机体与汽缸盖设计课件.ppt

04 机体与汽缸盖设计;机体与气缸盖设计; 内燃机主要固定件分为气缸盖、气缸体、上曲轴箱和下曲轴箱四段。 大多数气缸盖为独立部件。 气缸体与上曲轴箱合成一体 , 一般称为机体或气缸体一曲轴箱 。 下曲轴箱是一个简单的贮油箱 , 称为油底壳。;第一节 机体设计 一、机体的工作条件与设计要求 内燃机的机体构成机器的骨架，机体内外安装着内燃机所有主要零部件和附件。 在机体设计中，必须对重要表面的尺寸、几何形状、相互位置等提出严格的公差要求。 机体在内燃机运转时承受很复杂的负荷 : 各缸内气体对气缸盖底面和气缸表面的均布气压力 ； 经活塞作用于各气缸壁的侧向力 ； 经曲轴加在各主轴承上的力，支架对内燃机的支承反力和反力矩； 各气缸盖螺栓、主轴承螺栓使被紧固部分受力。 以上各种力和力矩使机体各部分受到交变的拉压弯扭，产生复杂的应力状态。 ; 机体的结构设计必须保证它有足够的强度和刚度，既不能发生裂纹和损坏，也不能出现过大的变形。尤其是机体与气缸盖的结合处、气缸筒或气缸套、主轴承座等处。 若刚度不足就会产生气缸密封失效、摩擦副磨损加剧、机体纵向振动加剧、机件产生附加应力等严重后果。 机体的质量要占内燃机总质量的 1/4 左右，而制造成本约占总成本的 1/10, 机体的设计要特别注意减轻其质量和改善铸造和加工工艺性，挖掘降低成本的一切潜力。;一般式气缸体 油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。机体结构紧凑，便于加工，曲轴拆装方便，但刚度和强度一般。 (2) 龙门式气缸体 油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心， 强度和刚度都好，能承受较大的机械负荷；但加工困难。 ;三、机体基本尺寸的确定 内燃机机体在曲轴箱部分的基本尺寸决定于连杆曲轴组件旋转运动的需要，使它们能在机体内自由运动，另一方面又要使机体外形尽可能紧凑。 为了确保机体与运动件在任何情况下不相碰，曲轴箱内壁与连杆运动轨迹间的最小距离 应为5～10mm(根据经验）。 机体中一般都安装着凸轮轴，它的位置应尽量靠近曲轴轴线，使正时齿轮机构紧凑。但凸轮轴应在连杆运动轨迹外包络线P以外，以免两种相碰。 为了减小配气机构运动件的质量及挺杆的长度，凸轮轴的位置还应当尽可能地使气阀机构传动件的质量减轻，为此，凸轮轴位置常布置在气缸套下支承面附近。 ;多缸内燃机的机体纵向的主要尺寸是气缸轴线距离(简称气缸轴距)L。它的大小主要决定于气缸的布置。 常用气缸轴距与气缸直径之比L/D作为发动机紧凑性的评价指标．发动机采用湿缸套时，因为要安排缸套上下端的支承、定位、密封结构， L/D值将增大到1.2～1.25。 采用全支承曲轴的四冲程、六缸发动机，中央主轴承可能受到较大离心力的作用，因而主轴颈较长，使气缸轴距必须相应放大。此外， 气缸的布置也会影响气缸轴距。 对于气缸双列布置的内燃机，气缸轴距要受曲轴轴向尺寸的很大影响。 ;汽车用液冷四冲程汽油机, 为使结构简单, 通常直接在机体中加工出气缸孔 (图11-24) 。 根据铸造的可能性, 缸间水套最小厚度为4mm, 气缸壁的最小厚度为 5mm。 这样, 气缸轴距 L = D +14 mm, 当 D = 80 mm时，L/D = 1.17 (图11-29a) 。 为进一步缩小L , 有些机型把厚度5mm的气缸在缸间局部减薄至 4mm( 图 11-29b), 有些机型采用变厚度气缸 , 即在纵向厚 4mm, 在横向厚 6mm (图11-29c) 。这种在缸间局部减薄的气缸 , 对气缸总的刚度影响不大。极限情况是取消缸间水套 , 可得最小气缸轴距 Lmin ≈ D + 8mm, 对应一般汽油机 (L/D)min = 1.1 (图11-29d) 。;内燃机采用湿缸套时（图11-26）, 因为要安排气缸套上下端的支承、定位、密封结构 , 另外机体在相邻两缸之间应有隔板以弥补此时刚度的不足 , 缸距要加大。 一般 L = D +(25 - 35) mm , 当 D = 120 mm 时 , 对应 L/D = 1.2-1.3。 风冷内燃机为了在气缸四周安排散热片 , L/D 还要更大些。;四、机体结构细节设计 内燃机机体是一个复杂的空间结构，必须细致地进行结构细节设计，常用三维有限元结构分析和试验应力分析技术。 一个重要的设计原则是主要载荷尽可能 直线传递 , 避免产生附加的弯曲和扭转。 图11-27表示的铝合金机体因材料 本身比较弱 , 在气缸盖螺栓和主轴 承螺栓的布置和设计上下了功夫。 一是拉力完全直线传递 , 二是螺孔下沉很深 , 使力线很短。;图11-30表示力的偏心对应力的影响。可见 , 当两力错开一个相当于壁厚的距离时，璧厚要增