XD474汽油機(jī)凸輪設(shè)計(jì)

摘要隨著我國經(jīng)濟(jì)不斷的發(fā)展，汽車在國內(nèi)的發(fā)展前景越來越好。打破國外汽車在國內(nèi)的優(yōu)勢(shì)對(duì)我國汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。隨著人們生活水平不斷的提高，人們對(duì)汽車綜合性能的要求也越來越高，安全、舒適、低耗油、低噪聲、低排放是現(xiàn)代汽車發(fā)展的趨勢(shì)。XD474汽油發(fā)動(dòng)機(jī)是四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，采用了整體四缸的結(jié)構(gòu)，采用水冷方式。本設(shè)計(jì)參考了LJ474汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。XD474汽油機(jī)有重量輕、尺寸小和低溫起動(dòng)性能好、轉(zhuǎn)速高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊的特點(diǎn)，采用立式結(jié)構(gòu)、直噴燃燒室。由于其重量輕，尺寸小，起動(dòng)性能好，轉(zhuǎn)速高等特點(diǎn)，被廣泛用于中小型汽車上。在該設(shè)計(jì)中，涉及到了XD474汽油機(jī)的基本參數(shù)的選擇、總體設(shè)計(jì)、熱力學(xué)計(jì)算，重點(diǎn)是凸輪軸的設(shè)計(jì)。在專題設(shè)計(jì)中，凸輪采用高次方多項(xiàng)凸輪，介紹了凸輪軸的一些典型加工工藝、熱處理、磨損、強(qiáng)度計(jì)算。[關(guān)鍵詞]：汽油機(jī)凸輪軸熱力學(xué)計(jì)算凸輪型線TheDesignofthetypeofXD474GasolineEngineAbstractAlongwithourcountryeconomydevelopment，theprospectofthedevelopmentofcarisgettingbetterandbetterinthedomestic.BreakingtheadvantageofforeigncarinChinaisveryimportanttothedevelopmentofChina'sautomotiveindustry.Withtheimprovementoflivinglevel,people'srequirementforthecomprehensiveperformanceofvehicleisgettinghigherandhigher，thetrendofthedevelopmentofthemoderncarissafe,comfortable,lowfuelconsumption,lownoise,lowemission.XD474petrolengineisfour-strokeengine,usingtheoverallstructureofthemulti-cylinder,havefourcylinder,usinghydrocooling.ItreferencetotheLJ474gasolineengine.XD474gasolineenginehaslightweight,smallsizeandlow-temperaturestart-upperformanceandhighspeed,simplestructure,compactcharacteristics.ItusesverticalstructureandDIchamber.Becauseofitslightweight,smallsize,goodstartingperformances,highspeed,arewidelyusedinsmallandmedium-sizedvehicles.Inthisdesign,relatedtoXD474gasolineengineselectionofbasicparameters,generaldesign,thermodynamiccalculation,thispaperfocusesonthecamshaftdesign.Intheprojectdesign,camusinghighordermultiplecam,thispaperintroducessometypicalcamshaftprocessingtechnologyheattreatment,wear,strengthcalculation.Keywords:gasolineenginescamshaftsthermodynamicCalculationcamprofile目錄前言第一章XD474汽油機(jī)的主要技術(shù)參數(shù) 1第一節(jié)設(shè)計(jì)目的 1第二節(jié)設(shè)計(jì)原則 2第三節(jié)XD474汽油機(jī)主要參數(shù)的選擇 3第二章XD474整體設(shè)計(jì) 9第一節(jié)機(jī)體與氣缸蓋設(shè)計(jì) 9第二節(jié)曲柄連桿機(jī)構(gòu)和配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 11第三節(jié)五大系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15第三章熱力計(jì)算、動(dòng)力計(jì)算【1】～【5】 21第一節(jié)熱力計(jì)算 21第二節(jié)動(dòng)力計(jì)算 29第四章XD474凸輪軸專題設(shè)計(jì) 35第一節(jié)凸輪設(shè)計(jì) 35第二節(jié)凸輪軸設(shè)計(jì) 47第三節(jié)凸輪軸的加工工藝 50第四節(jié)凸輪挺柱的磨損【12】 53第五節(jié)凸輪軸強(qiáng)度校核【6】 58第五章設(shè)計(jì)總結(jié) 60主要參考文獻(xiàn) 61附錄 63致謝 74前言本設(shè)計(jì)主要是對(duì)XD474汽油機(jī)凸輪設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)中對(duì)于XD474整體設(shè)計(jì)參考了LJ474汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，我們?cè)谠O(shè)計(jì)中盡可能的選用了LJ474汽油機(jī)的零部件及附件，保證用原來的生產(chǎn)線和工藝來生產(chǎn)出新產(chǎn)品，提高產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益。并在此基礎(chǔ)上結(jié)合當(dāng)前汽車行業(yè)對(duì)汽油機(jī)的發(fā)展新要求,配合當(dāng)前的工藝，選擇合適的轉(zhuǎn)速與功率，及其他參數(shù)，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。XD474汽油機(jī)為四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，采用了整體四缸的結(jié)構(gòu)，每缸四個(gè)氣門（兩進(jìn)兩排），采用頂置的凸輪軸以減少傳動(dòng)件使得氣門運(yùn)作更靈活更適合于高速發(fā)動(dòng)機(jī)上。由于汽油機(jī)增壓困難，所以XD474汽油機(jī)沒有采用增壓來提高沖量。XD474不用于特殊地方運(yùn)行的車輛上（如沙漠上），所以采用大多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻方式即水冷。噴油系統(tǒng)和點(diǎn)火系統(tǒng)淘汰了傳統(tǒng)的化油器噴油系統(tǒng)和蓄電池點(diǎn)火系統(tǒng)，采用電控噴油系統(tǒng)和電控點(diǎn)火系統(tǒng)。配氣機(jī)構(gòu)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性有著至關(guān)重要的影響，而凸輪軸是配氣機(jī)構(gòu)中最重要的部件，凸輪的形狀決定了進(jìn)、排氣門運(yùn)動(dòng)規(guī)律，進(jìn)而影響進(jìn)排氣的好壞，因此凸輪的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。XD474的凸輪采用多項(xiàng)式動(dòng)力凸輪。該種凸輪負(fù)加速度小，正向慣性力小、不易飛脫，凸輪桃尖處的接觸壓力小，加速度曲線連續(xù)，沖擊小，有利于向高速發(fā)展，可達(dá)到現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)向高速的要求。由于這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我第一次用所學(xué)的知識(shí)對(duì)內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，所以在設(shè)計(jì)過程中難免會(huì)存在或多或少的錯(cuò)漏，希望各位老師和同學(xué)予以批評(píng)指正，并提出寶貴的意見。第一章XD474汽油機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)第一節(jié)設(shè)計(jì)目的本設(shè)計(jì)目的是設(shè)計(jì)出動(dòng)力性好、燃料經(jīng)濟(jì)性好、排放性好、價(jià)格合理，并跟得上國內(nèi)發(fā)展的汽油機(jī)。其次，配氣機(jī)構(gòu)是內(nèi)燃機(jī)換氣過程的控制機(jī)構(gòu)，它根據(jù)氣缸工作循環(huán)的要求，定時(shí)地打或關(guān)閉進(jìn)、排氣門。使氣缸排除廢氣，充入新鮮充量。其工作不僅對(duì)內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能有很大影響，而且還影響內(nèi)燃機(jī)的可靠性和耐久性。因此，配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)尤為重要。而在配氣機(jī)構(gòu)中凸輪軸的作用首當(dāng)其沖最為重要。設(shè)計(jì)出的XD474汽油機(jī)凸輪軸首先必須滿足動(dòng)力性要求。對(duì)于凸輪必須根據(jù)內(nèi)燃機(jī)性能要求設(shè)計(jì)出相應(yīng)的凸輪輪廓。設(shè)計(jì)出的凸輪應(yīng)滿足：能夠獲得足夠大的時(shí)面值，以保證氣門通過能力，提高氣缸充量效率；保證合適的配氣正時(shí)；正、負(fù)加速度不宜過大，最好不要產(chǎn)生突變，以避免各零部件間作用力過大或產(chǎn)生沖擊；氣門落座和開啟速度不能太大，避免氣門座合面及閥座過快磨損。對(duì)于凸輪軸的設(shè)計(jì)必須保證其上凸輪的配置位置正確，有足夠的剛度、疲勞強(qiáng)度、沖擊韌性、表面硬度和耐磨性。第二節(jié)設(shè)計(jì)原則在滿足技術(shù)任務(wù)書的前提下，按以下原則設(shè)計(jì)：1、功率和轉(zhuǎn)速在使用范圍內(nèi)，最大轉(zhuǎn)矩以及轉(zhuǎn)矩特性應(yīng)滿足汽車動(dòng)力性的要求；2、發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣中有害污染物的排放和運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲能滿足法規(guī)要求；3、盡可能高的燃料經(jīng)濟(jì)性；4、可能高的工作可靠性和足夠的使用耐久性；5、結(jié)構(gòu)緊湊、外形尺寸小，重量輕；6、制造工藝性好，成本低，主要零件滿足系列化，標(biāo)準(zhǔn)化，通用化“三化”要求。便于組織生產(chǎn)和日常維護(hù)保養(yǎng)；7、使用方便、操作性能良好。本機(jī)的零部件盡量和LJ474汽油機(jī)通用，其他通用件在設(shè)計(jì)及工藝上都應(yīng)有高度的繼承性，保持原有的標(biāo)定轉(zhuǎn)速和壓縮比，使XD474的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性有所提高。[1]第三節(jié)XD474汽油機(jī)主要參數(shù)的選擇主要技術(shù)性能參數(shù)表1—1？？？？？？氣缸排列方式立式直列氣門配置形式頂置氣缸數(shù)4沖程數(shù)4缸徑×行程（mm×mm）74×76活塞總排量(L)壓縮比9.5：1燃燒室形式直噴型燃燒室工作順序1－3－4－2潤(rùn)滑方式壓力、飛濺潤(rùn)滑冷卻方式離心水泵強(qiáng)制循環(huán)起動(dòng)方式電起動(dòng)標(biāo)定功率/轉(zhuǎn)速（kW/r/min）62/6000標(biāo)定轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速（NM/r/min）102/3000總質(zhì)量（kg）150怠速轉(zhuǎn)速（r/min）850±50全負(fù)荷耗油量(g/KW·h)275進(jìn)氣提前角（°CA）25°±5°（上止點(diǎn)前）進(jìn)氣滯后角（°CA）40°±5°（下止點(diǎn)后）排氣提前角（°CA）60°±5°（下止點(diǎn)前）排氣滯后角（°CA）20°±5°（上止點(diǎn)后）進(jìn)氣門間隙（mm）排氣門間隙（mm）供油提前角（°CA）7～9(上止點(diǎn)前曲軸轉(zhuǎn)角)噪聲限值LwdB(A)≤119二、主要參數(shù)的分析和選擇[1]～[4]內(nèi)燃機(jī)的主要參數(shù)是進(jìn)行內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)的主要依據(jù)和設(shè)計(jì)目標(biāo)，掌握這些參數(shù)對(duì)內(nèi)燃機(jī)各項(xiàng)性能的影響及其變化規(guī)律，對(duì)于內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)來說是非常的必要。一般情況下總是用與動(dòng)力性指標(biāo)直接相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行選擇。內(nèi)燃機(jī)有效功率計(jì)算式如下：=(kw)(2-1)式中：—為平均有效壓力（MPa）；—單缸工作容積(L)；Z—?dú)飧讛?shù)；—沖程數(shù)；n—轉(zhuǎn)速（r/min）；—活塞平均速度（m/s）D—?dú)飧字睆剑╩m）由上式可知：要提高內(nèi)燃機(jī)的有效功率，一般應(yīng)從下面幾個(gè)參數(shù)考慮：（一）、平均有效壓力平均有效壓力是標(biāo)志內(nèi)燃機(jī)整個(gè)工作過程的有效性和內(nèi)燃機(jī)制造完善性的指標(biāo)之一。因此，值的提高，是內(nèi)燃機(jī)技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志。平均有效壓力與混合氣形成的方法、燃料的種類、燃燒和換氣過程的質(zhì)量、進(jìn)氣溫度和壓力以及機(jī)械效率等有關(guān)。平均有效壓力可用下公式計(jì)算：(MPa)（2-2）其中，—指示熱效率；—充氣效率；—充量系數(shù)；—過量空氣系數(shù)；—有效熱效率；—機(jī)械效率；—燃料低熱值（kJ/kg）；—理論空氣量；—進(jìn)氣壓力；—進(jìn)氣溫度（K）；提高平均有效壓力值可使功率增加，比重下降。但是機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷也隨之增加，影響汽油機(jī)的可靠性及壽命?，F(xiàn)代汽油機(jī)在功率點(diǎn)的最大平均有效壓力=0.7～1MPa，而XD474汽油機(jī)參數(shù)選取為：表1-2？？？？(kJ/kg)(MPa)(K)43960360把數(shù)據(jù)代入公式（2-2）得：=(MPa)計(jì)算出的平均有效壓力值，在0.7~1MPa之間，故符合要求。（二）、活塞平均速度活塞平均速度也是表征活塞式內(nèi)燃機(jī)強(qiáng)化程度（熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷）的重要參數(shù)之一?；钊骄俣葘?duì)于內(nèi)燃機(jī)的性能、工作可靠性和使用壽命有很大的影響。一般來說，活塞平均速度增大使發(fā)動(dòng)機(jī)功率增高，但是活塞組的熱負(fù)荷和曲柄連桿機(jī)構(gòu)的慣性負(fù)荷增大，磨損加劇，壽命下降。同時(shí)，由于進(jìn)排氣流速增大，進(jìn)排氣阻力與氣流速度平方成比例地增加，使充氣系數(shù)ηv下降，所以隨著活塞平均速度的提高，對(duì)活塞組的材料和加工工藝等就應(yīng)要求越高。由公式：==15.2（m/s）式中，S—活塞行程；n—轉(zhuǎn)速；由可知，>9m/s,故XD474汽油機(jī)屬于高速內(nèi)燃機(jī)。由有效功率公式得：=59.52（kw）因?yàn)椋?62-59.52)/6=4%，誤差在5%以內(nèi)，故參數(shù)選則符合要求范圍。（三）、氣缸直徑D和汽缸數(shù)Z現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)廠往往是通過改變內(nèi)燃機(jī)氣缸直徑來達(dá)到擴(kuò)大內(nèi)燃機(jī)的功率。氣缸直徑D加大，有效功率P以直徑平方的速度增加，但是慣性力以直徑平方的速度增加，導(dǎo)致振動(dòng)和機(jī)械負(fù)荷加劇，還會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸、活塞組、汽缸蓋、氣門等零件的熱負(fù)荷加重。汽油機(jī)受到爆燃的影響，氣缸直徑一般不超過110mm。氣缸數(shù)Z與氣缸直徑D、轉(zhuǎn)速n有密切的聯(lián)系。在同樣功率要求下，氣缸數(shù)越多，氣缸直徑就可以縮小，轉(zhuǎn)速就可以繼續(xù)提高。氣缸數(shù)增加，平均有效壓力線性提高，發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)度加大，平衡性改善。因此，通過增加汽缸數(shù)是比較好的提高內(nèi)燃機(jī)功率的辦法。（四）、行程S行程S增加，可以提高平均有效壓力，但是在氣缸直徑不變的情況下，S的增加即行程缸徑比S／D增加，導(dǎo)致活塞平均速度提高，有磨損加速、壽命降低等問題。一般S的變化主要用于：1、調(diào)節(jié)整機(jī)排量2、調(diào)節(jié)耐久性減小行程S，即降低S／D，可以減少側(cè)向力和，減輕磨損。3、調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩值M≤=式中，為切向力。（五）、評(píng)定參數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)型式和主要參數(shù)選擇的合理性和結(jié)構(gòu)的完善性，常用以下三個(gè)參數(shù)來評(píng)定：強(qiáng)化指標(biāo)·、比重量、升功率、氣缸中心距與缸徑的比值1、強(qiáng)化指標(biāo)·平均有效壓力和活塞平均速度的乘積通常稱為強(qiáng)化指標(biāo)（或稱強(qiáng)化程度）。它是與單位活塞面積所做功率（比功率）成正比的，它一方面代表了功率和轉(zhuǎn)速的強(qiáng)化，另一方面又代表了發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷的高低。內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)是強(qiáng)化程度的不斷提高，但是隨著強(qiáng)化程度的提高，發(fā)動(dòng)機(jī)的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷相應(yīng)迅速增加，氣缸內(nèi)最高燃燒壓力和零件慣性力都隨之增大。一般內(nèi)燃機(jī)的強(qiáng)化指標(biāo)不超過140，因?yàn)槌^了140就要采取相應(yīng)的措施來提高機(jī)器的剛度和強(qiáng)度，使結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝要求更高。而XD474汽油機(jī)的強(qiáng)化指標(biāo)等于:·×13.17m/s=106.68<140即其對(duì)材料強(qiáng)度和工藝要求適中。2、比重量比重量是單位千瓦的凈重（kg/kw），它表征工作過程的強(qiáng)化程度和結(jié)構(gòu)的完善程度。降低這一數(shù)值，就可以節(jié)約金屬材料、降低制造成本。自重的減輕意味著功率消耗的節(jié)約或有效載重的增加，從而提高了運(yùn)輸效率。因此在設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，在保證所要求的強(qiáng)度、剛度和制造條件許可的情況下，應(yīng)不斷地降低比重量。升功率升功率kw/L，它決定于、n和，表征著發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程的完善性，也可以用來評(píng)定發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)緊湊性和外形尺寸大小?，F(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展趨向之一是升功率的繼續(xù)提高。4、氣缸中心距與缸徑的比值氣缸中心距及缸徑的比值，是表征汽油機(jī)長(zhǎng)度的緊湊性和重量指標(biāo)的重要參數(shù)。它與汽油機(jī)的強(qiáng)化程度、氣缸排列和機(jī)體的剛度有關(guān)。缸心距的大小主要取決于氣缸蓋型式、氣缸套型式、直列式還是V型、水冷還是風(fēng)冷、以及曲軸的結(jié)構(gòu)型式和尺寸分配。5、曲柄半徑與連桿長(zhǎng)度比R/L行程S既定后，選擇主要考慮以下因素：選擇較大的R/L，使連桿短、重量輕，往復(fù)和離心質(zhì)量小，有利于發(fā)動(dòng)機(jī)高速化。雖然縮短了連桿長(zhǎng)度，但是增大連桿擺角和活塞側(cè)壓力，對(duì)缸套磨損不利；在選則連桿長(zhǎng)度時(shí)，要保證活塞在下止點(diǎn)時(shí)不與曲軸平衡塊相碰，活塞在上止點(diǎn)時(shí)曲柄不可與缸套相碰。因而該機(jī)的R/L選為1/3.6。第二章XD474整體設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)原則為了滿足生產(chǎn)及維修的方便，本機(jī)的零部件盡量通用且在設(shè)計(jì)及工藝上都應(yīng)有高度的繼承性，同時(shí)還必須滿足三化的要求，滿足用于重型貨運(yùn)汽車和大型客車以及重型工程機(jī)械的動(dòng)力要求。第一節(jié)機(jī)體與氣缸蓋設(shè)計(jì)一、機(jī)體設(shè)計(jì)中小型高速水冷內(nèi)燃機(jī)的氣缸體與曲軸一般做成一體，總稱為機(jī)體。XD474型汽油機(jī)機(jī)體包括氣缸體、主軸承蓋、油底殼等。機(jī)體構(gòu)成內(nèi)燃機(jī)的骨架，機(jī)體內(nèi)外安裝著內(nèi)燃機(jī)所有主要零件和附件。為了保證內(nèi)燃機(jī)活塞、連桿、曲軸、氣缸等主要零件工作可靠、耐久，它們互相之間必須嚴(yán)格保持精確的相對(duì)位置，因此在機(jī)體設(shè)計(jì)中必須對(duì)重要表面的尺寸、幾何形狀、相互位置等提出很嚴(yán)格的公差要求。機(jī)體在內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)承受很復(fù)雜的負(fù)荷。氣壓力使機(jī)體受到拉伸，而且在氣壓力的傳遞過程中，會(huì)使機(jī)體不同部分承受附加的彎曲和扭曲。往復(fù)慣性力和離心力在高速內(nèi)燃機(jī)中可能達(dá)到很大數(shù)值，它們也使機(jī)體受到彎曲和扭轉(zhuǎn)作用。所以機(jī)體應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度以及縱向和橫向彎曲剛度。當(dāng)曲軸向外輸出扭矩時(shí)，機(jī)體要受到由側(cè)壓力構(gòu)成的反扭矩的扭轉(zhuǎn)，因此，機(jī)體要有足夠的扭轉(zhuǎn)剛度。為了保證曲軸主軸承工作可靠，主軸承座應(yīng)有足夠的剛度。為了保證燃燒室密封可靠，氣缸體上平面密封部位也應(yīng)有足夠的剛度，否則在燃?xì)鈮毫ψ饔孟禄蛟陬A(yù)緊氣缸蓋螺栓時(shí)，上平面密封部位就會(huì)變形漏氣，影響內(nèi)燃機(jī)工作。缸體是發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)。在它的上部固定著氣缸蓋，為了密封，在其中墊有氣缸墊，在它的四個(gè)缸套內(nèi)上下滑行著四個(gè)活塞總成。前端安裝著傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的正時(shí)齒輪，以及機(jī)油泵、水泵、風(fēng)扇。右側(cè)安裝著發(fā)電機(jī)、進(jìn)氣管、空氣細(xì)濾器。左側(cè)安裝排氣管、機(jī)油濾清器，后端與汽車變速器和起動(dòng)電機(jī)連接在一起。該機(jī)型選用氣缸體與曲軸箱做成一體的平底式機(jī)體結(jié)構(gòu)，采用封閉水套的雙層結(jié)構(gòu)。為了冷卻氣缸，機(jī)體上部應(yīng)設(shè)置冷卻水套。冷卻水套沿氣缸軸向的長(zhǎng)度，應(yīng)保證活塞環(huán)（主要是氣環(huán)）在上下點(diǎn)位置時(shí)，依然在水套范圍之內(nèi)，以保證活塞環(huán)的有效冷卻。水套的結(jié)構(gòu)還應(yīng)使整個(gè)內(nèi)燃機(jī)的冷卻盡可能均勻。采用縱向布置水道，使冷卻水沿此道直接供向各缸，以保證供給各缸的水溫和水量相同。水套的放水管應(yīng)布置在水套的最下部，保證在放水時(shí)能將水套中的水放盡，防止水套的存水將會(huì)在冬天凍結(jié)，使機(jī)體凍裂。機(jī)體橫向尺寸主要取決于連桿螺栓最外點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡，縱向尺寸取決于缸心距，用評(píng)價(jià)緊湊性，取=1.23，則×74=91.02mm。缸體頂面壁厚取12mm，底面壁厚取10mm,水套壁和橫隔板的厚度主要由鑄造條件決定取4mm。缸體材料用HT25—47的普通鑄鐵。機(jī)體與曲軸前后端面采用自緊式橡膠油封來防止漏油，平面密封材料選用耐油橡膠制成的O行圈。二、氣缸和氣缸套設(shè)計(jì)內(nèi)燃機(jī)的氣缸是氣體壓縮、燃燒和膨脹的空間，并對(duì)活塞起導(dǎo)向作用。燃燒過程中燃?xì)庾罡邷囟瓤蛇_(dá)2000～2500C，最高壓力可達(dá)5～15×10帕，因此它的內(nèi)壁直接受到高溫高壓的燃?xì)庾饔?；而它的外壁又受到冷卻水的冷卻。在內(nèi)外壁溫差及爆發(fā)壓力作用下，氣缸套受到相當(dāng)大的機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力。因此要求氣缸套要有足夠的強(qiáng)度和剛度，并保證在工作時(shí)不致有過大的變形。氣缸套還承受活塞的側(cè)壓力，而且活塞在它的表面做高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使氣缸內(nèi)壁受到強(qiáng)烈的摩擦。因此，氣缸鏡面還必須具有一定的磨性。氣缸套外壁還受到冷卻水的穴蝕作用。因此，氣缸套外壁還應(yīng)有抗“穴蝕作用”。該機(jī)型選用球墨鑄鐵材料的濕缸套。濕缸套的壁厚決定于內(nèi)燃機(jī)的指標(biāo)和缸套材料。一般認(rèn)為當(dāng)壁厚取0.9D時(shí)缸套穴蝕就很少發(fā)生。濕缸套一般用兩個(gè)定位帶支承在氣缸體中作為徑向定位。缸套保持足夠長(zhǎng)度，下止點(diǎn)時(shí)活塞裙部只能露出5～10mm，以保證導(dǎo)向。三、氣缸蓋設(shè)計(jì)氣缸蓋的作用是密封氣缸，并與活塞共同形成燃燒室空間，并承受高溫高壓燃?xì)庾饔?。為了保證缸蓋與氣缸套之間的密封，缸蓋還要受到很大的螺栓預(yù)緊力(一般為爆發(fā)壓力的3～4倍)；氣缸蓋各部分溫度很不均勻，如缸蓋底面燃燒室部分溫度最高，而冷卻水套部分溫度較低，進(jìn)氣道和排氣道溫度也不相同，因此，氣缸蓋的機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力很大。氣缸蓋的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鑄造殘余應(yīng)力很大。因此，氣缸蓋應(yīng)當(dāng)滿足下面要求：氣缸蓋應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，工作時(shí)缸蓋變形最小并保證與氣缸的接合面有良好的密封。要根據(jù)混合氣形成和燃燒方式布置出合理的燃燒室形式，氣門、氣道布置合理，力求使內(nèi)燃機(jī)性能良好。結(jié)構(gòu)力求簡(jiǎn)單，鑄造工藝良好，冷卻合適，缸蓋溫度場(chǎng)分布均勻，盡可能減少熱應(yīng)力，避免氣門之間形成裂紋。因?yàn)闅飧字睆紻<105mm,所以該機(jī)型選用整體式的氣缸蓋，采用合金鑄鐵。氣缸蓋高度取H=D=74mm,底面厚度取△=13mm，進(jìn)氣門喉口直徑取，排氣門喉口直徑取。氣缸蓋螺栓的布置盡量相對(duì)氣缸中心線均勻分布，各氣缸螺栓中心線沿氣缸周邊切線布置，以增強(qiáng)密封能力。各螺栓所分?jǐn)偟膲壕o面積要基本相同，以保證壓力均勻。該機(jī)型每缸用4個(gè)螺栓，采用優(yōu)質(zhì)合金鋼40Cr材料。螺栓直徑取M12，預(yù)緊力矩取150N/m。在裝配發(fā)動(dòng)機(jī)擰緊氣缸蓋螺栓時(shí)，為了避免氣缸蓋襯墊和氣缸蓋局部變形，引起壓力不均勻，必須依次由氣缸蓋的中央向四周對(duì)角逐漸擰緊，并分三次擰緊。四、油底殼油底殼因基本不受力，所以采用鋼板沖壓而成。油底殼為濕式，主要用來存儲(chǔ)機(jī)油，同時(shí)還具有散熱作用和防止機(jī)油飛濺，減少氧化及清除泡沫的作用。油底殼是用18個(gè)M6的螺栓擰緊到氣缸體下平面和后蓋及機(jī)油泵外體下平面的。氣缸體和油底殼之間墊有軟木墊，用來密封機(jī)油防止外漏。油底殼下面有放油螺塞，左為更換機(jī)油時(shí)放油用。[1]～[6]第二節(jié)曲柄連桿機(jī)構(gòu)和配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)一、曲柄連桿機(jī)構(gòu)曲柄連桿機(jī)構(gòu)是發(fā)動(dòng)機(jī)的主要運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其功用是將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)將作用于活塞上的力轉(zhuǎn)變?yōu)榍S對(duì)外輸出的轉(zhuǎn)矩，以驅(qū)動(dòng)汽車車輪轉(zhuǎn)動(dòng)。曲柄連桿機(jī)構(gòu)是由活塞組、連桿組和曲軸飛輪組的零件組成。（一）、活塞組活塞組包括活塞、活塞銷和活塞環(huán)等在氣缸里作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的零件，它們是活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)中工作條件最嚴(yán)酷的組件。發(fā)動(dòng)機(jī)的工作可靠性與使用耐用性，在很大程度上與活塞組的工作情況有關(guān)?；钊M的主要作用是與氣缸組成燃燒室，承受燃?xì)庾饔?，并傳遞作用力；密封氣缸，防止燃?xì)庑孤┘皾?rùn)滑油竄入燃燒室；將活塞頂部接受的熱量傳給氣缸壁，進(jìn)而傳給冷卻介質(zhì)；配氣，完成進(jìn)氣、壓縮和排氣功能。活塞工作條件惡劣，工作時(shí)，頂部承受高溫高壓作用并高速滑動(dòng)。在考慮材料選擇時(shí)必須考慮材料強(qiáng)度、剛度、密度、耐磨性、耐高溫性等。綜合考慮以上各方面因素，XD474汽油機(jī)選擇活塞材料用EL109—GB1175—74，系共晶硅鋁合金鑄造?；钊共坎捎猛闲??；钊h(huán)用兩道氣環(huán)和一道油環(huán)，采用灰鑄鐵加合金元素材料的桶面環(huán)，該種環(huán)能保證良好的潤(rùn)滑，可避免凌緣負(fù)荷，密封性能好，磨合性好?；钊N采用浮動(dòng)式結(jié)構(gòu)，這種形式使得活塞銷與銷座的相對(duì)滑動(dòng)速度小，磨損小，而且均勻?；钊ㄟ^活塞銷與雙、三聯(lián)齒輪連接起來。為保證雙、三聯(lián)齒條與輸出軸上的離合器齒套的嚙合，在齒條的一側(cè)用定位塊定位，又可防止齒條竄動(dòng)。為了保證連桿在結(jié)構(gòu)輕巧的條件下有足夠的強(qiáng)度和剛度，一般多用精選含碳量的優(yōu)質(zhì)中碳鋼45模鍛?？紤]本機(jī)設(shè)計(jì)的輸出功率不大，故選擇用45號(hào)鋼模鍛。（二）、連桿組連桿組包括連桿體、連桿蓋、連桿螺栓和連桿軸承等零件。連桿組的作用是將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并把作用在活塞組上的力傳給曲軸。連桿組一般均經(jīng)噴丸處理以提高其零件的強(qiáng)度。連桿小頭與活塞銷相連接，與活塞一起作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，連桿大頭與曲柄銷連接和同曲軸一起作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。因此，連桿體除了有上下運(yùn)動(dòng)外，還左右擺動(dòng)，作復(fù)雜的平面運(yùn)動(dòng)。連桿組主要受壓縮、拉伸和彎曲等交變負(fù)荷。最大壓縮載荷和連桿組作平面運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的橫向慣性力的共同作用下，連桿體可能發(fā)生彎曲變形。根據(jù)連桿組的工作條件，連桿主要承受氣體壓力和往復(fù)慣性力所產(chǎn)生的交變載荷。為此，應(yīng)保證連桿具有足夠的疲勞強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)剛度。若強(qiáng)度不夠，連桿螺栓、連桿蓋甚至連桿體都可能斷裂。若剛度不夠，則可能由于大頭變形而使連桿螺栓彎曲；由于大頭孔失圓而使連桿軸承的潤(rùn)滑遭到破壞；由于桿身彎曲而造成活塞與氣缸壁、連桿軸承與曲柄銷偏磨、氣缸漏氣和竄機(jī)油等弊病。但是，為了增加連桿的強(qiáng)度和剛度，不能簡(jiǎn)單地依靠加大結(jié)構(gòu)尺寸來達(dá)到。為此，必須選用高強(qiáng)度的材料；合理的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸；采取提高強(qiáng)度的工藝措施等。目前，連桿設(shè)計(jì)的趨向是采用短連桿方案。并且一般多用精選含碳量的優(yōu)質(zhì)中碳結(jié)構(gòu)鋼45模鍛。常用連桿比λ的范圍為1/4～1/3.2。連桿長(zhǎng)度越短，則連桿比λ越大，這就可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)的高度，減輕運(yùn)動(dòng)件重量和整機(jī)重量，對(duì)高速化有利，但λ過大會(huì)使二級(jí)往復(fù)慣性力及氣缸側(cè)壓力增大，并增加曲軸平衡塊與活塞、氣缸套相碰的可能性。因此XD474汽油機(jī)的λ取1/3.6,屬于中等連桿比。桿身設(shè)計(jì)一般采用“工”字形截面鋼，以加強(qiáng)連桿的結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度；小頭設(shè)計(jì)采用三圓弧過渡。大頭設(shè)計(jì)合理的加強(qiáng)筋，盡量縮短連桿螺栓的距離，采用45°斜切口措施，使安裝方便，達(dá)到最佳的設(shè)計(jì)效果。此外，為了減少磨損，還要選用合適的軸承和保證良好的潤(rùn)滑條件。（三）、曲軸飛輪組曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)的最重要機(jī)件之一，發(fā)動(dòng)機(jī)的全部功率都通過它輸出。它的尺寸參數(shù)在很大程度上不僅影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的整體尺寸和重量，而且也在很大程度上影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性與壽命。曲軸在周期性變化的氣體力、慣性力及其力矩的共同作用下工作，承受彎曲和扭轉(zhuǎn)交變載荷。因此，曲軸應(yīng)有足夠的抗彎曲、抗扭矩的疲勞強(qiáng)度和剛度；軸頸應(yīng)有足夠大的承壓表面和耐磨性；曲軸的質(zhì)量應(yīng)盡量??；對(duì)各軸頸的潤(rùn)滑應(yīng)該充分。本機(jī)曲軸采用整體式曲軸，同時(shí)采用45號(hào)鋼模鍛，采用分路供油。曲軸前端裝減震器，在曲軸和機(jī)體之間設(shè)置止推軸承，曲軸軸向間隙應(yīng)保持△=0.05～0.2（mm）。二、配氣機(jī)構(gòu)內(nèi)燃機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)應(yīng)保證各氣缸換氣良好，充氣系數(shù)盡可能高。四沖程內(nèi)燃機(jī)都采用氣門凸輪式配氣機(jī)構(gòu)，因?yàn)檫@種機(jī)構(gòu)工作可靠，尤其是進(jìn)排氣門能夠持久地保證燃燒室的密封性。當(dāng)然這種機(jī)構(gòu)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)易于發(fā)生振動(dòng)、噪音和不正常磨損等問題，所以要特別注意使它具有良好的動(dòng)力特性。XD474機(jī)采用頂置凸輪軸，有四對(duì)進(jìn)排氣控制凸輪，它們按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)和1、3、4、2的氣缸工作順序工作，相互間成90°角排列布置。XD474的配氣機(jī)構(gòu)有凸輪軸、搖臂、挺住、氣門和氣門彈簧組成。配氣機(jī)構(gòu)的功用是按照發(fā)動(dòng)機(jī)各缸的工作順序和工作循環(huán)的要求，定時(shí)的開啟和關(guān)閉各缸的進(jìn)排氣門，以便引進(jìn)新的充量和排出廢氣。配氣機(jī)構(gòu)受到氣體壓力，慣性力和彈簧力的作用，在急劇變化的高速下工作、承受很大的載荷。配氣機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)件應(yīng)該具有較小的質(zhì)量和較大的剛度，以使配氣機(jī)構(gòu)具有良好的動(dòng)力特性。氣門又是燃燒室表面的一部分承受高溫和高壓。尤其是排氣門，受到高溫燃燒氣體的沖刷，是發(fā)動(dòng)機(jī)中溫度最高的零件。此外，凸輪與從動(dòng)件在高接觸應(yīng)力下的接觸疲勞和磨損、氣門彈簧的疲勞破壞，都是內(nèi)燃機(jī)重要的可靠性問題。發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)配氣機(jī)構(gòu)的要求是：1、要使進(jìn)氣充分，排氣干凈，泵氣損失小，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)；2、結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，壽命長(zhǎng)；3、制造工藝性好，調(diào)整簡(jiǎn)便。XD474型汽油機(jī)采用頂置氣門、頂置凸輪軸。凸輪軸通過挺住控制搖臂擺動(dòng)來控制氣門開與閉。每缸兩個(gè)進(jìn)氣門，兩個(gè)排氣門，每個(gè)進(jìn)（排）氣門配備一根變節(jié)距的氣門彈簧。進(jìn)氣門的工作溫度較低采用40Cr合金結(jié)構(gòu)鋼材料，排氣門的工作溫度較高采用高溫下仍有良好熱穩(wěn)定性和強(qiáng)度4Cr9Si2材料。氣門錐角采用45度，氣門頭部背錐角采用20度。進(jìn)氣門座不鑲?cè)?，排氣門采用合金鑄鐵的鑲?cè)Α忾T導(dǎo)管設(shè)計(jì)成沒有任何臺(tái)肩的圓柱形，采用灰鑄鐵材料。搖臂的作用是將推桿和凸輪傳來的運(yùn)動(dòng)和作用力，改變方向傳給氣門使其開啟。搖臂是一個(gè)雙臂杠桿，兩臂承受較大彎曲應(yīng)力，所以應(yīng)保證它有一定抗彎強(qiáng)度，為了在較小的重量下獲得較大剛度，兩臂采用“丁”字形截面，搖臂采用空心軸。它與凸輪軸接觸的那個(gè)臂為圓弧面。氣門彈簧的作用是防止氣門開啟時(shí)，因慣性力使氣門脫離搖臂調(diào)整螺釘，造成氣門運(yùn)動(dòng)規(guī)律失去控制，同時(shí)氣門關(guān)閉時(shí)，將氣門壓合在氣門座上，以防止漏氣。本機(jī)每個(gè)氣門配備一根變節(jié)距的氣門彈簧，采用變節(jié)距的彈簧，既可減少彈簧數(shù)量，又可防止發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，彈簧發(fā)生共振以致斷裂。第三節(jié)五大系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、燃油供給系統(tǒng)汽油機(jī)燃油系統(tǒng)的功用是，根據(jù)汽油機(jī)各種不同工況的要求，配制出一定數(shù)量和濃度的可燃混合氣，供入氣缸，使之在臨近壓縮終了時(shí)點(diǎn)火燃燒而膨脹做功?，F(xiàn)代汽油機(jī)的燃料供給系統(tǒng)一般有兩種類型——化油器式燃油供給系和燃油噴射系統(tǒng)[7]?？紤]到化油器空燃比控制精度低和排放控制要求等因素，XD474汽油機(jī)采用電控汽油噴射系統(tǒng)。除實(shí)現(xiàn)了空然比的精確控制以外，與化油器供油方式相比，電子控制汽油噴射還具有以下幾方面的優(yōu)越性：1、在進(jìn)氣系統(tǒng)，由于沒有像化油器供油那樣的喉管部位，進(jìn)氣壓力損失小。2、在汽車加減速行駛的過渡運(yùn)轉(zhuǎn)階段，空燃比控制系統(tǒng)能夠迅速響應(yīng)，使汽車加減速反應(yīng)靈敏。3、當(dāng)車在不同地區(qū)行駛時(shí)，對(duì)大氣壓力或外界環(huán)境溫度變化引起的空氣密度變化，可以進(jìn)行適量的空燃比修正。4、在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，可以用ECU計(jì)算出起動(dòng)供油量，并且能使發(fā)動(dòng)機(jī)順利經(jīng)過暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。使發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)更容易，且暖機(jī)性能提高。5、能提供各種工況下最適當(dāng)?shù)幕旌蠚饪杖急?，且汽油霧化好，各缸分配均勻，使燃燒效率提高。因此，能有效地降低排放，節(jié)省汽油。6、減速斷油功能，也能降低排放，節(jié)省汽油。XD474汽油機(jī)采用電控多點(diǎn)噴射系統(tǒng)以及順序噴射、閉環(huán)控制、直接檢測(cè)進(jìn)氣量方式。電控汽油噴射系統(tǒng)由空氣系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。空氣供給系統(tǒng)為發(fā)動(dòng)機(jī)可燃混合氣的形成提供必需的空氣?？諝饨?jīng)過空氣濾清器、空氣流量計(jì)、節(jié)氣門、進(jìn)氣總管、進(jìn)氣支管進(jìn)入各缸。一般行駛時(shí)，空氣量由節(jié)氣門控制。怠速時(shí)，由怠速調(diào)整螺釘和怠速空氣調(diào)整器調(diào)整流經(jīng)旁通道的空氣來實(shí)現(xiàn)。空氣濾清器采用紙式空氣濾清器，流量計(jì)采用熱膜式。燃料系統(tǒng)的功用是向氣缸提供燃燒時(shí)所需的汽油量。汽油供給系統(tǒng)由油箱、汽油泵、汽油濾清器、汽油壓力脈動(dòng)減震器、噴油器、汽油壓力調(diào)節(jié)器及汽油分配管等組成。汽油由汽油泵從油箱中泵出，經(jīng)過汽油濾清器，除去雜質(zhì)及水分后，再送至汽油脈動(dòng)減震器，以減少其脈動(dòng)。這樣具有一定壓力的汽油流至汽油分配管，再經(jīng)各供油支管送至各缸噴油器，噴油器在ECU的噴油指令下噴油。XD474的汽油泵裝在油箱內(nèi)，采用軸針式電磁噴油器。電子控制系統(tǒng)的功用是根據(jù)各傳感器的信息，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行綜合分析和處理，通過執(zhí)行裝置控制噴油量等，使發(fā)動(dòng)機(jī)具有最佳性能。該系統(tǒng)中用到的基本傳感器有空氣流量計(jì)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器。修正傳感器有曲軸位置傳感器、水溫傳感器、氧傳感器、爆燃傳感器、節(jié)氣門位置傳感器等。[19]二、冷卻系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)主要由水泵、散熱器、風(fēng)扇、節(jié)溫器、補(bǔ)償水桶、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體和氣缸蓋中的水套以及其他附加裝置等組成。冷卻系統(tǒng)的功用是使發(fā)動(dòng)機(jī)在所有工況下都保持在適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)。冷卻系統(tǒng)既要防止發(fā)動(dòng)機(jī)過熱，也要防止冬季發(fā)動(dòng)機(jī)過冷。在發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)之后，冷卻系統(tǒng)還要保證發(fā)動(dòng)機(jī)迅速升溫，盡快達(dá)到正常的工作溫度。在發(fā)動(dòng)機(jī)工作期間，與高溫燃?xì)庀嘟佑|的零件受到強(qiáng)烈的加熱。在這種情況下，若不進(jìn)行適當(dāng)?shù)睦鋮s，發(fā)動(dòng)機(jī)將會(huì)過熱，工作過程惡化，零件強(qiáng)度降低，機(jī)油變質(zhì)，零件磨損加劇，最終導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性及耐久性的全面下降。但是冷卻過度也是有害的。過度冷卻或使發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間在低溫下工作，均會(huì)使散熱損失及摩擦損失增加，零件磨損加劇，排放惡化，發(fā)動(dòng)機(jī)工作粗暴，發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降及燃油消耗率增加?，F(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率不斷提高，熱負(fù)荷也越來越高，一個(gè)良好的冷卻系統(tǒng)應(yīng)滿足下列要求：1、散熱能力能滿足內(nèi)燃機(jī)在各種工況下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的需要；2、冷卻系統(tǒng)消耗功率小，起動(dòng)后能在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到正常的工作溫度；3、體積小、重量輕，又便于拆裝維修；4、使用可靠，壽命長(zhǎng)，制造成本低；從冷卻系統(tǒng)的性能來看，閉式強(qiáng)制冷卻是最完善的冷卻系統(tǒng)，XD474汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)采用閉式強(qiáng)制冷卻系統(tǒng)，故該發(fā)動(dòng)機(jī)能在冷卻水溫95～100℃下正常運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)還可以減少冷卻液的蒸發(fā)損失。冷卻強(qiáng)度的調(diào)節(jié)，主要靠蠟式節(jié)溫器來完成。采用五葉片軸流式風(fēng)扇。風(fēng)扇的葉型有特殊要求，其葉身型面是簡(jiǎn)單的圓弧，五個(gè)葉片等角度分布。冷卻水泵采用離心式水泵，水泵與風(fēng)扇同軸，其間安置一個(gè)皮帶輪，通過三角皮帶同輸出軸上的皮帶輪相連從而被帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)進(jìn)入工作狀態(tài)。散熱器加水口上裝有散熱器蓋，主要用來密封散熱器，使發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)冷卻系統(tǒng)成為一個(gè)閉式冷卻系統(tǒng)。冷卻系統(tǒng)分兩路，一為水路，由水泵、內(nèi)燃機(jī)冷卻水套、散熱器、調(diào)溫設(shè)備和管道等組成。另一部分為氣路，由風(fēng)扇、散熱器和空氣導(dǎo)流裝置等組成。[1]三、潤(rùn)滑系統(tǒng)潤(rùn)滑系統(tǒng)的主要任務(wù)是供應(yīng)一定數(shù)量的機(jī)油至摩擦表面，并起冷卻和清潔磨粒作用，還增加活塞與活塞環(huán)的密封性；在個(gè)別情況下，它還擔(dān)負(fù)起受熱零件的冷卻和傳力控制的任務(wù)。摩擦表面上的油膜，能夠防止金屬表面直接接觸，減少零件之間的摩擦和磨損。摩擦表面上的機(jī)油可以沖掉摩擦表面上的機(jī)械雜質(zhì)，減少磨料磨損，帶走摩擦熱量，保證軸承等在合適的溫度狀態(tài)下工作。氣缸壁上的油膜，還可以保護(hù)摩擦表面，減少腐蝕性磨損。因此，潤(rùn)滑系在減少機(jī)械損失、提高機(jī)械效率、延長(zhǎng)內(nèi)燃機(jī)使用壽命等方面起著重要的作用。潤(rùn)滑系統(tǒng)對(duì)內(nèi)燃機(jī)的性能指標(biāo)和工作可靠性也有重大的影響。為使內(nèi)燃機(jī)潤(rùn)滑良好，必須使用合適的機(jī)油，必須用專門的機(jī)油濾清器不斷對(duì)機(jī)油進(jìn)行濾清，在必要時(shí)采用強(qiáng)制冷卻裝置，使機(jī)油溫度不超過允許的數(shù)值?，F(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率不斷提高，熱負(fù)荷也越來越高。一個(gè)良好的潤(rùn)滑系統(tǒng)應(yīng)滿足下列各項(xiàng)的要求：1、以一定的壓力（壓力不能過高也不能過低）和一定的油量（油量不應(yīng)過多也不應(yīng)過少）供油至摩擦表面；2、能夠自動(dòng)地將機(jī)油濾清，清除機(jī)油中的機(jī)械雜質(zhì)，經(jīng)常保持機(jī)油清潔；3、能夠自動(dòng)地冷卻機(jī)油，不斷地散發(fā)出傳給機(jī)油的熱量，將油溫保持在一定的范圍以內(nèi)；4、潤(rùn)滑系統(tǒng)的部件功率消耗小，機(jī)油耗量少；5、工作可靠，油路不會(huì)堵塞和不會(huì)有漏油現(xiàn)象。起動(dòng)后，能及時(shí)供油至摩擦面；6、能防止腐蝕性磨損；7、能對(duì)活塞環(huán)、活塞和缸壁起密封作用；8、修理和維護(hù)（調(diào)整、加油、檢查）方便；XD474汽油機(jī)采用復(fù)合式潤(rùn)滑系，既用壓力潤(rùn)滑，又用飛濺潤(rùn)滑，以壓力潤(rùn)滑為主。這樣潤(rùn)滑效果較好，能更有效地保證發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作。機(jī)油儲(chǔ)存在油底殼里，并把機(jī)油泵布置在油底殼內(nèi)。采用全流式方式濾清，濾清器串聯(lián)于機(jī)油泵和主油道之間。機(jī)油泵采用內(nèi)齒輪式機(jī)油泵。泵體為鋁合金壓鑄件，機(jī)油濾清器采用工業(yè)細(xì)毛氈折疊式機(jī)油濾。[1]～[6]循環(huán)機(jī)油量=18.4（）主油道壓力油底殼機(jī)油溫度≤95油底殼貯油量=4.5（L）四、點(diǎn)火系統(tǒng)點(diǎn)火系統(tǒng)的基本功用是在發(fā)動(dòng)機(jī)各種工況和使用條件下，在氣缸內(nèi)適時(shí)、準(zhǔn)確、可靠地以能量足夠的高電壓，使火花塞兩極間產(chǎn)生足夠強(qiáng)的火花，以點(diǎn)燃?xì)飧字斜粔嚎s的可燃混合氣，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)做功。點(diǎn)火系統(tǒng)性能的好壞將直接影響汽油機(jī)的燃燒過程，因而對(duì)汽油機(jī)的性能有重大的影響。傳統(tǒng)的點(diǎn)火系統(tǒng)——蓄電池點(diǎn)火系統(tǒng)和磁電機(jī)點(diǎn)火系，其點(diǎn)火時(shí)刻的調(diào)整是依靠機(jī)械離心式調(diào)節(jié)裝置和真空式調(diào)節(jié)裝置完成的，由于機(jī)械的滯后、磨損及裝置本身的局限性，故不能保證點(diǎn)火時(shí)刻在最佳值。而用ECU控制的點(diǎn)火系統(tǒng)，則可方便地解決以上問題。因?yàn)橛梦C(jī)可考慮更多的對(duì)點(diǎn)火提前角影響的因素，使發(fā)動(dòng)機(jī)在各工況下均能達(dá)到最近點(diǎn)火時(shí)刻，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、改善排放指標(biāo)[20]。鑒于上面因素，XD474汽油機(jī)采用有分電器式電控點(diǎn)火系統(tǒng)。ECU控制的點(diǎn)火系統(tǒng)主要ECU、傳感器和點(diǎn)火執(zhí)行器三大部分組成。ECU接受各中傳感器送來的信號(hào)經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，輸出信號(hào)（缸序信號(hào)和點(diǎn)火信號(hào)）并通過電能輸出級(jí)傳到點(diǎn)火執(zhí)行器。[19]五、起動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)不能依靠自身的力量從停車狀態(tài)下開始運(yùn)轉(zhuǎn)，必須用外來的能量轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸，這種轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)燃機(jī)曲軸并保證內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)的裝置，稱為起動(dòng)系統(tǒng)。起動(dòng)系統(tǒng)的作用就是在正常使用條件下，通過起動(dòng)機(jī)將蓄電池儲(chǔ)存的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)以足夠高的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，以順利起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。起動(dòng)系統(tǒng)的工作性能對(duì)內(nèi)燃機(jī)的可靠性、使用方便性、耐久性和使用燃料經(jīng)濟(jì)性等有很大的影響。起動(dòng)可靠性是內(nèi)燃機(jī)工作可靠性的重要表現(xiàn)之一。如果起動(dòng)不方便，不但增加操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且使內(nèi)燃機(jī)喪失了機(jī)動(dòng)性。好的起動(dòng)系統(tǒng)不僅應(yīng)保證可靠起動(dòng)，而且應(yīng)保證起動(dòng)磨損少。所以，良好的起動(dòng)性能，從來就是內(nèi)燃機(jī)的重要性能指標(biāo)之一。起動(dòng)系統(tǒng)要完成內(nèi)燃機(jī)的起動(dòng)，必須同時(shí)具備以下五個(gè)條件：1、須供給足夠大的起動(dòng)力矩，克服內(nèi)燃機(jī)的起動(dòng)阻力矩；2、起動(dòng)系統(tǒng)必須將曲軸加速到一定的轉(zhuǎn)速；3、在壓縮沖程終了時(shí)，所形成的混合氣具有著火限度以內(nèi)的過量空氣系數(shù)；4、在壓縮沖程終了時(shí)，空氣的溫度高于燃料燃點(diǎn)的溫度；5、每次爆發(fā)后的氣體功都應(yīng)大于阻力功，才能使內(nèi)燃機(jī)逐漸地上升到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速；上述五個(gè)條件中，前兩個(gè)條件所需的動(dòng)力必須由內(nèi)燃機(jī)的附屬設(shè)備即起動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力裝置供給，它是內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)的必備條件。而只有同時(shí)具備了這五個(gè)條件，內(nèi)燃機(jī)才能起動(dòng)。對(duì)于汽油機(jī)來說，上述五個(gè)條件中的第三條即混合氣具有著火限度以內(nèi)的過量空氣系數(shù)，對(duì)于起動(dòng)的順利是一個(gè)重要的關(guān)鍵。在汽油機(jī)起動(dòng)時(shí)，它的溫度很低，汽油霧化不良，為了保證起動(dòng)時(shí)能夠得到著火限度以內(nèi)的混合比，必須在汽油機(jī)中設(shè)有起動(dòng)加濃裝置；為了在進(jìn)氣系統(tǒng)中形成必需的真空度，加速汽油的蒸發(fā)霧化，要求汽油機(jī)在啟動(dòng)時(shí)必須達(dá)到一定的起動(dòng)轉(zhuǎn)速。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)汽油機(jī)在大氣溫度很低的條件下起動(dòng)時(shí)，要求汽油機(jī)中含有較多的輕餾分，同時(shí)應(yīng)有合適的加濃裝置，方能保證汽油機(jī)在低溫條件下可靠起動(dòng)。該機(jī)采用直流電機(jī)啟動(dòng)。電機(jī)啟動(dòng)功率N=0.59（KW），蓄電池容量為120安培小時(shí)，電壓為12V，型號(hào)為ST811。最低啟動(dòng)轉(zhuǎn)速取為：60轉(zhuǎn)／分。啟動(dòng)功率取N=4.2（KW）。第三章熱力計(jì)算、動(dòng)力計(jì)算第一節(jié)熱力計(jì)算大章節(jié)不能寫引用一、已知參數(shù)缸徑：D=74mm行程S=76mm缸數(shù)=4壓縮比﹕1標(biāo)定功率/轉(zhuǎn)速62/6000kw/r/min標(biāo)定轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速102/3000NM/r/min大氣狀態(tài)=1bar=295K燃料平均重量成份C=0.855；H=45；mT=115二、根據(jù)有關(guān)資料和實(shí)際情況，選取一些設(shè)計(jì)參數(shù)（一）、過量空氣系數(shù)α對(duì)汽油機(jī)來說，在整過運(yùn)行工況中，可以遇到α>1和α≤1的各種情況。在全負(fù)荷時(shí)α的取值范圍：α=0.85～1.1；當(dāng)α=0.8～0.9時(shí)，火焰?zhèn)鞑ニ俣茸罡?，爆燃傾向最大；當(dāng)α=1.03～1.1時(shí)，燃油消耗率達(dá)較佳值，但過稀混合氣會(huì)使熱效率下降?？紤]到排放要求，把α控制在1左右。因此，取α=0.95。（二）、進(jìn)氣溫升ΔT新鮮沖量在進(jìn)入氣缸的過程中，受到高溫零件加熱和沖量動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能的影響，使新鮮沖量得到的溫升。影響的主要因素有：發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻方式，轉(zhuǎn)速和負(fù)荷，配氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布置，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的環(huán)境溫度等。1、當(dāng)負(fù)荷不變而轉(zhuǎn)速增加時(shí)，因循環(huán)重復(fù)次數(shù)多而氣缸壁面稍有提高，但由于空氣與壁面接觸時(shí)間減少，使壁面?zhèn)髦量諝獾臒崃繙p少。后者的影響一般比前者大，故隨轉(zhuǎn)速的上升而下降。2、當(dāng)轉(zhuǎn)速不變而增加發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷時(shí)，缸壁溫度被提高，使吸氣過程中的增高，降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率。3、缸壁冷卻強(qiáng)度直接影響到缸壁溫度，冷卻強(qiáng)度愈小缸壁溫度愈高，則相應(yīng)的亦愈大。四沖程汽油機(jī)：=0～40XD474為水冷式發(fā)動(dòng)機(jī)，所以不應(yīng)很大，取=。（三）、殘余廢氣溫度一般四沖程汽油機(jī)=900～1100k；的大小與發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷、轉(zhuǎn)速、ε等都有關(guān)系。1、負(fù)荷增加時(shí)，后期膨脹比減小，升高。2、轉(zhuǎn)速的提高時(shí)，部分燃燒延長(zhǎng)至膨脹過程中進(jìn)行，使提高；壓縮比大則膨脹比大，膨脹較充分，這會(huì)使有所下降。3、直噴式燃燒室使燃燒速度加快，燃燒較完善，后燃期縮短。故取=1000K。（四）、殘余廢氣系數(shù)γ殘余廢氣系素的值與其壓縮比，進(jìn)氣壓力、配氣正時(shí)等有關(guān)。汽油機(jī)的壓縮比低，進(jìn)氣有節(jié)流，氣門疊開角較小，所以殘余廢氣系素高。四沖程汽油機(jī)：γ=0，06～0.16。該機(jī)型壓縮比較高，取γ（五）、平均多變壓縮指數(shù)水冷汽油機(jī)的范圍在1.36～1.39之間，其大小主要取決于工質(zhì)與氣缸壁的傳熱情況，因而也就受到下面一些因素的影響。1、轉(zhuǎn)速大，熱交換的時(shí)間少，向缸壁的傳熱量和氣體泄露量減少，提高。2、負(fù)荷大，氣缸壁平均溫度高，使工質(zhì)在壓縮初期從缸壁接受的熱量較多，后期放熱少，增大。3、氣缸尺寸較大，傳熱損失少，增大。4、直噴式燃燒室，較高。5、ε較大，工質(zhì)后期傳熱量大，泄露增加，使得下降。6、采用水冷方式，冷卻強(qiáng)度大，較小。7、進(jìn)氣終了溫度較高，工質(zhì)在壓縮過程中傳熱量大。綜上所述，該機(jī)型取=1.36（六）、平均多變膨脹指數(shù)平均多變膨脹指數(shù)主要取決于后然的多少，工質(zhì)與氣缸壁間的熱交換及泄漏情況。凡是使后燃增加，傳熱損失減小，漏氣減小的因素均使減小，通常保持較高值可提高循環(huán)效率和內(nèi)燃機(jī)工作可靠性。1、當(dāng)混合氣形成與燃燒不好時(shí)，后然增加，減小。2、轉(zhuǎn)速增加時(shí)，后然增加，傳熱損失和漏氣減少，則減少。3、負(fù)荷增加時(shí)，減少。4、氣缸尺寸增大時(shí)，減少。5、氣缸散熱強(qiáng)烈時(shí)，增大。汽油機(jī)：=1.20～1.28。該機(jī)型取=1.24。（七）、熱量利用系數(shù)是一個(gè)用以反映實(shí)際燃燒過程中燃燒不完善、通道節(jié)流、高溫分解和傳熱等損失大小程度的一個(gè)重要參數(shù)，它的數(shù)值主要受內(nèi)燃機(jī)燃燒品質(zhì)的影響。凡是能改善燃燒過程和減少傳熱損失的因素和措施一般都有利于的提高。例如：1、排氣門早開晚關(guān)，排氣效果好，加上氣門重疊，可取大些；2、對(duì)低速汽油機(jī)而言，燃料損失小，可取大些；3、采用頂置氣門，熱損失也較小，可取大些；4、直噴式燃燒室，傳熱損失小，燃燒性能好，也較大；汽油機(jī)：=0.85～0.95。該機(jī)型取=0.9。（八）、機(jī)械效率一般四沖程車用汽油機(jī)=0.80～0.90，由于XD474機(jī)的潤(rùn)滑條件較好，磨損較小，齒輪齒條傳動(dòng)效率高，故可取=0.85。（九）、示功圖豐滿系數(shù)是把實(shí)際循環(huán)中的時(shí)間損失和部分換氣損失在理論循環(huán)中給予考慮。此值越小，表示時(shí)間損失和換氣損失越大。的數(shù)值與轉(zhuǎn)速、排氣提前角、供油提前角、點(diǎn)火提前角等因素有關(guān)。2～0.97之間。該機(jī)型取=0.95。（十）、最高燃燒壓力汽油機(jī)[2]取值在80～120bar，由于是高速汽油機(jī)，應(yīng)取較大值。取=110bar。燃燒熱化學(xué)計(jì)算表3—1？？？？、燃料自然溫度／K元素成分（重量%）化學(xué)計(jì)量空燃比低熱值／kJ·kg辛烷值（RON）CH0汽油493～533044171～4396180～971、理論所需的空氣量(kmol/kg)（3—1）2、新鮮空氣量（kmol/kg）（3—2）3、燃燒產(chǎn)物總量=0.529（kmol/kg）（3—3）4、理論分子變更系數(shù)（3—4）5、實(shí)際分子變更系數(shù)（3—5）四、換氣過程參數(shù)的計(jì)算1、取進(jìn)氣終點(diǎn)壓力。2、進(jìn)氣溫升，則進(jìn)氣終點(diǎn)溫度為：350.5（k）（3—6）3、充氣效率（3—7）五、壓縮過程的計(jì)算1、選取平均多變壓縮指數(shù)2、壓縮過程中任意點(diǎn)的壓力：(bar）（3—8）式中，—為點(diǎn)的氣缸容積；3、壓縮終點(diǎn)壓力和溫度（bar）（3—9）（K）（3—10）（℃）（3—11）其中，—為壓縮比；—為進(jìn)氣終點(diǎn)壓力；—為進(jìn)氣終點(diǎn)溫度。六、燃燒過程的計(jì)算根據(jù)=9.5，采用93#汽油，燃料平均元素成分和分子量：C=0.855；H=0.145；m=115kg/kmol；根據(jù)門捷列夫公式計(jì)算燃料低熱值：（9H+W）=43929.5（kJ/kg）由于過量空氣系數(shù)α=0.95，因不完全燃燒而損失的熱量為：（kJ/kg）（3—12）1、壓縮終點(diǎn)的空氣平均等容比熱由（K），根據(jù)資料查得7.2(kcal/kgmol·℃),所以：=-1.986=21.83(kJ/kgmol·℃)（3—13）2、壓縮終點(diǎn)的殘余廢氣平均等容比熱由α（K），根據(jù)資料查得=8.1(kcal/kgmol·℃),所以(kJ/kgmol·℃)（3—14）3、壓縮終點(diǎn)的混合氣平均等容比熱(kJ/kgmol·℃)（3—15）4、燃燒終點(diǎn)的溫度由公式：（3—16）即：(kJ/kgmol)用試湊法求得[19]：℃因此，(K)5、壓力升高比（3—17）6、最高燃燒壓力（bar）（3—18）七、膨脹過程的計(jì)算選取平均多變膨脹系數(shù)：；1、初期膨脹比（3—19）2、后期膨脹比（3—20）3、膨脹過程中任意點(diǎn)的壓力：（3—21）式中，—為任意點(diǎn)的氣缸容積；4、膨脹終點(diǎn)的壓力和溫度；（bar）（3—22）(K)（3—23）（）八、平均指示壓力的計(jì)算（3—24）（bar）（bar）（3—25）九、指示熱效率（3—26）十、指示比油耗(g/kw·h)（3—27）十一、有效熱效率和比油耗（3—28）(g/kw·h)（3—29）十二、平均有效壓力和有效功率的校核（bar）（3—30）(L)（3—31）(kw)（3—32）5%（3—33）與給出的有效功率Pe=62KW誤差不超過5%，熱力計(jì)算的參數(shù)的選取基本達(dá)到要求.與估算值也基本相符。第二節(jié)動(dòng)力計(jì)算往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的特征之一是運(yùn)動(dòng)的不均勻性。雖然作為內(nèi)燃機(jī)功率輸出主軸的曲軸，其轉(zhuǎn)動(dòng)也基本均勻的，但活塞連桿組運(yùn)動(dòng)極不均勻，伴隨著很大的加、減速度，產(chǎn)生超重上千倍的慣性負(fù)荷，對(duì)受力件的強(qiáng)度和耐久性影響很大，并導(dǎo)致振動(dòng)和噪聲。隨著內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速越來越高，動(dòng)力學(xué)的計(jì)算顯得尤為重要。一、連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算在常用的中心曲柄連桿機(jī)構(gòu)中，活塞A做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，曲柄作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而連桿作平面運(yùn)動(dòng)。在現(xiàn)代高速內(nèi)燃機(jī)中，在穩(wěn)定工況下，可以認(rèn)為曲柄作勻速運(yùn)動(dòng)，其角速度為：，式中，n是曲軸轉(zhuǎn)速（r/min）。圖3-1活塞—中心曲柄機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖1、活塞位移（3—34）由，得：（3—35）2、活塞速度（3—36）式中：ω—曲軸旋轉(zhuǎn)角速度；rad/s則：=m/s3、活塞加速度=394384（（3—27）二、曲柄轉(zhuǎn)角α與氣缸工作容積、的關(guān)系1、2、在曲柄轉(zhuǎn)角α為時(shí)，氣缸工作容積（3—28）==三、壓力與曲柄轉(zhuǎn)角α的關(guān)系1、吸氣過程（α＝0°～180°）大氣壓力=1bar，而吸氣過程中氣缸內(nèi)為真空狀態(tài)，熱力計(jì)算中已確定進(jìn)氣時(shí)氣缸壓力為=0.9bar。則真空度為：（3—29）2、壓縮過程（α＝180°～360°）壓縮過程的氣體壓力為：其中氣缸容積：L（3—30)則：（3—31）式中：－氣缸在任意點(diǎn)的工作容積；由此計(jì)算出值后，代入上式求各α角的對(duì)應(yīng)值3、膨脹過程（α＝360°～540°）膨脹過程氣體為：則：（3—32）式中：－x點(diǎn)的氣缸容積，求法同4、排氣過程[20]（α＝540°～720°）一般發(fā)動(dòng)機(jī)的），作為功的損失來看并不大，又因?yàn)閄D474汽油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)泵損失影響較少，因此取：bar（3—33）bar（3—34）四、氣體壓力的修正1、吸氣過程的壓力修正由于吸氣過程之初，氣缸內(nèi)的壓力受排氣終了壓力的影響，不可能一下就降到進(jìn)氣壓力0.9bar，氣缸內(nèi)的壓力變化需要一個(gè)過程，所以吸氣過程之初的幾個(gè)氣體壓力需要修正。2、膨脹過程氣體壓力的修正由于排氣提前，部分工質(zhì)在活塞運(yùn)行到下止點(diǎn)前就排出氣缸外，使缸內(nèi)氣體壓力要小于計(jì)算值，所以這幾組數(shù)據(jù)也要修正。3、排氣過程氣體壓力的修正雖然排氣提前，氣體壓力比理論值要小，但還是比排氣終點(diǎn)壓力大。因此，實(shí)際工作的氣體壓力降到也需要一個(gè)過程，這個(gè)過程中的數(shù)值也應(yīng)加以修正。五、曲柄－活塞機(jī)構(gòu)的受力分析曲柄連桿機(jī)構(gòu)中的作用力分為：氣體作用力、慣性力（往復(fù)慣性力和旋轉(zhuǎn)慣性力）、合成力F。1、氣體作用力（3—35）式中：（MPa）為缸內(nèi)絕對(duì)氣壓力；（MPa）為大氣壓力；A（）為活塞定投影面積。2、慣性力往復(fù)慣性力：（3—36）旋轉(zhuǎn)慣性力：（3—37）式中：為活塞組質(zhì)量和連桿集中在小頭的當(dāng)量質(zhì)量之和；為曲軸組質(zhì)量；連桿集中在大頭的當(dāng)量質(zhì)量。3、氣體壓力與往復(fù)慣性力的合力F：F=+（3—38）4、曲柄連桿機(jī)構(gòu)作用力的分析合成力F沿氣缸軸線作用于活塞，活塞受力F分解為兩個(gè)力，即側(cè)壓力和連桿的壓力：（3—39）（3—40）式中，—為連桿提前角；由三角關(guān)系可知：（3—41）連桿對(duì)曲軸銷的作用力可分解為兩個(gè)分：切向力：（3—42）徑向力：（3—43）3．作單缸轉(zhuǎn)矩M（3—44）第四章XD474凸輪軸專題設(shè)計(jì)凸輪軸是配氣機(jī)構(gòu)中的主要驅(qū)動(dòng)零件，必須正確設(shè)計(jì)，為此擬定如下設(shè)計(jì)要求：1、正確配置各缸的進(jìn)、排氣凸輪的位置，保證內(nèi)燃機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)；并且能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)功率、扭矩、轉(zhuǎn)速、燃油消耗率、怠素和啟動(dòng)等各方面的要求。2、使發(fā)動(dòng)機(jī)具有良好的的充氣性能，因而時(shí)間面值應(yīng)盡可能大些。3、加速度不宜過大，并且連續(xù)變化。4、具有適當(dāng)?shù)臍忾T落座速度以免氣門和氣門座的過大磨損和損壞。5、應(yīng)使配氣機(jī)構(gòu)在所有工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都能平穩(wěn)工作，不產(chǎn)生脫離現(xiàn)象和過大的振動(dòng)。6、工作時(shí)噪聲較小。7、應(yīng)該使氣門彈簧產(chǎn)生共振的傾向達(dá)到最小程度。8、應(yīng)該使配氣機(jī)構(gòu)各傳動(dòng)零件受力和磨損較小，工作可靠使用期長(zhǎng)。上述這些要求往往相互矛盾，必須根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的具體要求，抓住主要矛盾，協(xié)調(diào)各種因素，妥善解決。第一節(jié)凸輪設(shè)計(jì)一、凸輪設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求凸輪設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是根據(jù)內(nèi)燃機(jī)性能要求設(shè)計(jì)凸輪外形的輪廓曲線。凸輪外形的輪廓曲線決定著配氣機(jī)構(gòu)的通過能力，即時(shí)間-截面值和慣性力的作用情況，對(duì)配氣機(jī)構(gòu)的工作能力和動(dòng)力性能有著決定性影響。因此，合理設(shè)計(jì)凸輪外形輪廓曲線是配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。從配氣機(jī)構(gòu)的基本工作任務(wù)出發(fā)，對(duì)凸輪設(shè)計(jì)有以下幾點(diǎn)要求：1、能獲得足夠大的時(shí)面值，以保證氣門通過能力，提高氣缸充量效率。2、保證合適的配氣正時(shí)，要顧及內(nèi)燃機(jī)功率、扭矩、轉(zhuǎn)速、經(jīng)濟(jì)性、低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)及啟動(dòng)等方面的要求。3、正、負(fù)加速度不宜過大，最好不產(chǎn)生加速度突變現(xiàn)象，以免配氣機(jī)構(gòu)各零件間作用力過大或產(chǎn)生沖擊，從而保證機(jī)構(gòu)工作可靠，使用壽命長(zhǎng)。4、氣門落座和開啟速度不能太大，避免氣門座合面及閥座過快磨損。5、工作中產(chǎn)生的噪聲小。6、具有良好的工藝性，便于制造。內(nèi)燃機(jī)配氣凸輪外形輪廓線設(shè)計(jì)，可歸納為兩種方法：1、根據(jù)對(duì)所設(shè)計(jì)內(nèi)燃機(jī)分析和也有的經(jīng)驗(yàn)，選定凸輪外形輪廓線。即確定凸輪幾何形狀和挺柱形式，然后計(jì)算出挺柱運(yùn)動(dòng)規(guī)律。從而校驗(yàn)所選定的凸輪幾何形狀是否滿足設(shè)計(jì)要求。用這種方法設(shè)計(jì)的凸輪稱為幾何凸輪，它由幾段圓弧組成。2、從內(nèi)燃機(jī)性能對(duì)氣門通過能力和配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)力性能的要求出發(fā)，先擬定挺柱的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而后求出凸輪外形輪廓曲線。用這種方法設(shè)計(jì)出的凸輪稱為函數(shù)凸輪。二、凸輪主要設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇[2]凸輪的主要參數(shù)有凸輪作用角2、挺柱最大升程、基圓半徑、氣門落座速度、凸輪最小曲率半徑等。（一）、凸輪作用角2凸輪作用角指工作段所占凸輪基圓圓周角，它由配氣正時(shí)要求決定的，可根據(jù)熱計(jì)算初選決定通常配氣正時(shí)是用曲軸轉(zhuǎn)角表示的，應(yīng)換算成凸輪作用角。由于四沖程內(nèi)燃機(jī)的凸輪軸轉(zhuǎn)數(shù)是曲軸轉(zhuǎn)速的一半，故：式中——進(jìn)(排)氣門提前開啟角(曲軸轉(zhuǎn)角)；——進(jìn)(排)氣門遲后關(guān)閉角(曲軸轉(zhuǎn)角)。取進(jìn)氣提前角=25，進(jìn)氣遲閉角=40。所以對(duì)進(jìn)氣凸輪有：取排氣提前角，排氣遲閉角。所以對(duì)排氣凸輪有：（二）、挺柱最大升程挺柱升程與氣門升程之間存在搖臂傳動(dòng)比ⅰ的比例關(guān)系。氣門最大升程與氣門直徑直接有關(guān)系。一般進(jìn)氣門的=0.26～0.28。排氣門的=0.3～0.35。一般氣門直徑（0.32～0.5）D，取0.4D=26.2mm。取進(jìn)氣門=0.27，則=7.07mm；取排氣門=0.33，則=8.646mm。i=1.2～1.8，取i=1.5，則進(jìn)氣門挺柱最大升程=mm，排氣門挺柱最大升程=mm。（三）、基圓半徑它是根據(jù)凸輪軸直徑?jīng)Q定的，而應(yīng)保證凸輪軸具有足夠的抗彎剛度和扭轉(zhuǎn)剛度。對(duì)于整體制造的凸輪軸，為了保證加工凸輪外形和大修時(shí)重磨凸輪的需要，應(yīng)使基圓半徑+（2～3）mm。一般=（0.25～0.35）D，取=0.3D=20mm，取=20mm，則：取×20+2=16mm。（四）、氣門落座速度氣門落座速度對(duì)氣門座合面及氣門座的閥面磨損及密封性能有很大影響。氣門落座瞬間的速度和氣門機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量大小決定了落座沖擊力的大小。不同氣門材料，容許的氣門最大落座速度值也不同，根據(jù)一般經(jīng)驗(yàn)應(yīng)在下列范圍：但氣門落座速度，往往由專門設(shè)計(jì)的凸輪緩沖段來保證。（五）、凸輪最小曲率半徑凸輪最小曲率半徑應(yīng)不小于3mm,以保證接觸應(yīng)力較低，減少磨損。三、凸輪緩沖段設(shè)計(jì)（一）、設(shè)計(jì)緩沖段的必要性1、由于氣門間隙的存在，使得氣門實(shí)際開啟時(shí)刻遲于挺柱動(dòng)作時(shí)刻。2、由于彈簧預(yù)緊力的存在，使得機(jī)構(gòu)在一開始要產(chǎn)生壓縮彈性變形，等到彈性變形里克服了氣門彈簧預(yù)緊力之后，氣門才開始運(yùn)動(dòng)。3、由于缸內(nèi)氣壓力的存在，尤其是排氣門，氣缸壓力的作用與氣門彈簧預(yù)緊力的作用形同，都是阻止氣門開啟，使氣門遲開。上述原因的綜合作用使得氣門的實(shí)際開啟時(shí)刻遲于理論開啟時(shí)刻，如果沒有緩沖段，氣門的初速度短時(shí)間內(nèi)由零變得很大，有很強(qiáng)的沖擊作用。同樣，當(dāng)氣門落座時(shí)末速度很大，會(huì)對(duì)氣門座產(chǎn)生強(qiáng)烈沖擊，氣門機(jī)構(gòu)的噪聲和磨損加劇。為了補(bǔ)償氣門間隙以及與緊力和氣缸壓力造成的彈性變形，要在實(shí)際工作段前后增設(shè)緩沖，保證氣門開啟和落座時(shí)處于很小的速度。（二）、如何將緩沖段與工作段連接如把緩沖段直接置于基本工作段的開始和最后階段，即改變基本工作段的開始和終了部分曲線，上述要求雖然能得到滿足，但將造成實(shí)際配氣定時(shí)收縮，氣門最大升程下降和氣門開啟時(shí)間-斷面減小，這是不利的。因此，一般均是把理論基圓半徑縮小一個(gè)值，形成實(shí)際基圓，然后用上述緩沖段把實(shí)際基圓同凸輪的基本工作段圓滑相連（如圖所示）。圖4—1凸輪形狀有了緩沖段后，挺柱便在凸輪外形上的B點(diǎn)開始升起，在B′點(diǎn)停止運(yùn)動(dòng)，氣門則隨著實(shí)際氣門熱間隙及機(jī)構(gòu)剛度的不同，而在凸輪轉(zhuǎn)到BA或A′B′之間的某一點(diǎn)開始運(yùn)動(dòng)或落座，且最遲必須在A點(diǎn)啟動(dòng)，最早在A′點(diǎn)落座。所以，A、A′點(diǎn)被稱為凸輪外形的控制點(diǎn)，即凸輪外形工作段與緩沖段的分界點(diǎn)。這樣的凸輪外形既保證了原設(shè)計(jì)提出的氣門最大升程、氣門運(yùn)動(dòng)規(guī)律和最佳配氣定時(shí)，還能由于挺柱在BA和A′B′這兩段范圍內(nèi)的運(yùn)動(dòng)速度總是保持很小，而使氣門在生啟或落座的速度得到控制，防止了強(qiáng)烈沖擊。（三）、緩沖段參數(shù)及曲線選擇1、緩沖段基本參數(shù)的選擇和確定緩沖段高度一般應(yīng)該這樣來考慮，在從動(dòng)件上升段，當(dāng)從動(dòng)件升起并消除了氣門間隙后，由于機(jī)構(gòu)的彈性，氣門還不能立即升起，挺柱進(jìn)一步升高，使驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)受壓產(chǎn)生靜變形，當(dāng)該靜變形對(duì)應(yīng)的彈性恢復(fù)力足以抵消氣門彈簧預(yù)緊力后（排氣門還應(yīng)考慮氣缸內(nèi)氣體壓力），氣門才開始升起，所以緩沖度高度應(yīng)為以下兩項(xiàng)之和：一是用于消除間隙，其值等于換算到凸輪一邊的最大氣門間隙；二是為把驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)變形到氣門剛要移動(dòng)是所必需的凸輪升程。凸輪在下降段與上升段的緩沖段高度通常是相等的，一般取=，還有少數(shù)內(nèi)燃機(jī)則還考慮到由于氣門桿與氣門導(dǎo)管的間隙引起氣門側(cè)向擺動(dòng)，會(huì)使氣門提前落座，為補(bǔ)償這個(gè)提前落座量△，凸輪緩沖段還應(yīng)相應(yīng)增加一個(gè)高度△，一般△在0.05～0.1mm之內(nèi)。挺柱在緩沖段上運(yùn)動(dòng)的最大速度大于允許的范圍，則氣門發(fā)生沖擊，產(chǎn)生噪音，氣門與氣門座很快損壞。但速度太低則不利于輾碎氣門座上的雜質(zhì)，并且使時(shí)間-斷面減小，不利于充氣，另外還將使緩沖段在近終點(diǎn)處升程變化緩慢，這樣當(dāng)氣門間隙或氣門機(jī)構(gòu)剛度略有差異時(shí)，氣門開閉時(shí)刻就將有較大變化。根據(jù)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速及對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性的要求不同，可取挺柱在緩沖段的最大速度=，轉(zhuǎn)速高的發(fā)動(dòng)機(jī)取下限。緩沖段所占的凸輪轉(zhuǎn)角一般在（5°～40°）之間，它應(yīng)與緩沖段高度及緩沖段的函數(shù)表達(dá)式配合起來考慮，使緩沖段速度在所要求的范圍內(nèi)。由以上?。壕彌_段高度：=。緩沖段速度：=0.015mm/(°)。緩沖段包角：=20°。2、緩沖段曲線的選擇緩沖段曲線種類很多，目前用得較多有兩種型式：等加速﹣等速型和余弦型。這兩種緩沖段曲線相比較，等加速﹣等速型應(yīng)用較多，幾乎所有高速發(fā)動(dòng)機(jī)的凸輪都采用這種緩沖段，主要因?yàn)槠涞人俣伪ＷC氣門機(jī)構(gòu)間隙變化時(shí)，氣門仍以不變的速度升起或落座，而且由于這種段在等速段的升程變化率較大，使實(shí)際氣門間隙的變動(dòng)時(shí)氣門定時(shí)影響不大。至于等加速段則可保證從動(dòng)件由實(shí)際基圓過渡到緩沖段工作時(shí)，速度由零逐漸增大，無突變，工作平穩(wěn)，且凸輪在實(shí)際基圓與緩沖度相接處圓滑無尖點(diǎn)。所以XD474緩沖段曲線選擇等加速﹣等速型。等加速段（0）（5-1）當(dāng)時(shí)，。等速段（）（5-2）當(dāng)時(shí)，。一般為4～6°，相應(yīng)使在0.02～0.035mm范圍內(nèi)。取°，由已知條件和式邊界條件得：（5-3）（5-4）由上得。所以緩沖段曲線為：等加速段（0）（5-5）等速段（）（5-6）四、工作段凸輪設(shè)計(jì)（一）、工作段凸輪選擇目前工作段采用的凸輪主要有兩大類型，即圓弧凸輪和函數(shù)凸輪。其中圓弧凸輪輪廓線的曲率半徑不是連續(xù)變化的，因而引起挺柱運(yùn)動(dòng)的加速度不連續(xù)變化，使配氣機(jī)構(gòu)慣性力有突變。這就相當(dāng)于在配氣機(jī)構(gòu)上施加沖擊載荷，在高速內(nèi)燃機(jī)中就會(huì)引起配氣機(jī)構(gòu)振動(dòng)，造成氣門不跟隨、反跳，打亂配氣正時(shí)，產(chǎn)生噪聲，并導(dǎo)致零件磨損。因此，目前這種凸輪只用在轉(zhuǎn)速不高和配氣機(jī)構(gòu)傳動(dòng)鏈短，剛度大的內(nèi)燃機(jī)上。隨著內(nèi)燃機(jī)向高速發(fā)展，為了避免上述嚴(yán)重缺點(diǎn)，研制了函數(shù)凸輪。函數(shù)凸輪的主要共同特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)規(guī)律的連續(xù)性，即它的加速度曲線是連續(xù)的，因此不會(huì)引起慣性力突變。函數(shù)凸輪的輪廓曲線有多種，大體上可分兩類：一類稱“組合式”，它的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是一個(gè)分段函數(shù)，由幾段函數(shù)曲線疊加組成。常見的有復(fù)合正弦拋物線凸輪、復(fù)合擺線凸輪等。這類凸輪優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)比較靈活，缺點(diǎn)是在各段形線連接點(diǎn)處不易保持三階導(dǎo)數(shù)的連續(xù)性，對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性有些影響；另一類稱為“整體式”，它的整個(gè)基本段運(yùn)動(dòng)曲線是一個(gè)統(tǒng)一的充分光滑的函數(shù)，連接點(diǎn)處三階導(dǎo)數(shù)的連續(xù)，對(duì)改善高速下的振動(dòng)有利。常見的有整體式函數(shù)凸輪有高次方多項(xiàng)式凸輪和N次諧波凸輪等。目前常用的函數(shù)凸輪是高次方多項(xiàng)式凸輪。因此，XD474汽油機(jī)工作段凸輪選擇對(duì)稱的高次方五項(xiàng)式凸輪。（二）、對(duì)稱的五項(xiàng)式高次方凸輪設(shè)計(jì)1、基本方程式的確定五項(xiàng)式高次方凸輪挺柱升程可表達(dá)為如下的多項(xiàng)式：當(dāng)時(shí)當(dāng)時(shí)為計(jì)算簡(jiǎn)化，令代入上式轉(zhuǎn)換為：（5-7）邊界條件為：當(dāng)時(shí)，挺柱處于最大升程。當(dāng)時(shí)，氣門關(guān)閉，升程為零。當(dāng)時(shí)，氣門落座。而，所以得：由，得：故式中，——緩沖段終點(diǎn)的挺柱速度（mm/(°)）——工作半包角（°）——從緩沖段終點(diǎn)開始計(jì)算的凸輪轉(zhuǎn)角（°）當(dāng)時(shí)，要求氣門開啟和關(guān)閉時(shí)加速度為零，即。當(dāng)時(shí)，要求氣門在開啟和關(guān)閉時(shí)無沖擊，即。公式（5-7）必須滿足以上五個(gè)邊界條件。將代入公式（5-7）得：將代入公式（5-7）得：即將代入的一階導(dǎo)數(shù)求得：將代入的二階導(dǎo)數(shù)求得：將代入的三階導(dǎo)數(shù)求得：以上方程中p、q、r、s為冪指數(shù)，可以根據(jù)需要選擇合適的數(shù)值，與為設(shè)計(jì)時(shí)給定的。因此，在四個(gè)方程式中只有四個(gè)未知數(shù)、、、，可以由行列式求解。求得后可得：(5-8)式中，（mm）——緩沖段終點(diǎn)的挺住速度（mm/(°)）——工作半包角（°）由上式可見，在設(shè)計(jì)多項(xiàng)式高次方凸輪時(shí)，只要、、p、q、r、s和搖臂比i選定后，便可求出待定系數(shù)、、、、，一旦各待定系數(shù)求得后，即可進(jìn)行挺柱升程、速度和加速度的計(jì)算。下面討論一下冪指數(shù)應(yīng)該如何選?。簝缰笖?shù)的選取對(duì)挺柱升程曲線的豐滿程度，對(duì)加速度曲線形狀等均有直接影響。一般指數(shù)取得越大，則升程曲線越豐滿，且最大負(fù)加速度越小，使凸輪外形最小曲率半徑增大，這對(duì)減小該處接觸應(yīng)力有利，因而降低磨損是有利的，但其負(fù)加速度初段形狀不好，會(huì)提高對(duì)彈簧的要求，而且還使最大正加速度增大，正加速度寬度減小，因而配氣機(jī)構(gòu)振動(dòng)加劇。冪指數(shù)選取需滿足以下要求：1、氣凸輪型線是對(duì)稱的，且在最大升程位置時(shí)，即時(shí)，，所以冪指數(shù) p、q、r、s應(yīng)該是偶數(shù)，而且總是 p<q<r<s。2、為了使挺柱在處有一負(fù)加速度，p應(yīng)等于2。3、在挺柱最大升程位，即處，加速度變化率應(yīng)為一常數(shù)，即，顯然應(yīng)滿足q、r、s中最低的一個(gè)冪指數(shù)，即q>4。通常可按下式選?。簈=2nr=2n+ms=2n+2m其中，n=3,4,5,6…m=2,4,6,8 通過參考C++編程所得的結(jié)果，取n=5、m=6得：q=10，r=16，s=22將上面取得的冪指數(shù)（q=10、r=16、s=22）和凸輪相關(guān)參數(shù)（mm/(°)、、°）代入式（5-8）得：-4.716*22*16*10+0.92*(22*16+22*10+16*10-22-16-10+1)/(22-2)*(-4.716*22*16*2+0.92*(22*16+22*2+16*2-22-16-2+1)/(22-10)*(16--4.716*22*10*2+0.92*(22*10+22*2+10*2-22-2-10+1)/(22-16)*(10--4.716*16*2*10+0.92*(16*2+16*10+2*10-16-2-10+1)/(10-22)*(16-因此，凸輪挺柱升程、速度、加速度的表達(dá)式式如下：1、升段挺柱升程、速度、加速度的表達(dá)式（）（mm）（5-9）-19.12(mm/rad)（5-10）(mm/rad)（5-11）2