应有大圆弧或锥度过渡。
2)加强筋的尺寸与断面结构
一般加强筋的厚度大致等于壁厚,高度不宜小于壁厚。否则,承载面难以减轻加强筋所引起的应力不均匀。
2. 气缸与气缸套
气缸是气体压缩,燃烧和膨胀的空间,并对活塞起导向作用。气缸套受到相当大的机械应力和热应力。因此要求气缸套要有足够的强度和刚度,并保证在工作时不致有过大的变形。气缸套还要承受活塞的侧压力,而且活塞在它的表面做高速的运动,使气缸内壁受到强烈的摩擦。它是内燃机磨损最严重的表面之一,也是决定内燃机大修期的最重要表面。大修不但增加使用成本,而且降低机器的使用寿命。气缸表面还必须具有一定的耐磨性。气缸套外壁还受到冷却水的穴蚀,它也决定气缸套的使用寿命。因此,气缸套外壁也应该有抗“穴蚀作用”。设计缸套要注意提高刚度和耐磨性,防止拉缸,穴蚀和支承凸肩断裂,减少热变形和安装变形。
(1)气缸及气缸套材料
气缸通常与机体一样,采用灰铸铁。设计也选用灰铸铁。气缸套一般都用耐磨性好,铸造方便,成本低的合金铸造而成。常用的铸铁有高磷铸铁和加硼铸铁两类,设计中选用高磷铸铁。其硬度可以达600-800HV。
(2)缸套的分类
缸套分为干式缸套,湿式缸套和整体式缸套。
1)干式缸套:干式缸套是在气缸内压入一个具有较高耐磨性的薄壁套筒。一般是动配合或者过渡配合装入机体中。干式缸套外表面不与冷却水接触,不存在冷却水的密封问题,一般壁厚在1-3 mm。但是铸造工艺要求高,废品率较高,散热效果比较差。
2)湿式缸套:湿式缸套冷却较好,更换方便,制造容易。它的外表面与
冷却水直接接触,冷却和散热效果比较好,气缸套的热应力和变形较小,对于机体上的污物,水垢容易清除。但是易发生穴蚀,比干式缸套重。
3)整体式缸套:气缸套与机体连成一体,刚度和强度高于干式缸套和湿式缸套,但铸造复杂,维修与更换不方便。
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由于缸径比较大,在设计中采用湿式缸套。 (3)湿式缸套的结构和尺寸
缸套的壁厚?n与?m(如上图 4)气缸套凸肩应该高于气缸体上平面?=0.05-0.15 mm,这样当紧固气缸盖时,可将气缸盖衬垫压得更紧,以保证气缸的密封性,防止冷却水和气缸内的高压气体的窜漏,要求相邻的两个气缸套的凸肩高出机体顶面高度应大致相等。但这个凸肩会使凸缘根部产生裂纹。为了减少凸缘所受的弯曲应力,在缸套顶面加工倒角。
(4)湿缸套的定位四个定位带支承在气缸体中作为径向定位。缸套的轴向定位采用环形支承凸肩,设在机体的上部,这种定位加工简单,拆装方便。
3. 气缸盖
(1)气缸盖的作用是密封气缸,
并与活塞,气缸构成燃烧室空间。同时承受高温高压燃气的作用,为保证气缸盖与气缸套之间的密封,气缸盖还要受到很大的螺栓预紧力,而气缸盖的各部分温度分布很不均匀,因此
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(0.05-0.075)D燃烧压力和交变热应力很大。故气缸盖应该具有足够的强度和刚度,工作时使故气缸盖的变形最小并保证与气缸的结合面和气门座的结合面有良好的密封。缸呆变形过大,气门损坏,等密封破坏,都会使内燃机无法工作。所以气缸盖的好坏直接影响柴油机的动力性,经济性和可靠性。常用的气缸盖的材料有铸铁,铝合金和钢。设计选用HT20-40灰铸铁。
(2)在气缸盖内一般有近排气道,气门导管孔,冷却水腔,润滑油孔道,起动阀,安全阀等装臵,并装有配气机构和喷油器等零部件。气缸盖上部装有气缸罩。
(3)气缸盖设计受燃烧室,配气机构,气门等零部件的影响。气缸盖分单体气缸盖、块状气缸盖和整体式气缸盖。在设计中选用“?型”燃烧室,一个缸用一个盖,即单体气缸盖,一缸一个进气门一个排气门。气缸盖的布臵应该从火力面的布臵开始。火力面布臵包括燃烧室的布臵,喷油器的布臵。现将气缸盖设计成“鼻梁型”,气缸盖的高度为105 mm,在气缸座的气缸盖底面厚度加大,以减少翘曲,保证气门的密封性。在“鼻梁区”(气门座孔和喷油器孔之间的区域),由于热疲劳,最容易产生热裂纹,应该首先保证有足够的冷却。
4、气缸垫
气缸垫装在气缸盖和气缸体之间,是由两铜片中夹着石棉网制成的,在水孔和燃烧室孔周围加镶边,用来增加强度和耐用性。其做用是保证气缸盖与气缸体接触面的密封,防止漏气,漏水和漏油。
①要求:
a具有补偿接合面粗糙度、不平度所必需的柔性以及补偿接合面变形所必须的弹性。 b具有足够的机械强度,能够承受气缸盖螺栓预紧力和接合面的变形力,在高温、高压气体的作用下不易损坏。
c具有耐热性,在高温下不致烧,因属于易损件因而成本要低。 d具有耐腐蚀性,对气体、机油和冷却水有一定的抗腐蚀能力。 e制造简单,拆装方便,并且能够重复使用。 5. 气缸盖螺栓布臵
气缸盖螺栓是气缸盖和气缸体之间的联结件,其位臵和数量对气缸盖和气缸体的受力情况、气缸盖和气缸体之间密封的可靠程度、及气缸套的变形大小有很大影响。螺栓数目要足够,以保证压紧均匀,减小局部变形,密封可靠。每缸使用4个螺栓。螺栓的布臵应该尽量相对气缸中心线均匀分布,否则可能
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由于气缸受力不均引起局部变形。螺栓的螺纹部分在装配时,必须涂以本机机油(蓖麻油最好)。
一般缸径小于105mm时多采用整体式气缸盖。LLS柴油机气缸盖采用分体式结构形式,一个气缸用一个气缸盖,易于维修和更换,减少窗口时间。
本柴油机气缸盖选择HT24-44铸铁材料铸造而成。 二、活塞连杆组
TBD234柴油机的活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销、活塞销卡簧、连杆、连杆轴瓦、连杆螺栓、连杆螺母组成。
1.活塞组设计
活塞头部包括活塞顶、火力岸及活塞环带。活塞顶与气缸盖、气缸壁组成燃烧室,承受气体压力,接受高温气体的作用。活塞环带又称密封部,是销座以上安装活塞环的部位,其作用是保证工作容积的密封性。安装活塞环的沟槽称为环槽,环槽下支承环的部分称为环岸。
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环带以下的部分称为活塞裙部,起导向作用并承受侧压力。一般多采用椭圆,活塞裙部采用上述结构措施之后,气缸壁之间的配合间隙比较小,不会产生敲缸现象。活塞放入气缸内,活塞裙部与气缸壁间的间隙可按气缸直径的0.05%~0.1%预留。活塞销座位于裙部中央上方,销座中安装活塞销。活塞通过销座将气体作用力及惯性力经活塞销传递给连杆。
⑴活塞材料与工艺
活塞材料选用共晶铝硅合金(铸铝、锻铝)其特点是质量小,导热性好。铸造的特点是质量大加工工序多;模锻的特点是质量小,加工少,而锻造介于二者之间。所以加工工艺为铸造。
⑵结构特点
基本结构:由顶部、头部、裙部三部分组成。顶部:组成燃烧室,易热裂、压碎,要求加工应光洁,材料应耐热。头部:油环槽以上部分。裙部:油环槽底面至活塞底端的外圆柱表面。本柴油机选用ω型燃烧室活塞。
⑶活塞的基本尺寸选择
第一环位臵:根据活塞环的布臵确定活塞压缩高度时,首先须定出第一环的位臵,即火力岸高度h。为缩小活塞尺寸,当然希望h尽可能小,但h过小会使第一环温度过高,导致活塞环的弹性松弛、粘结等故障。
环岸高度:为减少活塞高度,活塞环槽轴向高度应尽可能小,这样活塞环惯性力也小,会减轻对环槽侧面冲击,有助于提高环槽耐久性。但环槽轴向高度太小,就使制造工艺困难。环岸的高度应保证它在气压造成的负荷下不会破坏。因此,环岸高度一般第一环最大,其它较小。由于TBD234柴油机主要设计思想是强度高,提高功率,降低燃油消耗率,减少发动机单位马力的重量、体积和原材料的消耗,导热性、抗磨性和缸内导向性好,材料选用共晶硅铝合金。
活塞与活塞销工作时,弯曲变形互相不协调会在销座孔内上侧引起严重边缘负荷,可能造成销孔永久变形甚至使销座裂开。为此,一般适当增大活塞销直径提高销的弯曲刚度,减少弯曲变形。但是直径的增大使活塞高度增加,质量加大。对柴油机来说,销座的外圆大多与活塞顶实体相连,销座的柔度很小,边缘负荷和严重。因此常对销座结构做如下设计:
①活塞销座采用柔性设计,以减少内孔边缘的应力集中;活塞销与销座的受力变形图 ②要适当增大活塞销直径,以提高其刚度,减小变形;
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