汽油機凸輪設計

1、摘要隨著我國經(jīng)濟不斷的發(fā)展，汽車在國內的發(fā)展前景越來越好。打破國外汽車在國內的優(yōu)勢對我國汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關重要。隨著人們生活水平不斷的提高，人們對汽車綜合性能的要求也越來越高，安全、舒適、低耗油、低噪聲、低排放是現(xiàn)代汽車發(fā)展的趨勢。XD474汽油發(fā)動機是四沖程發(fā)動機，采用了整體四缸的結構，采用水冷方式。本設計參考了LJ474汽油發(fā)動機。XD474汽油機有重量輕、尺寸小和低溫起動性能好、轉速高、結構簡單、緊湊的特點，采用立式結構、直噴燃燒室。由于其重量輕，尺寸小，起動性能好，轉速高等特點，被廣泛用于中小型汽車上。在該設計中，涉及到了XD474汽油機的基本參數(shù)的選擇、總體設計、熱力學計算，重點是凸

2、輪軸的設計。在專題設計中，凸輪采用高次方多項凸輪，介紹了凸輪軸的一些典型加工工藝、熱處理、磨損、強度計算。關鍵詞：汽油機 凸輪軸 熱力學計算 凸輪型線The Design of the type of XD474 Gasoline EngineAbstract Along with our country economy development，the prospect of the development of car is getting better and better in the domestic. Breaking the advantage of foreign car in

3、China is very important to the development of China's automotive industry. With the improvement of living level, people's requirement for the comprehensive performance of vehicle is getting higher and higher，the trend of the development of the modern car is safe , comfortable ,low fuel consu

4、mption, low noise, low emission.XD474 petrol engine is four-stroke engine, using the overall structure of the multi-cylinder, have four cylinder, using hydrocooling. It reference to the LJ474 gasoline engine. XD474 gasoline engine has light weight, small size and low-temperature start-up performance

5、 and high speed, simple structure, compact characteristics. It uses vertical structure and DI chamber. Because of its light weight, small size, good starting performances, high speed, are widely used in small and medium-sized vehicles. In this design, related to XD474 gasoline engine selection of ba

6、sic parameters, general design, thermodynamic calculation, this paper focuses on the cam shaft design. In the project design, cam using high order multiple cam, this paper introduces some typical camshaft processing technology heat treatment ,wear ,strength calculation.Key words : gasoline engines c

7、amshafts thermodynamic Calculation cam profile 目錄前言第一章 XD474汽油機的主要技術參數(shù)1第一節(jié)設計目的1第二節(jié)設計原則2第三節(jié)XD474汽油機主要參數(shù)的選擇3第二章 XD474整體設計9第一節(jié) 機體與氣缸蓋設計9第二節(jié) 曲柄連桿機構和配氣機構設計11第三節(jié) 五大系統(tǒng)設計15第三章 熱力計算、動力計算【1】【5】21第一節(jié) 熱力計算21第二節(jié) 動力計算29第四章 XD474凸輪軸專題設計35第一節(jié) 凸輪設計35第二節(jié) 凸輪軸設計47第三節(jié) 凸輪軸的加工工藝50第四節(jié) 凸輪挺柱的磨損【12】53第五節(jié) 凸輪軸強度校核【6】58第五章 設計總結6

8、0主要參考文獻61附錄63致 謝74前言本設計主要是對XD474汽油機凸輪設計。該設計中對于XD474整體設計參考了LJ474汽油發(fā)動機，我們在設計中盡可能的選用了LJ474汽油機的零部件及附件，保證用原來的生產(chǎn)線和工藝來生產(chǎn)出新產(chǎn)品，提高產(chǎn)品的經(jīng)濟效益。并在此基礎上結合當前汽車行業(yè)對汽油機的發(fā)展新要求, 配合當前的工藝，選擇合適的轉速與功率，及其他參數(shù)，以達到設計要求。XD474汽油機為四沖程發(fā)動機，采用了整體四缸的結構，每缸四個氣門（兩進兩排），采用頂置的凸輪軸以減少傳動件使得氣門運作更靈活更適合于高速發(fā)動機上。由于汽油機增壓困難，所以XD474汽油機沒有采用增壓來提高沖量。XD474不用

9、于特殊地方運行的車輛上（如沙漠上），所以采用大多數(shù)發(fā)動機冷卻方式即水冷。噴油系統(tǒng)和點火系統(tǒng)淘汰了傳統(tǒng)的化油器噴油系統(tǒng)和蓄電池點火系統(tǒng)，采用電控噴油系統(tǒng)和電控點火系統(tǒng)。配氣機構對發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性有著至關重要的影響，而凸輪軸是配氣機構中最重要的部件，凸輪的形狀決定了進、排氣門運動規(guī)律，進而影響進排氣的好壞，因此凸輪的設計至關重要。XD474的凸輪采用多項式動力凸輪。該種凸輪負加速度小，正向慣性力小、不易飛脫，凸輪桃尖處的接觸壓力小，加速度曲線連續(xù)，沖擊小，有利于向高速發(fā)展，可達到現(xiàn)代發(fā)動機向高速的要求。由于這次畢業(yè)設計是我第一次用所學的知識對內燃機進行設計，所以在設計過程中難免會存在或多或少

10、的錯漏，希望各位老師和同學予以批評指正，并提出寶貴的意見。第一章 XD474汽油機的主要技術參數(shù)第一節(jié)設計目的本設計目的是設計出動力性好、燃料經(jīng)濟性好、排放性好、價格合理，并跟得上國內發(fā)展的汽油機。其次，配氣機構是內燃機換氣過程的控制機構，它根據(jù)氣缸工作循環(huán)的要求，定時地打或關閉進、排氣門。使氣缸排除廢氣，充入新鮮充量。其工作不僅對內燃機動力性能和經(jīng)濟性能有很大影響，而且還影響內燃機的可靠性和耐久性。因此，配氣機構設計尤為重要。而在配氣機構中凸輪軸的作用首當其沖最為重要。設計出的XD474汽油機凸輪軸首先必須滿足動力性要求。對于凸輪必須根據(jù)內燃機性能要求設計出相應的凸輪輪廓。設計出的凸輪應滿足

11、：能夠獲得足夠大的時面值，以保證氣門通過能力，提高氣缸充量效率；保證合適的配氣正時；正、負加速度不宜過大，最好不要產(chǎn)生突變，以避免各零部件間作用力過大或產(chǎn)生沖擊；氣門落座和開啟速度不能太大，避免氣門座合面及閥座過快磨損。對于凸輪軸的設計必須保證其上凸輪的配置位置正確，有足夠的剛度、疲勞強度、沖擊韌性、表面硬度和耐磨性。 第二節(jié)設計原則 在滿足技術任務書的前提下，按以下原則設計： 1、功率和轉速在使用范圍內，最大轉矩以及轉矩特性應滿足汽車動力性的要求；2、發(fā)動機的排氣中有害污染物的排放和運轉噪聲能滿足法規(guī)要求；3、盡可能高的燃料經(jīng)濟性；4、可能高的工作可靠性和足夠的使用耐久性；5、結構緊湊、外形

12、尺寸小，重量輕；6、制造工藝性好，成本低，主要零件滿足系列化，標準化，通用化“三化”要求。便于組織生產(chǎn)和日常維護保養(yǎng)；7、使用方便、操作性能良好。本機的零部件盡量和LJ474汽油機通用，其他通用件在設計及工藝上都應有高度的繼承性，保持原有的標定轉速和壓縮比，使XD474的動力性和經(jīng)濟性有所提高。1 第三節(jié)XD474汽油機主要參數(shù)的選擇一、 主要技術性能參數(shù)表11？氣缸排列方式立式直列氣門配置形式頂 置氣缸數(shù)4沖程數(shù)4缸徑×行程（mm×mm）74×76活塞總排量 (L)1.051壓縮比 9.5 ：1燃燒室形式 直噴型燃燒室工作順序1342潤滑方式壓力、飛濺潤滑冷卻方

13、式離心水泵強制循環(huán)起動方式 電起動標定功率/轉速（kW/r/min）62/6000 標定轉矩/轉速（NM/r/min）102/3000總質量（kg）150怠速轉速（r/min）850±50全負荷耗油量(g/KW·h)275二、 主要參數(shù)的分析和選擇1 4內燃機的主要參數(shù)是進行內燃機設計時的主要依據(jù)和設計目標，掌握這些參數(shù)對內燃機各項性能的影響及其變化規(guī)律，對于內燃機設計來說是非常的必要。一般情況下總是用與動力性指標直接相關的參數(shù)進行選擇。內燃機有效功率計算式如下： = (kw) (2-1)式中： 為平均有效壓力（MPa）； 單缸工作容積(L)； Z 氣缸數(shù)； 沖程數(shù)； n

14、轉速（r/min）； 活塞平均速度（m/s） D 氣缸直徑（mm）由上式可知：要提高內燃機的有效功率，一般應從下面幾個參數(shù)考慮：（一）、平均有效壓力平均有效壓力是標志內燃機整個工作過程的有效性和內燃機制造完善性的指標之一。因此，值的提高，是內燃機技術發(fā)展的重要標志。平均有效壓力與混合氣形成的方法、燃料的種類、燃燒和換氣過程的質量、進氣溫度和壓力以及機械效率等有關。平均有效壓力可用下公式計算：(MPa) （2-2）其中，指示熱效率； 充氣效率；充量系數(shù)； 過量空氣系數(shù)； 有效熱效率； 機械效率； 燃料低熱值（kJ/kg）； 理論空氣量； 進氣壓力； 進氣溫度（K）；提高平均有效壓力值可使功率增加

15、，比重下降。但是機械負荷和熱負荷也隨之增加，影響汽油機的可靠性及壽命。現(xiàn)代汽油機在功率點的最大平均有效壓力=0.71MPa，而XD474汽油機參數(shù)選取為： 表1-2？ ( kJ/kg)( MPa) (K)0.900.964396014.80.093600.34把數(shù)據(jù)代入公式（2-2）得：= (MPa)計算出的平均有效壓力值，在0.71MPa之間，故符合要求。（二）、活塞平均速度活塞平均速度也是表征活塞式內燃機強化程度（熱負荷和機械負荷）的重要參數(shù)之一?；钊骄俣葘τ趦热紮C的性能、工作可靠性和使用壽命有很大的影響。一般來說，活塞平均速度增大使發(fā)動機功率增高，但是活塞組的熱負荷和曲柄連桿機構的慣

16、性負荷增大，磨損加劇，壽命下降。同時，由于進排氣流速增大，進排氣阻力與氣流速度平方成比例地增加，使充氣系數(shù)v下降，所以隨著活塞平均速度的提高，對活塞組的材料和加工工藝等就應要求越高。由公式： =15.2 （m/s）式中，S活塞行程； n轉速；由可知，> 9m/s,故XD474汽油機屬于高速內燃機。由有效功率公式得： =59.52（kw）因為，(62-59.52)/6=4%，誤差在5%以內，故參數(shù)選則符合要求范圍。（三）、氣缸直徑D和汽缸數(shù)Z現(xiàn)代內燃機廠往往是通過改變內燃機氣缸直徑來達到擴大內燃機的功率。氣缸直徑D加大，有效功率P以直徑平方的速度增加，但是慣性力以直徑平方的速度增加，導致振

17、動和機械負荷加劇，還會導致發(fā)動機氣缸、活塞組、汽缸蓋、氣門等零件的熱負荷加重。汽油機受到爆燃的影響，氣缸直徑一般不超過110mm。氣缸數(shù)Z與氣缸直徑D、轉速n有密切的聯(lián)系。在同樣功率要求下，氣缸數(shù)越多，氣缸直徑就可以縮小，轉速就可以繼續(xù)提高。氣缸數(shù)增加，平均有效壓力線性提高，發(fā)動機長度加大，平衡性改善。因此，通過增加汽缸數(shù)是比較好的提高內燃機功率的辦法。（四）、行程S行程S增加，可以提高平均有效壓力，但是在氣缸直徑不變的情況下，S的增加即行程缸徑比SD增加，導致活塞平均速度提高，有磨損加速、壽命降低等問題。一般S的變化主要用于：1、調節(jié)整機排量 2、調節(jié)耐久性 減小行程S，即降低SD，可以減少

18、側向力和，減輕磨損。3、調節(jié)轉矩值 M= 式中，為切向力。 （五）、評定參數(shù)發(fā)動機型式和主要參數(shù)選擇的合理性和結構的完善性，常用以下三個參數(shù)來評定：強化指標·、比重量、升功率、氣缸中心距與缸徑的比值1、強化指標·平均有效壓力和活塞平均速度的乘積通常稱為強化指標（或稱強化程度）。它是與單位活塞面積所做功率（比功率）成正比的，它一方面代表了功率和轉速的強化，另一方面又代表了發(fā)動機機械負荷和熱負荷的高低。內燃機的發(fā)展趨勢是強化程度的不斷提高，但是隨著強化程度的提高，發(fā)動機的熱負荷和機械負荷相應迅速增加，氣缸內最高燃燒壓力和零件慣性力都隨之增大。一般內燃機的強化指標不超過140，因

19、為超過了140就要采取相應的措施來提高機器的剛度和強度，使結構復雜，工藝要求更高。而XD474汽油機的強化指標等于:· =8.1bar×13.17m/s=106.68 <140即其對材料強度和工藝要求適中。2、比重量比重量是單位千瓦的凈重（kg/kw），它表征工作過程的強化程度和結構的完善程度。降低這一數(shù)值，就可以節(jié)約金屬材料、降低制造成本。自重的減輕意味著功率消耗的節(jié)約或有效載重的增加，從而提高了運輸效率。因此在設計發(fā)動機時，在保證所要求的強度、剛度和制造條件許可的情況下，應不斷地降低比重量。3、 升功率4、 升功率kw/L，它決定于、n和，表征著發(fā)動機工作過程的完

20、善性，也可以用來評定發(fā)動機的結構緊湊性和外形尺寸大小?，F(xiàn)代汽車發(fā)動機的發(fā)展趨向之一是升功率的繼續(xù)提高。4、氣缸中心距與缸徑的比值氣缸中心距及缸徑的比值，是表征汽油機長度的緊湊性和重量指標的重要參數(shù)。它與汽油機的強化程度、氣缸排列和機體的剛度有關。缸心距的大小主要取決于氣缸蓋型式、氣缸套型式、直列式還是V型、水冷還是風冷、以及曲軸的結構型式和尺寸分配。 5、曲柄半徑與連桿長度比R/L行程S既定后，選擇主要考慮以下因素：選擇較大的R/L，使連桿短、重量輕，往復和離心質量小，有利于發(fā)動機高速化。雖然縮短了連桿長度，但是增大連桿擺角和活塞側壓力，對缸套磨損不利；在選則連桿長度時，要保證活塞在下止點時不

21、與曲軸平衡塊相碰，活塞在上止點時曲柄不可與缸套相碰。因而該機的R/L選為1/3.6。 第二章 XD474整體設計設計原則為了滿足生產(chǎn)及維修的方便，本機的零部件盡量通用且在設計及工藝上都應有高度的繼承性，同時還必須滿足三化的要求，滿足用于重型貨運汽車和大型客車以及重型工程機械的動力要求。第一節(jié) 機體與氣缸蓋設計一、機體設計中小型高速水冷內燃機的氣缸體與曲軸一般做成一體，總稱為機體。XD474型汽油機機體包括氣缸體、主軸承蓋、油底殼等。機體構成內燃機的骨架，機體內外安裝著內燃機所有主要零件和附件。為了保證內燃機活塞、連桿、曲軸、氣缸等主要零件工作可靠、耐久，它們互相之間必須嚴格保持精確的相對位置，

22、因此在機體設計中必須對重要表面的尺寸、幾何形狀、相互位置等提出很嚴格的公差要求。機體在內燃機工作時承受很復雜的負荷。氣壓力使機體受到拉伸，而且在氣壓力的傳遞過程中，會使機體不同部分承受附加的彎曲和扭曲。往復慣性力和離心力在高速內燃機中可能達到很大數(shù)值，它們也使機體受到彎曲和扭轉作用。所以機體應具有足夠的強度以及縱向和橫向彎曲剛度。當曲軸向外輸出扭矩時，機體要受到由側壓力構成的反扭矩的扭轉，因此，機體要有足夠的扭轉剛度。為了保證曲軸主軸承工作可靠，主軸承座應有足夠的剛度。為了保證燃燒室密封可靠，氣缸體上平面密封部位也應有足夠的剛度，否則在燃氣壓力作用下或在預緊氣缸蓋螺栓時，上平面密封部位就會變形

23、漏氣，影響內燃機工作。缸體是發(fā)動機的基礎。在它的上部固定著氣缸蓋，為了密封，在其中墊有氣缸墊，在它的四個缸套內上下滑行著四個活塞總成。前端安裝著傳動機構的正時齒輪，以及機油泵、水泵、風扇。右側安裝著發(fā)電機、進氣管、空氣細濾器。左側安裝排氣管、機油濾清器，后端與汽車變速器和起動電機連接在一起。該機型選用氣缸體與曲軸箱做成一體的平底式機體結構，采用封閉水套的雙層結構。為了冷卻氣缸，機體上部應設置冷卻水套。冷卻水套沿氣缸軸向的長度，應保證活塞環(huán)（主要是氣環(huán)）在上下點位置時，依然在水套范圍之內，以保證活塞環(huán)的有效冷卻。水套的結構還應使整個內燃機的冷卻盡可能均勻。采用縱向布置水道，使冷卻水沿此道直接供向

24、各缸，以保證供給各缸的水溫和水量相同。水套的放水管應布置在水套的最下部，保證在放水時能將水套中的水放盡，防止水套的存水將會在冬天凍結，使機體凍裂。機體橫向尺寸主要取決于連桿螺栓最外點的運動軌跡，縱向尺寸取決于缸心距，用評價緊湊性，取=1.23，則=1.23×74=91.02mm。缸體頂面壁厚取12mm，底面壁厚取10mm,水套壁和橫隔板的厚度主要由鑄造條件決定取4mm。缸體材料用HT2547的普通鑄鐵。機體與曲軸前后端面采用自緊式橡膠油封來防止漏油，平面密封材料選用耐油橡膠制成的O行圈。二、氣缸和氣缸套設計內燃機的氣缸是氣體壓縮、燃燒和膨脹的空間，并對活塞起導向作用。燃燒過程中燃氣最

25、高溫度可達20002500C，最高壓力可達515×10帕，因此它的內壁直接受到高溫高壓的燃氣作用；而它的外壁又受到冷卻水的冷卻。在內外壁溫差及爆發(fā)壓力作用下，氣缸套受到相當大的機械應力和熱應力。因此要求氣缸套要有足夠的強度和剛度，并保證在工作時不致有過大的變形。氣缸套還承受活塞的側壓力，而且活塞在它的表面做高速相對運動，使氣缸內壁受到強烈的摩擦。因此，氣缸鏡面還必須具有一定的磨性。氣缸套外壁還受到冷卻水的穴蝕作用。因此，氣缸套外壁還應有抗“穴蝕作用”。該機型選用球墨鑄鐵材料的濕缸套。濕缸套的壁厚決定于內燃機的指標和缸套材料。一般認為當壁厚取0.9D時缸套穴蝕就很少發(fā)生。濕缸套一般用兩

26、個定位帶支承在氣缸體中作為徑向定位。缸套保持足夠長度，下止點時活塞裙部只能露出510mm，以保證導向。三、 氣缸蓋設計 氣缸蓋的作用是密封氣缸，并與活塞共同形成燃燒室空間，并承受高溫高壓燃氣作用。為了保證缸蓋與氣缸套之間的密封，缸蓋還要受到很大的螺栓預緊力(一般為爆發(fā)壓力的34倍)；氣缸蓋各部分溫度很不均勻，如缸蓋底面燃燒室部分溫度最高，而冷卻水套部分溫度較低，進氣道和排氣道溫度也不相同，因此，氣缸蓋的機械應力和熱應力很大。氣缸蓋的結構復雜，鑄造殘余應力很大。因此，氣缸蓋應當滿足下面要求：1. 氣缸蓋應具有足夠的強度和剛度，工作時缸蓋變形最小并保證與氣缸的接合面有良好的密封。2. 要根據(jù)混合氣

27、形成和燃燒方式布置出合理的燃燒室形式，氣門、氣道布置合理，力求使內燃機性能良好。3. 結構力求簡單，鑄造工藝良好，冷卻合適，缸蓋溫度場分布均勻，盡可能減少熱應力，避免氣門之間形成裂紋。因為氣缸直徑D<105mm,所以該機型選用整體式的氣缸蓋，采用合金鑄鐵。氣缸蓋高度取H=D=74mm,底面厚度取=13mm，進氣門喉口直徑取，排氣門喉口直徑取。氣缸蓋螺栓的布置盡量相對氣缸中心線均勻分布，各氣缸螺栓中心線沿氣缸周邊切線布置，以增強密封能力。各螺栓所分攤的壓緊面積要基本相同，以保證壓力均勻。該機型每缸用4個螺栓，采用優(yōu)質合金鋼40Cr材料。螺栓直徑取M12，預緊力矩取150N/m。在裝配發(fā)動機

28、擰緊氣缸蓋螺栓時，為了避免氣缸蓋襯墊和氣缸蓋局部變形，引起壓力不均勻，必須依次由氣缸蓋的中央向四周對角逐漸擰緊，并分三次擰緊。四、油底殼油底殼因基本不受力，所以采用1.4mm鋼板沖壓而成。油底殼為濕式，主要用來存儲機油，同時還具有散熱作用和防止機油飛濺，減少氧化及清除泡沫的作用。油底殼是用18個M6的螺栓擰緊到氣缸體下平面和后蓋及機油泵外體下平面的。氣缸體和油底殼之間墊有軟木墊，用來密封機油防止外漏。油底殼下面有放油螺塞，左為更換機油時放油用。16第二節(jié) 一、曲柄連桿機構曲柄連桿機構是發(fā)動機的主要運動機構，其功用是將活塞的往復運動轉變?yōu)榍S的旋轉運動，同時將作用于活塞上的力轉變?yōu)榍S對外輸出的

29、轉矩，以驅動汽車車輪轉動。曲柄連桿機構是由活塞組、連桿組和曲軸飛輪組的零件組成。（一）、活塞組活塞組包括活塞、活塞銷和活塞環(huán)等在氣缸里作往復運動的零件，它們是活塞式發(fā)動機中工作條件最嚴酷的組件。發(fā)動機的工作可靠性與使用耐用性，在很大程度上與活塞組的工作情況有關?；钊M的主要作用是與氣缸組成燃燒室，承受燃氣作用，并傳遞作用力；密封氣缸，防止燃氣泄漏及潤滑油竄入燃燒室；將活塞頂部接受的熱量傳給氣缸壁，進而傳給冷卻介質；配氣，完成進氣、壓縮和排氣功能。活塞工作條件惡劣，工作時，頂部承受高溫高壓作用并高速滑動。在考慮材料選擇時必須考慮材料強度、剛度、密度、耐磨性、耐高溫性等。綜合考慮以上各方面因素，X

30、D474汽油機選擇活塞材料用EL109GB117574，系共晶硅鋁合金鑄造。活塞裙部采用拖鞋式?；钊h(huán)用兩道氣環(huán)和一道油環(huán)，采用灰鑄鐵加合金元素材料的桶面環(huán)，該種環(huán)能保證良好的潤滑，可避免凌緣負荷，密封性能好，磨合性好?；钊N采用浮動式結構，這種形式使得活塞銷與銷座的相對滑動速度小，磨損小，而且均勻?；钊ㄟ^活塞銷與雙、三聯(lián)齒輪連接起來。為保證雙、三聯(lián)齒條與輸出軸上的離合器齒套的嚙合，在齒條的一側用定位塊定位，又可防止齒條竄動。為了保證連桿在結構輕巧的條件下有足夠的強度和剛度，一般多用精選含碳量的優(yōu)質中碳鋼45模鍛?？紤]本機設計的輸出功率不大，故選擇用45號鋼模鍛。（二）、連桿組連桿組包括連桿

31、體、連桿蓋、連桿螺栓和連桿軸承等零件。連桿組的作用是將活塞的往復運動轉變?yōu)榍S的旋轉運動，并把作用在活塞組上的力傳給曲軸。連桿組一般均經(jīng)噴丸處理以提高其零件的強度。連桿小頭與活塞銷相連接，與活塞一起作往復運動，連桿大頭與曲柄銷連接和同曲軸一起作旋轉運動。因此，連桿體除了有上下運動外，還左右擺動，作復雜的平面運動。連桿組主要受壓縮、拉伸和彎曲等交變負荷。最大壓縮載荷和連桿組作平面運動時產(chǎn)生的橫向慣性力的共同作用下，連桿體可能發(fā)生彎曲變形。根據(jù)連桿組的工作條件，連桿主要承受氣體壓力和往復慣性力所產(chǎn)生的交變載荷。為此，應保證連桿具有足夠的疲勞強度和結構剛度。若強度不夠，連桿螺栓、連桿蓋甚至連桿體都可

32、能斷裂。若剛度不夠，則可能由于大頭變形而使連桿螺栓彎曲；由于大頭孔失圓而使連桿軸承的潤滑遭到破壞；由于桿身彎曲而造成活塞與氣缸壁、連桿軸承與曲柄銷偏磨、氣缸漏氣和竄機油等弊病。但是，為了增加連桿的強度和剛度，不能簡單地依靠加大結構尺寸來達到。為此，必須選用高強度的材料；合理的結構形狀和尺寸；采取提高強度的工藝措施等。目前，連桿設計的趨向是采用短連桿方案。并且一般多用精選含碳量的優(yōu)質中碳結構鋼45模鍛。常用連桿比的范圍為1/41/3.2。連桿長度越短，則連桿比越大，這就可以降低發(fā)動機的高度，減輕運動件重量和整機重量，對高速化有利，但過大會使二級往復慣性力及氣缸側壓力增大，并增加曲軸平衡塊與活塞、

33、氣缸套相碰的可能性。因此XD474汽油機的取1/3.6,屬于中等連桿比。桿身設計一般采用“工”字形截面鋼，以加強連桿的結構剛度和強度；小頭設計采用三圓弧過渡。大頭設計合理的加強筋，盡量縮短連桿螺栓的距離，采用45°斜切口措施，使安裝方便，達到最佳的設計效果。此外，為了減少磨損，還要選用合適的軸承和保證良好的潤滑條件。（三）、曲軸飛輪組曲軸是發(fā)動機的最重要機件之一，發(fā)動機的全部功率都通過它輸出。它的尺寸參數(shù)在很大程度上不僅影響著發(fā)動機的整體尺寸和重量，而且也在很大程度上影響著發(fā)動機的可靠性與壽命。曲軸在周期性變化的氣體力、慣性力及其力矩的共同作用下工作，承受彎曲和扭轉交變載荷。因此，曲

34、軸應有足夠的抗彎曲、抗扭矩的疲勞強度和剛度；軸頸應有足夠大的承壓表面和耐磨性；曲軸的質量應盡量小；對各軸頸的潤滑應該充分。本機曲軸采用整體式曲軸，同時采用45號鋼模鍛，采用分路供油。曲軸前端裝減震器，在曲軸和機體之間設置止推軸承，曲軸軸向間隙應保持=0.050.2（mm）。二、配氣機構內燃機的配氣機構應保證各氣缸換氣良好，充氣系數(shù)盡可能高。四沖程內燃機都采用氣門凸輪式配氣機構，因為這種機構工作可靠，尤其是進排氣門能夠持久地保證燃燒室的密封性。當然這種機構高速運轉時易于發(fā)生振動、噪音和不正常磨損等問題，所以要特別注意使它具有良好的動力特性。XD474機采用頂置凸輪軸，有四對進排氣控制凸輪，它們按

35、順時針方向旋轉和1、3、4、2的氣缸工作順序工作，相互間成90°角排列布置。XD474的配氣機構有凸輪軸、搖臂、挺住、氣門和氣門彈簧組成。 配氣機構的功用是按照發(fā)動機各缸的工作順序和工作循環(huán)的要求，定時的開啟和關閉各缸的進排氣門，以便引進新的充量和排出廢氣。 配氣機構受到氣體壓力，慣性力和彈簧力的作用，在急劇變化的高速下工作、承受很大的載荷。配氣機構的運動件應該具有較小的質量和較大的剛度，以使配氣機構具有良好的動力特性。氣門又是燃燒室表面的一部分承受高溫和高壓。尤其是排氣門，受到高溫燃燒氣體的沖刷，是發(fā)動機中溫度最高的零件。此外，凸輪與從動件在高接觸應力下的接觸疲勞和磨損、氣門彈簧的

36、疲勞破壞，都是內燃機重要的可靠性問題。發(fā)動機對配氣機構的要求是：1、要使進氣充分，排氣干凈，泵氣損失小，以保證發(fā)動機的動力性指標和經(jīng)濟性指標；2、結構緊湊，工作可靠，壽命長；3、制造工藝性好，調整簡便。XD474型汽油機采用頂置氣門、頂置凸輪軸。凸輪軸通過挺住控制搖臂擺動來控制氣門開與閉。每缸兩個進氣門，兩個排氣門，每個進（排）氣門配備一根變節(jié)距的氣門彈簧。進氣門的工作溫度較低采用40Cr合金結構鋼材料，排氣門的工作溫度較高采用高溫下仍有良好熱穩(wěn)定性和強度4Cr9Si2材料。氣門錐角采用45度，氣門頭部背錐角采用20度。進氣門座不鑲圈，排氣門采用合金鑄鐵的鑲圈。氣門導管設計成沒有任何臺肩的圓柱

37、形，采用灰鑄鐵材料。 搖臂的作用是將推桿和凸輪傳來的運動和作用力，改變方向傳給氣門使其開啟。搖臂是一個雙臂杠桿，兩臂承受較大彎曲應力，所以應保證它有一定抗彎強度，為了在較小的重量下獲得較大剛度，兩臂采用“丁”字形截面，搖臂采用空心軸。它與凸輪軸接觸的那個臂為圓弧面。 氣門彈簧的作用是防止氣門開啟時，因慣性力使氣門脫離搖臂調整螺釘，造成氣門運動規(guī)律失去控制，同時氣門關閉時，將氣門壓合在氣門座上，以防止漏氣。本機每個氣門配備一根變節(jié)距的氣門彈簧，采用變節(jié)距的彈簧，既可減少彈簧數(shù)量，又可防止發(fā)動機在運轉過程中，彈簧發(fā)生共振以致斷裂。第三節(jié) 五大系統(tǒng)設計一、 燃油供給系統(tǒng)汽油機燃油系統(tǒng)的功用是，根據(jù)汽

38、油機各種不同工況的要求，配制出一定數(shù)量和濃度的可燃混合氣，供入氣缸，使之在臨近壓縮終了時點火燃燒而膨脹做功。現(xiàn)代汽油機的燃料供給系統(tǒng)一般有兩種類型化油器式燃油供給系和燃油噴射系統(tǒng)7。考慮到化油器空燃比控制精度低和排放控制要求等因素，XD474汽油機采用電控汽油噴射系統(tǒng)。除實現(xiàn)了空然比的精確控制以外，與化油器供油方式相比，電子控制汽油噴射還具有以下幾方面的優(yōu)越性：1、在進氣系統(tǒng)，由于沒有像化油器供油那樣的喉管部位，進氣壓力損失小。2、在汽車加減速行駛的過渡運轉階段，空燃比控制系統(tǒng)能夠迅速響應，使汽車加減速反應靈敏。3、當車在不同地區(qū)行駛時，對大氣壓力或外界環(huán)境溫度變化引起的空氣密度變化，可以進行

39、適量的空燃比修正。4、在發(fā)動機起動時，可以用ECU計算出起動供油量，并且能使發(fā)動機順利經(jīng)過暖機運轉。使發(fā)動機起動更容易，且暖機性能提高。5、能提供各種工況下最適當?shù)幕旌蠚饪杖急龋移挽F化好，各缸分配均勻，使燃燒效率提高。因此，能有效地降低排放，節(jié)省汽油。6、減速斷油功能，也能降低排放，節(jié)省汽油。XD474汽油機采用電控多點噴射系統(tǒng)以及順序噴射、閉環(huán)控制、直接檢測進氣量方式。電控汽油噴射系統(tǒng)由空氣系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成?？諝夤┙o系統(tǒng)為發(fā)動機可燃混合氣的形成提供必需的空氣?？諝饨?jīng)過空氣濾清器、空氣流量計、節(jié)氣門、進氣總管、進氣支管進入各缸。一般行駛時，空氣量由節(jié)氣門控制。怠速時，由怠速調整

40、螺釘和怠速空氣調整器調整流經(jīng)旁通道的空氣來實現(xiàn)?？諝鉃V清器采用紙式空氣濾清器，流量計采用熱膜式。燃料系統(tǒng)的功用是向氣缸提供燃燒時所需的汽油量。汽油供給系統(tǒng)由油箱、汽油泵、汽油濾清器、汽油壓力脈動減震器、噴油器、汽油壓力調節(jié)器及汽油分配管等組成。汽油由汽油泵從油箱中泵出，經(jīng)過汽油濾清器，除去雜質及水分后，再送至汽油脈動減震器，以減少其脈動。這樣具有一定壓力的汽油流至汽油分配管，再經(jīng)各供油支管送至各缸噴油器，噴油器在ECU的噴油指令下噴油。XD474的汽油泵裝在油箱內，采用軸針式電磁噴油器。電子控制系統(tǒng)的功用是根據(jù)各傳感器的信息，由計算機進行綜合分析和處理，通過執(zhí)行裝置控制噴油量等，使發(fā)動機具有最

41、佳性能。該系統(tǒng)中用到的基本傳感器有空氣流量計、發(fā)動機轉速傳感器。修正傳感器有曲軸位置傳感器、水溫傳感器、氧傳感器、爆燃傳感器、節(jié)氣門位置傳感器等。19二、 冷卻系統(tǒng)發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)主要由水泵、散熱器、風扇、節(jié)溫器、補償水桶、發(fā)動機機體和氣缸蓋中的水套以及其他附加裝置等組成。 冷卻系統(tǒng)的功用是使發(fā)動機在所有工況下都保持在適當?shù)臏囟确秶鷥取＠鋮s系統(tǒng)既要防止發(fā)動機過熱，也要防止冬季發(fā)動機過冷。在發(fā)動機冷啟動之后，冷卻系統(tǒng)還要保證發(fā)動機迅速升溫，盡快達到正常的工作溫度。在發(fā)動機工作期間，與高溫燃氣相接觸的零件受到強烈的加熱。在這種情況下，若不進行適當?shù)睦鋮s，發(fā)動機將會過熱，工作過程惡化，零件強度降低，

42、機油變質，零件磨損加劇，最終導致發(fā)動機動力性、經(jīng)濟性、可靠性及耐久性的全面下降。但是冷卻過度也是有害的。過度冷卻或使發(fā)動機長時間在低溫下工作，均會使散熱損失及摩擦損失增加，零件磨損加劇，排放惡化，發(fā)動機工作粗暴，發(fā)動機功率下降及燃油消耗率增加?，F(xiàn)代內燃機的轉速和功率不斷提高，熱負荷也越來越高，一個良好的冷卻系統(tǒng)應滿足下列要求：1、散熱能力能滿足內燃機在各種工況下運轉時的需要；2、冷卻系統(tǒng)消耗功率小，起動后能在短時間內達到正常的工作溫度；3、體積小、重量輕，又便于拆裝維修；4、使用可靠，壽命長，制造成本低；從冷卻系統(tǒng)的性能來看，閉式強制冷卻是最完善的冷卻系統(tǒng)，XD474汽油發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)采用閉

43、式強制冷卻系統(tǒng)，故該發(fā)動機能在冷卻水溫95100下正常運轉，同時還可以減少冷卻液的蒸發(fā)損失。冷卻強度的調節(jié)，主要靠蠟式節(jié)溫器來完成。采用五葉片軸流式風扇。風扇的葉型有特殊要求，其葉身型面是簡單的圓弧，五個葉片等角度分布。冷卻水泵采用離心式水泵，水泵與風扇同軸，其間安置一個皮帶輪，通過三角皮帶同輸出軸上的皮帶輪相連從而被帶動旋轉進入工作狀態(tài)。散熱器加水口上裝有散熱器蓋，主要用來密封散熱器，使發(fā)動機整個冷卻系統(tǒng)成為一個閉式冷卻系統(tǒng)。冷卻系統(tǒng)分兩路，一為水路，由水泵、內燃機冷卻水套、散熱器、調溫設備和管道等組成。另一部分為氣路，由風扇、散熱器和空氣導流裝置等組成。1三、潤滑系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)的主要任務是供

44、應一定數(shù)量的機油至摩擦表面，并起冷卻和清潔磨粒作用，還增加活塞與活塞環(huán)的密封性；在個別情況下，它還擔負起受熱零件的冷卻和傳力控制的任務。摩擦表面上的油膜，能夠防止金屬表面直接接觸，減少零件之間的摩擦和磨損。摩擦表面上的機油可以沖掉摩擦表面上的機械雜質，減少磨料磨損，帶走摩擦熱量，保證軸承等在合適的溫度狀態(tài)下工作。氣缸壁上的油膜，還可以保護摩擦表面，減少腐蝕性磨損。因此，潤滑系在減少機械損失、提高機械效率、延長內燃機使用壽命等方面起著重要的作用。潤滑系統(tǒng)對內燃機的性能指標和工作可靠性也有重大的影響。 為使內燃機潤滑良好，必須使用合適的機油，必須用專門的機油濾清器不斷對機油進行濾清，在必要時采用強

45、制冷卻裝置，使機油溫度不超過允許的數(shù)值。 現(xiàn)代內燃機的轉速和功率不斷提高，熱負荷也越來越高。一個良好的潤滑系統(tǒng)應滿足下列各項的要求：1、以一定的壓力（壓力不能過高也不能過低）和一定的油量（油量不應過多也不應過少）供油至摩擦表面；2、能夠自動地將機油濾清，清除機油中的機械雜質，經(jīng)常保持機油清潔；3、能夠自動地冷卻機油，不斷地散發(fā)出傳給機油的熱量，將油溫保持在一定的范圍以內；4、潤滑系統(tǒng)的部件功率消耗小，機油耗量少；5、工作可靠，油路不會堵塞和不會有漏油現(xiàn)象。起動后，能及時供油至摩擦面；6、能防止腐蝕性磨損；7、能對活塞環(huán)、活塞和缸壁起密封作用；8、修理和維護（調整、加油、檢查）方便； XD474

46、汽油機采用復合式潤滑系，既用壓力潤滑，又用飛濺潤滑，以壓力潤滑為主。這樣潤滑效果較好，能更有效地保證發(fā)動機的正常工作。機油儲存在油底殼里，并把機油泵布置在油底殼內。采用全流式方式濾清，濾清器串聯(lián)于機油泵和主油道之間。機油泵采用內齒輪式機油泵。泵體為鋁合金壓鑄件，機油濾清器采用工業(yè)細毛氈折疊式機油濾。16 循環(huán)機油量=18.4（） 主油道壓力=0.25MP 油底殼機油溫度95 油底殼貯油量=4.5（L）五、起動系統(tǒng)內燃機不能依靠自身的力量從停車狀態(tài)下開始運轉，必須用外來的能量轉動曲軸，這種轉動內燃機曲軸并保證內燃機起動的裝置，稱為起動系統(tǒng)。起動系統(tǒng)的作用就是在正常使用條件下，通過起動機將蓄電池儲

47、存的電能轉變?yōu)闄C械能，帶動發(fā)動機以足夠高的轉速運轉，以順利起動發(fā)動機。起動系統(tǒng)的工作性能對內燃機的可靠性、使用方便性、耐久性和使用燃料經(jīng)濟性等有很大的影響。起動可靠性是內燃機工作可靠性的重要表現(xiàn)之一。如果起動不方便，不但增加操作者的勞動強度，而且使內燃機喪失了機動性。好的起動系統(tǒng)不僅應保證可靠起動，而且應保證起動磨損少。所以，良好的起動性能，從來就是內燃機的重要性能指標之一。起動系統(tǒng)要完成內燃機的起動，必須同時具備以下五個條件：1、須供給足夠大的起動力矩，克服內燃機的起動阻力矩；2、起動系統(tǒng)必須將曲軸加速到一定的轉速；3、在壓縮沖程終了時，所形成的混合氣具有著火限度以內的過量空氣系數(shù)；4、在壓

48、縮沖程終了時，空氣的溫度高于燃料燃點的溫度；5、每次爆發(fā)后的氣體功都應大于阻力功，才能使內燃機逐漸地上升到穩(wěn)定轉速；上述五個條件中，前兩個條件所需的動力必須由內燃機的附屬設備即起動系統(tǒng)的動力裝置供給，它是內燃機起動的必備條件。而只有同時具備了這五個條件，內燃機才能起動。對于汽油機來說，上述五個條件中的第三條即混合氣具有著火限度以內的過量空氣系數(shù)，對于起動的順利是一個重要的關鍵。在汽油機起動時，它的溫度很低，汽油霧化不良，為了保證起動時能夠得到著火限度以內的混合比，必須在汽油機中設有起動加濃裝置；為了在進氣系統(tǒng)中形成必需的真空度，加速汽油的蒸發(fā)霧化，要求汽油機在啟動時必須達到一定的起動轉速。實驗

49、證明，當汽油機在大氣溫度很低的條件下起動時，要求汽油機中含有較多的輕餾分，同時應有合適的加濃裝置，方能保證汽油機在低溫條件下可靠起動。該機采用直流電機啟動。電機啟動功率N=0.59（KW），蓄電池容量為120安培小時，電壓為12V，型號為ST811。 最低啟動轉速取為：60轉分。 啟動功率取N=4.2（KW）。 第三章 熱力計算、動力計算第一節(jié) 熱力計算 大章節(jié)不能寫引用一、已知參數(shù)缸徑： D=74 mm 行程 S=76 mm 缸數(shù) =4 壓縮比 =9.51標定功率/轉速 62/6000 kw/r/min 標定轉矩/轉速 102/3000 NM/r/min大氣狀態(tài) =1 bar = 295K

50、汽油機空燃比 14.8燃料平均重量成份 C = 0.855；H = 0.145；mT = 115二、根據(jù)有關資料和實際情況，選取一些設計參數(shù)過量空氣系數(shù)殘余廢氣溫度四）、殘余廢氣系數(shù)（五）、平均多變壓縮指數(shù)（六）、平均多變膨脹指數(shù)一般四沖程車用汽油機=0.800.90，由于XD474機的潤滑條件較好，磨損較小，齒輪齒條傳動效率高，故可取=0.85。（九）、示功圖豐滿系數(shù) （十）、最高燃燒壓力汽油機2取值在80120 bar，由于是高速汽油機，應取較大值。取=110 bar。表31？、 五、壓縮過程的計算 (bar） =-1.986=21.83(kJ/kgmol·) （313）(kJ/

51、kgmol·) （314） （320）（） （326）十、指示比油耗第二節(jié) （334） （335） （336） （328） = =0.168 （335）往復慣性力： （336）（338） （339）（340）式（341）（342）（343） （344） 第四章 XD474凸輪軸專題設計凸輪軸是配氣機構中的主要驅動零件，必須正確設計，為此擬定如下設計要求：1、正確配置各缸的進、排氣凸輪的位置，保證內燃機正常運轉；并且能滿足發(fā)動機功率、扭矩、轉速、燃油消耗率、怠素和啟動等各方面的要求。2、使發(fā)動機具有良好的的充氣性能，因而時間面值應盡可能大些。3、加速度不宜過大，并且連續(xù)變化。4、具有適

52、當?shù)臍忾T落座速度以免氣門和氣門座的過大磨損和損壞。5、應使配氣機構在所有工作轉速范圍內都能平穩(wěn)工作，不產(chǎn)生脫離現(xiàn)象和過大的振動。6、工作時噪聲較小。7、應該使氣門彈簧產(chǎn)生共振的傾向達到最小程度。8、應該使配氣機構各傳動零件受力和磨損較小，工作可靠使用期長。 上述這些要求往往相互矛盾，必須根據(jù)發(fā)動機的具體要求，抓住主要矛盾，協(xié)調各種因素，妥善解決。第一節(jié) 凸輪設計一、凸輪設計的任務和要求凸輪設計的主要任務是根據(jù)內燃機性能要求設計凸輪外形的輪廓曲線。凸輪外形的輪廓曲線決定著配氣機構的通過能力，即時間-截面值和慣性力的作用情況，對配氣機構的工作能力和動力性能有著決定性影響。因此，合理設計凸輪外形輪廓

53、曲線是配氣機構設計的關鍵。從配氣機構的基本工作任務出發(fā)，對凸輪設計有以下幾點要求：1、能獲得足夠大的時面值，以保證氣門通過能力，提高氣缸充量效率。2、保證合適的配氣正時，要顧及內燃機功率、扭矩、轉速、經(jīng)濟性、低負荷運轉及啟動等方面的要求。3、正、負加速度不宜過大，最好不產(chǎn)生加速度突變現(xiàn)象，以免配氣機構各零件間作用力過大或產(chǎn)生沖擊，從而保證機構工作可靠，使用壽命長。4、氣門落座和開啟速度不能太大，避免氣門座合面及閥座過快磨損。5、工作中產(chǎn)生的噪聲小。6、具有良好的工藝性，便于制造。內燃機配氣凸輪外形輪廓線設計，可歸納為兩種方法：1、根據(jù)對所設計內燃機分析和也有的經(jīng)驗，選定凸輪外形輪廓線。即確定凸輪幾何形狀和挺柱形式，然后計算出挺柱運動規(guī)律。從而校驗所選定的凸輪幾何形狀是否滿足設計要求。用這種方法設計的凸輪稱為幾何凸輪，它由幾段圓弧組成。2、從內燃機性能對氣門通過能力和配氣機構動力性能的要求出發(fā)，先擬定挺柱的運動規(guī)律，而后求出凸輪外形輪廓曲線。用這種方法設計出的凸輪稱為函數(shù)凸輪。二、凸輪主要設計參數(shù)的選擇2凸輪的主要參數(shù)有凸輪作用角2、挺柱最大升程、基圓半徑、氣門落座速度、凸輪最小曲率半徑等