第十章 机体及气缸盖设计

1、2006-3-27内燃机设计第三章第十章 机体与气缸盖设计机体与气缸盖设计第一节 机体设计机体设计 第二节 气缸与气缸套设计气缸与气缸套设计 第三节 气缸盖设计气缸盖设计第四节 气缸盖衬垫2006-3-27内燃机设计第三章第一节 机体设计机体设计1、机体的工作条件与设计要求 2、机体的结构型式与主要尺寸3、机体结构的细节设计2006-3-27内燃机设计第三章1、机体的工作条件与设计要求 机体承受很复杂的负荷，其大小、方向都不断变化（气压力、惯性力、倾覆力矩、部件安装力等） 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。 机体约占整机制造成本的十分之一，

2、所以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。2006-3-27内燃机设计第三章2、机体的结构型式与主要尺寸机体结构型式：（1）平分式 高度小，轻巧，但刚度差；（2）龙门式 抗弯刚度和扭转刚度显著提高，但结构笨重；（3）平分式机体框架式机座；（4）隧道式 刚度最好，但结构最笨重。 2006-3-27内燃机设计第三章缸距 缸距L 整体气缸（或干式缸套） L=D+(1214) (间隙4mm) =D+8 （无间隙） 湿式缸套 L=D+(2535)2006-3-27内燃机设计第三章3、机体结构的细节设计 可进行三维有限元结构分析和试验应力分析，找出薄弱环节和冗余环节

3、，以便改进设计。设计原则是： （1）主要载荷尽量直线传递；2006-3-27内燃机设计第三章机体结构的细节设计（续）（2）大壁面设计成弯曲波浪形，安排加强筋；另一实例另一实例2006-3-27内燃机设计第三章机体结构的细节设计（续） （3）为提高局部刚度，可加大局部壁厚； （4）圆滑过渡。2006-3-27内燃机设计第三章机体材料 材料：高强度的优质灰铸铁，整体式气缸加合金元素，但会增加成本。2006-3-27内燃机设计第三章第二节 气缸与气缸套设计气缸与气缸套设计 关键：提高耐磨性、耐穴蚀性 一、提高耐磨措施： 1、气缸表面加工精确，表面不能过于光滑，可通过珩磨网纹（与水平线成1535）。

4、2、合理选用材料。 3、充分重视空滤和机滤。 4、避免频繁冷起动。 5、活塞间隙要适当。2006-3-27内燃机设计第三章缸套设计 二、穴蚀产生机理及减轻措施 1、穴蚀产生机理 （1）内因：缸套本身局部缺陷； （2）外因：缸套振动。 2、减轻措施 （1）减小缸套振动； （2）抑制气泡形成；（介质流动布置） （3）合理选择材料及其处理工艺； （4）冷却介质性质。2006-3-27内燃机设计第三章缸套设计 三、气缸套材料：高磷铸铁、硼铸铁、球铸铁。 四、缸套结构： （1）无缸套（整体式） （2）干缸套（P167，图1019、20），用于小缸径高速柴油机上。壁厚23.5，上、下端有定位结构设计。 整

5、体式气缸常在大修后用干缸套。2006-3-27内燃机设计第三章缸套设计 （3）湿式缸套：缸径较大的柴油机常采用湿缸套（冷却效果好、刚度差、缸距大、易穴蚀）。湿式缸套定位及密封等结构尺寸见P168 图1021。2006-3-27内燃机设计第三章干式和湿式缸套2006-3-27内燃机设计第三章第三节 气缸盖设计气缸盖设计 气缸盖是一个很复杂的零件。 一、工作情况和设计要求 1、工作情况： （1）高温，且温度场严重不均匀； （2）高压、高应力，且结构复杂。 2、设计要求： （1）有足够的刚度和强度； （2）能合理布置燃烧室、气门、气道等； （3）工艺性好、温度场尽量均匀。2006-3-27内燃机设计

6、第三章气缸盖设计气缸盖设计 材料：高等级灰铸铁、铝合金（轻型汽油机）。 工艺：气缸盖是铸造最困难的零件。 结构：中小功率高速内燃机一般采用整体式气缸盖（结构紧凑、但铸造复杂）。缸径较大的柴油机常采用两缸一盖或三缸一盖分体结构。2006-3-27内燃机设计第三章气缸盖气缸盖冷却设计原则 1、应特别注意“热点”的冷却，如气门座之间等处。2006-3-27内燃机设计第三章应特别注意“热点”的冷却2006-3-27内燃机设计第三章气缸盖气缸盖冷却设计原则 2、减少三角区的金属堆积； 3、出水口布置在最高点，保证没有高温冷却水的滞留现象； 4、清砂彻底； 5、壁厚尽量均匀。2006-3-27内燃机设计第

7、三章气道布置与设计 1、气道布置： （1）单列机有同侧布置和异侧布置。 （2）V型机一般进气道布置在V型夹角内，排气道布置在两侧。 2、气道设计：采用CFD方法及实验方法，尽量提高进气量，并获得恰当的进气涡流。2006-3-27内燃机设计第三章气道计算实例2006-3-27内燃机设计第三章第四节 气缸盖衬垫气缸盖衬垫 要求：有一定弹性；有足够的抗拉和抗剪强度；耐热、耐蚀；拆装方便。 结构：铜皮包密封面料，其中有低碳钢板为骨架。高强化增压柴油机常采用层叠薄钢板气缸盖衬垫。实物图2006-3-27内燃机设计第三章气缸盖衬垫（续）气缸盖衬垫（续）2006-3-27内燃机设计第三章气缸盖螺栓布置 气缸盖螺栓布置：小缸径内燃机一般每缸布置4个螺栓，但缸径较大或增压强化时常采用每缸58个螺栓。本章结束2006-3-27内燃机设计第三章平分式机体2006-3-27内燃机设计第三章龙门式机体2006-3-27内燃机设计第三章隧道式机体2006-3-27内燃机设计第三章机体的结构（隧道式）2006-3-27内燃机设计第三章机体的结构型式（3）平分式机体框架式机座2006-3-27内燃机设计第三章气缸盖2006-