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重量，而且也在很大程度上影响着发动机的可靠性与寿命。曲轴的功用是把活塞的往复运动通过连杆转化成旋转运动以输出柴油机所产生的功率，并驱动柴油机的配气机构、喷油泵、机油泵、水泵及其他的附件。
在曲轴的设计方面有几点要注意，首先，因为曲轴在工作中要承受扭转力矩的作用，因此曲轴在设计时必须注意的解决的主要问题是保证轴颈与轴承工作可靠并且耐用，再者要有足够的抗弯刚度，还有在工艺上也应注意，设计尽量简单，只要保证足够的转动惯量的情况下减小飞轮的质量。
飞轮的主要功用是储存做功冲程的能量，克服辅助冲程的阻力以保证曲轴旋转运动的均匀性，是内燃机工作平稳。
曲轴组的设计要点包括：曲柄销，主轴颈，曲柄，平衡重，油孔的位置和尺寸的设计以及飞轮的设计。 §2.4.4 气缸盖
气缸盖的工作条件是非常苛刻的，它要承受燃烧气体的高温高压的作用。设计时要注意以下的几点[5]：
1、气缸盖要与足够的刚度。
2、要布置好进、排气道和气缸盖的螺栓。
3、要组织好气缸盖的冷却，以防气缸盖的温度过高以及温度分
布不均产生热应力过大。
4、各个零部件以及气门机构要拆装方便。
气缸盖的设计包括：气缸盖形式的选择，气门数的确定，缸盖螺栓数量的选择与布局，进排气道的设计与布局，以及气缸盖冷却的措施的设计。具体详细见第三章。 §2.4.5 机体组
机体部分包括：气缸体、曲轴箱、机座（或油底壳）、主轴承盖等零件。一般柴油机的气缸体与曲轴箱合为一体。总称为机体。而机体又有机座式机体与无机座式机体之分。机体结构和受力情况复杂。它是安装运动件和附件的支承架，通常又是支承柴油机的安装基础。
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当柴油机工作时，机体承受着大小和方向作周期性变化的气体力、惯性力和力矩的作用。机体的结构设计必须保证它有足够的强度和刚度；曲轴箱部分的形状和尺寸要尽可能紧凑。水道和油道设计时一定要注意，以及各部分的外轮廓的设计。因此，为保证柴油机可靠和耐久性的工作，应考虑下列设计要求[8]：
1、根据柴油机的用途，合理选择机体结构，保证有足够的刚度
强度。
2、依据受力情况，合理设计受力部位的结构和形状，使作用力
集中在某些限定区域内。机体壁的圆角和厚度，应无急剧变化，以免应力集中。
3、要求尺寸小，重量轻，结构简单。
4、目前柴油机的设计，趋向于将油、水和空气管道、水泵外壳
等零件铸入机休内，使机体外部管子的数量和长度，安排得较少和较短。这样，既增加加机体刚度，亦可使外形布置紧凑和简洁。
5、注意噪声的降低和考虑标准化、系列化和通用化问题。 6、机体的接近性要好（即易接近气缸盖、运动件和附件等），
便于零件和部件的装拆、维修和搬运。 7、工艺性好，成本低廉；材料宜取，价廉材广。
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第三章 气缸盖设计
§3.1 气缸盖的工作条件
气缸盖主要是用来密封气缸，并与活塞、气缸套共同形成燃烧空间。同时，为了让内燃机的正常工作，要在气缸盖内外安装许多零部件，如进排气门及其驱动机构、喷油器、检爆阀、空气启动阀等等。此外，还有一部分热量要通过它传给冷却介质。 1、气体压力
气缸盖底面受到高压燃气作用时，气体压力不仅使底板受到弯曲，而且还会通过气缸盖内部而传到气缸盖的各个部位。气缸盖机械负荷的大小一般就用最高压爆发力来衡量。由气缸爆发压力产生的压力称为气缸盖的工作压力。它具有脉动性质，其应力变化周期和内燃机工作循环的周期相同，频率较高。 2、气缸盖螺栓预紧力
为了确保气缸的密封，气缸盖螺栓的预紧力要比最高爆发压力大的多。由预紧力而产生的应力成为气缸盖的安装应力。
工作应力和安装应力通常叫做机械应力。 3、热应力
气缸盖上各部分的温度分布是很不均匀的，当各部分因温差而产生的变形受到限制时就产生热应力。它的变化周期同内燃机的负荷改变有关，相对工作应力来说，热应力的变化频率较低。
实践证明，气缸盖底板的厚度受到铸造条件的限制不会很薄，而且还有气道、喷油器座、气门导管座等部分加强了它的承载能力，所以由气体压力所产生的机械应力并非十分危险。而由温度分布不均匀所产生的热应力要比机械应力大得多，尤其是气门座周围地区有时要大到10倍左右，如果不采取适当措施，往往使气缸盖底板发生裂纹。
气缸盖底板上产生裂纹的原因，比较普遍的看法是由于材料的“热疲劳”。裂纹产生的工程如下：内燃机工作时，气缸盖底板上局
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部受热地区的温度可达300～400℃，比四周要高得多，而热膨胀却受到限制，因此产生很高的压缩应力。金属在高温和应力的联合作用下会发生蠕变。如果气缸盖是铸铁材料，当温度超过350℃时，其抗蠕变性能下降；而铝合金气缸盖，抗蠕变性能下降的温度则更低。蠕变的结果便产生朔性变形。当停车后，温度降低，受热面的收缩却因朔性变形而受到阻碍，从而产生拉伸应力，成为残余拉伸应力。局部地区温度超过允许值愈多，使用时间愈长，残余拉伸应力也愈大。拉压应力的反复交变作用，便产生疲劳裂纹。当材料本身有缺陷或加工中有细微裂纹时，便使疲劳裂纹迅速发展。在气门座与喷油器座孔附近，不但温度高，而且温度分布也不均匀，壁厚分布也不一样，变形也不相同，这些因素都使应力了增加，因而在这些地方最容易产生裂纹。
§3.2 气缸盖的设计要求
气缸盖的工作条件是比较苛刻的，他要求承受燃烧气体产生的高温高压的作用。在柴油机和顶置气门的汽油机气缸盖上要布置气门、气门座、进排气道、燃烧室、火花塞以及冷却水道等等，气缸盖的结构就变得很复杂，铸造和加工也困难。
从气缸盖的功用和工作条件出发，它的设计要求主要有下列几点[1]：
1、具有足够的强度和刚度 气缸盖应具有足够的强度以承受
机械应力和热应力。要具有足够的刚度以保证气缸盖工作时变形最小，使气缸密封可靠。如果气缸盖的变形过大会加速气门座的剧烈磨损、气门咬死和气缸密封破坏，造成漏气、漏水、漏油，严重时造成内燃机无法工作。
2、气门与气道的布置要合理，进排气道的流动阻力要小，以达
到换气“干净”的目的。同时还要配合燃烧，组织进气气流的方向和合适的涡流强度。
3、冷却良好，防止温度过高，使气缸盖的温度分布尽可能均匀，
以避免过大的热应力。
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4、结构力求简单，布置力求对称，壁厚尽量均匀，以减少铸造
的内应力和工作中的热应力。
5、气缸盖上装有许多其它零件，如配气机构、喷油器、起动阀
等，设计时必须考虑它们拆装和维修的方便。 6、气缸盖螺栓孔的布置要合理。
§3.3 气缸盖的材料
选择合适的材料是设计工作的重要环节之一。由于气缸盖的结构复杂，目前主要用铸造的方法生产。因此对于气缸盖材料的铸造性能必须予以足够的重视。气缸盖是受热零件，其热应力特征系数值愈小，则受热时产生的热应力也愈小。可见气缸盖材料的导热系数要大，热膨胀系数要小。材料的热强度用材料的强度系数表示，它是材料的拉伸极限强度与材料的热应力特征数之比值。显然，此值愈大，则热强度愈好。
对于气缸盖材料首先要有足够的刚度、强度[10]；其次应该价格低廉，来源广泛，良好的浇铸和切削性能；对于柴油机气缸盖材料目前实用化的气缸盖材料有铝合金、铸铁和钢三种。处在研究价段的有聚合物复合材料与蠕墨铸铁。然而就目前国内而言，除了部分轿车采用铝合金外大部分还是采有铸铁材料。
气缸盖常用几种材料的比较如下[6]： 1、铝合金
由于铝合金的导热系数大（比钢大3～4倍），而弹性模数只要钢的
1，在温度较低时（低于250℃）具有较高的热强度。而且它3的熔点低，铸造流动性好。但它的强度低，且随温度升高其强度急剧下降，朔性变形大，热膨胀系数也大（比钢大一倍），当装在铸铁机体上时，气缸的密封较困难，而且价格昂贵。它广泛用作汽油机和风冷式柴油机的气缸盖材料，以充分利用其良好的导热性能。在要严格控制重量或要求低磁、无磁的柴油机上也用铝合金作为气缸盖的材料。
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