畢業設計PAGE14摘要柴油內燃機在實際的生產中具有非常廣泛的應用。具有動力強勁、耗能低、成本低等特點。在船舶、礦產等大型機械設施上發揮了極大的作用。柴油內燃機的燃燒過程是燃油和控制的混合作用。其配氣機構和氣缸蓋主要用來對燃燒過程中的氣體進行分配和提供，所以他們的結構是否合理直接影響內燃機的工作效率、動力性能、經濟性等。配氣機構在內燃機中占有非常重要的作用，是主要的組成部分。隨著經濟的不斷發展，人們對其工作要求越來越高，對其穩定性可靠性有著更加完美的需求。在配氣機構中，配氣凸輪是最主要的核心部分，它的結構設計關系到配氣系統的工作性能。內燃柴油機缸蓋是用于內燃機的冷卻、布氣。在工作中缸蓋承受著比較復雜的力，所以其要具有足夠的剛度和強度。能夠在高溫高壓下穩定的工作。同時內燃機的緊固以及密封都登對內燃機的工作具有一定的影響。關鍵詞：內燃機；配氣機構；缸蓋ABSTRACTDieselenginehasaverywiderangeofapplicationsintheactualproduction.Withstrongdrivingforce,lowenergyconsumption,lowcostcharacteristics.Intheship,mineralandotherlargemachineryandequipmenthasplayedagreatrole.Thecombustionprocessofdieselenginesisamixtureoffuelandcontrol.Thegasdistributionmechanismandthecylinderheadaremainlyusedfordistributingandprovidingthegasinthecombustionprocess,sothestructureofthegasdistributionmechanismdirectlyinfluencestheworkingefficiency,thepowerperformanceandtheeconomicalefficiencyoftheinternalcombustionengine.Theairdistributionmechanismplaysaveryimportantroleintheinternalcombustionengine.Itisthemaincomponentofthegasdistribution.Withthecontinuousdevelopmentofeconomy,peoplehavemoreandmoredemandsfortheirwork,andthereliabilityofitsstabilityismoreperfect.Inthedistributionmechanism,thecamisthemostimportantcorepart,itsstructuredesignisrelatedtotheworkingperformanceofthegasdistributionsystem.Theinternalcombustionengineisusedforcooling,gasdistributionofinternalcombustionengine.Intheworkoftheheadundercomplexstress,soitmusthaveenoughstiffnessandstrength.Abletoworkunderhightemperatureandhighpressure.Atthesametime,theinternalcombustionengine'sfasteningandsealingareallaffectedbytheinternalcombustionengine.Keywords:Internalcombustionengine;Valvetrain;cylinderhead

目錄TOC\o"1-3"\h\u16136摘要 I22554ABSTRACT II11206第一章緒論 1275961.1概述 1295811.2研究的目的及意義 1230371.2中外發展歷史 228158第二章氣缸蓋及配氣機構的總體布置 3232292.1氣缸蓋的材料及工藝 3241112.2氣門的布置形式 3273872.3凸輪軸的布置形式 3252472.4凸輪軸的傳動方式 4141522.5每缸氣門數及其排列方式 414132.6氣門間隙 431064第三章配氣機構的零部件設計計算 5308933.1氣門組 5181613.1.1氣門 585263.1.2氣門座圈 712563.1.3氣門導管 7316103.1.4彈簧設計計算 718753.2氣門傳動組 13230583.2.1凸輪軸 13287083.2.2凸輪型線設計 13285243.2.3緩沖段設計 14101853.2.4凸輪軸進排氣凸輪角度設計 15112703.2.5基本段設計 15264933.2.6曲軸正時鏈輪與凸輪軸正時鏈輪 17112643.2.7挺柱 1719311第四章氣缸蓋的結構設計 17289774.1結構工藝設計 17212334.2氣門的設計布置 17222874.3氣道的布置 18100574.3.1排氣道 18222214.3.2進氣道 1814994.4氣缸螺栓的布置 1995524.5冷卻水道的布置 19206734.6氣缸蓋墊的設計 20168804.7氣缸蓋的基本尺寸 208463結論 221055致謝 2320567參考文獻 24畢業設計第一章緒論1.1概述配氣機構是柴油內燃機最重要的部分，它在內燃機工作中實現空氣的更換，根據內燃機各個氣缸的工作順序，按照一定的次序進行開關進排氣門，從而實現了燃燒氣缸內空氣的吸入和燃燒廢氣的排放。在內燃機的性能評價中，主要的指標比如噪音、動力等性能一般都和配氣機構有著緊密的聯系。同時配氣機構的結構還影響到整個內燃機的結構以及加工制造以及運行穩定性等。配氣機構在工作中一般是根據氣缸內工作循環的要求，定時的進行開關進排氣門，使得新鮮的空氣能夠及時的進入氣缸內，燃燒后的廢氣得以及時排除。在工作中和壓力以及溫度等都有一定的關系。配氣結構要求能夠有利于進氣和排氣。一般來說，配氣機構設計的合力能夠形成良好的進排氣循環，具有最小的泵氣損失，同時還具有充足的動力性能。在工作的時候運動比較平穩，噪音小，不會產生較大的磨損。在結構形式上，配氣機構具有較多的形式，柴油內燃機一般采用的是氣門式配氣機構，它能夠根據不同的角度進行分類。在布置形式上一般有頂置和側置兩種方式。其中頂置的又可以根據凸輪的形式分為下置、中置和上置式。側置氣門顧名思義進排氣都設置在氣缸的側面，它同時作為氣體通道和燃燒室。這種結構形式的結構較大，燃燒面積大，所以熱損失也較多。目前應用范圍較窄。氣缸蓋是內燃機中形成燃燒室的重要組成部分，他承受著工作中燃燒的力，所以對其密封性和剛度、強度要求較高。同時由于工作中所產生的溫度高，所以缸蓋在結構設計中，冷卻性能至關重要。在氣缸蓋的冷卻形式中，主要有水冷和風冷兩種形式。在實際的結構設計中，水冷對氣缸蓋的密封性能要求更高。就冷卻效果來看，由于目前鋁材質的氣缸蓋的出現，對性能的比較已經無法突出其優缺點。1.2研究的目的及意義隨著我國經濟的不斷發展，人們對物質的要求不斷提高，對機械動力的輔助工作要求越來越高。在日常工作中對汽車、摩托等交通工具的需求越來越多。在工業生產中，對內燃機所產生的動力越來越依賴。對工業產品的質量、穩定性等要求也逐漸提高。同時由于科技的不斷發展，機械逐漸想著精密、質輕和自動智能的方向發展。但隨之而來的就是結構越來越復雜，對其可靠性的要求也越來越高。同時由于目前對環保的要求較高，對其工作中所產生的噪音以及尾氣的排放等要求也較高。發動機動力不見，是車輪行走的驅動動力，所以他的性能決定這整個車輪的穩定性和可靠性。但是在工程機械中，柴油內燃機應用更為廣泛的應用，因為其具有動力強勁，輸出功率范圍廣的特點。配氣機構是內燃機的最重要部分，負責內燃機燃燒過程中的進排氣工作，并且工作環境是在高溫、高壓下進行的。所以其工作的穩定性和可靠性直接影響到內燃機的經濟性能和工作性能，能夠直接對工作中的噪音和震動產生決定性因素。所以配氣機構的設計是否合適，對內燃機的影響非常大。氣缸蓋在內燃機的結構中和活塞等共同組成了燃燒室，所以他的結構設計需要綜合考慮各方面的受力，特別是對冷卻性能以及密封性能的要求。合理的設計氣缸蓋能夠有效的改變燃燒室的面積，提高內燃機的工作效率，提高內燃機的工作性能。1.2中外發展歷史配氣機構是內燃發動機中重要的組成部分，在配氣機構的發展中，最早的是簡單的凸輪機構，然后形成了通過傳動鏈作為一個整體的運動進行計算，直到把整個配氣死機構作為一個整體，從運動學以及動力學等昂面綜合研究。從上個實際二十年代開始對其進行不斷的深入研究和試驗。而我國由于當時工業基礎較為薄弱，所以起步較晚，發展較慢。直到七十年代才開始對凸輪機構進行動力學方面的研究分析，并且重點在現形設計和動力學方面研究。近些年來隨著科技的發展以及電子技術的應用，為配氣機構的發展和研究創出了一條更為精細、科學的途徑。在研究的科學性以及機械動力方面提供了更加有效的途徑。出現了一些換門用來設計凸輪的設計軟件。氣缸蓋在內燃機的設計中伴隨著重要的作用。在結構設計中，它受到了空氣動力的限制以及冶金的局限性。并且在設計內燃機的冷卻系統中也經歷了風冷和水冷的不斷交替發展。目前隨著新材料以及加工工藝的不斷改進變化，水冷和風冷各有自己的特點。第二章氣缸蓋及配氣機構的總體布置2.1氣缸蓋的材料及工藝氣缸蓋的結構較為復雜，受力比較多，要求強度大、傳導熱量迅速等，所以要求氣缸蓋要有足夠的強度以滿足各種功能的設計要求。氣缸蓋的工作環境比較復雜，溫度變化頻繁且經常處于高溫，所以要求其材料具有較小的膨脹系數和較高的疲勞強度，加工工藝性能好。氣缸蓋選用鋁合金材質的時候，具有較強的導熱性，它的熔點較低，鑄造加工性能好，并且在足夠的強度下不影響其延展性。相對于普通常用的鑄鐵來說。鋁合金的造價相對較高，強度也一般，但是隨著合金技術的不斷應用，鋁合金的氣缸蓋應用越來越廣泛，在本次畢業設計中，氣缸蓋的材質就選擇高硅鋁合金材料。氣缸蓋的加工工藝采用金屬硬膜鑄造加工方式，先通過澆鑄進行基本成型，然后通過凈化處理后，利用鉸刀等加工方法對其配合的面進行加工，最后對其關鍵的需要配合的面利用專用的磨床進行加工。2.2氣門的布置形式在氣門的結構布置中，一般有頂置式和側置兩種方式，本次設計的內燃機是4115結構形式，所采用的是頂置式的配氣機構。它的進、排氣門都是在頂部懸掛在氣缸上的。在內燃機進行工作的時候，通過定時的驅動凸輪進行驅動，根據凸輪運動的線型，當凸輪把挺住頂起來的時候，通過推桿以及螺釘的作用使得搖臂做旋轉運動。壓縮氣門的彈簧，使得氣門力作。當凸起的部分轉過去的時候，氣門辯在彈簧的作用下落座，從而實現了氣門的關閉。對于4115內燃機，屬于四沖程發動機。在工作中每完成一個工作循環，曲軸個就會做兩周的旋轉運動，每個氣缸的進氣好排氣都會開啟一次。2.3凸輪軸的布置形式凸輪軸是在曲軸箱內的，采用的是下置式配氣機構，這種結構的主要特點就是凸輪軸和曲軸之間的距離特別近，能夠通過隨便的齒輪傳動進行傳遞。但卻也存在零件較多，傳動剛度不足等缺點。綜合考慮4115內燃機的特點，選擇下置式配氣機構。2.4凸輪軸的傳動方式凸輪軸下置、中置的配氣機構大多采用圓柱形定時齒輪傳動。一般曲軸與凸輪軸之間的傳動只需一對定時齒輪，必要時加裝中間齒輪。為了嚙合平穩，減小噪聲，定時齒輪多采用斜齒輪。在中小功率發動機上，曲軸定時齒輪用鋼來制造，而凸輪定時齒輪則用鑄鐵或夾布膠木制造，以減小噪聲。在此，選用齒輪傳動。2.5每缸氣門數及其排列方式在內燃機械的進氣和排氣中，一般都是采用缸量排氣，也就是一個進氣門一個出氣門的結構。在各種結構尺寸運行的情況下，應當盡可能的增加氣門的直徑，以滿足燃燒室對空氣的需求量，但是在實際的設計中，由于燃燒室以及整體尺寸的現在，氣門的最大尺寸一般不能大于氣缸的一般直徑。氣缸尺寸過大的時候，活塞運動的速度就會比較高。所以不能實現完美的送氣，確保燃燒質量。采用兩個氣門結構的時候，為了確保結構的簡便化，大部分的氣門構造都是沿著機體呈現縱軸排列的方式，這種結構設計能夠促使相鄰的氣缸采用同一個進氣通道，能夠有效的提高氣缸蓋的冷卻。所以針對4115內燃機采用的是量氣門沿軸向排列的方式。2.6氣門間隙在內燃機工作的過程中，由于內部的燃燒，使得氣門的溫度會升高。而由于熱脹冷縮的原因，在氣門承受很高的溫度的時候，它與傳動件之間會產生一定的間隙。在熱狀態下，由于受熱必然會出現關閉不嚴密的情況，出現漏氣，使得內燃機的功率下降。所以氣門的間隙是飛鏟更重要的。它的尺寸一般是根據內燃機生產廠家通過大量的試驗進行確定的。在冷卻的時候，一般進氣門的間隙為0.23mm到0.3mm之間，排氣門的則在0.3mm到0.35mm之間。如果間隙過小，則會出現漏氣等現象，過大則在工作中會出現碰撞，產生噪音。所以針對本次所研究的4115內燃機，進氣門的間隙取值為0.25mm，排氣門的間隙選擇為0.3mm。第三章配氣機構的零部件設計計算3.1氣門組氣門組是一個綜合的零件組，它有許多零部件組成，主要由氣門、氣門導管、氣門座以及氣門彈簧等。在工作中，氣門組要確保氣門個做之間密封完好，在高溫、缺少潤滑以及冷卻的時候仍然具有足夠的強度，并能夠耐磨。所以氣門組必須具有以下特點：氣門和氣門座支架要有足夠的密封。安裝后，氣門能夠沿著軸向順利的做往復運動；氣門彈簧的兩個斷面必須和中心線相垂直，以確保安裝之后不偏斜。氣門彈簧必須具有足夠的彈性力和剛度，以保證氣門能夠迅速的關閉并利用彈簧的壓力密封。3.1.1氣門氣門是由兩部分組成的，分別是頭部和干部，在工作的過程中，頭部在燃燒室內，所以溫度非常高。就要求氣門具有足夠的強度和耐熱性能。一般進氣的材料選擇40cr排氣的材料則選擇4cr9si2。在結構形式長，氣門的頂端采用的是平頂，這樣整體結構就比較簡單，加工制造業比較容易。同時質量較小能夠使用在進氣門和排氣門上。氣門的密封錐面一般是做成45°的，它的頭部應確保具有一定的厚度，以確保在工作中由于相互之間的碰撞等產生腐蝕，在實際的應用中，為了減小氣體進入的阻力，提高燃燒中新鮮控制的含量，其門頭的邊緣厚度取值為1mm。氣門在工作中主要用來供氣和排氣。一般內燃機的每個缸體都只有一個進、排氣門。因為這種結構是最簡單的，成本低、維護方便。目前為了提高內燃機的效率，也有多個氣門的結構設計。本次設計的4115內燃機采用的就是最普通的每缸一個進氣門和一個排氣門的結構。氣門的結構簡圖見下圖所示：圖3-1氣門截面簡圖氣門在結構設計中，需要綜合考慮到剛度、強度、重量、加工工藝、受熱膨脹系數等多種參數，因為他們關系到氣門的使用壽命，內燃機的工作效率。在結構設計中，進氣門的頭部設計為平頂構造，氣門座的錐面較低為45°。進氣門的最大直徑為38mm，排氣門的最大直徑則為34mm。進排氣的厚度則為3.5mm，誤差允許在0.1mm范圍內。在氣門桿的直徑方面，進排氣的直徑都為8mm，但是為了確保工作時候能夠順利滑動，以及留有一定的膨脹系數，所以都是去的下限誤差。在長度方面都是長98mm，也是采用的負誤差。在材料方面，根據進、排氣的工作環境和要求不同，所以也是選擇不同的材料。進氣門的溫度一般都比較低，排氣門一般都比較高。由于在工作中對零部件的受力以及熱膨脹等要求較高，所以在選擇材料為40Cr的基礎上還需要進行鍍鉻處理。以滿足耐磨性的要求。在加工工藝上，排氣門采用的是焊接性能較為好的材料。頭部采用4Cr9Si2，桿體采用4Cr10Si4Mo。通過焊接完成。3.1.2氣門座圈針對柴油機的氣門座，一般都是采用鑲嵌式的，只是有的并不完全鑲嵌進去，只鑲嵌氣門座一部分，因為在燃燒室內，由于燃氣的燃燒并不能完全充分的進行，所以會出現一些廢氣、顆粒以及殘存的機油燈，導致排氣門座磨損較為嚴重，而進氣門的是在工作中由于近氣的壓力較大，導致進氣門會產生變形，從而更加加劇了進氣門座的磨損。在實際的工作中，氣門座和氣缸蓋之間的溫度是由一定差別的，二者之間材料的不同膨脹系數也是不同的，所以其配合的公差尺寸要求較為嚴格，根據經驗公式和大量的試驗得出，氣門座的配合尺寸過盈量達到0.002到0.0035即可，過大或者過小都會增加摩擦力，針對不同的缸蓋的材料，鋁質材料應該去外限，同時在工作的時候，為了確保過盈量，還必須保證氣門座具有一定的斷面積，在尺寸設計的時候，一般取壁厚為左權的0.1到0.15倍，高度達到外徑的0.16到0.22倍，在尺寸設計的同時，需要主語防止氣門座可能會由于松弛產生一定的變形，所以為了彌補這個缺陷，有時候會采用材料進行改進措施，利用鋁質的氣缸蓋或者一些材料的變形量來提高其可靠性，能夠去較小的間隙量，在本次畢業設計中選取氣門座圈的高度為6mm，其厚度為4.5mm。3.1.3氣門導管氣門導管的主要作用就是對氣門的上下與京東做一個引導的作用，同時還能夠利用自身的材料將氣門桿所承受的熱能傳遞出去。在實際的結構設計中為了維護安裝的方便，一般都是加工成單品。通過壓鑄的工藝鑲入缸蓋中。導管的材質一般選擇鑄鐵，這是因為鑄鐵中所含有的石墨成分具有較好的耐磨性能和潤滑性能。同時為了防止潤滑油從氣門導管中流出，或者潤滑油通過導管進入氣缸內，一般對于頂置式的氣門，都會安裝有一個油封，油封采用薄金屬結構或者橡膠結構。導管和座套的配合過盈量一般是取氣門桿直徑的0.003到0.005范圍內，同時進氣門的間隙取值為0.003到0.007氣門桿直徑，排氣門桿取值則在0.005到0.01范圍內。在本次畢業設計中，導管的壁厚取值為3mm。3.1.4彈簧設計計算首先計算在安裝時的彈簧預緊力F1，在氣門關閉的時候，彈簧要有足夠的預緊力確保氣門和氣門座之間的密封狀態是符合要求的，根據相關的設計計算參考，一般預緊力需要在進氣口上產生150kpa以上的壓強才能確保密封的良好性。從而可以計算如下：公式中的di表示進氣口的直徑，前面已經設定了值為46mm。帶入計算得：。對所計算的值取圓整。取為250N。基于彈簧長時間工作以及安全的考慮，在實際的設計中一般取理論值的二到五倍，計算如下：=500~750N通過圓整取值750N。然后計算氣門彈簧的基本尺寸。外彈簧直徑計算：，取=30.5mm；內彈簧直徑計算，取=20.5mm；則彈簧絲的直徑計算公式如下：簧絲直徑；上述公司中的，表示彈簧絲所選材料的最大許用應力，根據《材料力學》查詢得其職為350到600N/mm2，表示氣門彈簧在全部都打開的時候所需要的彈性力，它需要客服坦克過程中由于加速度所產生的最大力，以防止彈開的過程中相互之間出現脫落的情況，破壞了其他的工作機構，彈簧的結構形式采用雙彈簧構造，一般外彈簧的尺寸稍大，取3到5mm，內彈簧的尺寸稍小，取2到3.5mm。根據本次設計的內燃機性，取外彈簧的直徑為4.5mm，內彈簧的直徑為3mm。外彈簧的有效圈數為5，總圈數為7，內彈簧的有效圈數為7.5，總圈數9.5。在載荷分配上，內外彈簧一般是分配的范圍在1:2到1:1.25之間，在本次設計的時候取值為1:2，所以內彈簧的預緊力為166.7N，最大的彈力大奧了233.3N，外彈簧的預緊力為233.3N，最大彈力為466.7N。一直氣門最大的升高距離為17mm。外彈簧的安裝高度為56.9mm，最大彈力高度為39.9mm，內彈簧的安裝高度為53.9mm，最大彈力高度為36.9mm。計算所選擇彈簧的剛度CT。剛度的計算公式如下：公式中的G表示彈簧鎖選材料的切變模量，值為80000Mpa，表示彈簧的有效圈數，代表所計算彈簧的中景，則為彈簧簧絲的直徑，將上述數值分別帶入計算如下：外彈簧：內彈簧：計算彈簧的并圈高度和變形量，計算公式如下：帶入參數，分別計算內燃彈簧，計算如下：外彈簧：內彈簧：計算彈簧在不受壓力的狀態下的t、螺旋角和展開長度，單位分別為mm、度、mm。計算公式如下：節距t：螺旋角：展開長度：分別帶入數值，計算內外彈簧的相關參數，計算如下：外彈簧：mm°mm內彈簧：mm°mm校核氣門彈簧的強度，首先進行靜強度的計算。彈簧在安裝的時候承受最大的受力，并且處于一種并圈的狀態，這個時候彈簧絲的受力截面的應力計算公式如下：上述公司中的表示彈簧鎖承受的最大載荷，Ks是彈簧的曲度系數，是一種反應彈簧受力時各個截面上應力分布不均勻的系數，計算公式如下：。公式總的c表示彈簧的旋繞比，計算如下：=28/3.5=8。則分布計算其中參數;內彈簧：c=18/2.5=7.2當內外彈簧并圈的時候，其所承受的切應力應小于材料的許用切應力，即滿足條件<一般取彈簧所選鋼絲材料抗拉強度的百分之50左右，抗拉強度為1570Mpa，則許用切應力為863Mpa，通過上面的計算，內外兩個彈簧都能夠滿足使用要求。然后對氣門彈簧進行疲勞強度校核，這是因為彈簧在工作中承受著交變應力，彈簧絲截面上所承受的力也在交變循環著變化。計算公式如下：疲勞強度的安全系數計算公式如下：外彈簧：內彈簧：安全系數應不小于。所以，上述內，外彈簧滿足要求。氣門彈簧是氣門結構中最重要的一個零部件，它是一種圓柱形彈簧，材料選用的是50CrVA，在工作中它是用來確保氣門和氣門座密封的零部件，在加工工藝上氣門彈簧一般是利用鋼板沖壓而成的。氣門彈簧總的參數如下表3-1所示：表3-1彈簧參數參數外彈簧內彈簧彈簧中徑2418簧絲直徑3.52.5總圈數7.59.5有效圈數57彈簧剛度G10.344.67自由長度88.771.8安裝高度56.953.9最大彈力高度44.941.9并圈高度21.87523.1255預緊力233.3116.7最大彈力466.7233.3節距t14.6510.18螺旋角9.4610.21展開長度1091.4885.4安全系數1.37491.37513.2氣門傳動組氣門傳動組主要是用來使氣門開啟和關閉的。它主要組成部分就是凸輪軸和搖臂、挺住等，下面將分別介紹這些關鍵的零部件，并對其尺寸進行選擇或計算。3.2.1凸輪軸凸輪軸顧名思義是一根偏心凸輪性質的軸，它是用來控制氣門開啟和閉合的主要零部件。在材料上一般選擇鍛鋼或者鑄鐵，在加工工藝上，需要經過特殊的熱處理，以提高工作的耐磨性和硬度。在工作中它是通過齒輪進行驅動，利用軸承進行承載受力。凸輪軸上一般設計有止推板，它的作用是防止凸輪軸由于受力而出現軸向移動，在本次設計的凸輪軸采用的是整體式的結構，函數凸輪線性。在尺寸方面，凸輪的機緣直徑為38mm，凸輪的升呈是12mm，軸頸直徑為52.4875mm，軸上設計有一個中空的油道，直徑為22mm。為了確保配氣工作能夠穩定持續的進行，凸輪軸和曲軸相互之間的關系需要不干涉。3.2.2凸輪型線設計凸輪的線型設計主要指的是其輪廓，在設計的過程中，通過表書法給出凸輪機緣的半徑以及挺柱升呈的曲線。配氣凸輪在工作中分為兩部分，一部分是緩沖段，一部分是基本段，則其相對應的挺柱的生產函數也是由兩部分組成。理論上，氣門應該在凸輪挺柱上升到終點的時候開始，在基本段終點進行關閉，但是在實際的工作中，由于設計、加工制造以及工作變形等原因，總會存在一些誤差。配氣凸輪設計的原則就是具有準確的配氣相位，配氣機構具有良好的充氣性能以及進氣充分，排氣徹底的情況。衡量這一標準一般是看氣門瞬時的通路面積的大小，假設當凸輪軸轉角為0度時P氣門升程為Y，則Y=Y(a)，此時氣門的通路面積為：氣門開啟的時間斷面為：為了便于對工作段包角和最大升程不同的各種凸輪比較其對充氣性能的影響；常常用豐滿系數：。一般認為豐滿系數較大對充氣性能有利，但也非絕對如此。設將凸輪與搖臂看成不同材料的兩個金屬柱體，兩者間作線接觸，則其接觸應為凸輪在誰的時候應當避免最小曲率半徑過小，這樣會導致其接觸應力變大，并導致凸輪過早的磨損。一般P1的值都需要大于2mm。影響凸輪曲率半徑的最根本的是機緣的半徑。所以在內燃機總體布局的時候就需要給凸輪軸預留出足夠的地方，使得凸輪能具有較大的基元半徑。3.2.3緩沖段設計緩沖段在凸輪中是有兩端的，并且是相同的，在搖臂的上升和下降各有一段。一般為了方便都是設計成相同的一段。進氣凸輪的緩沖段高度設計為0.205mm，作用角度為20°，起勁凸輪采用的線型是對稱性的凸輪線性。其中進氣工作曲線升程為12mm。進氣凸輪型線采用復合擺線型帶平段。型線方程為：上升緩沖段：上升工作段：3.2.4凸輪軸進排氣凸輪角度設計各個缸進排氣凸輪之間的夾角均為120°，都具有一定的點火順序，排氣延遲角度，排氣提前角。吸氣延遲角，吸氣提前角。同一缸進排氣凸輪夾角：。進排氣凸輪工作段半包角：排氣凸輪與挺柱軸線的夾角為：3.2.5基本段設計在本次畢業設計，氣門驅動機構由于壓縮而產生的靜變形暫時不考慮，并且假設凸輪上升和下降的緩沖高度都相等。進氣門的間隙為0.25mm，排氣門的間隙為0.3mm，氣門搖臂比為1.2，通過上面的參數可以計算出緩沖段的基本參數為進氣凸輪為0.21mm，排氣凸輪為0.25mm。如若加上提前落座量，則凸輪可取0.30mm，排氣凸輪可取0.35mm。在設計的過程中，需要對各個參數進行不斷的調整、驗算，最終才能夠得出滿足使用要求的配氣機構，以及凸輪的線型等基本尺寸，本次設計的進排氣凸輪的基本參數合升程曲線如下表3-2、3-3所示：表3-2凸輪參數參數進氣凸輪排氣凸輪凸輪軸頸（mm）52.48552.485基圓半徑（mm）1515上升（下降）過度包角（度）27．527．5上升（下降）緩沖段終點速度（mm/deg）0.01180.0137上升（下降）緩沖段半包角（度）6060上升緩沖段起點升程（mm）0.210.25緩沖段型線類型復合擺線帶平段基本工作段型線類型高次多項次型線表3-3進氣凸輪左側升程曲線表升程H(mm)升程H(mm)升程H(mm)012307．619601．518511．784356．112651．4771011．141405．688700．7061510．061454．315750．235208．919503．017800．117257．262552．626850．021表3-4排氣凸輪左側升程曲線表升程H(mm)升程H(mm)升程H(mm)012307．586601．425511．798356．379651．4791011．189405．590700．6831510．174454．947750．229209．717503．579800．108258．763552．529850．0203.2.6曲軸正時鏈輪與凸輪軸正時鏈輪兩種正時鏈輪的目的是為了曲軸和曲輪軸在工作的時候，按照一定速度驅動排氣門打開進行工作，兩個鏈輪的周節是不一樣的，凸輪軸和曲軸的正時鏈輪周節分別為9.24mm和8.95mm。鏈輪的齒數分別為40和20。3.2.7挺柱挺柱的作用是利用凸輪轉動工作中的推力帶動推桿，在工作的時候還需要承受凸輪軸旋轉時所產生的側向力，挺柱在其頂部安裝有螺釘以方便調節氣門的間隙。在材料方面挺柱主要是采用鎳鉻合金鑄鐵或冷激合金鑄鐵制造，其摩擦表面應經熱處理后研磨。氣缸蓋的結構設計對于內燃機的氣缸蓋來說，其結構形式有整體結構、分體式、以及單體式三種結構。整體式結構是內燃機中應用較多的一種形式，因其所需要裝配的零部件較少，整體構造相對緊湊，加工成本低。本次畢業設計所研究的4115直噴式內燃機氣缸蓋采用的就是四缸一體式的結構形式。4.1結構工藝設計氣缸蓋的整體結構的工藝性能直接影響著其生產效率和經濟的性能，決定這機器能夠持續穩定的運轉，以及設備工作的效率、成本等。在氣缸蓋的整體結構中，零件結構需要標準化，互換性高，這樣就能夠減小設計的工作時間，縮短整體的生產周期。在結構工藝上，盡量選擇成熟的通用產品，比如噴油器等零部件，這樣就能夠減少加工時對卡具以及加工工藝的特殊要求。整個氣缸蓋的加工設計，需要考慮精準的定位平面和加筋面，由于氣缸蓋的結構特別復雜，所以需要確保零部件方便加工，盡可能的減少加工的次數，減小加工的表面。氣缸蓋整體的工藝要求能夠滿足缸蓋在裝配的時候，相互之間的位置能夠準確定位，滿足使用以及裝配的精度要求。氣缸蓋本身以及相關的裝配能夠方便的安裝和調試。4.2氣門的設計布置氣門的數量是目前氣缸蓋設計中最重要的環節，目前采用較多的就是兩氣門和四氣門的結構形式，二者各有優缺點，其特點對比如下表4-1所示。表4-1不同氣門數的優缺點對比在本次的設計中，設計的是4115內燃機型，所以比較適宜采用量氣門的氣缸蓋結構。4.3氣道的布置柴油內燃機的氣道一般分布在氣缸蓋內，而且相鄰兩個氣缸的氣道一般是不相同的，都是單獨排布設置的。防止排氣道在工作中一直接觸高溫的氣體。一般在多缸內燃機中，都是把兩端的排氣放在外邊的遠端，進氣門則相對較近一些，這樣能夠縮短燃燒時新鮮空氣的進氣量。從而提高了空氣和燃料混合的程度，提高了燃燒率。針對本次設計的4115內燃機進氣道和排氣道采用了異側布置的方案。能夠有效避免進氣管道受到排氣管道熱量的干擾，從而提高了發動機的性能。4.3.1排氣道排氣道主要是用來排放燃燒室內已經燃燒完成的廢氣，它具有較高的溫度。在結構設計上，為了排氣的順暢，從排氣門座到氣道的喉口之間有一個引流段，氣道了引流的作用，一般這個喉口的尺寸為排氣門尺寸的95％左右，在本次設計取值為28mm。在排氣道的結構設計上，為了減少對氣缸蓋熱量的傳導作用，一般盡量縮短排氣道在氣缸蓋內部的結構尺寸，能夠減少對冷卻水的熱量傳導。4.3.2進氣道進氣道和排氣道一般是兩個正好相反的過程，要求進氣口具有盡可能大的面積，然后逐漸縮小到喉口，喉口處的面積一般為進口處面積的85％作用，并且進入喉口處后會有一段的引流。在本次設計取值為32mm。進氣管道主要是為了保證在燃燒過程中的新鮮空氣的供給量，所以要求進氣的阻力較小。根據不同的設計情況，有的還要求進氣經過一個渦流運動。進氣道的基本結構設計見下圖圖4-2進排氣結構圖4.4氣缸螺栓的布置氣缸蓋的螺栓和氣缸蓋的結構形式，氣道、冷卻水道、缸心距等有關系，它影響著整個柴油內燃機的結構緊湊型和密封性，從而影響發動機的使用壽命和可靠性。一般根據設計慣例，每個缸體的螺栓分布的螺栓數量為4~8個，在實際的設計中一般都是取6個，這樣能夠均勻分布。螺栓和缸體之間的距離不易太近，裝配時候的預緊力也不需要太大，以防止對缸蓋造成變形。在螺栓的空間布置的時候需要預留足夠的裝配空間和扳手活動的空間。本次設計的4115內燃機缸蓋螺栓孔中心分布半徑為70mm。4.5冷卻水道的布置內燃機冷卻系統的是對氣缸蓋至關重要的，它的良好運行能夠保證氣缸蓋不因熱應力而出現破裂、壽命縮短等。所以對氣缸蓋合理的設計冷卻水道是一個非常重要的工作。在冷卻水道的設計中，可以通過提高冷卻水的流速，利用流層簡報的原理增加熱量的傳導，同時降低兩側的溫差。高溫冷卻區是重點。在氣門座和噴油器中間的部位，在工作中要承受著高溫的考驗，同時還有來自氣門都處的熱量向此次匯集，所以容易形成局部的熱不均勻，嚴重會導致裂紋的出現。所以對這些重要的臂后區，要適當的加大水流量。以便更好的冷卻。從鑄造的角度出發，由于水道的存在，使得氣缸蓋的部分地方變薄，在加工的時候要求最小的圓角半徑不小于3mm。4.6氣缸蓋墊的設計為了確保燃燒室在工作燃燒的時候的密封性，需要選擇合適的氣缸點，同時利用螺栓的預緊力，確保整個氣缸的密封性能。合格的氣缸蓋需要滿足一下要求：具有較好的彈性、導熱性能、防腐性能、抗老化性能。能夠耐高溫、高壓，以及足夠的抗剪強度。缸墊要綜合考慮在禁錮螺栓緊固后，缸蓋和底面所承受的壓力差盡量靠近，以減少變形。拆卸方便，并可重復利用。造價成本較低。4.7氣缸蓋的基本尺寸氣缸蓋的基本尺寸是高度和厚度。其中高度影響到氣缸蓋的剛度、強度以及冷卻效果，對螺栓的預緊力以及工作中產生的應力都有關系。厚度則取決于氣道、水道等基本結構尺寸。頂置氣門內燃機，由于進排氣道都在上面，所以高度較大。在目前的發展趨勢中，多缸內燃機的氣缸蓋厚度仍然有加大的趨勢。因為高度的提升，能夠增加氣缸蓋內部的空間，流量運行阻力較小。氣缸蓋的底部厚度和氣缸的缸徑關系較為密切，所以他的尺寸也是直接影響著內燃機工作的可靠穩定性。本次所涉及的氣缸蓋的基本尺寸如下圖4-3所示。結論這學期進行的畢業設計，是大學期間最全面也是最后的一次設計。這次的畢業設計應用了我在大學期間學習的專業學科和英語、計算機等公共學科，是對我大學期間學習的一個全面檢測。在檢測中，我發現了自己沒有掌握到或沒有掌握好的知識，并且通過自己學習，初步了解了并能解決遇到的問題；我也在設計時，明白了自己的強項，增強了信心。這次設計是步入工作崗位前的最徹底的一次評估，為我以后工作奠定了基礎，因為很多事情都是第一次遇到。在設計初期，我收集了有關內燃機配氣機構設計的有關學術文章，仔細閱讀并且寫了文獻綜述。通過閱讀，我從理論上了解了內燃機