YC3108柴油機設(shè)計 最新

1、YC3108柴油機總體方案及配氣凸輪設(shè)計單號摘要：隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，對基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不斷加強投入，對國民經(jīng)濟的 拉動成效日益顯見，尤其是“汽車下鄉(xiāng)政策”扶持力度的加大，對汽車行業(yè)的 影響是巨大的。目前，農(nóng)用型汽車作為農(nóng)民兄弟的致富幫手，已快速進入農(nóng)村 建設(shè)的各個領(lǐng)域，進入了普及階段。同時，隨著科技不斷進步，柴油機的制造 技術(shù)的不斷成熟，柴油機以它的良好動力性、經(jīng)濟性、以及不斷提高的排放， 成為配套農(nóng)用車的首選動力。2009年，受惠于國家為拉動內(nèi)需而出臺的“汽車下鄉(xiāng)政策”，年農(nóng)用車市 場持續(xù)火爆，但是，我們也看到，市場基本被4108、4100等4缸機占有，對于 農(nóng)民兄弟提出的動力下移的市場需

2、求，我們的產(chǎn)品鏈?zhǔn)强瞻椎?，我們?yīng)該做出 適應(yīng)市場的產(chǎn)品。針對這一塊巨大的市場，玉柴機器股份有限公司設(shè) 計出 YC3108系列柴油機，YC3108柴油機總體布置是根據(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，形成對產(chǎn)品的總 體概念或構(gòu)思，經(jīng)過粗略、模糊到逐漸具體、逐漸明確的設(shè)計方案。本文詳細 介紹了 YC3108柴油機的主要技術(shù)參數(shù)以及總體布置、總體結(jié)構(gòu)、特點；其中凸 輪軸設(shè)計方面做了重點介紹，包括選材、基本尺寸的計算等。關(guān)鍵詞柴油機，熱力學(xué)計算，動力學(xué)計算，凸輪軸設(shè)計外文翻譯Abstract: With the development of economic

3、.greater 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, econom

4、ic globalization, 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 Chine

5、se market, 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

6、 selected 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 gr

7、adually 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、Thermo

8、dynamic calculation Dynamics calculation Camshaft Design目 錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark9 o Current Document 第一章緒論 5 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 第二章YC3108型柴油機的熱力計算 7 HYPERLINK l bookmark67 o Current Document 第三章YC3108型柴油機的動力計算 17 HYPERLINK l bookmark72 o Current Document 第四章凸輪軸一配

9、氣機構(gòu)設(shè)計 22一）配氣機構(gòu)凸輪的設(shè)計方法 23二）凸輪設(shè)計的主要參數(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）氣門組件的設(shè)計30總 結(jié) 32致謝33參考文獻34附錄35第一章緒論現(xiàn)狀近年來，由于市場需求結(jié)構(gòu)的變化，我國農(nóng)業(yè)機械化的推進和國家“汽車 下鄉(xiāng)補貼”優(yōu)惠政策對農(nóng)業(yè)的傾斜，使我國的農(nóng)用車和輕型貨車產(chǎn)銷兩旺。隨 著農(nóng)用運輸車行業(yè)的快速、穩(wěn)定發(fā)展，與之配套的中、小功率柴油機也得到了 很大的發(fā)展。目前與農(nóng)用運輸車配套的柴油機品種中，常用的單缸柴油機和小 缸徑多缸柴油機受市場需求的拉動近年來已成為熱門產(chǎn)品，隨著我國城鄉(xiāng)運輸 和農(nóng)機化的發(fā)展，急需新一代配套適應(yīng)性好的柴油機，所

10、以，小缸徑多缸柴油 機行業(yè)必須加快該檔新產(chǎn)品的開發(fā)，設(shè)計出適合市場需要的新產(chǎn)品，以滿足國 內(nèi)市場和出口需要。開發(fā)的意義廣西玉柴機器股份有限公司是中國最大的內(nèi)燃機生產(chǎn)基地，生產(chǎn)能力和技 術(shù)力量雄厚。2009年整機銷售達50多萬臺，2010年15月份，銷售各型柴油 機已達38.32萬臺，玉柴柴油機的社會保有量大概估算超250萬臺。目前，玉 柴的輕機產(chǎn)品功率覆蓋還不夠完善，108系列目前有YC6108系列、YC4108系列 的技術(shù)儲備，而缺少YC3108系列；如果開發(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，而三缸機能利用單 軸平衡機構(gòu)把振動和噪聲大幅度

11、下降，也是當(dāng)今社會發(fā)展要求環(huán)保和舒適性的 趨勢，而且YC3108型柴油機是在YC6108型柴油機的基礎(chǔ)上設(shè)計的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。目前 定位主要配套于農(nóng)用車和輕型貨車，有廣闊的市場前景，所以按功率覆蓋和市 場需求的要求，應(yīng)該開發(fā)YC3108型柴油機。論文工作內(nèi)容繪制柴油機的縱剖面或橫剖面或外形圖。熱力學(xué)計算。動力學(xué)計算。繪凸輪軸組件圖。凸輪軸一配氣機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。第二章YC3108柴油機熱力學(xué)計算熱計算為發(fā)動機實際循環(huán)的近似計算，根據(jù)發(fā)動機的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)對各熱 力參數(shù)、指示參數(shù)、有效參數(shù)進行估算。其作用有：（1）在一臺新內(nèi)燃機的

12、設(shè)計過程中，大致確定氣缸內(nèi)的壓力和溫度變化情 況，繪出示功圖，為以后所必須進行的動力計算和強度校核提供原始數(shù)據(jù)。（2）可以對發(fā)動機方案設(shè)計中所確定的指標(biāo)、尺寸、結(jié)構(gòu)起到一定程度的校 核作用。YC3108型柴油機主要技術(shù)參數(shù)主要技術(shù)參數(shù)：型號：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缸數(shù)：3壓縮比：17排量（升）：3.161工作順序：1 2 3 1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

13、機油燃油消耗比（%）：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）：順時針冷卻方式：強制水冷潤滑方式：壓力飛濺復(fù)合式起動方式：電起動配氣定時：進氣門開，上止點前17CA；進氣門關(guān)，下止點后43 CA；排氣門開，下止點前60CA；排氣門關(guān)，上止點后16CA靜態(tài)供油提前角：上止點前132CAYC3108柴油機熱力學(xué)計算已知參數(shù)缸徑 D =0.108 m行程 S =0.115 m缸數(shù)I =3壓縮比 =17標(biāo)定功率（kW ） /轉(zhuǎn)速（r /min ）： 42/2200每缸工作容積（i ）Vh=n D2S/4=n 0.1082 X 0.11

14、5 /4=0 . 00 1 05 3 5m3=1.0535 （z ）曲柄半徑與連桿長度比R/L= S/L=0.115/2/0.20=0.28752大氣壓力 p0 = 1.013 X 10 5 Pa環(huán)境溫度T =293K 0燃油平均質(zhì)量成分：C=0.87, H=0.126, O=0.004燃油低熱值：Hu=44100kJ/kg燃燒室形式：直噴式Y(jié)C3108柴油機熱力學(xué)計算過程（1）參數(shù)選擇：根據(jù)類似柴油機的實驗數(shù)據(jù)和統(tǒng)計資料，結(jié)合YC3108柴油機具體情況選定過量空氣系數(shù)a =1.6最高燃燒壓力p =8.6X106 Pa z點熱利用系數(shù)E =0.70 殘余廢氣系數(shù)y =0.03 示功圖豐滿系數(shù)$

15、. =0.94 殘余廢氣溫度Ty =750 K 機械效率門=0.78（2）計算過程1）換氣過程參數(shù)取p0.9 p,則進氣終點壓力pa=0. 9 X 1.0 1 3 X 105=0. 9117 X 105 P,取進氣加熱溫升A T=12K，則進氣終點溫度TT0 + T +yTy293 + 12 + 0.03 x 750327 .5317 96a 1 + y1 + 0.031.03.充氣效率門=二.八LV -1 p T 1+y170.9 p 029317 -1 p 317 .962)壓縮過程計算 0117 0 929311 + 0.0316.317 .96 1.030.8555由n廣1 =1.98

16、64.6 + 0.0006 T (1 + 1-1)計算n :1第一次試算，上式等號右端代入n1 =1.38,得1.986n 1 14.6 + 0.0006 x 317 .96 x=+ 17 1.38-1 71.986 =0.371 ;5.351第二次試算，上式等號右端代入n1 =1.371，得1.986n 114.6 + 0.0006 x 317 .96 x=+ 17 1.371 -1 71.986 =0.372 ;5.337第三次試算，上式等號右端代入n =1.372,得1.986n 114.6 + 0.0006 x 317 .96 x=+ 17 1.372 -1 71.986=0.3725

17、.338最后得n =1.372 。壓縮過程中任意點x的壓力pcxpp (匕)n1a V式中：V *R(1 - cos。)R+(1 - coscx4x4 L點從上止點算起的曲軸轉(zhuǎn)角 x 一x壓縮余隙容積V =V h c8 - 1氣缸總?cè)莘eV =V + Vcxx17 - 1=1.3005acxh c1.300496=0.08128 l ，2 ) + V，x點氣缸容積+ 0.08128 = 1.38178 l每10轉(zhuǎn)角取一個點，求出和V見表2-1。cxcx表2-1壓縮過程列表計算（壓力單位：Mp ）excosexCOS2e xx (mm)Vcx (L)Pcx180-1.00001.0000132.0

18、0001.38110.0871190-0.98480.9397131.32571.37440.0877200-0.93970.7660129.29361.35440.0895210-0.86600.5000125.88021.32080.0926220-0.76600.1737121.05851.27330.0974230-0.6428-0.1736114.81461.21180.1042240-0.5000-0.5000107.16771.13650.1138250-0.3420-0.766098.18961.04810.1271260-0.1737-0.939788.02260.94800

19、.14592700.0000-1.000076.89030.83840.17262800.1736-0.939765.10110.72230.21182900.3420-0.766053.04310.60360.27083000.5000-0.500041.16780.48660.36383100.6428-0.173729.96680.37630.51733200.76600.173619.94080.27760.78483300.86600.500011.56500.19511.27213400.93970.76605.25430.13302.15113500.98480.93971.33

20、110.09443.44223601.00001.00000.00000.08134.2250壓縮終點壓力p和溫度Tp = p % = 0.9117 X 10 5 X 17 1.372 = 4.447 x 10 6 PaT = T & L = 317 .96 x 17 1.372-1 = 912.22 Kt = T - 273 = 912 .22 273 = 639 .22 C壓力升高比入=1.934人 p 8.6 x 106p4.447 x 10 6c3）燃燒過程計算完全燃燒所需理論空氣量L1C_0.21 12O_320.21(0.870.1260.004 )+I 12=0.4946 kmo

21、l/kg 燃油缸內(nèi)新鮮空氣量M1M =a L = 1.6 x 0.49460.791 kmol/kg燃油理論上完全燃燒（a =1）時的燃燒產(chǎn)物摩爾數(shù)mM = C + H + 0.79 L = 0.87 + 0126 + 0.79 x 0.4946 = 0.526 kmol/kg 燃油 01220122當(dāng)a =1.6時的多余空氣量(a 1)L0 = (1.6 1 )x 0.4946 = 0.2968 kmol/kg 燃油燃燒產(chǎn)物總量M2M = M + (a 1) L = 0.526 + (1.6 1 )x 0.4946 = 0.8228 kmol/kg 燃油理論分子變更系數(shù)u0M 2M10.82

22、28=1.04020.791實際分子變更系數(shù)hH 0 +y 1.04 + 0.031 0391 + 0.031 + y壓縮終點的混合氣平均定容比熱CC = 19.26 + 0.0025 T = 19 .26 + 0.0025 x 912 .22 = 21 .54 kJ/kgmol - K燃燒終點溫度氣計算：根據(jù)混合循環(huán)發(fā)動機燃燒方程式+ C t + 8.314 人t + 2270 (人一H) = HC t (i + y) l將已知數(shù)值代入，得0.7 x 441000 + 0.03 )x 1.6 x 0.4946+ 21.54 x 639 .22 + 8.314 x 1.934 x 639 .2

23、2 + 2270(1.934 - 1.039 )=1.039 C t63947 .97871.03961547 .6215 kJ/kgmol將 C = (C - + 1.986 ) x 4.1868kJ/kgmol - C代入上式得C =61547 .62151.986147001.9864.1868 tkCal/kgmol - C4.89 + (a - 1) x 4.6 +86+ (a - 1) x 60ax 10 54.89 +(1.6 - 1 )x 4.686 +旦-1)x 60(273 + t )1.61.6 x 10 5147004.9894 + 76 .25 x 10 -51 kC

24、al/kgmol - C簡化后得6.9754 + 76.25 x 10 -51第一次試算，取右端的t = 1800，得14700=176008.35第二次試算取右端的t =1760，得14700=176708.32第三次試算取右端的t = 1767，得14700=176708.32J = t + 273 = 1767+ 273 = 2040 K初期膨脹比P=T = 1.0392040 = 1 2P X T 1.934 912.22.4）膨脹過程計算 后期膨脹比5Q s 175 = 一 = 14.16選取膨脹過程平均多變指數(shù)氣=1.2 膨脹過程中任意點X的壓力尸bxP = P (bx z Vbx

25、V = p V = 1.24 x 0.08125 =0.10075 L 式中v為X點的氣缸容積，求法與Vcx相似，通過列表計算（如表2-2）；bxbx求得數(shù)個x點的p和、值后即可畫出示功圖，如圖2-2所示:表2-2膨脹過程列表計算COS0 COS2x (mm)Vbx (L)Pbx (MPa)1.00001.00000.00000.081310.37840.99620.98480.33380.08459.89210.98480.93971.33100.09448.66050.96590.86602.97830.11067.14800.93970.76615.25400.13305.71750.9

26、0630.64288.12850.16134.52700.86600.500011.56460.19513.59530.81920.342015.51840.23412.88490.76600.173719.94020.27762.34680.70710.000024.77560.32521.93770.6428-0.173629.96620.37631.62400.5736-0.342035.45090.43031.38070.5000-0.500041.16710.48661.18990.4226-0.642847.05170.54461.03850.3420-0.766053.04230

27、.60360.91690.2588-0.866059.07800.66300.81840.1737-0.939765.10040.72230.73790.0872-0.984871.05460.78090.67140.0000-1.000076.88960.83840.6161-0.0871-0.984882.55910.89420.5699-0.1736-0.939788.02200.94800.5310-0.2588-0.866093.24220.99940.4981-0.3420-0.766198.18911.04810.4702-0.4226-0.6428102.83741.09390

28、.4465-0.5000-0.5000107.16721.13650.4263-0.5736-0.3420111.16301.17590.4091-0.6428-0.1737114.81421.21180.3945-0.70710.0000118.11381.24430.3821-0.76600.1736121.05821.27330.3716-0.81910.3420123.64651.29880.3628-0.86600.5000125.88001.32080.3555-0.90630.6428127.76121.33930.3495-0.93970.7660129.29351.35440

29、.3448-0.96590.8660130.48051.36610.3413-0.98480.9397131.32561.37440.3388-0.99620.9848131.83151.37940.3373-1.00001.0000132.00001.38110.3368膨脹終點的壓力尸和溫度7Pb8.0 x10 6 =3.368 x 10 5 Pa 13 .711.21z8 n 21211613 .71（頃-1）=1221.06 KYC3108油機指示參數(shù)計算(1)平均指示壓力pPi以 P -1） +人P1（1-）- n -1811一（1 - 一） n 2-1 n - 18 %-14.44

30、7 x 1061.9341.934 x 1.2.2 - 1J+17 -11.2 -1 I14.161.2-11.372 -11r 1 、1 17 1.372 -1 /4.447 x 106x 3.4116=9.478 x 105 PaPi=p -9 = 9.478 x10 5x 0.94=8.91 x 10 5指示熱效率門a Ln = 8.3140H(3)指示燃油耗率gT0P0Pi1.6 x 0.49468.314 -441002938.91 x 10 51.013 x 10 50.85550.44943.6 x 10 63.6 x 10 6=181 .65H -n44100 x 0.4494

31、g/kW - hYC3108柴油機有效參數(shù)計算有效熱效率門和有效燃油耗率g=門門=0.4494x 0.78=0.35053.6 x 10 6=gi181 .65=232 .90.78g/kW - h平均有效壓力p和有效功率p的校核p = p 門 =8.91 x 10 5 x 0.78 = 6.9498 x 10 5piV“en3 x 1.3005 x 6.9498 x 240054 23 宙1200e 1200.（單位：Vhl，p X 10 5 P , n r /min）有效功率誤差e計算，e應(yīng)在3%內(nèi):50e = 5 _ P x 100 % = 5 二54.23 x 100 % = -8.4

32、6% 3%50第三章YC3108型柴油機動力學(xué)計算目的動力學(xué)計算目的在于分析作用在曲柄連桿機構(gòu)上的作用力，并計算出輸出 扭矩，為進行零件強度計算，分析剛度、振動和磨損問題提供依據(jù)。動力學(xué)已知參數(shù)、曲柄連桿機構(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連桿長度L=0.200 m曲柄半徑與連桿長度比R/L=0.33活塞面積 Fh=n D2/4=n X0.1122/4= 9.852 x10-3 m2曲軸旋轉(zhuǎn)角速度3 =2400*2n /60=251.327弧度/秒活塞質(zhì)量：1.521 kg活塞銷質(zhì)量：0.878 kg活

33、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曲柄連桿機構(gòu)受力分析圖如圖3-1所示（圖中所示各力方向為其取正值方 向）。圖3-1曲柄連桿機構(gòu)受力圖3計算過程燃氣作用力：p = p （小）Pa （熱力學(xué)計算提供）當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)角a 在 0 到 180 度時p =p p = a =-1.4182X104 Pa當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)角a在180度到360度時cx8.7118 x 10 4 x (1.38125 x 10 6Vcx當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)角a在360度到540度時p =p = 8.0 x 10 6 x ( 0.10075 X 10 6 )1.21bxVbx當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)角a在540度到7

34、20度時p5 =1.013X104 Pa;（注：0180為進氣過程，180360為壓縮過程，360540為膨 脹過程，540720為排氣過程） 往復(fù)運動質(zhì)量：m = m + m = (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： TOC o 1-5 h z p = - mja = - mjR2 (cos a +X cos 2a)=j FFhh3.097 x 0.066 x 251 .327 2一(cos a + 人 cos 2a)9.852 x 10-3一 1.311 x 10 6 x (cos a +

35、人 cos 2a ) PaR 0.066=0.33人=L 0.2作用在活塞銷處的合力：p = p + p Pa活塞側(cè)推力：p = ptg p Pa連桿推力：p =- Pac cos p切向力：p = p sin( a + p ) PaTcos p徑向力：p = p cs( a + P ) PaNcos p連桿軸頸處離心力：p = m ro 2 = 1.68 x 0.066 x 251 .327 2 二 7.004 x 103Pa , （ mB為連桿大頭質(zhì)量，kg）連桿軸頸作用力：Rb = S2 +3廣pB）2 Pa單缸輸出扭矩：m = p F R Nm總輸出扭矩：Z M =Z P F R Nm

36、由以上公式，通過列表計算（如動力學(xué)計算表3-1、動力學(xué)計算表3-2、表 動力學(xué)計算表3-3），得出各值并畫出Pg-a ,Pj-a ,P-a圖（如圖3-2）； Pc- a ,PN-a ,PT-a ,RB-a 圖（如圖 3-3）； Z Mk-a 圖（如圖 3-4）。0 100 200 300 400 500 600 700 800a ( CA)圖3-2Pg-a ,Pj-a ,P-a變化曲線圖圖 3-3 Pc-a ,PN-a ,PT-a ,RB-a 變化曲線圖ioNm)121086420-2-4-6-8宥Mk-Q曲線圖圖3-4 E M Ka總輸出扭矩曲線圖 總輸出扭矩： Mt A ML9381 N.

37、山 M平均扭矩：M = F-=19381 = 269 .181 N. m m 7272有效功率：N =e269 .181 X 251 .327 x 0.78 x 0.93 =49 .075kW1000校核有效功率誤差：e=50 一 49仞5 = 1.85%50第四章 凸輪軸一配氣機構(gòu)設(shè)計內(nèi)燃機凸輪軸一配氣機構(gòu)設(shè)計的優(yōu)劣直接影響到其動力性，經(jīng)濟性，可靠 性，振動，噪聲與排放特性的好壞。凸輪軸一配氣機構(gòu)的豐滿系數(shù)越大，則進 氣量越多，內(nèi)燃機的動力性能與經(jīng)濟性能越好，排氣煙度與熱負荷越底；凸輪 形線的圓滑性越好，內(nèi)燃機的振動與噪聲越小。凸輪軸是氣閥驅(qū)動機構(gòu)的主動件，凸輪表面承受著周期性的沖擊載荷，因

38、 此凸輪表面應(yīng)耐磨和耐疲勞。為了保證正確的配氣定時，設(shè)計時要求凸輪軸本 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。凸輪及其配氣機構(gòu)的功能是實現(xiàn)進、排氣過程定時，使缸內(nèi)的充氣及時地 得到更換。凸輪構(gòu)成設(shè)計的首要任務(wù)是根據(jù)柴油機性能要求來設(shè)計凸輪的型線， 并求出氣閥的運動規(guī)律。它決定著配氣的時間斷面值的大小和慣性力的作用情 況，從而反映了配氣機構(gòu)的工作能力和動力性能，所以合理地設(shè)計凸輪型線是 決定配氣機構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵。配氣機構(gòu)是柴油機換氣過程的控制部件，它根據(jù)氣缸的工作次序，定時開 啟或關(guān)閉進氣門和排氣門，以保證氣缸吸入新鮮空氣和排除廢氣，它是由氣門 組(進氣門、排氣門)和傳動組(挺

39、柱、推桿、搖臂、搖臂軸、凸輪軸、正時 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中間 惰齒輪傳動，使二者之間的傳動簡化，利于柴油機整體布置。從配氣機構(gòu)的基 本工作出發(fā)，對設(shè)計凸輪可歸結(jié)為如下幾點基本要求：能滿足合適的配氣定時，它要能顧及柴油機功率、扭矩、轉(zhuǎn)速、經(jīng)濟 性、低負荷及起動等方面性能要求；獲得足夠大的時間-斷面值，既要求氣閥開得快，以提高柴油機充氣效 率；正、負加速值不宜過大，同時希望加速度曲線最好不產(chǎn)生突變現(xiàn)象， 使各轉(zhuǎn)動機件間受力不至太大，以提高機構(gòu)工作的可靠性和耐久性；氣閥落閥速度不能太大，避免閥面座過快磨損，也使機構(gòu)的工作噪聲 較小。1 配氣機構(gòu)凸輪的設(shè)計

40、方法從柴油機性能對配氣機構(gòu)、氣閥通過能力及機構(gòu)性能等的要求出發(fā)，采用 多項式高次方凸輪型線，將平穩(wěn)可靠作為約束條件，擬出挺柱的運動規(guī)律，然 后求出凸輪外形。使內(nèi)燃機在全部工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，配氣機構(gòu)不會發(fā)生飛脫和 氣門落座反跳現(xiàn)象。2凸輪設(shè)計的主要參數(shù)(1)配氣定時與凸輪工作段作用角進氣開，上止點前二17。進氣門關(guān)，下止點后p =43。排氣開，下止點前y =61。排氣門關(guān)，上止點后=18。供油提前角：上止點前13 2。重疊角：a疊=a + =35。同一凸輪中進、排氣凸輪中心線的夾角：& = 1 Q =90+ ( * +Y ) =107.25。240為曲軸轉(zhuǎn)角的進、排氣正時中點之間的夾角。凸輪理論基

41、圓半徑r0的確定r0是根據(jù)凸輪軸直徑d0來確定的，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 d = 0.3D 則d = 0.3X 108 = 32.4 啞對于整體制造的凸輪軸，為了保證制造后磨削凸輪和大修時重磨凸輪，推 薦r0 = 0.5 d0+(14)啞則理論基圓半徑為：r0 = 0.5 d0+( 1 4)=0.5X 32.4 + 4 = 20.2 啞取r0 = 20啞凸輪軸軸承位直徑d的確定一般：r = r0+ytmax+(0.2 0.5)啞=20 + 8.78+(0.2 0.5)= 28.9829.28 啞則 d = 57.9658.56取

42、d=58.5 啞3凸輪型線的確定緩沖段采用余弦緩沖曲線設(shè)計，工作段采用多項高次方凸輪型線設(shè)計，使 凸輪軸在整個工作段都保持連續(xù)性，無突變，也不存在剛性沖擊和柔性沖擊， 且設(shè)計靈活，線型調(diào)節(jié)余地大。YC3112型柴油機采用高次多項式方法設(shè)計。(1)緩沖段設(shè)計：取緩沖段包角0=27。，緩沖段升程Ht0=0.2951mm，自變量為 (6 )，變量 為中，得方程： TOC o 1-5 h z ht（8） = Hto 1 - cos（兀 /2巾）巾（1）ht（8） = Hto （兀 /28 ） sin（兀/2巾）巾（2）ht（8） = Hto （兀 / 28 ）2 cos（兀 /28 ）8 （ 3 ）上

43、述（1）、（2）、（3）式列表5-2、表5-4,得進排氣凸輪緩沖段型線，見 圖5-1、5-3；得進排凸輪外輪廓線，見表5-2、5-4。（2）工作段設(shè)計：應(yīng)保證時面值大，加速度曲線無突變，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式凸輪。設(shè)凸輪的整個工作段以無因次量p = 1 -8 /8 （下降段為p =8 /8 - 1 ）作自變量的高次多項式，通常取57項。其挺柱升程表達式形式為：ht （P） = C + C P p + C P q + C P+ C P，（4）式中的待定系數(shù)決定于凸輪設(shè)計的邊界條件，因為凸輪型線是對稱的，為 方便取凸輪上升段來計論：設(shè)工作段包角？ w =58

44、。，工作段挺柱最大升程hTmax =7.1243mm1）當(dāng)？ =（p w 時，hT=hTmax，從而有c0=hTmax2）當(dāng) =0和 =2 w時，P = 1， hT=0 （氣門關(guān)閉），從而有c0+c+c2+c3+c4=03）當(dāng)？ =0 和？ =2? w 時，p =1，dhT/dt=v0/i （氣門以 v0 速度落座）， 凸輪轉(zhuǎn)速為3，則有Pc1+qc2+rc3+sc4=-v0? w/w = vr3為凸輪軸旋轉(zhuǎn)角速度。4）當(dāng)？ =0 和？ =2? w 時，p = 1， d2hT/dt2=0，亦即 d2hT/dp 2=0（要求氣門開啟和關(guān)閉時，加速度為零，使工作段與緩沖段光滑過渡）， 從而有 p（

45、p-1）c1+q（q-1）c2+r（r-1）c3+s（s-1）c4=0當(dāng)？ =0 和？ =2? w，即6 =1 時，d3hT/dt3=0,亦即 d3hT/dp 3=0 (要 求氣門開啟和關(guān)閉時無脈沖)，從而有p(p-1) ( p-2 ) ci+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)：CI maxh. s . r q + y (s r + s q + r q s r q + 1)c =1T max-hR(s - p)(r - p)(q - p)-s - r - p + y (s - r + s - p + r - p

46、 s r p + 1)c =2T max-hR(s - q)(r - q)( p - q)-s - p - q + y (s - q + s - p + p - q s p q + 1)c =3T max-hR(s - r)(q - r)(p - r)-p - r - q + y (q - r + r - p + p - q - p - r - q + 1)c =4T maxR(r - s)(q - s)( p - s)式中？ w=58 ,、hTmax=7.1243mm及一組p、q、r、s幕指數(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，再進行求導(dǎo)，就可計算出dh/d? 和d2h/

47、d? 2曲線。幕指數(shù)按下列條件的確定：當(dāng)？ =? w，即 hT=hTmaX，挺柱速度為零，dhT/dt=0，因此 p、q、r、s 都必須大于1;設(shè)配氣凸輪為對稱凸輪，故p、q、r、s應(yīng)為偶數(shù)，設(shè)pqrs;當(dāng)？ =? w，即hT=hTmax時，挺柱具有最大負加速度，d2h/d? 24 ;在挺柱上升和下降區(qū)間內(nèi)加速度曲線都只能有一個最大值，即在兩個區(qū) 間內(nèi)各只有一處d3h/d? 3 = 0，以保證加速度曲線不出現(xiàn)波浪形，此時幕指數(shù) 按下式選取：q = 2 n r = 2( n + m)?。簄-4 , m=6 s = 2( n + 2 m)故：p = 2q=8 r=20 s=32將所求得的參數(shù)代入(

48、4),列表5-1、表5-2,得進排氣凸輪工作段型線， 見圖5-1、5-2，得進排氣凸輪外輪廓線，見表5-2、5-4。表5-1進氣凸輪型線主要參數(shù)及計算結(jié)果進氣凸輪緩沖段設(shè)計基圓直徑/ro緩沖段升程/H0緩沖段包角/a0系數(shù)發(fā)動機轉(zhuǎn) 速 r/min凸輪角速度 (rad/s)40.2951273.3333333332400125.6637061進氣凸輪工作段設(shè)計基本段包角/a B基本段升程H系數(shù) n(3-9)m(1-10)CpCqCr587.124346-0.01 10.004879072-0.001294pqrsCs參數(shù)vr演算2820320.000-0.0009957-0.000996257計

49、算數(shù)據(jù)區(qū)（進氣凸輪）豐滿系數(shù)最小曲率半徑最大加速度最大速度最大負加速度0.5560635.19157859.4333412.18651857-21.37399794717904958圖5-1進氣凸輪升程圖表5-3排氣凸輪型線主要參數(shù)及計算結(jié)果排氣凸輪緩沖段設(shè)計基圓直徑/ro緩沖段升程/H0緩沖段包 角/a 0系數(shù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速r/min2200400.3135273.3333333圖輪角速度(rad/s)125.6637061排氣凸輪工作段設(shè)計基本段包 角/a B基本段升程H系數(shù) n(3-9)m(1-10)CpCqCr627.170446-0.0110.004859219-0.001287677p

50、qrsCs參數(shù)vr演算2820320.0002-0.001130799-0.001130799計算數(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加速度0.55719197.80691301451.7412333811.4462875-18.75195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/rad2020406080100120140160180200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

51、YC3108柴油機是小型柴油機， 采用第一種整體式凸輪。機體上的橫壁開有軸承孔，孔中壓入減摩合金的凸輪軸襯套，凸輪軸是從 機體的一端插入軸承孔的。為使整根凸輪軸能通過軸承孔，軸頸做得比較粗；為防止凸輪軸在工作時 前后竄動，在軸上設(shè)有定位裝置，即在機體的前端面上固定有止推片進行定位。(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。對中碳鋼的凸輪表面和軸頸可進行表面高頻淬火；對于低碳鋼 則進行滲碳淬火。表面應(yīng)達到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

52、地選配，以保證能獲得較長的 使用壽命。凸輪和挺柱是一對承受接觸應(yīng)力的摩擦副；如摩擦表面出現(xiàn)擦傷、 麻點和磨損等，將嚴重影響柴油機的工作性能和壽命。損傷原因除了因接觸應(yīng) 力大小、滑動速度、表面粗糙度、潤滑條件及工作溫度等條件有密切關(guān)系外， 還同凸輪與挺柱的材料和熱處理工藝的匹配有關(guān)。實踐表明：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，挺柱工作表面 用冷硬合金鑄鐵匹配，工作性能也較好。5氣門組件的設(shè)計氣門組由氣門、氣門導(dǎo)管、氣門彈簧、彈簧盤及轉(zhuǎn)閥機構(gòu)等零部件組成。氣門組的工作條件氣門以很高的頻率做開關(guān)動作的過程中，氣門桿和導(dǎo)管間有摩擦，每次關(guān) 閉落座時，氣門和氣門座的

53、座合錐面之間都要發(fā)生沖擊，沖擊的大小決定于氣 門的運動質(zhì)量和落座瞬間氣門的速度。氣門頭部頂面直接與高溫燃氣接觸，使 進排氣門都受熱，而且排氣門在排氣過程中還要受到高溫排氣的沖刷，進氣門 受到進氣的吹洗，溫度比排氣門低，但常發(fā)生進氣門的座合錐面出現(xiàn)異常磨損。氣門組的設(shè)計：氣門：氣門頭部構(gòu)形和尺寸應(yīng)保證氣體流動阻力小，以提高換氣功效。 在保證強度和剛度前提下，氣門的重量盡可能輕。還需設(shè)法改善氣門的冷卻條 件，降低它的工作溫度，使冷卻均勻變形小。YC3108型柴油機采用平底氣門， 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 的過渡半徑。選擇氣門材料時，要保證氣門在高溫時有足

54、夠的強度和耐磨、耐蝕性，選 用鐵素體合金，如4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo合金鋼。它們含銘和硅，具有較大表 面硬度，而后者加入鉬，更進一步提高其熱強度和耐磨性，因此應(yīng)用更廣，允 許氣閥工作溫度達650 C。2）氣門座：采用鑲壓式氣門座，可不使氣門座在工作中產(chǎn)生過大的扭曲和 變形，延長氣缸蓋的使用壽命；氣門座的材料采用奧氏體鋼等。3）氣門導(dǎo)管：設(shè)計成沒有任何臺階的圓柱形，為了很好引導(dǎo)氣門，導(dǎo)管的 長度為桿徑的7倍；導(dǎo)管是過盈配合壓入氣缸蓋的導(dǎo)管孔中，導(dǎo)管與桿之間有 機油潤滑，但機油量不能過多，以免由于積炭把氣門粘住。氣門導(dǎo)管的材料可 用灰鑄鐵、球墨鑄鐵或鐵基粉末冶金制造。4）氣門彈簧：采用

55、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。彈簧冷繞后經(jīng)熱處理消除內(nèi)應(yīng)力， 并進行噴丸處理和強壓處理，進一步提高它的疲勞強度，并且進行發(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度。每一個制成的彈簧都要 進行探傷，不允許材料表面存在細微裂紋。氣閥彈簧材料常采用65Mn、60SiMnA、 50CrVA 等總結(jié)通過對YC3108柴油機的設(shè)計和柴油機市場的調(diào)研，使我加深了對柴油機 的了解，認識到柴油機設(shè)計工作的重要性，柴油機的設(shè)計最終目的設(shè)計出適合 用戶需求的產(chǎn)品；進行設(shè)計工作，必須抱著嚴謹?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度和務(wù)實的工作作風(fēng)， 講求運用基礎(chǔ)理論，結(jié)

56、合汽車的使用特點和性能要求設(shè)計發(fā)動機，發(fā)揮工廠人 才智慧和現(xiàn)代技術(shù)裝備優(yōu)勢，利用現(xiàn)代設(shè)計分析法進行柴油機的設(shè)計。本文通 過熱力學(xué)計算、動力學(xué)計算的驗證和凸輪軸的設(shè)計，符合設(shè)計要求；總體布置 趨于合理實用。最終得出結(jié)論：YC3108柴油機可以生產(chǎn)試驗。開發(fā)YC3108型 柴油機的機遇與挑戰(zhàn)并存，相信公司一定能夠根據(jù)市場的要求、政策導(dǎo)向和自 身的綜合能力來確定產(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 激烈的競爭中謀求更高的發(fā)展。2010年，玉柴YC4A、YC4D等產(chǎn)銷兩旺，特別是實行汽車下鄉(xiāng)補貼政策后， 農(nóng)村市場更是各發(fā)動機制造廠商的必爭市場。展望108系列柴油機的市場，前景 甚為廣闊，

57、特別是YC3108柴油機，它主要配套于農(nóng)用車和輕型貨車，作為玉柴 108系列柴油機產(chǎn)品的新成員，它的出發(fā)點是面向廣大農(nóng)村和城鎮(zhèn)市場，迎合農(nóng) 民的購買力和多拉快跑的動力需求，可以預(yù)測，它投放市場后將是那種相當(dāng)火爆 的局面。今后我們會理論聯(lián)系實際，開發(fā)出更多適合市場的柴油機，迎合不同 用戶的需求。致謝隨著本次論文的完成，大學(xué)里最重要的設(shè)計就要基本結(jié)束了，這次設(shè)計， 系統(tǒng)的把所學(xué)過的知識都梳理了一遍。本次設(shè)計中，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 的寫作過程，無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間來指導(dǎo)我。他的循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思

58、路 給予我無盡的啟迪，他的淵博的專業(yè)知識，精益求精的工作作風(fēng)，嚴以律己、 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)性的意見和幫助，指導(dǎo)我如何通過畢 業(yè)設(shè)計應(yīng)用所學(xué)知識的技巧。在我的畢業(yè)論文寫作期間，陳老師為我提供了種 種專業(yè)知識上的指導(dǎo)和一些富于創(chuàng)造性的建議，沒有這樣的幫助和關(guān)懷，我不 會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，謹向兩位德高望重的教授致以衷心的感謝和誠摯的敬意。最后，設(shè) 計中難免會有一些不足和失誤之處，懇請各位老師給予批評和指正。參考文獻玉柴技術(shù)中心，YC4108、YC6108型柴油機圖紙徐兀編汽車發(fā)動機現(xiàn)代

59、設(shè)計3 楊連生編內(nèi)燃機設(shè)計內(nèi)燃機理論與設(shè)計，機械工業(yè)出版社吉林工業(yè)大學(xué)內(nèi)燃機研究所，蔣何佩主編汽車柴油機構(gòu)造與使用， 機械工業(yè)出版社，1991劉永長主編內(nèi)燃機原理，華中理工大學(xué)出版社，1995張宗杰主編內(nèi)燃機課程設(shè)計指南，華中理工大學(xué)出版社，1995天津大學(xué)，李厚生主編內(nèi)燃機制造工藝學(xué)、機械工業(yè)出版社，1987朱炬，趙耀如、沈乃煌主編YC6105QC、YC6108QG型柴油機構(gòu)造與使 用，機械工業(yè)出版社，1996張培榕、程穗豪主編發(fā)動機概論，華中理工大學(xué)出版社，2003柴油機設(shè)計手冊編輯委員會柴油機設(shè)計手冊、上冊、中國農(nóng)業(yè)機 械出版姜洪君、胡軍等，拖拉機與農(nóng)用運輸車雜志，1991第2期13 董

60、長征、唐光萍、韓波，農(nóng)用運輸車現(xiàn)狀及前瞻，中國汽車報，第 1845期2版其它有關(guān)于冊、國家標(biāo)準(zhǔn)周龍寶，劉巽俊，高宗英.內(nèi)燃機學(xué).第二版.北京：機械工業(yè)出 版社，2009： 286-305袁兆成，蘇巖，方華等.內(nèi)燃機設(shè)計.北京：機械工業(yè)出版社，2008： 27-40,106-114附錄3-1動力學(xué)計算表a P = arcsin(57.5 *sina/200)cosacos2ax ( mm)Vcx (mm，Pcx (Pa)00110102.86020.98480.93981.1221205.64030.93980.76634.4318308.26110.86620.50059.7644010.64