèi)燃機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，大致確定氣缸內(nèi)的壓力和溫度變化情況，繪出示功圖，為以后所必須進(jìn)行的動(dòng)力計(jì)算和強(qiáng)度校核提供原始數(shù)據(jù)。(2)可以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)方案設(shè)計(jì)中所確定的指標(biāo)、尺寸、結(jié)構(gòu)起到一定程度的校核作用。1. yc3108型柴油機(jī)主要技術(shù)參數(shù)主要技術(shù)參數(shù)：型號(hào)：3108型式：直列、水冷、四沖程、直噴式、自然吸氣缸徑：108 mm沖程：115 mm缸

12、數(shù)：3壓縮比：17排量（升）：3.161工作順序：1231標(biāo)定功率（kw）/轉(zhuǎn)速（r/min）：42/2200最大扭矩（nm）/（r/min）：190/12001400外特性最低燃油耗率（g/kw.h）：220標(biāo)定工況燃油耗率（g/kw.h）：230機(jī)油燃油消耗比（）：0.5調(diào)速率：8%怠速轉(zhuǎn)速（r/min）：700排氣煙度（fsn）: 4.0曲軸旋轉(zhuǎn)方向(從曲軸前端看)：順時(shí)針冷卻方式：強(qiáng)制水冷潤(rùn)滑方式：壓力飛濺復(fù)合式起動(dòng)方式：電起動(dòng)配氣定時(shí)：進(jìn)氣門(mén)開(kāi)，上止點(diǎn)前17ca；進(jìn)氣門(mén)關(guān)，下止點(diǎn)后43 ca； 排氣門(mén)開(kāi)，下止點(diǎn)前60ca；排氣門(mén)關(guān)，上止點(diǎn)后16ca靜態(tài)供油提前角：上止點(diǎn)前132ca2

13、. yc3108柴油機(jī)熱力學(xué)計(jì)算已知參數(shù)缸徑=0.108 m行程=0.115 m缸數(shù)=3壓縮比=17標(biāo)定功率（）/轉(zhuǎn)速（）：42/2200每缸工作容積（）vh=d2s/4=0.10820.115/4=0.0010535m3=1.0535（）曲柄半徑與連桿長(zhǎng)度比r/l=/l=0.115/2/0.20=0.2875大氣壓力 pa環(huán)境溫度t0=293k燃油平均質(zhì)量成分：c=0.87，h=0.126，o=0.004燃油低熱值：hu44100kj/kg燃燒室形式：直噴式3. yc3108柴油機(jī)熱力學(xué)計(jì)算過(guò)程(1)參數(shù)選擇：根據(jù)類似柴油機(jī)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)資料，結(jié)合yc3108柴油機(jī)具體情況選定過(guò)量空氣系數(shù)

14、=1.6 最高燃燒壓力=8.6106 paz點(diǎn)熱利用系數(shù)=0.70 殘余廢氣系數(shù)=0.03示功圖豐滿系數(shù)=0.94殘余廢氣溫度=750 k 機(jī)械效率=0.78(2)計(jì)算過(guò)程1）換氣過(guò)程參數(shù)取pa=0.9 p0，則進(jìn)氣終點(diǎn)壓力pa=0.91.013105=0.9117105 pa 取進(jìn)氣加熱溫升t=12k，則進(jìn)氣終點(diǎn)溫度 k充氣效率2）壓縮過(guò)程計(jì)算由 計(jì)算：第一次試算，上式等號(hào)右端代入=1.38，得第二次試算，上式等號(hào)右端代入=1.371，得第三次試算，上式等號(hào)右端代入=1.372，得最后得=1.372 。壓縮過(guò)程中任意點(diǎn)的壓力式中：，點(diǎn)氣缸容積點(diǎn)從上止點(diǎn)算起的曲軸轉(zhuǎn)角 壓縮余隙容積 ，氣缸總?cè)?/p>

15、積 ，每10轉(zhuǎn)角取一個(gè)點(diǎn)，求出和見(jiàn)表2-1。 表2-1 壓縮過(guò)程列表計(jì)算（壓力單位：）coscos2x (mm)vcx （l）pcx （mpa）180-1.0000 1.0000 132.0000 1.3811 0.0871 190-0.9848 0.9397 131.3257 1.3744 0.0877 200-0.9397 0.7660 129.2936 1.3544 0.0895 210-0.8660 0.5000 125.8802 1.3208 0.0926 220-0.7660 0.1737 121.0585 1.2733 0.0974 230-0.6428 -0.1736 114.

16、8146 1.2118 0.1042 240-0.5000 -0.5000 107.1677 1.1365 0.1138 250-0.3420 -0.7660 98.1896 1.0481 0.1271 260-0.1737 -0.9397 88.0226 0.9480 0.1459 2700.0000 -1.0000 76.8903 0.8384 0.1726 2800.1736 -0.9397 65.1011 0.7223 0.2118 2900.3420 -0.7660 53.0431 0.6036 0.2708 3000.5000 -0.5000 41.1678 0.4866 0.36

17、38 3100.6428 -0.1737 29.9668 0.3763 0.5173 3200.7660 0.1736 19.9408 0.2776 0.7848 3300.8660 0.5000 11.5650 0.1951 1.2721 3400.9397 0.7660 5.2543 0.1330 2.1511 3500.9848 0.9397 1.3311 0.0944 3.4422 3601.0000 1.0000 0.0000 0.0813 4.2250 壓縮終點(diǎn)壓力和溫度壓力升高比3）燃燒過(guò)程計(jì)算完全燃燒所需理論空氣量缸內(nèi)新鮮空氣量理論上完全燃燒（=1）時(shí)的燃燒產(chǎn)物摩爾數(shù) 當(dāng)=1.

18、6時(shí)的多余空氣量燃燒產(chǎn)物總量理論分子變更系數(shù)實(shí)際分子變更系數(shù)壓縮終點(diǎn)的混合氣平均定容比熱燃燒終點(diǎn)溫度計(jì)算：根據(jù)混合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒方程式將已知數(shù)值代入，得 整理得：將 代入上式得 而 簡(jiǎn)化后得 第一次試算，取右端的，得 第二次試算，取右端的，得 第三次試算，取右端的，得 k 初期膨脹比4）膨脹過(guò)程計(jì)算后期膨脹比選取膨脹過(guò)程平均多變指數(shù) 膨脹過(guò)程中任意點(diǎn)x的壓力=0.10075 l式中為x點(diǎn)的氣缸容積，求法與vcx相似，通過(guò)列表計(jì)算（如表2-2）；求得數(shù)個(gè)x 點(diǎn)的和vbx值后即可畫(huà)出示功圖，如圖2-2所示： 表2-2 膨脹過(guò)程列表計(jì)算coscos2x (mm)vbx （l）pbx （mpa）1.0

19、000 1.0000 0.0000 0.0813 10.3784 0.9962 0.9848 0.3338 0.0845 9.8921 0.9848 0.9397 1.3310 0.0944 8.6605 0.9659 0.8660 2.9783 0.1106 7.1480 0.9397 0.7661 5.2540 0.1330 5.7175 0.9063 0.6428 8.1285 0.1613 4.5270 0.8660 0.5000 11.5646 0.1951 3.5953 0.8192 0.3420 15.5184 0.2341 2.8849 0.7660 0.1737 19.940

20、2 0.2776 2.3468 0.7071 0.0000 24.7756 0.3252 1.9377 0.6428 -0.1736 29.9662 0.3763 1.6240 0.5736 -0.3420 35.4509 0.4303 1.3807 0.5000 -0.5000 41.1671 0.4866 1.1899 0.4226 -0.6428 47.0517 0.5446 1.0385 0.3420 -0.7660 53.0423 0.6036 0.9169 0.2588 -0.8660 59.0780 0.6630 0.8184 0.1737 -0.9397 65.1004 0.7

21、223 0.7379 0.0872 -0.9848 71.0546 0.7809 0.6714 0.0000 -1.0000 76.8896 0.8384 0.6161 -0.0871 -0.9848 82.5591 0.8942 0.5699 -0.1736 -0.9397 88.0220 0.9480 0.5310 -0.2588 -0.8660 93.2422 0.9994 0.4981 -0.3420 -0.7661 98.1891 1.0481 0.4702 -0.4226 -0.6428 102.8374 1.0939 0.4465 -0.5000 -0.5000 107.1672

22、 1.1365 0.4263 -0.5736 -0.3420 111.1630 1.1759 0.4091 -0.6428 -0.1737 114.8142 1.2118 0.3945 -0.7071 0.0000 118.1138 1.2443 0.3821 -0.7660 0.1736 121.0582 1.2733 0.3716 -0.8191 0.3420 123.6465 1.2988 0.3628 -0.8660 0.5000 125.8800 1.3208 0.3555 -0.9063 0.6428 127.7612 1.3393 0.3495 -0.9397 0.7660 12

23、9.2935 1.3544 0.3448 -0.9659 0.8660 130.4805 1.3661 0.3413 -0.9848 0.9397 131.3256 1.3744 0.3388 -0.9962 0.9848 131.8315 1.3794 0.3373 -1.0000 1.0000 132.0000 1.3811 0.3368 圖2-2 示功圖膨脹終點(diǎn)的壓力和溫度 = 3.36810 pa = 1221.06 k4. yc3108油機(jī)指示參數(shù)計(jì)算(1)平均指示壓力 pa (2)指示熱效率(3)指示燃油耗率5. yc3108柴油機(jī)有效參數(shù)計(jì)算(1)有效熱效率和有效燃油耗率(2)平

24、均有效壓力和有效功率的校核 pa （單位：，） (3)有效功率誤差計(jì)算，應(yīng)在3%內(nèi)：3%第三章 yc3108型柴油機(jī)動(dòng)力學(xué)計(jì)算1. 目的動(dòng)力學(xué)計(jì)算目的在于分析作用在曲柄連桿機(jī)構(gòu)上的作用力，并計(jì)算出輸出扭矩，為進(jìn)行零件強(qiáng)度計(jì)算，分析剛度、振動(dòng)和磨損問(wèn)題提供依據(jù)。2. 動(dòng)力學(xué)已知參數(shù)、曲柄連桿機(jī)構(gòu)受力分析圖標(biāo)定功率42kw 轉(zhuǎn)速 2200r/min缸徑d=0.108 m行程s=0.115 m曲柄半徑r=0.066 m連桿長(zhǎng)度l=0.200 m曲柄半徑與連桿長(zhǎng)度比r/l=0.33活塞面積 fh=d2/4=0.1122/4= 9.852 x10-3 m2曲軸旋轉(zhuǎn)角速度 2400*2/60=251.32

25、7 弧度/秒活塞質(zhì)量：1.521 kg活塞銷質(zhì)量：0.878 kg活塞環(huán)總質(zhì)量：0.054 kg 連桿大頭質(zhì)量：1.68 kg連桿小頭質(zhì)量：0.644 kg曲柄連桿機(jī)構(gòu)受力分析圖如圖3-1所示（圖中所示各力方向?yàn)槠淙≌捣较颍?。圖3-1曲柄連桿機(jī)構(gòu)受力圖 3 計(jì)算過(guò)程燃?xì)庾饔昧Γ?pa（熱力學(xué)計(jì)算提供）當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)角在0到180度時(shí)= 8.7118104-1.013105pa = -1.4182104 pa當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)角在180度到360度時(shí) = pa; 當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)角在360度到540度時(shí)= pa; 當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)角在540度到720度時(shí)=(1.1-1) p0 =0.11.013105 = 1.013104

26、pa;(注：0180為進(jìn)氣過(guò)程,180360為壓縮過(guò)程，360540為膨脹過(guò)程，540720為排氣過(guò)程)往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量：=（1.521+0.878+0.054）+0.644=3.097 kg，（mp為活塞組質(zhì)量，mca為連桿小頭質(zhì)量，kg） 往復(fù)慣性力：= = pa 作用在活塞銷處的合力： pa 活塞側(cè)推力： pa 連桿推力： pa 切向力： pa 徑向力： pa連桿軸頸處離心力： = = pa ，(為連桿大頭質(zhì)量，kg)連桿軸頸作用力： pa 單缸輸出扭矩： nm總輸出扭矩：nm由以上公式，通過(guò)列表計(jì)算(如動(dòng)力學(xué)計(jì)算表3-1、動(dòng)力學(xué)計(jì)算表3-2、表動(dòng)力學(xué)計(jì)算表3-3)，得出各值并畫(huà)出pg-,p

27、j-,p-圖（如圖3-2）；pc-,pn-,pt-,rb-圖（如圖3-3）；mk-圖（如圖3-4）。 圖3-2 pg-,pj-,p-變化曲線圖圖3-3 pc-,pn-,pt-,rb-變化曲線圖圖3-4 總輸出扭矩曲線圖總輸出扭矩： =19381 nm平均扭矩: nm有效功率: kw校核有效功率誤差: e= 1.85 第四章 凸輪軸配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)燃機(jī)凸輪軸配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接影響到其動(dòng)力性，經(jīng)濟(jì)性，可靠性，振動(dòng)，噪聲與排放特性的好壞。凸輪軸配氣機(jī)構(gòu)的豐滿系數(shù)越大，則進(jìn)氣量越多，內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力性能與經(jīng)濟(jì)性能越好，排氣煙度與熱負(fù)荷越底；凸輪形線的圓滑性越好，內(nèi)燃機(jī)的振動(dòng)與噪聲越小。凸輪軸是氣閥驅(qū)動(dòng)機(jī)

28、構(gòu)的主動(dòng)件，凸輪表面承受著周期性的沖擊載荷，因此凸輪表面應(yīng)耐磨和耐疲勞。為了保證正確的配氣定時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)要求凸輪軸本身具有足夠的剛度和韌性，以承受沖擊交變載荷和受力后變形小。凸輪及其配氣機(jī)構(gòu)的功能是實(shí)現(xiàn)進(jìn)、排氣過(guò)程定時(shí)，使缸內(nèi)的充氣及時(shí)地得到更換。凸輪構(gòu)成設(shè)計(jì)的首要任務(wù)是根據(jù)柴油機(jī)性能要求來(lái)設(shè)計(jì)凸輪的型線，并求出氣閥的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。它決定著配氣的時(shí)間斷面值的大小和慣性力的作用情況，從而反映了配氣機(jī)構(gòu)的工作能力和動(dòng)力性能，所以合理地設(shè)計(jì)凸輪型線是決定配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。配氣機(jī)構(gòu)是柴油機(jī)換氣過(guò)程的控制部件，它根據(jù)氣缸的工作次序，定時(shí)開(kāi)啟或關(guān)閉進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)，以保證氣缸吸入新鮮空氣和排除廢氣，它是由氣門(mén)組

29、（進(jìn)氣門(mén)、排氣門(mén)）和傳動(dòng)組（挺柱、推桿、搖臂、搖臂軸、凸輪軸、正時(shí)齒輪等）組成。凸輪軸采用下置式布置，曲軸齒輪和凸輪軸齒輪之間通過(guò)中間惰齒輪傳動(dòng)，使二者之間的傳動(dòng)簡(jiǎn)化，利于柴油機(jī)整體布置。從配氣機(jī)構(gòu)的基本工作出發(fā)，對(duì)設(shè)計(jì)凸輪可歸結(jié)為如下幾點(diǎn)基本要求：(1)能滿足合適的配氣定時(shí)，它要能顧及柴油機(jī)功率、扭矩、轉(zhuǎn)速、經(jīng)濟(jì)性、低負(fù)荷及起動(dòng)等方面性能要求；(2)獲得足夠大的時(shí)間-斷面值，既要求氣閥開(kāi)得快，以提高柴油機(jī)充氣效率；(3)正、負(fù)加速值不宜過(guò)大，同時(shí)希望加速度曲線最好不產(chǎn)生突變現(xiàn)象，使各轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)件間受力不至太大，以提高機(jī)構(gòu)工作的可靠性和耐久性；(4)氣閥落閥速度不能太大，避免閥面座過(guò)快磨損，也使機(jī)

30、構(gòu)的工作噪聲較小。1 配氣機(jī)構(gòu)凸輪的設(shè)計(jì)方法從柴油機(jī)性能對(duì)配氣機(jī)構(gòu)、氣閥通過(guò)能力及機(jī)構(gòu)性能等的要求出發(fā)，采用多項(xiàng)式高次方凸輪型線 ，將平穩(wěn)可靠作為約束條件，擬出挺柱的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，然后求出凸輪外形。使內(nèi)燃機(jī)在全部工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，配氣機(jī)構(gòu)不會(huì)發(fā)生飛脫和氣門(mén)落座反跳現(xiàn)象。2 凸輪設(shè)計(jì)的主要參數(shù) (1)配氣定時(shí)與凸輪工作段作用角進(jìn)氣開(kāi)，上止點(diǎn)前=17 進(jìn)氣門(mén)關(guān)，下止點(diǎn)后 =43 排氣開(kāi)，下止點(diǎn)前61 排氣門(mén)關(guān)，上止點(diǎn)后 18供油提前角：上止點(diǎn)前132 重疊角：疊35同一凸輪中進(jìn)、排氣凸輪中心線的夾角：90107.25為曲軸轉(zhuǎn)角的進(jìn)、排氣正時(shí)中點(diǎn)之間的夾角。(2)凸輪理論基圓半徑r0的確定r0是根據(jù)凸輪軸

31、直徑d0來(lái)確定的，而d0應(yīng)保證凸輪軸有足夠大的彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度，一般d0（0.250.35）d 取d00.3d 則d00.310832.4對(duì)于整體制造的凸輪軸，為了保證制造后磨削凸輪和大修時(shí)重磨凸輪，推薦r00.5 d0（14） 則理論基圓半徑為：r00.5 d0（14）0.532.4420.2取r020(3)凸輪軸軸承位直徑d的確定一般：rr0ytmax（0.20.5）208.78（0.20.5）28.9829.28則d57.9658.56 取d58.53 凸輪型線的確定緩沖段采用余弦緩沖曲線設(shè)計(jì)，工作段采用多項(xiàng)高次方凸輪型線設(shè)計(jì)，使凸輪軸在整個(gè)工作段都保持連續(xù)性，無(wú)突變，也不存在剛性沖擊和柔

32、性沖擊，且設(shè)計(jì)靈活，線型調(diào)節(jié)余地大。yc3112型柴油機(jī)采用高次多項(xiàng)式方法設(shè)計(jì)。(1)緩沖段設(shè)計(jì)：取緩沖段包角0=27，緩沖段升程ht0=0.2951mm，自變量為ht（），變量為，得方程： （1） （2） （3）上述（1）、（2）、（3）式列表5-2、表5-4，得進(jìn)排氣凸輪緩沖段型線，見(jiàn)圖5-1、5-3；得進(jìn)排凸輪外輪廓線，見(jiàn)表5-2、5-4。(2)工作段設(shè)計(jì)：應(yīng)保證時(shí)面值大，加速度曲線無(wú)突變，曲線盡可能高階光滑。能較好地滿足此條件的典型凸輪為高次多項(xiàng)式凸輪。設(shè)凸輪的整個(gè)工作段以無(wú)因次量（下降段為 ）作自變量的高次多項(xiàng)式，通常取5 7項(xiàng)。其挺柱升程表達(dá)式形式為： （4）式中的待定系數(shù)決定于凸

33、輪設(shè)計(jì)的邊界條件，因?yàn)橥馆喰途€是對(duì)稱的，為方便取凸輪上升段來(lái)計(jì)論：設(shè)工作段包角w =58 ，工作段挺柱最大升程htmax =7.1243mm1)當(dāng)=w 時(shí)，ht=htmax，從而有 c0=htmax 2)當(dāng)=0和=2w時(shí)，1，ht=0（氣門(mén)關(guān)閉），從而有 c0+c1+c2+c3+c4=03）當(dāng)=0和=2w時(shí)，1，dht/dt=v0/i（氣門(mén)以v0 速度落座），凸輪轉(zhuǎn)速為，則有 pc1+qc2+rc3+sc4=-v0w/ = vr 為凸輪軸旋轉(zhuǎn)角速度。 4）當(dāng)=0和=2w時(shí)，1，d2ht/dt2=0，亦即d2ht/d2=0（要求氣門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)，加速度為零，使工作段與緩沖段光滑過(guò)渡），從而有 p

34、(p-1)c1+q(q-1)c2+r(r-1)c3+s(s-1)c4=05）當(dāng)=0和=2w，即1時(shí)，d3ht/dt3=0，亦即 d3ht/d3=0（要求氣門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)無(wú)脈沖），從而有p(p-1)（p-2）c1+q(q-1)（q-2）c2+r(r-1)(r-2)c3+s(s-1)(s-2)c4=0由上面五式可求出待定系數(shù)：式中w=58 ，、htmax=7.1243mm及一組p、q、r、s冪指數(shù)選定后，便可求出各待定系數(shù)，這樣，升程曲線也確定下來(lái)，再進(jìn)行求導(dǎo)，就可計(jì)算出dh/d和d2h/d2曲線。冪指數(shù)按下列條件的確定：1）當(dāng)=w，即ht=htmax，挺柱速度為零，dht/dt=0，因此p、q、

35、r、s都必須大于1;2）設(shè)配氣凸輪為對(duì)稱凸輪，故p、q、r、s應(yīng)為偶數(shù)，設(shè)pqrs;3）當(dāng)=w ，即ht=htmax時(shí)，挺柱具有最大負(fù)加速度，d2h/d24 ;5）在挺柱上升和下降區(qū)間內(nèi)加速度曲線都只能有一個(gè)最大值，即在兩個(gè)區(qū)間內(nèi)各只有一處d3h/d30，以保證加速度曲線不出現(xiàn)波浪形，此時(shí)冪指數(shù)按下式選?。喝。簄=4 ， m=6故：p2 q=8 r=20 s=32將所求得的參數(shù)代入（4），列表5-1、表5-2，得進(jìn)排氣凸輪工作段型線，見(jiàn)圖5-1、5-2，得進(jìn)排氣凸輪外輪廓線，見(jiàn)表5-2、5-4。表5-1 進(jìn)氣凸輪型線主要參數(shù)及計(jì)算結(jié)果進(jìn)氣凸輪緩沖段設(shè)計(jì)基圓直徑/ro緩沖段升程/h0緩沖段包角/

36、0系數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速r/min凸輪角速度(rad/s)40.2951273.3333333332400125.6637061進(jìn)氣凸輪工作段設(shè)計(jì)基本段包角/b基本段升程h系數(shù)n(3-9)m(1-10)cpcqcr587.124346-0.0110.004879072-0.001294pqrscs參數(shù)vr演算2820320.0002-0.000995757-0.000996計(jì)算數(shù)據(jù)區(qū)（進(jìn)氣凸輪）豐滿系數(shù)最小曲率半徑最大加速度最大速度最大負(fù)加速度0.5560637175.19157890459.4333495812.18651857-21.37399794圖5-1 進(jìn)氣凸輪升程圖圖5-2 進(jìn)氣凸輪外輪廓

37、線表5-3 排氣凸輪型線主要參數(shù)及計(jì)算結(jié)果排氣凸輪緩沖段設(shè)計(jì)基圓直徑/ro緩沖段升程/h0緩沖段包角/0系數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速r/min2200400.3135273.3333333圖輪角速度(rad/s)125.6637061排氣凸輪工作段設(shè)計(jì)基本段包角/b基本段升程h系數(shù)n(3-9)m(1-10)cpcqcr627.170446-0.0110.004859219-0.001287677pqrscs參數(shù)vr演算2820320.0002-0.001130799-0.001130799計(jì)算數(shù)據(jù)區(qū)豐滿系數(shù)最小曲率半徑最大加速度最大速度最大負(fù)加速度0.55719197.80691301451.7412333

38、811.4462875-18.75195凸輪轉(zhuǎn)角挺柱升程速度加速度凸輪外緣曲率半徑凸輪x軸坐標(biāo)凸輪y軸坐標(biāo)degreemmmm/radmm/rad2表5-4 排氣凸輪緩沖段和工作段計(jì)算表格圖5-3 排氣凸輪升程圖 圖5-4 排氣凸輪外輪廓線4 凸輪軸的結(jié)構(gòu)和材料(1)結(jié)構(gòu)：凸輪軸的結(jié)構(gòu)分兩種，第一種是凸輪與凸輪軸軸制成一體的整體式凸輪軸，第二種是可以拆裝的組合式凸輪，因yc3108柴油機(jī)是小型柴油機(jī)，采用第一種整體式凸輪。機(jī)體上的橫壁開(kāi)有軸承孔，孔中壓入減摩合金的凸輪軸襯套，凸輪軸是從機(jī)體的一端插入軸承孔的。為使整根凸輪軸能通過(guò)軸承孔，軸頸做得比較粗；為防止凸輪軸在工作時(shí)前后竄動(dòng)，在軸上設(shè)有定

39、位裝置，即在機(jī)體的前端面上固定有止推片進(jìn)行定位。(2)凸輪軸材料：可用45#、45mn2等中碳鋼或20#、20mn2、20 mnvb等低碳鋼鍛造而成。對(duì)中碳鋼的凸輪表面和軸頸可進(jìn)行表面高頻淬火；對(duì)于低碳鋼則進(jìn)行滲碳淬火。表面應(yīng)達(dá)到hrc=5662或更高，軸心部分經(jīng)調(diào)質(zhì)處理其硬度常為hrc=3040，以保證軸心有一定韌性。凸輪軸材料的選擇還需要同挺柱的材料很好地選配，以保證能獲得較長(zhǎng)的使用壽命。凸輪和挺柱是一對(duì)承受接觸應(yīng)力的摩擦副；如摩擦表面出現(xiàn)擦傷、麻點(diǎn)和磨損等，將嚴(yán)重影響柴油機(jī)的工作性能和壽命。損傷原因除了因接觸應(yīng)力大小、滑動(dòng)速度、表面粗糙度、潤(rùn)滑條件及工作溫度等條件有密切關(guān)系外，還同凸輪與

40、挺柱的材料和熱處理工藝的匹配有關(guān)。實(shí)踐表明：球墨鑄鐵凸輪軸同冷硬合金鑄鐵挺柱匹配可得良好效果；當(dāng)凸輪軸用鋼制造時(shí)，挺柱工作表面用冷硬合金鑄鐵匹配，工作性能也較好。5 氣門(mén)組件的設(shè)計(jì)氣門(mén)組由氣門(mén)、氣門(mén)導(dǎo)管、氣門(mén)彈簧、彈簧盤(pán)及轉(zhuǎn)閥機(jī)構(gòu)等零部件組成。(1)氣門(mén)組的工作條件氣門(mén)以很高的頻率做開(kāi)關(guān)動(dòng)作的過(guò)程中，氣門(mén)桿和導(dǎo)管間有摩擦，每次關(guān)閉落座時(shí)，氣門(mén)和氣門(mén)座的座合錐面之間都要發(fā)生沖擊，沖擊的大小決定于氣門(mén)的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量和落座瞬間氣門(mén)的速度。氣門(mén)頭部頂面直接與高溫燃?xì)饨佑|，使進(jìn)排氣門(mén)都受熱，而且排氣門(mén)在排氣過(guò)程中還要受到高溫排氣的沖刷，進(jìn)氣門(mén)受到進(jìn)氣的吹洗，溫度比排氣門(mén)低，但常發(fā)生進(jìn)氣門(mén)的座合錐面出現(xiàn)異常磨

41、損。(2)氣門(mén)組的設(shè)計(jì)：1）氣門(mén)：氣門(mén)頭部構(gòu)形和尺寸應(yīng)保證氣體流動(dòng)阻力小，以提高換氣功效。在保證強(qiáng)度和剛度前提下，氣門(mén)的重量盡可能輕。還需設(shè)法改善氣門(mén)的冷卻條件，降低它的工作溫度，使冷卻均勻變形小。yc3108型柴油機(jī)采用平底氣門(mén)，受熱面積小，有一定剛性。為了減小它的流通阻力，可適當(dāng)增大閥面與閥桿間的過(guò)渡半徑。選擇氣門(mén)材料時(shí)，要保證氣門(mén)在高溫時(shí)有足夠的強(qiáng)度和耐磨、耐蝕性，選用鐵素體合金，如4cr9si2 、4cr10si2mo合金鋼。它們含鉻和硅，具有較大表面硬度，而后者加入鉬，更進(jìn)一步提高其熱強(qiáng)度和耐磨性，因此應(yīng)用更廣，允許氣閥工作溫度達(dá)650c。2）氣門(mén)座：采用鑲壓式氣門(mén)座，可不使氣門(mén)座在

42、工作中產(chǎn)生過(guò)大的扭曲和變形，延長(zhǎng)氣缸蓋的使用壽命；氣門(mén)座的材料采用奧氏體鋼等。3）氣門(mén)導(dǎo)管：設(shè)計(jì)成沒(méi)有任何臺(tái)階的圓柱形，為了很好引導(dǎo)氣門(mén)，導(dǎo)管的長(zhǎng)度為桿徑的7倍；導(dǎo)管是過(guò)盈配合壓入氣缸蓋的導(dǎo)管孔中，導(dǎo)管與桿之間有機(jī)油潤(rùn)滑，但機(jī)油量不能過(guò)多，以免由于積炭把氣門(mén)粘住。氣門(mén)導(dǎo)管的材料可用灰鑄鐵、球墨鑄鐵或鐵基粉末冶金制造。4）氣門(mén)彈簧：采用等螺距圓柱形螺旋彈簧，用彈簧鋼絲冷繞而成，彈簧兩支承端磨平。并且磨平部份應(yīng)約有3/4周長(zhǎng)。彈簧冷繞后經(jīng)熱處理消除內(nèi)應(yīng)力，并進(jìn)行噴丸處理和強(qiáng)壓處理，進(jìn)一步提高它的疲勞強(qiáng)度，并且進(jìn)行發(fā)蘭鍍鋅、發(fā)蘭等處理，以防止在使用中因銹蝕而降低疲勞強(qiáng)度。每一個(gè)制成的彈簧都要進(jìn)行探傷

43、，不允許材料表面存在細(xì)微裂紋。氣閥彈簧材料常采用65mn、60simna、50crva等 總 結(jié)通過(guò)對(duì)yc3108柴油機(jī)的設(shè)計(jì)和柴油機(jī)市場(chǎng)的調(diào)研，使我加深了對(duì)柴油機(jī)的了解，認(rèn)識(shí)到柴油機(jī)設(shè)計(jì)工作的重要性，柴油機(jī)的設(shè)計(jì)最終目的設(shè)計(jì)出適合用戶需求的產(chǎn)品；進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，必須抱著嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度和務(wù)實(shí)的工作作風(fēng)，講求運(yùn)用基礎(chǔ)理論，結(jié)合汽車(chē)的使用特點(diǎn)和性能要求設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)揮工廠人才智慧和現(xiàn)代技術(shù)裝備優(yōu)勢(shì)，利用現(xiàn)代設(shè)計(jì)分析法進(jìn)行柴油機(jī)的設(shè)計(jì)。本文通過(guò)熱力學(xué)計(jì)算、動(dòng)力學(xué)計(jì)算的驗(yàn)證和凸輪軸的設(shè)計(jì)，符合設(shè)計(jì)要求；總體布置趨于合理實(shí)用。最終得出結(jié)論：yc3108柴油機(jī)可以生產(chǎn)試驗(yàn)。開(kāi)發(fā)yc3108型柴油機(jī)的機(jī)遇與挑

44、戰(zhàn)并存，相信公司一定能夠根據(jù)市場(chǎng)的要求、政策導(dǎo)向和自身的綜合能力來(lái)確定產(chǎn)品定位和技術(shù)結(jié)構(gòu)，處理好低端和高端產(chǎn)品的關(guān)系，在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中謀求更高的發(fā)展。2010年，玉柴yc4a、yc4d等產(chǎn)銷兩旺，特別是實(shí)行汽車(chē)下鄉(xiāng)補(bǔ)貼政策后，農(nóng)村市場(chǎng)更是各發(fā)動(dòng)機(jī)制造廠商的必爭(zhēng)市場(chǎng)。展望108系列柴油機(jī)的市場(chǎng),前景甚為廣闊,特別是yc3108柴油機(jī),它主要配套于農(nóng)用車(chē)和輕型貨車(chē),作為玉柴108系列柴油機(jī)產(chǎn)品的新成員,它的出發(fā)點(diǎn)是面向廣大農(nóng)村和城鎮(zhèn)市場(chǎng),迎合農(nóng)民的購(gòu)買(mǎi)力和多拉快跑的動(dòng)力需求,可以預(yù)測(cè),它投放市場(chǎng)后將是那種相當(dāng)火爆的局面。今后我們會(huì)理論聯(lián)系實(shí)際，開(kāi)發(fā)出更多適合市場(chǎng)的柴油機(jī)，迎合不同用戶的需求。致 謝隨

45、著本次論文的完成，大學(xué)里最重要的設(shè)計(jì)就要基本結(jié)束了，這次設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的把所學(xué)過(guò)的知識(shí)都梳理了一遍。 本次設(shè)計(jì)中，我最應(yīng)該感謝的就是我的論文指導(dǎo)老師。從課題選擇到具體的寫(xiě)作過(guò)程，無(wú)不凝聚著老師的心血和汗水。老師給予很多關(guān)心和指導(dǎo)；他還在百忙之中抽出大量的時(shí)間來(lái)指導(dǎo)我。他的循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無(wú)盡的啟迪，他的淵博的專業(yè)知識(shí)，精益求精的工作作風(fēng)，嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，將一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣。他在論文總體規(guī)劃上給了我很多建設(shè)性的意見(jiàn)和幫助，指導(dǎo)我如何通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的技巧。在我的畢業(yè)論文寫(xiě)作期間，陳老師為我提供了種種專業(yè)知識(shí)上的指導(dǎo)和一些富于創(chuàng)造性的建議，沒(méi)有這樣的

46、幫助和關(guān)懷，我不會(huì)這么順利的完成畢業(yè)論文。在此向老師表示深深的感謝和崇高的敬意。在此，謹(jǐn)向兩位德高望重的教授致以衷心的感謝和誠(chéng)摯的敬意。最后，設(shè)計(jì)中難免會(huì)有一些不足和失誤之處，懇請(qǐng)各位老師給予批評(píng)和指正。參考文獻(xiàn)1 玉柴技術(shù)中心，yc4108、yc6108型柴油機(jī)圖紙 2 徐兀編汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)現(xiàn)代設(shè)計(jì)3楊連生編內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 4內(nèi)燃機(jī)理論與設(shè)計(jì),機(jī)械工業(yè)出版社5 吉林工業(yè)大學(xué)內(nèi)燃機(jī)研究所，蔣何佩主編汽車(chē)柴油機(jī)構(gòu)造與使用， 機(jī)械工業(yè)出版社，19916劉永長(zhǎng)主編內(nèi)燃機(jī)原理，華中理工大學(xué)出版社，19957張宗杰主編內(nèi)燃機(jī)課程設(shè)計(jì)指南，華中理工大學(xué)出版社，19958天津大學(xué)，李厚生主編內(nèi)燃機(jī)制造工藝學(xué)、機(jī)械工

47、業(yè)出版社，19879朱炬，趙耀如、沈乃煌主編yc6105qc、yc6108qg型柴油機(jī)構(gòu)造與使用，機(jī)械工業(yè)出版社，199610 張培榕、程穗豪主編發(fā)動(dòng)機(jī)概論，華中理工大學(xué)出版社，200311柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)編輯委員會(huì)柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)、上冊(cè)、中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械出版12姜洪君、胡軍等，拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車(chē)雜志，1991第2期 13董長(zhǎng)征、唐光萍、韓波，農(nóng)用運(yùn)輸車(chē)現(xiàn)狀及前瞻，中國(guó)汽車(chē)報(bào)，第1845期2版 14 其它有關(guān)手冊(cè)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 15 周龍寶，劉巽俊，高宗英內(nèi)燃機(jī)學(xué)第二版北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009：286-305 16 袁兆成，蘇巖，方華等內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008：27-40,106-1

48、14附錄3-1動(dòng)力學(xué)計(jì)算表arcsin(57.5*sina/200)coscos2x（mm）vcx (mm3)pcx (pa)00110102.86020.98480.93981.1221205.64030.93980.76634.4318308.26110.86620.50059.7644010.6450.76630.174316.85765012.71820.6431-0.172825.37556014.41280.5005-0.499134.92987015.67030.3426-0.765245.10858016.44510.1743-0.939255.50359016.70830.0008-165.734210016.4499-0.1728-0.940375.467511015.6796-0.3411-0.767384.430212014.4263-0.4991-0.501892.414713012.7355-0.6419-0.175999.277914010.6655-0.76520.1712104