车辆与动力工程学院毕业设计说明书
第二章 整体设计
§2.1 柴油机设计的总体要求 §2.1.1 内燃机的设计要求
在结构设计和总体布置设计时，要求尽可能采用一般钢材，零部件的工艺性要好，要适合于大量生产。它们的附属系统（如供油系、起动机、三滤、散热器等）往往都是专业化生产的。这就更严格地要求符合“三化”的规定。而且要求这些柴油机的重量轻、体积小、质量好、效率高、机构简单、使用方便，此外对于发动机的启动性和制造工艺性以及使用维修方便性的要求也是很重要的。例如动力性与经济性，重量轻与使用寿命长，性能指标与制造成本等等。
在柴油机的排放方面，由于柴油机排出有害气体（NOX、CO、HC等）连同噪音、臭味等共同构成了人类环境的污染源之一。国外已经严格控制发动机的排放，为其制定相应的标准，我国现在采用欧洲排放标准，法规规定到2008年一些较大城市（如北京、上海）实行欧Ⅳ排放标准，其它地区逐年实现。 §2.1.2 内燃机设计工作中的“三化”
内燃机的产品系列化、零部件通用化、零件设计标准化统称为内燃机设计的“三化”。内燃机的“三化”是属于产品质量管理问题，它对国民经济将产生深远的影响，它是社会主义制度下的一项重要技术政策。它对提高产品质量、降低产品成本，发展新产品，合理组织企业生产，提高劳动生产率，便于使用。维修和配件供应，零件互换等都具有重要的作用。 1、产品系列化
内燃机的系列化是指以极少的基本规格尺寸(一般以气缸直径和冲程)的内燃机通过改变气缸数目及其排列形式、增压度、转速，燃料、零件的材料、或者增加若干附件等方法来扩大其功率范围，改变其轮廓尺寸等，发展品种繁多的变型，以满足国民经济中不同
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用途的需要。例如：车用、拖拉机用、固定用、船用、工程机械用等不同用途的各种功率等级的内燃机。我国内燃机的“三化”是以缸径为基础制定国家型谱的，设计和制造内燃机新产品必须严格遵守国家系列化型谱的规定，以便用尽可能少的系列机型通过合理变型来满足各种用途的需要，以免产品系列繁多，生产管理混乱。
凡属同一系列的内燃机要求主要结构相同，主要零部件要求尽可能通用，易损件要能互换，否则不能称为同一系列的内燃机。 2、零部件通用化
零部件通用化是指同一系列的机型中。备机型的零部件能够互换通用并尽量采用标准件。不同系列的柴油机在设计时也要考虑某些零部件在可能的情况下尽量与别的系列的机型可以相互通用，如起动机、发电机、高压油泵、机油泵、化油器．机油滤清器，燃油滤清器、空气滤清器、水箱、风扇等，以便尽量减少整个内燃机工业中零部件的数目和种类。 3、零件设计标准化
零件设计标准化是指在进行零部件设计时应尽量按照国家标准和部颁标准或厂际标准来决定零部件的尺寸、结构、材料、技术条件等，并按国家机械制图标准绘制零件工作图和零件图，遵照国家规定使用名词和术语等 [1,3] 。
§2.2 柴油机的设计要求
柴油机的总体设计是在注重节约能源的同时又加强了对排放性的要求，提高了产品的适用性。根据柴油机的设计要求对其主要参数进行选择。
作为农用机械动力的375柴油机，因其配套种类繁多，其性能、结构和使用情况随地区不同而差别悬殊，且大部分农用柴油机工作环境恶劣，同时使用负荷不均，有时超负荷，有时负荷较低，而且可能性连续工作几十个小时以上，故柴油机的设计要求如下：
1、使用的可靠性和耐久性，这是作为农用柴油机的重要要求，
因此选用较低的活塞平均速度和平均有效压力，目前多数
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为四冲程柴油机。
2、要有好的经济性，造价低廉，燃油和机油消耗率低。 3、易起动、好操纵、维修方便，适合于农村的使用条件。 4、要有好的动力性，柴油机发出的功率要能够满足使用的要
求。
5、空气、燃油、机油滤清器的过滤面积要大，且容易清洗和
更换。
§2.3 375柴油机简介
375柴油机主要用于轮式拖拉机动力，经过一定改装和调整后，可用于排灌动力、发电机组和小型载重汽车上。其特点是结构紧凑、重量轻、性能好。
375柴油机的技术参数：
型式：直喷、直列、三缸、立式、水冷、四冲程、ω形燃烧室 活塞行程/气缸直径： 80/75
标定功率/转速： 19/3400 （kW/r/min） 压缩比： 17 ：1
燃油消耗率： ≤250（g/kW.h） 润滑方式： 压力及飞溅复合式 启动方式： 电启动
气缸盖和机体都是整体铸造的，机体下平面与曲轴线相平，因此结构轻巧。采用干式气缸套，因此机体现刚度好。缸套材料为高磷合金铸铁，壁厚为3毫米。
活塞由硅铝合金铸造，头部共有两道气环和一道油环。活塞销是浮式的。
连杆用钢锻制成，具有平切口连杆大头。两个连杆螺栓加工有定位带以保证连杆盖的定位。球铁曲轴是全支承的，不带平衡块，其轴向定位设在后轴承上。曲轴后端凸缘用螺钉将甩油盘和飞轮固定在一起。曲轴的前端装有皮带轮和起动爪。主轴瓦和连杆轴瓦都是高锡铝合金薄壁轴瓦。凸轮轴布置在机体的上部，具有三个支承。
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气门、摇臂直接由较长的菌形挺柱驱动。这样可使气门机构的刚性加大。气门上都设有两个气门弹簧座和两个气门弹簧。
润滑系统中，有转子式机油泵，固定在第一主轴承盖上，经中间齿轮由曲轴齿轮驱动。
冷却系中的离心水泵和风扇都是由曲轴皮带轮直接驱动的。柴油机采用电起动，为了适应冬季冷起动的需要，在进气管内装有起动预热器。
为了适应拖拉机工作的，375型柴油机采用带有一级旋风的纸质空气滤清器，具有较高的滤清效率。
§2.4 柴油机主要零部件的设计
§2.4.1 活塞
活塞是在恶劣的条件下工作的。首先，它承受着很大的机械负荷。活塞顶上作用有不断变化的气体压力。对于柴油机来说，气体压力的最大值Pmax一般是在7～8MPa。目前，由于高增压强化，柴油机的最高气体爆发压力已达到17～18MPa，有的甚至更高。同时，在高速内燃机中，循环的变化频率很高。这样就使作用在活塞上的载荷是具有冲击性的。活塞在气缸里做高速运动，还会产生很大的往复惯性力。为了减小活塞组的往复惯性力，设计活塞时要尽量减小结构质量，选用密度小、强度高的材料。其次，活塞在工作中承受着很高的热负荷。活塞顶与燃烧室中最高温度为1800～2600℃，热量通过对流以及热辐射等方式传到活塞顶。由于柴油机燃烧的特点，使活塞受热强度分布不均匀，此外还因为在有效燃烧期中气体介质具有较高的密度和紊流的作用，也使得燃气传给活塞的热量增加。为了防止活塞受热部分温度过高，一般都力求减小燃气向活塞的传热量并使流入活塞的热量能很好的散走。再次，活塞沿气缸作高速滑动，活塞裙部受侧向力的作用，在润滑不良的情况下，常常造成活塞、活塞环和气缸之间的剧烈磨檫和磨损。
所以，活塞的设计任务就是根据活塞的功用，适应内燃机强化程度提高的需要，从活塞各部分结构尺寸的选定和造型设计、活塞
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的材料和表面处理、必要的计算和试验等方面入手，正确解决活塞的工作能力、可靠性、寿命和机械负荷、热负荷、磨损之间的矛盾，并在实践中不断加以考核和改进。
活塞的设计要点包括：活塞头部的设计，活塞销座的设计，活塞裙部及其侧面形状的设计。 §2.4.2 连杆
连杆（组）一般由连杆体、大头盖、连杆螺栓、轴瓦和连杆小头衬套等组成。连杆把活塞和曲轴连接起来。连杆小头与活塞销连接，并与活塞一起作往复运动；连杆大头与曲轴的曲柄销连接，和曲轴一起作旋转运动；连杆的其余部分作复杂的平面运动。作用在活塞上的力经连杆传给曲轴。
连杆主要承受气体压力和往复惯性力所产生的交变载荷。连杆
必须具有足够的结构刚度和疲劳强度。也就是说在力的作用下，杆身应该不致被显著压弯；连杆大小头孔不致显著失圆。在设计时候应遵循以下的原则[14]：
1、在保证具有足够强度和刚度的前提下，尽可能减轻重量，以
降低惯性力；
2、尽量缩短长度，以降低发动机的总体尺寸和总重量； 3、结构简单，尺寸紧凑，可靠耐用； 4、大小头轴承工作可靠，耐磨性好； 5、连杆螺栓疲劳强度高，连接可靠； 6、易于制造，成本低。
很显然，为了增加连杆的强度和刚度，不能简单地依靠加大结构尺寸来达到，因为连杆重量的增加使惯性力增加。必须从材料选用、构形设计、热处理及表面强化等方面采取措施。 §2.4.3 曲轴飞轮组
曲轴组由曲轴、飞轮、平衡重以及传动齿轮等构成。曲轴是发动机中最重要的机件之一，是由一个或者多个彼此间错开一定角度的曲柄，加上功率输出端和自由端组成，它是发动机最主要的部件之一。它的尺寸参数在很大程度上不仅影响着发动机的整体尺寸和
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