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1、生产工艺技术柴油机连杆加工工艺及铣螺栓座面夹具设计毕业论文2绪论概述2.1柴油机发展概况从18世纪末19世纪初的工业革命的一团蒸汽发展为至今的柴油机，可谓历程坎坷，浸有数代科学家及工程师的心血，而至今仍在发展中。工业革命是以蒸汽机的发明为标志的，因为它是人类工业发展的一个里程碑，实现了动力来源的质的飞跃。蒸汽机时代，设置锅炉，将燃料置于其内燃烧以产生蒸汽，再将蒸汽导入蒸汽机中作机械功。这种设计，因为有锅炉的存在，所以整个装置体积庞大，燃料效率低。人们就试想将燃料直接加入发动机内部而进行热功转换这就产生了内燃机。内燃机，是在机器内部进行燃烧的发动机，相对于外部燃烧的蒸汽机来说，而称为内燃机。18
2、78年，鄂图（Otto）1继承前人成果，成功研制了以煤气为燃料、电火花点燃的四冲程内燃机成为发动机发展历程的里程碑。不久，有人提出利用气缸内压缩空气的高温度，去点燃喷射而入的燃料压燃式内燃机。柴油机的发明者是德国工程师鲁道夫迪塞尔2，他于1897年左右首先制成了柴油机，即向气缸内充入空气，并将其压缩到温度高于燃料的自燃点，随后将燃料喷入汽缸内自燃并推动活塞做功。目前，柴油机的发展日趋完善，由于它的热效率高、适应性好、功率范围广，已广泛用于工业、农业、交通运输及国防各个领域，现代工程机械也多以柴油机为动力源。因此，柴油机工业的发展，对国民经济和国防建设都具有十分重要的意义。1926年，瑞士的阿尔
3、弗雷德约贝西设计了利用废气能量来压缩进气的废气涡轮增压器，并用于柴油机。增压柴油机的功率大幅度增加，其经济性也大大提高。目前，增压已成为柴油机的重要发展趋势。20世纪70年代初，由于石油危机导致原油价格成倍增长，引起对发动机燃油经济性的重视。为了减少内燃机对日益短缺的石油基燃料的依赖，各国正在加紧进行内燃机代用燃料的研究工作，以逐步减少汽油和柴油的用量。目前，柴油机正朝着提高单机功率，降低油耗、污染和噪声以及提高工作可靠性和延长使用寿命的方向不断发展。本次课题研究的CA4-98柴油机属于载重汽车用柴油机的一种，这类柴油机的设计方面，下列趋向值得注意。1采用V型结构由于在中汽车吨位的日益增大和车
4、速的普遍提高，载重汽车用柴油机的功率也不断增加，从而发动机缸数就增多。一般六缸以下的发动机均为直列式，也是这类柴油机的主要形式。由于V型结构综合了尺寸小和平衡好的优点，六缸以上的柴油机多采用V型。2提高转速3采用废气涡轮低增压多数汽车用柴油机采用低增压，发动机不需要在结构上做大的改变，就可以得到增压和非增压两种机型，使用相同的曲轴传动系统，而不致影响非增压机型的摩擦损失和燃油消耗率，因此，采用低增压是简化柴油机系列的一个良好途径。4废气净化和降低噪声柴油机排气中的有害成分有氮氧化物NOx、未燃碳氢化合物HC、一氧化碳CO、二氧化硫SO2和碳烟等。由于降低NOx比降低其他有害气体更为昆南，因此，
5、当前废气净化的主攻方向是降低NOx。目前，降低NOx的方法有推迟喷油定时、改变燃烧方式、采用废气再循环法、改变进气条件、使用还原催化剂等。随着柴油机转速的提高和升功率的增大，噪声也相应加大了。发动机的总的噪声辐射与发动机零部件的噪声传送性能及发动机外表面的设计有关。因此，噪声的辐射可以通过发动机零部件的设计而得到改善。四冲程柴油机工作原理柴油机参数选择喷油压力：1015MPa压缩比：16-22压缩终了空气压力：3.54.5MPa发火后6-9MPa温度：750-1000K发火后：2000-2500K工作原理柴油机是一种压燃式的内燃机，柴油燃料在气缸中燃烧，从而产生高温高压的气体，推动活塞运动，通
6、过曲柄连杆机构由曲轴对外做功，从而完成燃料的化学能转化为热能、热能再转化为机械能的能量转换。图1气缸及其附件简图Figure1Cylinderandaccessories柴油机的燃油要经过与空气混合燃烧才能转变为热能。要使燃油燃烧，有空气仅仅是燃烧的条件之一，还必须使混合气具有一定的温度。发动机的活塞在缸内向下运动，将空气吸进气缸内，此时空气的温度很低。活塞向上运动时，将空气迅速压缩，空气的温度和压力都上升，并达到足够使柴油燃烧的温度。此时再将燃油以雾化状态喷入，燃油立即在高温高压的空气中燃烧。燃油燃烧后放出大量的热能，使燃气的压力、温度急剧增高，在气缸中膨胀，通过活塞推动曲柄连杆机构对外做功
7、。膨胀终了即活塞做功行程终了，活塞将作过功的废气排出。所有工作循环结束，发动机做好准备，以便新鲜空气再次进入。综上所述，柴油机每作一次功，都必须经过进气、压缩、膨胀作功、排气等四个过程，这四个过程称为一个工作循环。循环不断进行，柴油机即能连续的工作。在结构上，柴油机工作循环中的进气、压缩、膨胀作功和排气等过程都是通过活塞、连杆、曲柄、配气系统和燃油供给系统等部件相互配合来实现的。四冲程柴油机工作循环四行程汽油机的每个工作循环均经过如下四个行程，如图2所示1进气行程这一行程的任务是使气缸充满新鲜空气，行程开始时，活塞由上止点往下移动，进气门1打开，排气门2关闭。由于活塞下行，气缸容积增大，气缸压
8、力降到大气压力以下，依靠气缸内外的压差作用，新鲜空气不断地进入气缸。在进气过程的大部分时间里，气缸的压力低于大气压力，其值约为80-95kPa（0.8-0.95kgf/cm2）。由于进气系统的阻力，故进气终了时气缸压力略低于大气压，约为78-88kPa；新鲜空气在进气过程中受气缸壁和活塞顶等高温件的加热，并与上一循环高温残余废气混合，所以进气终了时气缸内的气体温度约为320-340K。2压缩行程这一行程的任务是将进气行程吸入气缸中的新鲜空气进行压缩以使之达到足够的温度和压力，为柴油的燃烧创造条件。当活塞从下止点运动到b时，进气门1关闭，空气开始被压缩。随着活塞上行，气缸容积不断减小，空气的压力
9、和温度不断升高，压缩终了时，缸内气体压力达到2940-4900kPa；温度达到770-970K。3工作行程当活塞到达上止点稍前，即压缩过程后期，柴油经喷油器3以雾状喷入气缸，并与气缸中高温高压的空气混合形成可燃混合气，由于此时空气温度超过了柴油的着火点，所以柴油在喷入的同时就自行着火迅速燃烧。此时进、排气门是关闭的，气缸内的压力和温度由于燃烧而急剧上升，最高压力达到5880-8820kPa；最高温度达到1770-2770K。在上止点后某一时刻（点d），燃烧基本结束。高温高压气体膨胀，将活塞推向下止点，并通过连杆使曲轴旋转对外做功，从而实现了热能向机械能的转换。随着活塞下行，气缸内容积不断增大，
10、气体的温度不断降低，到e点，膨胀做功能结束，作功终了时，压力降为290-390kPa，温度降为1070-1170K。4排气行程这一行程的任务是将作过功的废气排出气缸外。因为残留在气缸内的废气是影响下一个工作循环充气质量的一个重要因素，所以废气排的越干净越好。当活塞越过下止点开始上行时，气缸压力已降低，可以减少活塞上行时的背压，活塞由下止点向上运动，气缸内的废气在活塞的作用下排出气缸。排气终了时缸内废气压力仍高于大气压力，约为103-123kPa，温度约为570-970K。综上所述，四冲程柴油机有如下特点：1）一个工作循环是在曲轴回转两转内完成。2）在曲轴回转两转过程中进气门、排气门和喷油器均只
11、启闭一次。3）每个循环中之有工作行程对外做功，其余三个行程都是为工作行程做准备，都需要外界供给能量。3设计任务书3.1柴油机参数说明表1CA4-98柴油机参数Table1CA4-98Dieselengineparameters柴油机型号CA4-98汽缸数4缸径98毫米行程120毫米总排量3.75升12小时功率44马力12小时功率转速1500转/分活塞平均速度6米/秒最大扭矩23.72千克米最大扭矩转速1200转/分12小时功率时的平均有效压力7千克/平方厘米12小时功率时的燃油消耗率185克/马力小时压缩比16:1喷油顺序1-3-4-2重量360千克3.2柴油机曲柄连杆机构作用曲柄连杆机构是将
12、往复活塞是内燃机燃料的化学能通过燃烧放出热能，在转换为机械能的主要结构，它由活塞组、连杆组和飞轮组三个部分组成。其主要任务是通过这套机构把活塞的往复直线运动，经连杆的摆动变为曲轴的旋转运动，从而把热能转换为机械能并对外作功；同时，通过燃油燃烧时加在活塞顶上的燃气力，经连杆传给曲轴使曲轴获得转矩，对外输出功率。3.3曲柄连杆机构的工作条件内燃机是一种热力机械，在热功转换的过程中，曲柄连杆机构要受到很高的机械负荷和热负荷。机械负荷主要是指作用在机构上的燃气力，以及由机构做往复运动和旋转运动所产生的惯性力，此外还有装配时拧紧螺栓等引起的装配力和相对运动零件间摩擦力。现代发动机的最高燃烧压力对自然吸气
13、的为5-9MPa，而增压发动机可高达12-18MPa。工程机械发动机转速一般是2000r/min左右，小型发动机转速则为4000-6000r/min，其惯性力的大小以几乎与燃气力不相上下。这些力直接作用于活塞、活塞档、连杆、曲轴和轴承上。热负荷有两个含意，一是曲柄连杆机构中与高温燃气直接接触的那些零件，如活塞顶部、第一道活塞环等，由于零件温度很高，造成材料强度、硬度下降，烧损，间隙破坏以及在高温下润滑油变质引起的零件磨损、胶结、密封破坏等；二是由于受热零件（如活塞）形状复杂和冷却状况的差异而造成温差所引起的热应力，使零件破坏（如活塞热烈等）。3.4连杆的结构特点及技术要求3.4.1连杆组的结构
14、特点发动机连杆组通常由连杆体、连杆大头盖、连杆螺栓（及螺母）、连杆大头轴瓦等零件组成。如图3所示连杆组在工作中要把活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动，并作用在活塞组上的力传给曲轴，所以它要承受气体压力、活塞组往复运动惯性力、连杆组自身摆动产生的惯性力，连干大头旋转运动产生惯性力，以及连杆螺栓拧紧连杆大头盖时的预紧力等。所以，连杆组是整个发动机中受力状况最为复杂的一个组件。此外，连杆小头衬套与活塞销，连杆轴瓦与曲柄销所构成的两对轴承摩擦副，也是在极为严酷的条件下工作的。由于连杆组受力情况复杂，所以要求它们具有足够的强度和刚度，否则将会造成严重的后果。3.4.2连杆的技术要求技术要求如下：1、为使连
15、杆大小头运动副之间配合良好，大头孔尺寸公差取为IT5，表面粗糙度Ra不大于0.4m；小头孔尺寸取为IT6，表面粗糙度Ra不大于1.6m。同时对他们的圆柱度亦相应地规定了严格地要求。2、大小头孔的中心距影响到气缸的压缩比，进而影响发动机的效率，因此两孔中心尺寸公差等级应不低于IT8。大小头孔中心线在两个相垂直的方向上的平行度误差会使活塞在气缸中倾斜，致缸壁磨损不均，缩短发动机的使用寿命，同时也使曲轴的连杆轴颈磨损加剧。一般规定两孔轴线在连杆轴线平面内的平行度公差不低于7级，在垂直于该平面内的平行度公差不低于8级。3、连杆大小头两端面对大头孔中心线的垂直度误差过大，将加剧连杆大头两端面与曲轴连杆轴颈两端面的磨损，甚至引起烧伤，一般规定其垂直度公差等级不低于9级。4、两螺栓孔轴线对大头接合面的垂直度为0.02/100mm，否则会使连杆螺栓受力情况恶化，以致体盖结合不好，轴瓦与曲轴轴颈产生不均匀磨损。5、为保证发动机运转平稳，对连杆小头质量和大头质量差别分别给予较严格规定：允差1.53g。具体如图所示：图4连杆毛坯图-1Figure4Blank.Connecting-1图5连杆毛坯图-2Figure5Blank.Connecting-2图6局部放大图Figure6P
