3105柴油机设计(气缸盖).docx

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1、车辆与动力工程学院毕业设计说明书名目第一章 前言31.1 柴油机设计及技术的进展31.2 我国柴油机技术的进展3其次章 3100 柴油机的设计总论42.1 柴油机设计的总体要求42.1.1 内燃机的设计总体要求42.1.2 内燃机设计工作中的“三化”42.2 柴油机的主要设计指标52.2.1 动力性指标52.2.2 经济性指标52.2.3 牢靠性和耐久性指标62.2.4 重量和外形尺寸指标62.2.5 低公害指标62.3 3105 柴油机主要参数的选择72.3.1 柴油机的设计要求72.3.2 3105 柴油机主要技术参数72.3.3 根本尺寸确实定8第三章 3105 柴油机气缸盖的设计83.

2、1 概述及设计要求83.2 构造设计91车辆与动力工程学院毕业设计说明书3.2.1 气缸盖构造形式选择93.2.2 构造工艺性93.2.3 气门及气道的布置103.2.4 缸盖螺栓的布置113.2.5 冷却水道的布置113.3材料的选择.12第四章热力计算 .124.1热力计算的意义 .124.2热力计算的过程.13第五章结 论 .19参考文献20致 谢202车辆与动力工程学院毕业设计说明书第一章前言1.1柴油机设计及技术的进展现代柴油机不仅具有较高的热效率，良好的燃油经济性，较低的故障率，并且能满足日益严格的排放要求而得到越来越广泛的应用。同时要求柴油机动力性更强、更加安静。受到大环境的影响

3、，作为汽车动力的内燃机不断进展技术革，很多构造、材料、的加工方法得到应用，尤其是内燃机的设计理论和方法得到广泛推广，促进了内燃机技术的快速提高。这些主要表现在：一、构造、材料、技术、工艺的承受1、构造 如型燃烧室、多气门、可变配气相位VVT、可变进气管长度、可变增压器VGT、VNT、顶置凸轮机构DOHC 或 SOHC等。2、技术 如废气涡轮增压、柴油机高压喷射系统、混合动力等。3、工艺 如以铸造代替锻造、压力铸造、外表处理技术等。4、材料 如活塞环、进气管、齿轮、风扇高分子材料，活塞复合材料，缸套、轴瓦配方金属，油底壳三明治夹层、高分子涂层等，主要目的是减轻质量，减小阻力，减小磨损，隔振，降噪

4、降音。二、现代设计与分析方法由于计算机技术和计算方法的飞速进展，现代柴油机得设计方法有了根本性的转变，主要表现在：1、计算机关心设计制图（1） 计算机制图提高了绘图的速度和质量，便于保存和修改处理。（2） 工程分析计算 缩短了设计周期，降低了设计本钱，提高了准确性。2、仿真设计如三维实体造型设计、气体、液体流淌分析，冷却水温度场分析，配气相位性能优化，喷雾模拟，燃油喷射模拟，燃烧模拟，震惊模拟分析，噪声仿真等。3、优化设计构造外形优化以质量或应力最小或变形最小或阻力最小等为优化目标，多承受线性规划法、复合性法、函数法等。4、 工程数据库 用来积存和治理技术数据，摆脱对某个技术人员的依靠，提高设

5、计技术的继承性，便利技术询问、数据查询，进展设计流程治理。5、 牢靠性设计方法 它也成为概率设计，主要是利用应力强度干预模型，求出零件的失效概率和牢靠度。1.2我国柴油机技术的进展3车辆与动力工程学院毕业设计说明书随着世界汽车对汽车发动机动力性、经济性和排放提出了更高要求和计算机技术的快速进展，柴油机被公认为节能的代表和削减汽车尾气排放污染的有力工具，汽车柴油化也是汽车发动机进展的一大趋势。近几年，我国车用柴油机行业进展较快，随着科技的进步，特别是当共轨技术成功运用于柴油发动机上后，柴油发动机燃油经济性的优势立马表达出来，而冒黑烟之类的弊病也不再存在。越来越多的车辆都开头使用柴油动力。作为柴油

6、发动机的传统优势，低速大扭矩是汽油发动机无法比较的，而通过技术的运用，柴油车功率缺乏，提速慢的缺点也得以改善。近年来，我国政府相继出台了各种燃油法规，其目的之一就在于鼓舞我国柴油轿车的进展。随着国家“费改税”政策的推行和汽油价格可能存在的进一步上涨，消费者也将进一步承受柴油车。因此，柴油轿车将有一个很绚烂的进展前景。其次章 3100 柴油机的设计总论2.1柴油机设计的总体要求2.1.1 内燃机的总体设计要求内燃机的总体设计是整个产品开发工作的第一个阶段，依据工作次序可分 为：产品开发的战略决策；产品主要技术经济指标与设计构造参数的论证和选择； 方案计算和总体设计图的绘制等几个阶段。总体设计的水

7、平和决策的正确与否，对产品的水平和市场竞争力将产生打算性的影响，如有失误，在大多数的状况下，不易通过投产后的改进加以挽回。因此，总体设计者责任重大，要有高度的负责精神和使命感。产品决策阶段首先要进展市场调研，对开发机型的配套对象和各种用途的市场容量进展前景，类似机型的技术水平，生产本钱，生产规模作出定量的分析， 其次，就企业对所开发产品的投资力气，生产规模提出可行性分析报告。编制产品设计技术任务书，具体规定产品的各项技术经济指标和配套要求。产品总体设计时要选择和确定内燃机的主要参数，完成各主要工作系统如供油系统、燃烧系统、进排气系统的构思，绘制机体、气缸盖、活塞、连杆、曲轴的方案图和整机纵横剖

8、面图，不同缸数及典型配套机型的外形布置图，编制总体设计说明书。内燃机种类多样，使用条件各异，对总体设计也提出不同的要求。2.1.2 内燃机设计工作中的“三化”“三化”可以提高产品的质量，削减设计本钱，组织专业化生产，提高劳动生产率，便于使用、修理和配件供给。一、产品系列化 它是指根本尺寸一样，不同的排列、缸数、增压度，以满足不同需求。二、零部件通用化 它是指同一系列的主要零件能够通用，以削减开发本钱。三、零件设计标准化 它是指依据国家标准、行业标准或企业4车辆与动力工程学院毕业设计说明书标准设计，提高设计图样和资料的可读性和沟通性，便于技术沟通，同时也起到削减生产和选购本钱的作用。总之，柴油机

9、的设计与开发是一个相当简洁的过程。一个型号产品往往要经过几年的设计与开发周期才能得以完善。2.2 柴油机的主要设计指标2.2.1 动力性指标动力性指标包括有效功率Pe、转速n、最大扭矩 Memax 和最大转矩转速。1、有效功率 Pe=Pme*Vh*Z*n/30TPme 为平均有效压力Mpa；Vm 为活塞的平均速度m/s；Vh 为气缸的工作容积L；Z 为气缸数；n 为转速r/min；T 为冲程数。可见，有效功率受到上面各参数的影响。在设计转速和构造参数根本确定下来之后，影响有效功率的主要参数就是平均有效压力。2、转速n柴油机由于其混合气形成速度和燃烧速度比较慢的缘由，转速不会太高。转速在 100

10、0r/min 以上为高速，6001000r/min 为中速，600r/min 以下为低速。提高内燃机的转速可以使功率提高，因而使单位功率的体积减小、重量轻。但是转速提高会导致一系列的问题，比方惯性力增加，导致机械负荷增加，平衡、振动问题突出，噪声增加；工作频率增加，导致活塞、气缸盖、气缸套、排气门等零件的热负荷增加；摩擦损失增加，机械效率下降，燃油消耗率增加，磨损寿命变短；进排气系统阻力增加，充气效率下降等。表 1-1 各种用途的内燃机转速范围 【单位：r/min】内燃机设计袁兆成主编用途柴油汽油机机汽车1500500025006500工程机械与拖拉机1500280020233600内燃机车、

11、发电机组900150028003600摩托车、摩托艇500010000中小型农用机械1200300030006000船舶高速1000202315002500船舶低速3008503、最大扭矩 Memax 和最大转矩转速实际上内燃机给出的转矩指标都是最大扭矩。最大扭矩对应的发动机转速就是最大转矩转速。2.2.2 经济性指标柴油机的经济性指标主要指燃油消耗率指标，即每千瓦小时的燃料的消耗重量。对于固定工况使用的柴油机是指标定功率时上网燃油消耗率。对变工况的柴油机，则一般是指外特性曲线上的最低油耗率。比方，某内燃机的最低油耗率， 则是指万有特性上的最低油耗率。固然，万有特性上低油耗区越宽广，则变工况5

12、车辆与动力工程学院毕业设计说明书使用的经济性就越好。1、 燃油消耗率 ge【g/kw*h】降低 ge 的措施主要有指示效率和机械效率。一般车用柴油机的燃油消耗率为 250380 g/kw*h。柴油机的经济性是内燃机设计师和使用者永久追求的目标。2、 机油消耗率 gm【g/kw*h】机油的价格远高于燃料油，期望使用中的消耗量尽量削减，而且要求在两个保养期之间不要添加机油，一般车用柴油机机油消耗率为 1.32.6g/kw*h。2.2.3 牢靠性和耐久性指标1、 牢靠性牢靠性是指在规定的运转条件下，规定的时间内，具有持续工作，不会由于故障而影响正常运转的力气。对于牢靠性的内燃机应在保证期内不发生停车

13、故障和需要更换主要或非主要零件的故障。2、 耐久性耐久性是指从开头使用起到大修期的时间。内燃机的大修期一般打算于缸套和曲轴磨损到达极限尺寸的时间小时数，此时内燃机不能连续正常工作，使用中的对外表现通常为：内燃机启动困难甚至无法启动、排气冒蓝烟、机油消耗量明显加大、动力性明显下降、内燃机工作噪声变大等。2.2.4 重量和外形尺寸指标质量、外形尺寸是评价设计的紧凑性和金属利用程度的指标。不同用途的内燃机对质量和外形尺寸指标的要求不尽一样。比方汽车发动机要求质量和外形尺寸都要小，而工程机械和拖拉机则可稍大一些。不管怎么样，设计紧凑、质量轻总是内燃机设计者追求的目标。衡量内燃机质量的指标是比质量kg/

14、kw：m/Pe。柴油机得比质量范围为：表 1-3 内燃机得比质量范围内燃机设计袁兆成主编用 途汽 车 用小 型 农 用 工 程 机 械 用机 车船 用柴 油 机 的 比 质 量kg/kw46单缸 1626 多缸 5.516 473.47.513.519衡量柴油机外形尺寸紧凑性的指标是体积功率千瓦每立方米：Pv=Pe/V。2.2.5 低公害指标1、 噪声内燃机的噪声主要来自燃烧噪声、气体流淌噪声和机械噪声三个方面。内燃机的噪声大小用声压级 LpdB来表示，一般还要对测量数据进展各种计权处理，仿照人耳的听力，一般承受 A 计权。在噪声数据上所见到的噪声单位多为dBA 或者 dB(A)。6车辆与动力

15、工程学院毕业设计说明书燃烧噪声主要取决于缸内气压的压力上升率。一切有利于缩短滞燃期和削减该期间燃油注入量的措施，都有利于降低燃烧噪声，比方增压、分段喷射、推迟喷油提前和削减点火提前角等。降低压缩比也是很常见的效的措施，一般与增压同时承受，否则会降低柴油机的动力性。气体流淌噪声主要通过进排气消声器来把握。机械噪声主要是通过合理设计风扇构造参数和合理把握风扇转速来到达把握目的。2、 有害气体的排放汽车的排放，就是内燃机的排放，说到对于环境和空气的污染，实际上是内燃机的排放污染。目前全世界对汽车的污染问题都格外重视。在设计柴油机时，尤其是车用柴油机时，确定要依据本地实行的法规制定适宜的设计方案。2.

16、3 3105 柴油机主要参数的选择2.3.1 柴油机的设计要求内燃机首先要求好用，能满足各种性能的要求，同时也要求使用便利操纵性好、起动性好，好修和好造。对冷起动而言，要快速牢靠。对于船用、固定式及机车柴油机一般要求在-5 以上环境温度下能够顺当起动。对于汽车、拖拉机、中小型移动电站及农用柴油机则要求在-5甚至更低的气温条件下，不附加任何关心装置能够顺当起动。对于汽车、拖拉机、工程机械和农用内燃机，全部的要求可概括为：（1） 高的动力性能功率、转矩、使用转速范围，均适用于工作机械的需要。（2） 高的燃料经济性汽车发动机还必需留意局部负荷和不稳定工况下的经济性，还要求燃油经济区尽可能宽，这在混合

17、动力中尤为重要。（3） 高的工作牢靠性和足够的使用寿命（4） 对于汽车内燃机，还要求尽量低的振动和噪声2.3.2 3105 柴油机主要技术参数一、 平均有效压力 Pme平均有效压力 Pme 是标志内燃机整个工作过程的有效性和内燃机制造完善性的指标之一。平均有效压力 Pme 与燃料的种类、燃烧和换气的质量、进气温度和压力以及机械效率等有关。平均有效压力 Pme 与充气效率，指示热效率和过量空气系数之比有关、机械效率成正比，固然也与是否增压直接有关。二、 活塞的平均速度 VmVm 是表征发动机强化程度的主要参数。Vm=2*s*n/60=s*n/30式中，s 为活塞的行程mm；n 为发动机得转速r/

18、min。在构造参数不变的状况下，Vm 提高，实际上就是发动机转速提高，可以使内燃机功率增加，但是 Vm 会带来很多的副作用，例如，摩擦损失增加、机械效率下降、热负荷增加，惯性力增加、震惊加剧、寿命降低，进排气流速增加、充气效率下降等。7车辆与动力工程学院毕业设计说明书一般状况下，对柴油机 Vm13m/s。三、 气缸直径 D 和气缸数 Z车用柴油机的气缸直径 D 在 80160mm 之间，机车和船用柴油机的气缸直径依据需要可以做的很大，但是速度随着气缸的直径的增加要降低，否则会产生很大的惯性力。气缸数 Z 与气缸直径 D、转速n 有着亲热的联系，在同样功率要求下，气缸数越多，气缸直径就可以缩小，

19、转速就可以连续提高。气缸数增加，平均有效压力线性提高，发动机长度增加，平衡性改善，通过增加气缸数是比较好的提高内燃机功率的方法。四、 行程 S1调整整机排量Vh*Z=*D*D*S*Z/42调整耐久性减小行程 S，即降低 S/D，可以减小侧乡力和3减小磨损。调整转矩值MFt*r=Ft*S/2式中，Ft 为切向力。行程 S 增加，可以提高平均有效压力，但是在气缸直径不变的状况下，S 的增加即行程缸径比 S/D 增加，导致活塞普年均速度 Vm 增加，有磨损加速、寿命降低等问题。一般 S 的变化主要用于：Vm，2.3.3 根本尺寸确实定气缸盖的根本尺寸一般参考阅历数据来确定最终用试验的方法确定。（1）

20、 高度气缸盖的高度影响刚度、强度、和冷却效果以及气垫的密封性，螺栓的应力和气缸盖的安装应力。H =0.91.2D，视燃烧室形式、气道布置、水套布置而定。对于 3105 柴油机：D=105mm，H=0.91.2D=94.5126mm 取 H=95mm。（2） 底面厚度气缸盖的底面厚度与缸径和柴油机强化程度亲热相关，它影响着柴油机工作的牢靠性。一般底面厚度为 10mm15mm，以保证气缸盖有足够的抗弯刚度和强度。对于 3105 柴油机：取底面厚度为 10mm。第三章 3105 柴油机气缸盖的设计3.1概述及设计要求气缸盖的作用是密封气体，并与活塞共同形成燃烧空间；气缸盖构造简洁， 通常布置了进，排

21、气道和为了润滑装在汽缸盖上配气机构零件的机油孔道等。在水冷式发动机中，气缸盖上设有冷却水道，而在风冷式内燃机中，气缸盖设有散热片。同时，在气缸盖上还装有喷油器，或电火花塞，进排气管和气门及其传动件等。它承受着螺栓预紧力和燃烧室，内燃烧压力的作用，同时气缸盖燃烧室与排气门四周，受到高温作用，而水腔又受到猛烈冷却，进气道流过冷空气，各个部位温度很不均匀，简洁产生热应力，反复作用往往形成热疲乏裂纹。这些裂纹8车辆与动力工程学院毕业设计说明书通常消灭在气门座和火花塞之间，特别是鼻梁区，再加上铸造剩余应力也大，因此气缸盖工作状况的好坏，对汽油机工作性能和牢靠性有着重大影响。同时，气缸盖受热时候引起的变形

22、假设过大，会影响与气缸的接合面和气门座接合面的密封，加速气门座的磨损，产生气门杆“咬死”，甚至造成漏气，漏水和漏油等现象，使内燃机无法工作。气缸盖的设计对整个柴油机的设计有着至关重要的作用，它关系到整个机器的高度和长度；同时也关系到局部零件的设计，比方，气门导杆，气缸盖罩、挺杆的设计。对配气机构、喷油器及螺栓等零部件的布置，要考虑调整与修理的便利。另外，气缸盖的外形尽可能简洁、对称，在拐角处圆角过度要平滑，各处相连壁厚不宜相差过大。实际上，气缸盖的内部构造外形和构造格外简洁，设计时要优先考虑内部气道、燃烧室、喷油器或火花塞、气门等功能部件的布置，然后在保证壁厚均匀、受力均匀、刚度足够的条件下考

23、虑内部冷却水套的布置。气缸盖的设计要求：1） 气缸盖应依据混合气形成和燃烧方式布置出合理的燃烧室、气门和性能良好的气道，力求使发动机性能良好。2） 气缸盖各局部温度应尽可能均匀分布，工作温度应不超过其材料的临界温度，在整个工作温度范围内均有足够的强度。3） 气缸盖散热片外表积的大小应与散出的热量相适应。4） 发动机工作时，气缸盖不发生变形。5） 气缸盖应有良好的工艺性。3.2 构造设计3.2.1 气缸盖构造形式选择水冷式内燃机的气缸盖有整体式、分块式和单体式三种。但气缸直径 D105mm 时，一般多用整体式气缸盖，由于它的零件少，构造紧凑，制造本钱低。假设选用单体式气缸盖在构造上就比较困难，由

24、于各局部壁厚与泥芯截面尺寸受到造型和浇注条件的限制而不能按缸径比例缩小，这样就不能在保证有适当的壁厚和型芯尺寸的条件下得到既有足够的气道面积又有先进的气缸中心距。当D140mm 时，一般都用单体式一缸一盖气缸盖。这样可以使铸造废品率降低，尤其供给同一系列而缸数不同的内燃机通用，便于组织系列化的批量生产，降低制造本钱，且修理便利。当 125mmD140mm 时， 承受单体式、整体式和分块式每两缸或三缸一盖或兼而有之。3.2.2 构造工艺性在产品设计时，除了满足产品的使用性能要求之外，还要满足它的构造工艺性，否则将影响零件的生产率和经济性，甚至无法生产。我们要保证产品在满足使用要求的前提下，能以高

25、的生产率，最少的劳动量及材料消耗，以最低的本钱制造出来。零件构造要素标准化，是指螺纹等应符合国家标准和行业标准的规定。零件构造标准化了，不仅简化了设计工作，也削减了工艺装备的规格，还由于不需9车辆与动力工程学院毕业设计说明书要特地的工艺装备而缩短了零件的生产预备周期，降低了制造本钱。尽量承受标准件和通用件，比方缸盖上的喷油器。这样可以削减产品中零件的种类，扩大了零件制造批量等。尽量承受同样的标准件，削减刀具和量具的种类，简化工艺过程，降低缸盖的制造本钱零件的构造要有牢靠的定位面和加紧外表，要易于保证零件的加工。尽量保证缸盖的安装次数和加工次数，尽量削减缸盖的加工外表，要保证刀具能够正常工作，不

26、能由于构造工艺而损坏刀具。构造工艺性应满足缸盖在装配的过程中零件间的相互位置关系。缸盖的尺寸应满足总的装配精度要求；应使零件机械加工时便于安装、调整和测量等。3.2.3 气门及气道的布置一 气门的布置方案气门数目是气缸盖设计中的重要因素之一。虽然气缸盖有多种气门构造形式，但目前多承受 2、4 气门气缸盖的构造形式。对于D135mm 的小型或低增压型高速柴油机，宜选用 2 气门气缸盖的构造； 对于 D135mm 对于大中型高速、高增压柴油机一般选用 4 气门气缸盖形式。3105 柴油机承受 2 气门布置。由于 2 气门布置构造简洁，零件少，气道布置便利。工艺性好，本钱低。喷油器为斜装或侧装与偏离

27、气缸中心线的位置，使取得较大的直径使得多进气。二 气道的布置方案依据气门数目、直径、气门座外径和柴油机用途及其总体布置，恰当地选择气道方案，要尽量满足一下要求：1、气门传动机构简洁，气道外形和金属分布要合理。2、设计时，要分析进、排气道同侧或异侧的优缺点。3、气道流淌阻力要小，气道截面积不应有突变。4、不承受相邻 2 缸共用一进气道或排气道。排气道要短。3105 柴油机实行进、排气道布置为异侧的方案，由于这样可避开进气管受到排气管预热的影响，使进入缸内的气体的量增多，从而提高发动机的性能。10车辆与动力工程学院毕业设计说明书图 3-1 为 3105 柴油机气道布置方案这样布置的优点是构造布置均

28、匀，摇臂机构布置较好；喷油泵在进气管一侧，凸轮轴布置与排气管一侧，修理便利，喷油器为斜装，可增大气门直径。3.2.4 缸盖螺栓的布置气缸盖螺栓数量及布置方案，与气缸盖构造形式、气道、水孔、推杆孔位置及缸心距有关。它影响着柴油机设计的紧凑性和气缸垫的密封性，同时也与柴油机得性能、牢靠性和寿命有关。气缸盖螺栓数量和布置有多种方案。一般柴油机每缸螺栓数量为 48 个， 单体式气缸盖螺栓较多，整体式气缸盖螺栓较少。小型或强化程度不高的柴油机， 一般承受每缸 4 个螺栓，多数承受 56 个，强化程度较高时可取 78 个。螺栓间距最好均匀分布，但不宜过大，进可能取小些，同时螺栓应尽可能靠近气缸边。每缸的螺

29、栓总预紧力应大于最高爆发压力。布置螺栓时要留有足够的套筒扳手活动的余地，螺栓的构造应尽可能承受柔性螺栓，同时螺栓宜承受一种直径，必要时可承受两种直径。图 3-2 3105 柴油机缸盖螺栓的布置3.2.5 冷却水道的布置气缸盖的温度分布很不均匀，因此，对高热区应实行适当的方法，优先集中冷却。对于中小型高速柴油机气缸盖，多承受钻孔、导流板或铸管等对鼻梁区、喷油器或燃烧室进展喷水冷却。以钻孔方法进展冷却较好。应当合理选择冷却水孔的布置、水流淌方式和进出水孔尺寸。一般进水孔位置，宜靠近高热区。排气道处应有进水孔。对局部高热区如气门座、喷油器或燃烧室三角地带以喷水管或隔板引水冷却；对于整体式气缸盖水孔的

30、布置可以设置倒流挡板，已保证冷却水的分布和集中冷却，力求避开短路流出；设置挡板时，为避开形成蒸汽阻滞而产生局部过热现象，在挡板死角处一般应设有排蒸汽小孔；水孔布置时，要协作冷却系统型式和布置方案，气缸盖11车辆与动力工程学院毕业设计说明书到蒸发箱之间，水孔宜大，以便于冷却水的对流和蒸汽的排出。出水孔布置的原则;1一般直列式柴油机气缸盖出水孔在排气道一侧；2V 型柴油机气缸盖出水孔应布置在最高点上。冷却水流淌方式取决于气缸盖构造与柴油机负荷的大小。进出水孔的尺寸、数目和位置，要以阅历作为参考。进入气缸盖的冷却水应分布于其四周，燃烧室或喷油器、排气道下部的进水孔应大一些。一般进水孔为每缸 48 个

31、，多的超过 10 个。其顶面出水孔一般每缸 12 个。整体式气缸盖出水孔多在前后两端。出水孔与进水孔总截面积比，中小型柴油机一般为 0.81.2。3.3 材料的选择气缸盖的材料应具有良好的导热性和耐热性，在高温时能保持必要的强度。气缸盖材料的选择，通常要满足以下要求：1、 取材简洁，价格低廉，适合大浪生产，有良好的耐热强度、铸造性以及导热和耐磨性。热膨胀小，变形小，能承受交变热应力。2、 一般铸铁价格低廉，浇注性好，延长率小。片状石墨灰铸铁为气缸盖的抱负材料。缺点是导热性差，热强度稍差。目前各种类型柴油机广泛承受铸铁气缸盖。3、 目前高速、大功率、机车和增压柴油机气缸盖，多承受片状石墨灰铸铁，

32、并添加 Mo、Cr、Cu、Ni 等合金元素，以增加材料耐高温强度和耐磨性。4、铸钢的热强度较高，焊接性较好。缺点是浇注流淌性差，本钱高， 不宜用于外形简洁的中小型柴油机气缸盖，适用于大功率中速柴油机气缸盖。铸锻焊接气缸盖。本钱高，有时用于高负荷中速柴油机气缸盖。5、铝合金有良好的导热性和浇注性，重量比钢和铸铁气缸盖轻一半。其缺点为热强度低，变形大，本钱稍贵，多用于轻型高速柴油机气缸盖。综上所述，3105 柴油机气缸盖的材料承受灰铸铁。第四章 热力计算4.1 热力计算的意义气缸盖外形简洁，受力也简洁，产生弯曲应力、拉应力、压应力和热应力， 要进展准确的强度计算和分析较为困难，通常用简洁的估算和核

33、算。对气缸盖进展热力计算，然后推断这个结果是否满足以往的阅历数值，假设不满足可以进展修改，直到满足为止。这样即节约了大量的时间和资金，避开了劳动力的大量铺张，同时提高了生产效率。进展热力计算后，保证了发动机的足够的刚度和强度，使工作变形小、密12车辆与动力工程学院毕业设计说明书封性好，同时也使它的工艺性良好，温度场也比较均匀进而使热应力尽可能地减小，尽量地避开热裂现象，从而保证了发动机的工作性能。4.2 热力计算的过程1热力计算用参数参考： 转速： n 2600 r / min气缸直径： D 105 mm活塞行程： S 110 mm 工作容积：Vh0.952L余隙容积 Vc=Vh/ e -1=

34、0.056L压缩比： e 18大气压力：P00.1MPa 大气温度：T0300K燃料低热值：Hu43995 kJ/kg燃料重量成份：C0.86H=0.13 O=0.01过量空气系数：fa1.4进气终点压力： pa排气终点压力： py0.088MPa0.108MPa排气终点温度： T=800 Ky颖充量温升： DT 20最高燃烧压力： pz热量利用系数： x8MPa0.70z示功图饱满系数：j n0.94机械效率：hm0.80平均压缩多变指数： n11.38平均膨胀多变指数： n1.212剩余废气系数：fy0.023113车辆与动力工程学院毕业设计说明书2. 燃料热化学计算（1） 理论所需空气量

35、 L0L0 =1( C + H - O )0.21 12432=1( 0.86 +0.13 - 0.01) = 0.495 kgmol / kg燃料0.2112232（2） 颖空气量M=j1L = 1.4 0.495 = 0.693 kgmol / kg燃料a0（3） 理论上完全燃烧j= 1 时的燃烧产重量Ma0M= C + H0122+ 0.79 L0= 0.5 2 7 8kgmol / kg燃料（4） 当j= 1.4 时的多余空气量为a(j- 1)L= (1.4 - 1) 0.495 = 0.198kgmol / kg燃料a0（5） 燃烧产物总量 M2M= M+ (j- 1)L= 0.72

36、58kgmol / kg燃料20a0（6） 理论分子变更系数m0Mm=20M1= 0.72580.693= 1.047（7） 实际分子变更系数mm = m0 + g1+ g3. 换气过程参数的计算= 1.047 + 0.0231 = 1.046 1+ 0.02311取 Pa0.88P0，则进气终点压力为Pa=0.088MPa 2 取 进 气 加 热 温 升 DT = 20 ， 则 进 气 终 点 温 度Ta为TT=0a+ DT + gTg1 + g= 300 + 20 + 0.0231 8001 + 0.0231= 330.84 K3充气效率jcePT1ajc = e - 1 P00 Ta1

37、+ g=18 0.088 3001= 0.8 2 5 8 318 - 10.1330.841 + 0.023114车辆与动力工程学院毕业设计说明书4. 压缩过程的计算（1） 选取平均多变压缩指数 n1=1.38；（2） 压缩过程中任意点 x 的压力 PcxP= Pcxa( VaVn= 0.088(a )1.38MPa)V11V式中 Vcxcxcxx 点的气缸容积，它等于V= pD 2cx4R(1 - cosj ) -xR (1 - cos 2j 4Lx) + VcV=Vh其中 jx为 x 点从上止点算起的曲线转角； ce - 1 。可以取数个 x 点，求出 Pcx1（3） 压缩终点压力 Pc

38、和温度 Tc和V，在绘制示功图时用以画出压缩线。cxP = Pca e n= 0.088181.38 = 4.75M P aT= Tca e n -1 = 330.84 181.38-1 = 992.52K1tc（4） 压力上升比l= 992.52 - 300 = 692.52=lPz Pc5. 燃烧过程的计算= 8 4.75= 1.68 1 压 缩 终 点 的 空 气 平 均 等 容 比 热 C， 在 tvc= 600 时 ,C= 1.114kJ /(kg K ) ;在t= 700 时,C= 1.135kJ /(kg K ) ;则在t= 692.52 pcpc时，利用插值法得C= 1.133

39、kJ /(kg K ) ，于是pC= Cup- Rg= 1.133 - 0.287 = 0.846KJ /(kg K )（2） 压缩终点的剩余废气平均等容比热C “，在j= 1.4 ，t= 692.52 时uac的C “= 1.182KJ /(kg K ) ，所以pC “= Cup“-Rg = 1.182 - 0.287 = 0.895KJ/(Kg K )15车辆与动力工程学院毕业设计说明书（3） 压缩终点的混合气平均等容比热C ”vuC ” = C+ gCu“ = 0.846 + 0.04 0.895 = 0.848KJ /(Kg K )u1 + g1 + 0.04（4） 燃烧终点的温度T，

40、依据式zx Hzu+ C ”t+ 8.314lt+ 2 2 7(l0 - m) = mC “t(1 + g )aLvccpz0将数值代入C “tpz= 9906.54kJ / kg先估量一tz值，查出Cp“ 。并算出C “tpz，视其数值与9906.54 是否相符，然后按其差值再选另一tz，如此逐步试算，直至求得一tz值和其相应的Cp“ 乘积等于 9906.54 为止。照此方法求得燃烧终点温度。zt =1988（5） 初期膨胀比rT= tzz+ 2 7 3= 2 2 6K1Tr = m z= 1.046 2261 =clT1.68 992.521.4186. 膨胀过程的计算（1） 后期膨胀比d

41、d = e =18= 12.694r1.418（2） 选取平均多变膨胀指数 n21.21（3） 膨胀过程任意点 x 的压力 PbxP= Pbxz( VzV1.547V)n2 = 8(Vc )1.25bxbx式中bxVx 点的气缸容积，求法与前述V同。cx在求得数个 x 点的 Pcx和V值后，即可画出示功图的膨胀线 。如图 1。bx16车辆与动力工程学院毕业设计说明书P- 图1412Mpa 10/8力P压 6 体 气 420-180 -160 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -2002040曲轴转角/6080 100 120 140 160 180图 4-1 P-图用 Execl 计算的结果如下：曲轴转角余隙容积工作容积缸内容积压缩压力膨胀压力X/Vc/LVs/LVcx/LPcx/MpaPbx/Mpa-1800.0560.9520231.0080090.678429-1700.0560.9427120.9987120.759764-1600.0560.915290.971290.853778-1500.0560.8711140.9271140.