发动机结构的概念设计.ppt

发动机结构概念设计;;一、机体与气缸套 ; 具有足够的刚度 刚度是机体设计中极为重要的指导思想。 缸体刚度不足会使气缸套失圆，气缸密封失效，造成漏气，机油耗量增大，严重时导致拉缸； 曲轴主轴承孔、凸轮轴孔变形过大导致各摩擦副的磨损加剧，严重时会影响曲轴与凸轮轴对气缸中心线的垂直度，这将大大影响发动机工作可靠性和使用寿命； 机体上壁，特别是曲轴箱壁刚度不足时，将产生过大变形及振动，从而激发出强烈的噪声，构成发动机噪声中的重要组成部分； 传动箱刚度不足则导致各传动孔相对位置偏差过大，传动平稳性变差，齿轮磨损加剧，受力状况恶化，噪声增大，严重时导致断齿，直至发动机失效。 1.3 机体设计规范 1.3.1 材料 ; 高强度灰铸铁（HT250 、HT300）或合金铸铁、高强度铝硅合金（如：ZL101、ZL702A、ZL114A）。 1.3.2 缸心距与缸径比（L/D） 为缩小体积、减小重量，机体在缸径D确定的情况下，缩小外形尺寸的潜力主要就是最大限度地压缩缸心距L，以求得最短的机体长度尺寸。 L/D：1.10～1.15（国外）， 1.20～1.25（国内），依赖于铸造技术 无缸套机体： L/D=1.17 （Ricardo） 干式缸套机体： L/D=1.20 湿式缸套机体： L/D=1.28 1.3.3 基本壁厚 缸径D为100mm以下时，基本壁厚为4～5mm； 缸径D为100～130mm时，基本壁厚为5～6mm； 缸径D为130～150mm时，基本壁厚为6～8mm。;1.3.4 气缸盖螺栓数目及位置 中小缸径多缸机多采用每缸六个螺栓近似均布的方案，其中四个布置在两缸相邻的隔板平面内，螺栓孔搭子须用一定高度和宽度的筋条与主轴承盖螺栓搭子相联。 缸径较大的机型一般采用七个或八个螺栓。 缸径小于90mm的2、3、4缸机也有采用四个螺栓的例子。 螺栓搭子若靠近机体壁面时，螺栓孔中心线应移至气缸壁的中心线，并以缓慢的坡度过渡到机体的壁面。 螺栓孔的螺纹应尽可能下沉，采用湿式缸套时甚至可下沉到缸套支撑面以下，以改善机体顶平面的受力情况。 1.4 提高机体结构刚度的设计方法 1.4.1 合理的外形设计 清砂孔位置; 清砂孔不应布置机体两侧外表面，即使是直径较小的孔、洞，这一点为国外许多高速柴油机的结构所证实。机体的清砂宜从上、下及前、后端面处理。 两侧外形设计 机体上部的外壁设计成波浪形曲面，实践证明，类似的结构形状有利于提高机体上部的刚度。 在机体外侧面布置连续的加强筋，也有利于提高机体上部的刚度。 1.4.2 采用无缸套或干式缸套机体 能最大限度缩小外形尺寸，提高刚度。 无缸套机型多为四缸机，干式缸套机型的最大缸径可达146mm。 统计数据：日本八大汽车制造企业近年生产的194种汽车柴油机（缸径为74～146mm，标定转速为5200～2200r/min的4、6缸直列和V8、V10、V12缸机）中，无缸套机型54种（28%），干式缸套机型90种（46%），共144种；湿式缸套机型50种（26%）。 ;1.4.3 加强主轴承盖刚度或采用整体框架轴承盖 对于下沉式机体：采用横拉螺栓结构，如丰田IHD-FTE、150A等。 对于平分式机体：采用整体框架式轴承盖，如潍柴的Steyr WD615（6L-126×130）、D12V150ZALL及三代改。 1.4.4 整体式传动箱式机体 1.4.5 提高机体顶板厚度 机体顶板是湿式缸套机体刚度最薄弱的环节，增大机体顶板厚度，可提高缸套座圈部分的刚度，避免缸套支撑凸肩因刚度不足而导致气缸变形。刚性好的顶板也有助于增加整个机体的抗弯刚度。 1.4.6 缩小两缸间隔板通水孔面积，并尽可能降低其位置 对于串联或串并联进水方式的机体，两缸之间隔板的通孔，是局部刚性薄弱环节，设计中可对模型进行模态分析，修改设计，以提高局部刚度。 ;2 气缸套（图） 2.1 整体式气缸套（无气缸套）设计规范与应用 广泛用于高速、高紧凑、高强化车用柴油机。 螺栓孔螺纹深度：≥ 10%D 机体顶部厚度：≥ 20%D（改善气缸孔变形） 缸筒壁厚： ≥ 7%D 典型应用： Ford的BSD-678（522kW/3000r/min）,平均有效压力：2.678MPa Benz的OM603D35A（T）车用、五十铃的4EEI（T）轿车 Cummins B系列载重货车柴油机 缺点： 铸造要求严格，维修性差。;2.2 干式气缸套设计规范 该结构形式是从整体式气缸套考虑维修性而发展起来，覆盖范围D：82mm～1