发动机结构概念设计.pptx

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SteyrWD615（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
CumminsB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～146mm
壁厚：1.2～3.5mm（离心浇注），1mm（冷拉低碳无缝钢管）
配合：
过渡配合（H6/r6），压入机体后珩磨。
滑配合（H6/g6）。
典型应用：
Hino（日野）的F20C（280、350kW/2200r/min）
2.3湿式气缸套设计规范
湿式缸套是我国广泛应用的传统结构形式，设计原则是综合考虑刚度与热应力的平衡。