内燃机设计1114机体摘要.ppt

内燃机构造与设计 14 发动机机体 14 发动机机体 机体的组成：包括气缸盖、气缸体和曲轴箱等形成发动机机身的所有零件。 机体的作用：发动机的曲柄连杆机构、配气机构、所有的附件和附件传动机构都装在机体中或固定在机体上，各运动件的润滑和受热机件的冷却都要通过机体来实现。机体把发动机的各种机构和系统组成为一个整体，保持了它们之间必要的相互关系。同时发动机整体也是通过机体固定在汽车车架上的。 机体的工作条件：在发动机运行中，机体要承受各种载荷。其中有机械载荷——气压力、惯性力载荷;热负荷——高温燃气、高温废气对机件形成的热负荷;机体零件的摩擦表面的磨损——气缸表面的磨损，轴承表面的磨损等。 14 发动机机体 各机体零件的结构设计包括两方面：一方面应满足组成发动机整体的要求，即满足发动机总体布置设计的需要;另一方面应保证在各机械负荷和热负荷作用下有足够的可靠性和耐久性，而耗用的材料要尽可能的少。 本章主要是讨论后一方面的问题。本章将主要讨论在机体各零件的设计中如何以合理的结构设计获得必要的强度与刚度，如何使受热的机体零件热负荷不过高，以及机体作为由多个零件组成的整体如何保持气缸和曲轴箱的密封等问题。 14.1 机体结构的强度与刚度问题 14.1.1 机体的受力情况与强度、刚度要求 在发动机运行时作用在机体上的力有： 各缸内气体对缸盖底面和缸筒露出部分的均布气体压力; 经活塞作用于各缸筒的侧推力; 经曲轴加在各主轴承上的力; 支架对发动机的支承反力和支承反力矩。 这些力和力矩是交变载荷，使机体各部分受到交变的拉压弯扭综合载荷，产生复杂的应力应变状况。尤其是各主轴承所在的机体前、后壁和缸间各隔壁以及顶板、中间横隔板更是受力的核心部分。 14.1 机体结构的强度与刚度问题 对机体的结构设计的要求：必须有足够的强度和刚度来支承上述种种机械载荷。既不能出现应力超过材料允许极限的地方而发生损坏，也不能出现过大的变形。尤其是缸体与缸盖的结合处、缸筒、主轴承座等处。若刚度不足就会产生气缸密封失效，摩擦副磨损加剧，机体纵向振动加剧，机件产生附加应力等等严重后果。 机体零件总的设计原则：在满足必要的强度和刚度下，尽可能地减少材料消耗。 对于汽车发动机的铸铁机体零件的合理的设计原则是:只将一些与强度、刚度关系最大的局部(主轴承座及其支承壁、缸体顶板、缸盖底板等)适当加厚，而其余各处的基本壁厚可为铸造技术水平所能允许的最小壁厚(4-6mm)。 14.1 机体结构的强度与刚度问题 14.1.2 机体的主要结构型式与尺寸 机体可以分为上中下三段：有进、排气道并装有气门组件的为上段;有活塞在其中运动的缸筒部分为中段;装有曲轴并构成曲轴和连杆活动空间的为下段。 通常把这三段分开成几个零件，具体做法有三种： 上段独立为气缸盖，中段与下段合为一件，即气缸体; 上、中、下三段分开成三件，即气缸盖、气缸体和曲轴箱体，用贯穿缸盖和缸体的长螺栓把它们一起固紧在曲轴箱体上; 上、中两段合成一件气缸体，下面是曲轴箱。 14.1 机体结构的强度与刚度问题 第三种机体结构刚度最高，变形小，但存在缸盖密封难题。故目前极少采用; 第二种机体结构用于风冷机; 第一种机体结构是水冷汽车发动机最常用的结构，刚度较大。 根据气缸体结构设计的不同情况，第一种机体结构又分为三种： 半分式气缸体，其底面与曲轴轴线基本齐平。主轴承座上半在缸体上，下半是独立的主轴承盖，以螺栓固紧在缸体的前、后壁和中间支承隔壁上。 龙门式气缸体，其底面低于曲轴轴线，主轴承座仍同半分式气缸体一样。 隧道式气缸体，有完整的主轴承座。 14.1 机体结构的强度与刚度问题 半分式气缸体 龙门式气缸体 隧道式气缸体 14.1 机体结构的强度与刚度问题 14.1 机体结构的强度与刚度问题 以上三种缸体的共同点是都采用框架式结构。由前壁、后壁、各中间支承隔壁、左右两侧壁以及顶板、底板和中间横隔板(位于缸筒下部)组成一个箱形框架。 半分式缸体的底板就位于曲轴主轴承孔的中心线上，其纵向弯曲刚度和绕曲轴轴线的扭转刚度均不及另外两种缸体，因此只用于小客车和轻型货车的汽油机。 龙门式气缸体是汽车柴油机最常用的气缸体结构，比半分式结构刚度好，比隧道式轻，又便于采用整体曲轴。 隧道式气缸体的结构刚度最好，尤其是配用大直径滚动轴承和组合式曲轴，缸体长度短，刚度更好，但较重，同时滚动轴承的许用圆周速度限制了发动机转速的提高，因此应用不多。 龙门式缸体和隧道式缸体都能以完整的平面与油底壳接合，便于密封。 14.1 机体结构的强度与刚度问题 缸体后端有飞轮壳，或与缸体铸成一体，或者用螺钉固紧于缸体后壁，缸体前端固定着正时齿轮室盖，缸盖上面有气门室盖，曲轴箱下面有油底壳，这些都可以看成是机体的延伸部分。 发动机机体的外形尺寸在很大程度上取决于曲柄连杆机构的