490QB柴油机设计配气机构

1、-. z.490QB柴油机设计配气机构摘 要本设计的发动机机型为490QB柴油机，介绍了490QB柴油机的配气机构设计，配气机构各零件的详细设计。依照本柴油发动机的设计技术要求，可以确定本柴油机的构造以及相关尺寸。本机采用形燃烧室，凸轮轴中置，龙门式机体方案。为了使本次设计满足设计要求，所以根据燃机工程师手册，对本机进展工作过程热计算，结果说明此次设计满足其经济性和动力性要求。发动机通过配气机构实现换气，即排出本循环已燃混合气和下一个循环吸入新鲜充量的进气排气过程，对于四冲程发动机来说，从排气门翻开到进气门关闭的整个过程为换气过程。而发动机动力性和经济性的好坏，在很大程度取决于换气过程的完善程

2、度，因此配气机构的设计在本发动机设计中占有相当重的位置。而配气机构设计的核心为提高充气效率，降低换气损失，进而改善了发动机的经济性和动力性。设计气门采用双气门方案，即一进一出两气门，双气门方案构造简单，工作可靠，完全满足进排气要求，降低制造本钱。气门的驱动采用凸轮轴挺住推杆摇臂气门的驱动方案。凸轮轴采用中置方案，形式为整体式凸轮轴，全支撑，满足强度要求，构造简单，加工精度高，具有很好的互换性。本次设计主要包括气门弹簧，进排气门，进排气道和凸轮轴设计，而凸轮形状采用函数凸轮设计，由Mat lab程序计算得到挺柱的升程，速度，加速度，绘制曲线。关键词：柴油机，凸轮，气门-. z.THE 490QB

3、 DIESEL ENGINE DESIGNPISTON AND CONNECTING RODABSTRACTThe design of the diesel engine models for the 490QB introduced 490QB diesel engine valve train design, detailed design of each valve train parts. In accordance with the technical requirements for diesel engines, you can determine the structure a

4、nd size of the diesel engine. The machine adopts the shape of the bustion chamber, the camshaft position, gantry body program. In order to meet the design requirements of this design, it is based on the internal bustion engine engineer manual process to work on the machine thermal calculations, the

5、results show that the design meets its economy and power requirements.Engine for ventilation through valve body, the discharge of the circulating air and fuel mi*ture is ne*t cycle inhale fresh charge intake and e*haust, for four-stroke engines, the e*haust valve to open the intake valve closing the

6、 whole process of the ventilation process. The engine power and economy is good or bad, to a large e*tent depend on the degree of perfection of ventilation process, so Valve design occupies very heavy position in this engine design. The core Valve designed to improve volumetric efficiency, reduce ve

7、ntilation losses, thereby improving the economy of the engine and power. Valve double valve design scheme, namely one into a two-valve, dual valve scheme is simple, reliable, fully meet the requirements of the intake and e*haust, reduce manufacturing costs.Valves driven by the camshaft -tappet - put

8、t - rocker - valve drive solutions. Camshaft scheme used in the home, in the form of the monolithic camshafts, fully supported to meet the strength requirements, simple structure, high precision, with good interchangeability.The design includes valve springs, intake and e*haust valves, and intake an

9、d e*haust camshafts road design, and the use of a cam-shaped cam design function, calculated by the Mat lab program tappet lift, velocity, acceleration, plotted.Keywords: diesel engine, cam, valve目录 TOC o 2-2 h z t 标题 1,1 HYPERLINK l _Toc420962159前言 PAGEREF _Toc420962159 h 1HYPERLINK l _Toc420962160

10、第一章整体设计 PAGEREF _Toc420962160 h 2HYPERLINK l _Toc4209621611.1 490QB柴油机 PAGEREF _Toc420962161 h 2HYPERLINK l _Toc4209621621.2 柴油机的设计 PAGEREF _Toc420962162 h 2HYPERLINK l _Toc4209621631.3 设计容和方法 PAGEREF _Toc420962163 h 3HYPERLINK l _Toc420962164第二章燃机工作过程的热计算 PAGEREF _Toc420962164 h 4HYPERLINK l _Toc42

11、09621652.1 一般参数计算 PAGEREF _Toc420962165 h 4HYPERLINK l _Toc4209621662.2 进排气过程计算 PAGEREF _Toc420962166 h 4HYPERLINK l _Toc4209621672.3 压缩终点参数计算 PAGEREF _Toc420962167 h 5HYPERLINK l _Toc4209621682.4 燃烧过程的计算 PAGEREF _Toc420962168 h 6HYPERLINK l _Toc4209621692.5 膨胀终点参数的计算 PAGEREF _Toc420962169 h 6HYPERL

12、INK l _Toc4209621702.6 指示参数的计算 PAGEREF _Toc420962170 h 7HYPERLINK l _Toc4209621712.7 有效参数的计算 PAGEREF _Toc420962171 h 7HYPERLINK l _Toc420962172第三章配气机构的总体布置 PAGEREF _Toc420962172 h 8HYPERLINK l _Toc4209621733.1 气门数目、驱动方式，布置 PAGEREF _Toc420962173 h 8HYPERLINK l _Toc4209621743.2 凸轮轴布置和传动方案确定 PAGEREF _T

13、oc420962174 h 8HYPERLINK l _Toc420962175第四章气门组的设计 PAGEREF _Toc420962175 h 9HYPERLINK l _Toc4209621764.1 气门的设计 PAGEREF _Toc420962176 h 9HYPERLINK l _Toc4209621774.2 气门导管的设计 PAGEREF _Toc420962177 h 14HYPERLINK l _Toc4209621784.3 气门通路面积的校核 PAGEREF _Toc420962178 h 14HYPERLINK l _Toc420962179第五章气门弹簧的设计 P

14、AGEREF _Toc420962179 h 19HYPERLINK l _Toc4209621805.1 气门弹簧的概述 PAGEREF _Toc420962180 h 19HYPERLINK l _Toc4209621815.2 气门弹簧的尺寸确定 PAGEREF _Toc420962181 h 19HYPERLINK l _Toc420962182第六章凸轮轴和气门附件的设计 PAGEREF _Toc420962182 h 25HYPERLINK l _Toc4209621836.1 凸轮轴的设计 PAGEREF _Toc420962183 h 25HYPERLINK l _Toc420

15、9621846.2 挺柱的设计 PAGEREF _Toc420962184 h 30HYPERLINK l _Toc4209621856.3 推杆和摇臂的设计 PAGEREF _Toc420962185 h 31HYPERLINK l _Toc420962186结论 PAGEREF _Toc420962186 h 32HYPERLINK l _Toc420962187参考文献 PAGEREF _Toc420962187 h 33HYPERLINK l _Toc420962188致 PAGEREF _Toc420962188 h 34HYPERLINK l _Toc420962189附录 PAG

16、EREF _Toc420962189 h 35-. z.前 言距第一台燃机诞生，经过100多年的开展，在工程师们孜孜不倦的努力下，发动机不断的得到改良和进步，性能不断得到改良与创新，到今天能为人类社会活动不可或缺的一员，支持着社会的开展与进步，给人们带来了非常大的便捷，近些年，随着柴油机高压共轨、缸直喷、净化等技术的开展，以较低的排放输出强大的动力，有着无可比较的优势。由于对环保越来越重视，现在柴油机又朝着更进一步降低柴油机排放，低的运行噪音，经济性更好，长的和可靠的使用寿命的方向去开展。由于柴油机较高的压缩比，压缩行程终点的压力和燃烧最高压力都很高，所以其拥有比较高的热效率，较汽油机更强的动

17、力输出，节约燃料和更长的发动机寿命，更低的污染物排放，适用于更多的用途工况，使其广泛应用于卡车，客车，工程车，农用车等多个领域。由于研究方向的不同，欧洲在柴油机方面，走在了世界的前沿。依靠新的技术，如高压共轨，低的运行噪音，低污染排放，所以，柴油轿车走进千家万户，在我国，由于*些特殊原因，柴油供给缺乏，油品达不到高压共轨供油系统的要求，所以在轿车领域还比较为难，但是在重型运输方面，由于其比较大的动力输出，比较的热效率，低的比油耗，大多是柴油机被在这个方面使用。但是柴油机技术比着欧洲还有比较大的差距，如制造工艺落后，关键的喷油技术都没完全掌握，所以目前，我国把对柴油机的研究重点放在如电控、柴油机

18、后净化处理、*些关键技术和材料的研究，开发出新一代高效节能的机器。同时提高柴油机品质，提高柴油的供给量，防止每年一次的柴油荒。相信柴油时机得到长足的开展和进步。490QB柴油机系列应用于农业动力机械、轻卡等多个领域，由于其较强的动力，较低的油耗，构造简单，后期维护方便，成为大马力拖拉机和联合收割机的优先选择。490QB系列四缸直喷柴油发动机，标定功率48KW，标定转速3200r/min。柴油机热效率高，动力强劲，比汽油机效率大约提了30%，因而节约本钱，节省燃料。更环保，销量非常高，有很大的开展前途6-8。-. z.第一章 整体设计1.1 490QB柴油机490QB柴油机主要用在农用机车，低速

19、汽车，轻卡，和轻气车，其技术特点：1.油耗比较低，2.动力性好，3油耗低，4.构造紧凑，5.可靠性能高。490QB柴油机的技术参数：型式：直喷、直列、四缸、立式、水冷、四冲程、形燃烧室活塞行程/气缸直径：105/90标定功率/转速：48/3200kW/r/min压缩比：18：1燃油消耗率：238g/kWh润滑方式：压力及飞溅复合式起动方式：电起动1.2 柴油机的设计一、柴油机的总体设计要求对设计490QB柴油机整体考虑时，首先要考虑其零件的通用性，尽量选择常见的材料，易于降低制造本钱，方便后期维护。适合大批量工业化生产，而且附件都是标准配件，设计的发动机质量可靠，热效率高，质量体积都要小，构造

20、尽量不要复杂。使用寿命要长，能适用多个工作环境。 二、柴油机的设计要求使发动机有很广的适用性。本490QB柴油机应用于农业领域。适用性很广，工作环境多变恶略，其设计要求如下：必须要可靠，故障率必须要低，选用低的压缩比和活塞速度。经济性要好，要省油、润滑机油要为普通品牌，不要特俗化。易于启动，操作简单，符合客户的操作习惯。动力必须要足够。满足大多数情况使用。鉴于其工作环境恶劣，所以过滤系统一定要好，而且要易于更换3-5。1.3设计容和方法本设计的主要容为490QB柴油机的配气机构，进展热力计算，查阅参考相关资料，与同组的同学一起确定有关的配合尺寸，使设计的发动机有很好的动力足，经济性要好，各系统

21、机构要可靠，利用计算机AUTOCAD专业绘图软件绘图，然后再手工绘制一装配图，用Mat lab程序计算挺住的升程、速度，并绘制曲线。-. z.第二章 燃机工作过程的热计算2.1 一般参数计算1.单缸排量：；2.燃烧室容积：；3.理论空气量：；在这个式中：分别为每千克燃油中碳、氢、氧含量;而且在柴油中C、H、O这三种元素中的质量比为：0.87:0.126:0.004。4.过量空气系数：取值围为1.32.0；5.新鲜空气量：；6.燃烧产物：；7.剩余废弃系数：取值围0.030.06；8.分子变更系数：；9.实际分子变更系数：；2.2 进排气过程计算1.排气压力：，柴油机一般的经历取值围是1.051

22、.15，标准大气压，取为101.3；对于非增压型柴油机来说，由进气管进入气缸前时的气体压力为。2.气缸排气温度：本次非增压柴油机排气温度取值围一般都在700900K之间。3.进气终点压力：非增压柴油机进气终点的压力一般围在0.850.95之间。4.进气终点温度：；式中：为进气温度，取为20，即293.15；为外界空气的温度，一般取15。5.充量系数：；对于自然吸气式柴油机来说，其充量系数的围为在0.750.90。6.燃机空气流：；式子中：扫气系数，是新鲜空气气体常数，值为，而对于自然吸气的柴油机大约取为1。2.3 压缩终点参数计算1.压缩终点压力：；式中：为平均多变压缩指数，压缩过程中气体得到

23、热量愈多，越大。相反热损失越多越小。由此，影响取值的主要因素有以下几点：1).发动机的构造特征，风冷发动机的主要零件缸体、缸盖、活塞温度要比水冷发动机的高，因此风冷机的较大；2).较小时，要比长冲程的机型小一些；3).当气缸套、活塞、活塞环以及气门密封带磨损时，漏气量增加，就会带走一局部热量，从而使减小；4).燃烧室外表积炭，会使零件温度升高，减少散热量，使升高。中速柴油机取值围为1.341.39，高速柴油机取值围为1.371.41，此498柴油机为高速柴油机故而取。2.压缩终点温度：。2.4 燃烧过程的计算1.压力升高比：限制最大爆发压力为，取此时压力升高比，对于柴油机，取值围是1.702.

24、20。2.最高燃烧温度=式中：是燃烧终点时的热量利用系数，对于直喷式中速柴油机在0.800.88的围，而对于直喷式高速柴油机在0.700.85的围，此处取=0.70。是燃油低热值，对于柴油=42500，分别是新鲜空气和燃烧产物的平均等压摩尔比热容，见附录表1，可查得：,将以上数据代入公式，可以得：=2063.6344K。3.初期膨胀比：；4.燃烧终点气缸容积：。2.5 膨胀终点参数的计算1.膨胀终点压力：式中：，为平均膨胀指数，是一个平均值概念，主要取决于过后燃烧的程度，气体与气缸壁之间的传热以及气体的泄露量。越小，有用功就越多。在发动机中影响的因素主要有：1).从气体中排出的热量越多，膨胀线

25、越陡，热损失就越多，越大；2).在膨胀线上过后燃烧的增加，减小了气体的散热量，从而减小；3).过后燃烧强度越大，就会减小；4).转速增加以后，缩短了气体与气缸壁的热交换时间以及泄露量，转速n越大就会增加。高速柴油机的一般取值围为1.181.27，此处取为1.27。2.膨胀终点温度：。2.6 指示参数的计算1.平均指示压力：式中：为示功图饱满系数，其围在0.920.99，此处取=0.92；2.指示功率：式中：为气缸数，；为冲程数，=4；3.指示热效率：；4.指示油耗率：；5.机械效率：。2.7 有效参数的计算1.平均有效压力：；2.有效热效率：；3.有效油耗率：。-. z.第三章 配气机构的总体

26、布置配气机构的目是实现发动机换气的工作过程，即根据发动机的各缸发火次序，定时开启和关闭进气门，排气门。保证废弃的排除和充入新鲜空气，以维持发动机稳定持续的运行，要求：1.气门具有优秀的换气质量，时间截面值尽可能大大，泵气损失要小。2.发动机运行平稳，噪音要尽可能的小，耐磨，可靠，零部件具有很好的互换性。3.其构造要简单，构造紧凑，外形要美观1。要同时到达以上三个要求比较困难，但发动机设计都要求一个折中的思想，所以要根据实际情况，分清主次，有侧重点的设计，设计出优秀的发动机6-8。3.1 气门数目、驱动方式，布置采用双气门顶置式气门机构布置，即每个气缸上一进一出两气门布置方案。而气门采用凸轮轴挺

27、住推杆摇臂气门驱动方案。3.2凸轮轴布置和传动方案确定凸轮轴位置确实定取决于机体的布置方案和机体的外形，所以要仔细考虑才能确定。凸轮轴由曲轴驱动，为了减小传动噪声，所以要求在不干预的曲轴运动的情况下，决定凸轮轴位置高度时，尽可能的要求曲轴与凸轮轴接近,保证曲轴能正确传动，这样减小了发动机的横向尺寸，便于发动机小型化。应该也要要使传动机构简单可靠，减小故障率。而当发动机转速较高时，功率得到强化类型的发动机时，应该使用凸轮轴顶置的方案，即把凸轮轴放在气缸上方的位置，由链条驱动凸轮轴，尽量减少推杆的长度，这样就减小了气门传动机构的转动惯量，增大了机体，零件的刚度，优化发动机结果布置1。在折中考虑，分

28、清主次之后，本次设计的490QB柴油机采用凸轮轴中置方案，由曲轴通过齿轮驱动凸轮轴，构造简单可靠。-. z.第四章 气门组的设计4.1 气门的设计4.1.1 气门的工作环境与设计要求气门的工作环境；气门做为燃机的核心部件之一，其工作环境十分恶劣，因为其工作时会受到很高的热负荷和机械负荷，而气门头部又直接与缸的高温气体接触，温度很非常高，特别是排气门，排气温度大约在600860之间，甚至会更高，高温气体经排气门排出，即又受到高温废气体的冲刷，工作条件更为严酷，所以经常会密封不严，导致漏气，和气门座圈密封处也会受到腐蚀，烧损。在气门工作时，气门以很高的频率和速度在运动，气门杆会与气门导管摩擦，而且

29、气门每次落座时，因为其具有很高的速度，就会冲击气门座圈和气门的密封锥面。而冲击力的大小，又取决于气门的落座速度，和气门的质量。所以优化进排气门，减小气门工作时受到的热负荷和机械负荷，合理设计凸轮缓冲段曲线，减小气门落座的速度和加速度，减小落座冲击为本次气门设计的核心容1。气门设计的根本要求1.材料的选择考虑到气门的高温工作环境，我们首先想到的是改善气门的冷却方式，降低气门的工作温度，其次在气门的工作温度下，选择适宜的材料，来保证气门能耐高温，在高温下有足够的强度，还要要求其耐磨和耐腐蚀。根据气门的失效形式，其经常都是密封面腐蚀磨损，所以选择材料，要优先考虑它的耐磨性，和耐化学腐蚀，其次要考虑材

30、料的失效温度要高于气门的工作温度，即工作时，反复运动受热，不会强度失效，变形，弯曲。所以对于排气门，在工作强度大的燃机上，一般采用奥氏体钢，这种材料在高温下，性能很优秀，不会失效变形，而且耐腐蚀，并且一般都含有大量的重金属镍，所以价格很贵。进气门由于进气温度低，工作条件相对好些，为了节约本钱，一般采用40Cr,对材料没有什么特俗要求。2.气门构造方面为了使加工本钱低，能大批量生产，要求气门构造简单。其气门颈部的外形也要适宜，降低进排气阻力，降低进排气马赫数，尽量能多进气。提高充气效率。在满足气门工作时的强度，耐腐蚀性，耐磨性时，也要求尽可能的降低气门的质量，降低气门落座冲击力。3.降低气门的热

31、负荷前面提到过，气门的工作在高温环境下，而其失效形式经常是由高温导致，所以降低气门受到的热负荷又是设计重心之一，气门组中，排气门受到的温度最高，大约有70%的热量经由气门头部传至气门座圈导出，其余局部热量由气门的杆身导出，因此，气门头部的散热冷却至关重要，要求气门头部的形状大小要与气门座圈严密配合的情况下，其要有良好的冷却措施，加强散热，气门尽可能大，使气门受热尽可能的均匀，防止气门头部受热变形不均匀的情况发生。在机体缸盖允许的情况下，也可以加长气门导管长度。减小气门杆身与气门导管的间隙，进而降低气门高温头部的温度10。除此之外，还要综合考虑气门的运动，因为其运动受到多个因素的制约，比方说气门

32、弹簧、摇臂、挺柱、凸轮外形等多个外部因素影响制约，所以其设计还要从配气机构整体运动来折中考虑，力求优化气门组运动，减轻落座冲击，因为这个也是气门锥面与座圈密封失效的原因之一9。4.1.2 气门整体形状和构造设计气门分气门杆身和气门头局部组成。图4-1所示，气门的名字和详细构造。图4-1 气门的根本构造及名称1气门的头部 2气门的杆身部 3气门的圆弧径部 4气门锁夹槽 5气门杆的端面6气门密封锥面 7气门头部上端面 Dv气门头部的直径 d0气门杆身直径气门头部厚度 R气门颈部过度圆弧半径 气门密封锥面角一、气门的头部设计1.气门头部外形气体的流通特性会受到气门头部外形的影响，气门的刚度、惯量、散

33、热性能和制造难易程度都会受到气门头部外形的影响，也会影响到气门的使用寿命，所以要根据不同类型，要具体分析。大体情况，一共有三种类型的气门头部形状：平底气门、凹底气门、还有凸底气门。而第一种气门头部形状因为其构造简单、制造本钱低、受热均匀且小、刚度性好、工艺性优异，满足了大局部发动机的进、排气要求，所以在各种类型的柴油机中得到了非常大围的应用。而本设计中的490QB柴油机也采用第一种气门头部平底设计2。2.气门头部直径设计充量系数对发动机效率至关重要，所以增大气门头部的直径，可以显著提高充量系数，增大流通断面的的同时，也减小了进排气阻力。因为气门和配气部件构成整体，所以要综合考虑近、排气门位置的

34、布置，汽缸盖的形状大小，燃烧室的形式。气门之间冷却水道的布置，气门冷却效果，气门受热是否均匀，还有很关键的鼻梁区冷却，这都关系到气门头部直径的选择。其尺寸确实定，一般都有经历公式确定，根据柴油机设计手册中册中1的参考公式:此次设计的缸径为D=90mm，代入式子得：综合考虑到喷油器位置、燃烧室形状、和缸盖螺丝等多个影响因素。本次设计取3.气门锥面斜角确实定气门锥面受到两个因素的影响，根据实际情况，要综合分析，一般来说，常用的只有30和45两种锥面斜度可以选择。由于排气门和气门座圈密封时，受到的单位压强比较大，所以气门锥面上的积炭非常容易会被刮掉，所以本次就采用较大的气门锥面角，即45锥面角，虽然

35、进气门不会受到跟排气门一样大的单位压强，但是考虑到降低制造本钱，易于维护，方便零件适配，所以进气门也采用45气门锥面角。而在自然吸气发动机中，也经常取45锥面角，所以本次设计的490QB自然吸气柴油机就采用45气门锥面角。气门颈部过度圆弧的半径也比较重要，一般取值围为本气口直径的0.250.50倍。通常情况下根据经历，进气门颈部的圆弧半径取头部直径的0.25，而排气门的颈部半径去其头部直径的0.35倍。在重合的取值围，考虑到统一方便加工，把进、排气门颈部的半径都为9.5mm。4.气口直径的选择进气口的直径：，取为进气口的直径。排气口的直径：，取为排气口的直径。5.气门的升程进气门的最大升程：，

36、排气门的最大升程：，综合考虑进排气门的最大升程，取进丶排气门的最大升程都为9mm。6.气门头部和气门锥面厚度的选择1根据气门头部厚度的设计原则：在气门头部刚度够的情况下，为了减轻气门的质量，尽量越薄越好，除此之外，还要受到高温燃气的烘烤下变形。如果变形量过大，就会导致密封不严，漏气。还会加快气门的磨损。依照柴油机设计手册中册1，气门头部厚度选择的经历公式为：对于进气门：，取对于排气门：门，取而气门锥面宽度的设计原则：气门的密封锥面带出了气门头部绝大局部热量，所以气门锥面越宽，则经由气门锥面导出的热量越多，气门的工作环境会有很大改善。但是会带来负面影响，气门锥面的密封效果就会大大折扣。反之如果锥

37、面厚度太薄，虽然密封效果会好一些，但是散热肯定会受到影响，在高压的情况下，会使气门很快磨损。所以综合考虑这两方面的原因后，来决定气门锥面的厚度，宽度一般在1.53.0毫米之。参考柴油机设计手册，气门密封面的厚度公式为：对于进气门，取对于排气门，取二、气门杆部件的设计1.气门杆直径的设计杆身一般都会做成实心的，因为加工方便，但是有时在*些高强化机型中，也会采用空心杆身，本次采用实心杆身。如果需要杆身越耐磨，则需要粗一点的杆身，还有助于热量从杆身散出，增加了冷却效果。根据受凸轮驱动方式的不同，它受到的侧向力也不同，有大有小，根据经历选择，如果杆身侧向力比较大，则杆身直径为气门头部的3040%左右，

38、如果侧向力较小，这相应的取小一点，比方取1625%即可。最后，还是考虑到工艺性，方便加工替换维护的原则，进、排气杆身直径取一致。在本490QB柴油机中，选择气门杆身的直径为4216%3525%=7.28.25mm,综合考虑后，取杆身直径为：do=8.0mm。2.气门杆身长度的设计气门杆身长度L确实定取决于气门弹簧的长度和汽缸盖的高度。这里希望能小些，因为希望能降低发动机的总高度，便于发动机紧凑。降低了气门组的质量。根据柴油机设计手册中册，杆身的设计L的取值为：将、代入式子得：进气门杆长，排气门杆长，在依据进、排气门总高一样高的设计原则，此处取进气门杆长，减去排气门头部厚度0.5mm的差异，排气

39、门杆长。对气门杆还要经过热处理，端面淬火淬硬处理。其硬度要求要大于HRC50。气门弹簧盘和杆身接触，在折中考虑下，应该要求连接稳定可靠，但是有不减弱气门杆，此次设计的490QB柴油机中，使用锁夹槽的方式，其不让出现锋利的倒角。4.1.3 气门材料确实定在选择气门材料时，必须考虑气门工作时的高温条件，即此种材料必须要耐高温、耐腐蚀、较高的抗冲击力、气门很严重的磨损现象，还要考虑其主要失效形式，在这次设计的490QB型柴油机中，其运用于轻卡，载重量比较大，取进气门的材料为普通的40Cr,而排气门的高温条件，则采用的4Cr9Si2Mn为排气门的材料1。4.2 气门导管的设计气门杆在导管中做往复运动，

40、杆身的侧向力传给了气门导管，所以气门承受比较大的侧向力，而气门杆身的热量也是经由气门导管传出，相比之下，气门和导管摩擦接合面又相对靠近温度更高的气门头部，所以气门导管承受的温度也比较高。很容易让润滑机油形成积炭，但是润滑系统供给摩擦副的机油又不能过多。过多的话，会经过导管流向燃烧室，导致冒黑烟。要求在润滑不良的条件下摩擦，气门导管要耐磨。由于铁基粉末冶金即使在润滑不良的条件下，其也比较耐磨，性子稳定，易于制造，经常拿这种材料制造气门导管。气门导管外圆面不允许有凹凸不平，应为光滑的外面柱面，适合于用无心磨床加工。气门导管的长度也应该尽可能的长，但是最好不要超过气门杆直径的6倍，因为导管越长，来自

41、气门杆身的侧向压力就会越小，还有利于气门的冷却和导向，但其长度主要取决于气缸盖的高度，允许的情况下，尽可能的长些。杆身与气门导管的间隙也非常重要，其间隙的大小直接影响到润滑和散热。间隙如果过大，气门杆则在导管里窜动，密封间隙过大，直接导致的后果就是密封不严，漏气，漏油，更严重会直接是气门头部承受更高的温度而烧损，另外还会严重影响杆身散热。如果选择的间隙过小，气门会由于润换不良，在积炭的情况下，会卡死的导管中，气门座偏心就得不到补偿。所以这间隙要取的适宜才行，由于进、排气门工作温度不同，间隙大小也会有差异，进气门的气门管间隙一般取杆身直径的0.0050.01之间。排气门导管间隙取其杆身直径的0.

42、0080.012之间。在这次设计的490QB柴油机中，取气门导管的长度为l6d0=68=48mm。折中考虑后，去l=50mm.导管间隙：进气门：0.0050.018=0.050.07mm，排气门：0.0080.0128=0.0540.088mm。4.3 气门通路面积的校核气门通路面积的校核要看头部直径、气门升程和气门口直径这三局部选择的是否恰当，取决于气门头部面积和气门口是否足够大，是否能通过更多的气体。根据气门最大升程的公式来确认如图4-2，下面通过求取流通通路断面处的假设平均气体流速值。校核式子： 在本式中，在一个完全的进气或者排气过程中，气门在最大的升程时，流通截面最大，气门通路断面处我

43、们假设平均进排气体的流速；一个气缸中同名气门的数目；气门在最大升程时的通路面积()；活塞面积()，；活塞平均速度，；气缸直径(), ；活塞行程，；发动机转速，；当气门位于最大升程时，通路面积公式为：1式中，进、排气门头部外径进、排气门头部径k1、k2间的距离，如图图5-2气门最大升程示意图对本次设计的机型的进气门进展校核：对排气门进展校核：可知，本次设计完全可以满足设计的要求。本次设计490QB柴油机额定转速为，属中高速自然吸气柴油机，根据柴油机设计手册中册，进气平均气流速度的围为6080，排气平均气流速度的围为70100，设计计算可知进气平均气体流度为=72.61，而排气平均气体流速=92.

44、042，通过计算，气门通路面积的大小满足该设计要求。气门口尺寸校核用马赫指数法对进气门口尺寸进展校核。计算进气口的马赫数：式中进气平均流量系数；在进气气门口处的声速；g重力加速度()；k绝热指数，k=1.40；R常温下，气体常数，R=287；进气气门口空气的绝热温度，。由实验可知，当进气气门口马赫数超过0.5以后，气体的充量系数下降幅度很大。所以，在确定进气口直径确定的情况下，马赫数值在发动机最高转速下不能高于0.5。发动机运行在20003000rpm转速时，可按照以前的经历公司进展大体的计算：将以上数据代入求马赫数中，得：所以在柴油机以额定转速下，进排气口不会出现阻塞现象，并且进本没有影响，

45、主要得益于本次进排气口取值比较。第五章 气门弹簧的设计5.1 气门弹簧的概述一、气门弹簧的功用气门弹簧的作用主要有这几点：1.当气门已关闭时，依靠弹簧的弹力，使气门与气门座紧闭封闭。2.当气门开启和关闭的过程中，使气门的运动完全跟着凸轮的运动轨迹走。保证配气机构各部件都在正常接触。.在进气阶段，保证气门不会被吸下去。二、弹簧的工作环境与设计要求因为在发动机工作过程中气门需要以很高的频率开启关闭，所以气门弹簧要受很高的交变力，工作环境恶劣，需要重点设计气门弹簧，它才能平安可靠的长时间工作。如果工作过程中，气门突然断开，将会引发危险的事故。弹簧一般都偏上限设计，受到上限制约，所以要恰当的设计弹簧的

46、尺寸构造。要保证其在最大应力围，不会失效。弹簧受到很高的交变应力，高的疲劳强度，所以在生产的过程中，务必要杜绝各种材料缺陷。保证其有很高的抗疲劳强度。三、确定气门弹簧的材料首先要考虑气门弹簧工作的条件，即较高的温度下，反复承受交变力，为了能让气门弹簧在正常使用下，稳定，有更长的寿命，所以这种材料的机械性能必须足够好，还要有很强的抗温度-应力松弛的性质。在正常的运转环境下，弹簧不会失效，不会出现弹力失效的情况。通常选取65Mn、50CrVA钢丝或者碳素钢丝等作为气门弹簧的材料。在设计的490QB柴油机中，选用碳素弹簧钢丝，在较高的温度下工作，可靠，不变形。但是要经过热处理。经过油淬火-回火处理，

47、机械性能更优秀11-13。5.2 气门弹簧的尺寸确定一、气门弹簧中径D2选取 在此次设计的490QB柴油机中，考虑到其高的工作强度，增加其工作可靠性，采用双弹簧设计，当一个弹簧失效时，不至于引发事故。其中气门弹簧的中径是：,取;,取上述式子中d为气口的直径。在此处，取d=37mm。二、确定弹簧的预紧力当气门紧闭的时候，需要有足够的预紧力保证气门紧闭，保证很好的密封。为了便于加工，所以选择进、排气门的弹簧一样，根据柴油机设计手册中册，弹簧预紧力的P1的设计公式为：，其中d1是进气口的直径接着计算气门上的压力P2，需要注意燃机气门质量的大小要与弹簧的性质相匹配。所以根据燃机设计手册，1,则气门上受

48、到的力为P2=2.5P1.确定气门弹簧时，需要留意在其位于最大形变形量时要预留一局部裕量，所以参考公式，则三、关于外气门弹簧的分配根据经历，通常情况下其外载荷的分布比例1：2.0到1：2.5.在本次设计中，按以下载荷分配：弹簧的最大弹力P2(kgf)弹簧外弹簧四、确定弹簧钢丝的直径由柴油机设计手册可知，计算弹簧的式子：5-1 () 5-2式中 P弹簧力；弹簧中径；弹簧钢丝直径；弹簧有效圈数；弹簧材料切变模量；弹簧变形量；断面切应力；曲度系数，这里应该注意弹簧横切面的切应力分布不均匀影响的系数。按照上面公式1计算弹簧的钢丝直径，可知弹簧材料的切应力，则为了容易一些计算。把公式变形为下面的公式：上

49、式此种材料的许用切用力。确定弹簧的直径：选择65Mn为弹簧的材料，按照弹簧的标准系列，先取直径为2.22.5mm,然后去查相关资料设计手册的13-24表，可知其抗拉强度弹簧允许的切应力为：；代入上面的公式3，求得;再根据参考资料柴油机设计手册得知其旋绕比为C=7.2, K=1.206。根据得到=2.78，因为弹簧是标注系列化零件，所以要把其直径圆整一下，圆整到国家规定的系列值里：=2.8。外弹簧直径确实定：用素II作为外弹簧的材料。跟弹簧算法一样，也是先假定一个外弹簧的直径为3.5mm，再根据设计手册查表得知，其抗拉强度；需用切应力代入上面的公式3后，可得到再查设计手册，其旋绕比为，；根据得，

50、=3.78mm，圆整到国家标准：=3.8。5.确定弹簧的有效圈数n和总圈数n1根据公式可求的弹簧的有效圈数，上式f2为弹簧的最大形变量：弹簧预紧变形量弹簧最大变形量式中气门最大升程，。+图6-1弹簧载荷三角形弹簧材料切变模量弹簧：，取圈；圈外弹簧：，取圈；圈6.计算弹簧的高度当气门位于最大升程时，弹簧处于最大压缩状态，所以要保证相邻两圈之间的最小间隙不能小于0.5mm,所以本次设计中，取弹簧的最小间隙为，外弹簧的为，弹簧并圈时高度：气门全开时弹簧的高度：气门弹簧关闭时的高度：弹簧的自由高度：弹簧并圈变形量：弹簧自由状态的螺距:将相关数据代入上式得弹簧的相关参数，见表6-1所示。表6-1 弹簧长

51、度计算值弹簧外弹簧26.624.732.132.142.142.148.7748.7722.1724.757在制造过程中，为了使外弹簧的工作载荷、的差在允许的围，应该保证弹簧在工作时，其并圈形变量fb的2080%，由于汽缸盖高度的限制，在气门关闭时，弹簧各圈之间的间隙一般取的比较小，而且f2还经常超过这个围，所以尽量要求不能大于0.85fb。，在这个取值围，所以设计适宜。7.弹簧展开时的长度计算弹簧展开长度的计算：弹簧螺旋角：弹簧的展开长度L：外弹簧展开长度的计算：弹簧螺旋角：弹簧的展开长度L：第六章 凸轮轴和气门附件的设计6.1 凸轮轴的设计6.1.1 凸轮轴的功用以及设计要求1.确定发动机

52、每缸的进气、排气门的位置，正确的给每缸配气，实现发动机稳定的运行。2.依照发动机的整体布局，凸轮轴可以稍微有些变形，根据弯曲应力，确定凸轮轴支持轴颈的数目，轴身最细处的尺寸，轴颈处直径的大小。3.凸轮轴工作环境比较复杂，材料要仔细选择，所以还要经过热处理，保证在接触的磨合面要适宜的刚度和去强度，保证轴颈处耐磨2。7.1.2 凸轮轴尺寸确实定一、凸轮轴外形的设计要求：依据发动机的性能来设计凸轮轴，设计适宜的凸轮轮廓和缓冲断曲线，保证加速度平稳，不能有猛烈的冲击，然后依照凸轮的转角为自变形，编写升程表。依照凸轮的外形，运动规律，可以求得气门组其它零件的一些运动规律。，比方速度、加速度、时面值、惯性

53、力大小。根据这些数据，可以综合评定配气机构的优劣14-16。经过设计优秀的凸轮，一般都有比较大的时间-断面值，保证很好的充气效率。整个配气机构允许的可靠性。总结一下几点：1.有合理的配气相位是发动机转速、扭矩、燃油消耗率、功率冷启动等多方性能的保证。2.尽量有大的时面值，因为时面值越大，而其充气效率也就越高。3.要有适宜的缓冲段曲线，保证气门加速度不宜过大，尽量平稳。气门落座和开启时，加速时要小，防止因加速度过大而引起气门二次跳动。4.尽量采用齿轮传动，这样其传动噪声就会比较小，发动机也比较安静的运行。5.材料都有共振，要防止气门组之间产生共振，使其共振减缓到最小。6.配气机构的运动接触面大多

54、为线接触，所以磨损比较严重，要减少磨损，使零件长期可靠的工作。综上所述，同时满足以上要求非常困难，所以根据具体设计的发动机，分清主次再。合理解决这些矛盾。本次设计的凸轮，采用多项式高次方凸轮设计方法。二、凸轮轴的传动方案设计由于凸轮轴采用中置方案，所以凸轮轴离曲轴较近，为了减小传动噪声，使传动可靠，所以采用齿轮传动方案，中间加一个惰性轮。构造简单，便于布置1。三、凸轮轴参数的选择基圆半径：=0.5+(12)；其中，最小直径=(0.250.35)D；D为缸径，,取系数为0.3；。挺柱最大有效升程：决定于气门最大升程和气门驱动机构传动比i ,由于,本次毕业设计i的数值取1.429。理论基圆半径：为

55、了保证气门恰当的落座与气门冷间隙相对应，在凸轮上往往留有挺柱间隙，通常取；式中气门冷间隙，取；理论基圆半径。凸轮宽度b：；取b=14mm。支承轴颈为制造安装方便，本次采用整体式凸轮轴，即能从机体的一端插入，其支撑采用轴瓦支撑方式，为了安装方便，让支持处比凸轮轴最大直径还要大0.250.5mm。本毕业设计的490QB柴油机中，根据设计手册，其支撑轴颈处为2(15+7+0.5)=45。采用每两缸一个支撑，采用3个支撑轴颈。5.凸轮的进、排气提前、延迟角的选择取决于发动机转速功率的要求，还要根据气道形状，断面口匹配。没有公式可以计算，但是有一个经历围，在自然吸气的柴油发动机中，当确定了配气相位角以后

56、，就可以通过计算，求出凸轮作用角：进气凸轮：其中 进气提前开启角，本次设计取=18；进气滞后关闭角，本次设计取=48；排气凸轮：其中 排气提前开启角，本次设计取=48；排气滞后关闭角，本次设计取=18；因此，进排气凸轮作用角一样，即同名夹角为：本毕业设计的490QB柴油机的各缸发火的顺序为1342。因此，第三缸的进气凸轮在第一缸进气凸轮后90凸轮转角处，第四缸的进气凸轮在第三缸进气凸轮后90凸轮转角处，第二缸的进气凸轮在第四缸进气凸轮后90凸轮转角处。异名夹角为：所以同一气缸的进、排气凸轮之间的夹角为：缓冲曲线的选择为了控制气门开启端的冲击和关闭端的落座速度，凸轮廓线两端必须设有缓冲曲线。本次

57、设计选用余弦型缓冲曲线。缓冲段角的选择缓冲线占凸轮转角为14本次设计中取缓冲段角为四、凸轮的设计为了使凸轮的设计形状更接近于真实的运动轨迹，采用高次方多项式型凸轮设计。采用对称凸轮设计。其由多项式高次方曲线构成。用二阶导函数的连续函数来组成升程曲线，确保加速度很平滑，不会出现剧烈变化。以缓冲段起点为工作段起点为0点，对应的挺住升程也为0。挺住的升程曲线的公式为：当当其中为待定系数，为待幂指数。为了简化计算，令代入得该屡次式高项的边界条件为：当时， ，将代入得；当时，将代入得；当时，将代入的一阶导数中得；当时，将代入的二阶导数中得；当时，将代入的三阶导数中得；用行列式求解上式得；其中上式中，由于

58、本次设计为对称凸轮，因此p、q、r、s都是偶数，并且pqrs，所以在围与的偶次方一样。当挺住位于最大升程时负加速度出现极值。幂指数p一定是2，取q=2n，r=2n+m，s=2n+2m，m，n都是正整数，这里取n=3，4，5，6，m=2，4，6，8，。本设计中选取n=5，m=6，则q=10，r=16，s=22。将上述数据代入得：升程曲线关系式：速度曲线关系式：加速度曲线关系式:根据高次方公式，利用Mat lab程序计算可得，凸轮的升程、速度、加速度数据、曲线，得到的数据如以下图6-1，其原始数据已附在后面。Camshaft angle (rad)图6-1挺柱升程、速度、加速度曲线6.2 挺柱的设

59、计一、挺柱的构造形式挺住由凸轮驱动，把运动规律通过推杆传给摇臂，受到凸轮轴的压力，其主要形式分为两类：平面挺柱和滚子挺柱。在此次设计的490QB柴油机中采用最普通简单的平面挺柱，构造简单可靠，重量较小，适合小型高速发动机使用。二、导向面直径dr、和长度Lr的选择：本设计取本设计取6.3 推杆和摇臂的设计一、推杆把凸轮挺住的运动规律传给摇臂，是一个圆柱形的细杆，由其外形可知其刚度比较差，此次采用无缝钢管作为推杆材料，其杆身直径为8mm.二、摇臂1.摇臂的设计 1要和气门杆身头部大一些接触面积。 2摇臂和杆身接触的弧面有较小的移动。 3摇臂的重量尽量比较小，但是其要有足够的强度。这次采用T字形的样式。2.构造确实定上面以说过，根据设计手册，本次采用T字形的构造，为了便于让油流向推杆的支撑面润滑。在上面开一个小沟槽，便于润滑油流动。3.确定摇臂比根据经历，摇臂比取得小些比较适宜，一般在1.301.80围，综合考虑后，选取摇臂比为：1.492。4.摇臂材料确实定摇臂工作时，连接推杆和气门运动，受到很大的冲击载荷，需要比较大的强度很韧性。因此采用采用球墨铸铁。又比高的耐冲击韧性