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1、1 绪论11 S195 柴油发动机的发展简史中国自主研发的柴油发动机的“代表”作品当属从七十年代辉煌至今的 S195柴油机，而该产品从诞生到成长发展的历史，就像一首歌，激昂中挥洒出创业的奔放，流畅中跌宕着发展的起伏，如歌的旋律，奏出了中国民族品牌辉煌的乐章。 时光到流到上世纪六十年代初。为加快我国农业经济的发展步伐，党中央和毛主席发出了“农业的根本出路在机械化”的号召，当时以制造各种型号内燃机为主线，来加快农业机械化的进程。1966 年，在以手扶拖拉机为农村机械化象征的年代里，国家向各个大型工厂提出课题，为东风 12型新手扶拖拉机制造心脏，要将 195B柴油机的重量从 185公斤降至为 120
2、公斤，功率从 8马力提高到 12马力。几经设计试制，研究人员开发出 X195型柴油机，但到田间试验中发现振动要比 195B大，为了减少振动，利于农民操作，技术人员通过潜心研究，提出了一个大胆的设想，就是改单轴平衡为双轴平衡，并为之对传动系统重新进行了设计攻关。经过大量的查阅资料和无数次地评审论证，一个单排为六个齿轮的传动系统最佳设计方案在技术人员的手中诞生。在1967年春天一个月朗星稀的傍晚，中国第一台自行设计制造的 S195柴油机终于起动成功，随后，以此为动力的东风 12型手扶拖拉机也一举试制成功。 中国人民用自己的智慧和双手创造出了 S195柴油机，并在计划经济年代里显现出突出的经济效益，
3、企业自身也依托这一适销对路、广受农民欢迎的新颖动力产品而加速了发展。年产量大幅跃升，带动经济效益连年上台阶。伴随着 S195柴油机生产的发展，一时间中国大地上制造 195柴油机的生产厂家如雨后春笋般建立起来，当时的第八机械工业部就明确规定，S195 柴油机生产图纸需要统一，每年统图，各大厂家为此而无偿提供着自己的设计和制造技术。到七十年代中期，全国各地上马的小缸径柴油机厂都按统一标准的产品图纸进行了大规模的生产，由此 S195成为了市场上覆盖率最广、产量最大的产品，这一辉煌状况并一直延续到了八十年代中期。在全国各地区，由于 S195柴油机与东风 12型手扶拖拉机的配套效应，“农字当头滚雪球”的
4、作法又带动了一批配套企业、特别是乡镇企业的蓬勃发展。S195不仅给生产企业带来了数不清的荣誉和可观的经济效益，而且更重要的是它加快了我国农业机械化的发展步伐。到了八十年代后期，随着农机运输业的发展，农用车又进入了大发展时期，而作为单缸机配套动力的 S195已显然不能满足马力的需求，因此在 195基础上又促使了 S1100、S1105 等大马力柴油机的发展。被称为中国农机工业产品的明珠-S195 柴油机，从艰辛研制到盛销不衰是历史的必然，是几代工程师呕心沥血劳动创造的结晶，这个产品见证了中国连续三十多年的蒸蒸日上，也促使了柴油机产品一轮又一轮的更新换代，在单缸多缸并举，增加技术含量满足市场新需求
5、的当今社会中，S195 柴油机仍将在众多产品大家族中占有一席之地，并且已成为中华人民共和国工业产品名录中永远的经典。 - 1 -12 柴油发动机的工作行程柴油发动机的工作过程其实跟汽油发动机一样的，每个工作循环也经历进气、压缩、作功、排气四个行程。但由于柴油机用的燃料是柴油，其粘度比汽油大，不易蒸发，而其自燃温度却较汽油低，因此可燃混合气的形成及点火方式都与汽油机不同。 柴油机在进气行程中吸入的是纯空气。在压缩行程接近终了时，柴油经喷油泵将油压提高到 10MPa以上，通过喷油器喷入气缸，在很短时间内与压缩后的高温空气混合，形成可燃混合气。由于柴油机压缩比高（一般为 16-22） ，所以压缩终了
6、时气缸内空气压力可达 3.5-4.5MPa，同时温度高达 750-1000K（而汽油机在此时的混合气压力会为 0.6-1.2MPa，温度达 600-700K） ，大大超过柴油的自燃温度。因此柴油在喷入气缸后，在很短时间内与空气混合后便立即自行发火燃烧。气缸内的气压急速上升到 6-9MPa，温度也升到 2000-2500K。在高压气体推动下，活塞向下运动并带动曲轴旋转而作功，废气同样经排气管排入大气中。 普通柴油机的是由发动机凸轮轴驱动，借助于高压油泵将柴油输送到各缸燃油室。这种供油方式要随发动机转速的变化而变化，做不到各种转速下的最佳供油量。而现在已经愈来愈普遍采用的电控柴油机的共轨喷射式系统
7、可以较好解决了这个问题。 共轨喷射式供油系统由高压油泵、公共供油管、喷油器、电控单元（ECU）和一些管道压力传感器组成，系统中的每一个喷油器通过各自的高压油管与公共供油管相连，公共供油管对喷油器起到液力蓄压作用。工作时，高压油泵以高压将燃油输送到公共供油管，高压油泵、压力传感器和 ECU组成闭环工作，对公共供油管内的油压实现精确控制，彻底改变了供油压力随发动机转速变化的现象。其主要特点有以下三个方面：（1）喷油正时与燃油计量完全分开，喷油压力和喷油过程由 ECU适时控制。（2）可依据发动机工作状况去调整各缸喷油压力，喷油始点、持续时间，从而追求喷油的最佳控制点。（3）能实现很高的喷油压力，并能
8、实现柴油的预喷射。 相比起汽油机，柴油机具有燃油消耗率低（平均比汽油机低 30） ，而且柴油价格较低，所以燃油经济性较好；同时柴油机的转速一般比汽油机来得低，扭距要比汽油机大，但其质量大、工作时噪音大，制造和维护费用高，同时排放也比汽油机差。但随着现代技术的发展，柴油机的这些缺点正逐渐的被克服，现在的不是高级轿车都已经开始使用柴油发动机了。2概述缸盖是柴油发动机中的关键部件之一，它是燃烧室的组成部分也是进气、排气的通道，连接着许多配气供油装置。缸盖必须保证这些装置保持正确的相对位置，并且能够协调的工作。因此缸盖的质量直接影响到整机的使用性能和寿命，技术要求高，加工工艺过程复杂。由于柴油机的结构
9、特点和上缸盖在柴油机中的功用，柴油机上缸盖的特点是：结构形状复杂，箱壁薄而不均匀，内部呈腔型；有若干精度要求较高的平面和孔，还有较多的紧固螺纹孔等。柴油机上缸盖的毛坯通常采用铸铁件。因为灰铸铁具有较好的耐磨性，减震性以绪论- 2 -及良好的铸造性能和切削性能，价格也比较便宜.有时为了减轻重量，用有色金属合金铸造箱体毛坯。在单件小批生产中，为了缩短生产周期有时也采用焊接毛坯。毛坯的铸造方法,取决于生产类型和毛坯尺寸。在单件小批生产中，多采用木模手工造型；在大批量生产中广泛采用金属模机器造型，毛坯的精度较高。箱体上大于3050mm的孔，一般都铸造出顶孔，以减少加工余量。3生产类型由于本零件的生产纲
10、领为 =500件/年,是小批量生产,它的主要工艺特征是广泛采1N用通用机床,通用的量具以及夹具,机床数量较少，所雇佣的工人数量也少，为了提高生产效率，应尽量集中工序内容，减少装夹次数.企业根据市场需求和自身的生产能力决定生产计划。在计划期间内，应当生产的产品产量和进度计划称为生产纲领。计划期为一年的生产纲领称为年生产纲领。零件的年生产纲领通常按下式计算：N=Qn(1+%+%) （2-1）式中 N 零件的年生产纲领（件/年） ；Q 产品的年产量（台/年） ；n每台产品中，该零件的数量（件/台） ；%备品率；%废品率。由于我所设计的零件年生产量为 500件，所以其生产类型为小批生产。下表为各种生产
11、类型的规范零件的年生产纲领（件/年）生产类型重型机械 中型机械 轻型机械单批生产小批生产中批生产大批生产大量生产55100100300300100010002020200200500500500050001001005005005000500050000500004 零件的工艺性分析零件加工的工艺性就是一系列不同工序的综合.由于生产规模和具体情况的不同对同一零件的加工工序综合可能有多种的方案.应当根据具体条件采用其中最完善和最经济的一种方案.工艺规程选择要考虑的基本因素如下:（1）生产规模是决定生产类型的主要因素。- 3 -（2）制造零件所用的坯料或型材的形状,尺寸和精度。（3）零件材料性质。
12、（4）零件制造精度,包括尺寸公差,形位公差以及零件图上所指定的要求。（5）表面粗糙度。（6）特殊限制条件,如:工厂设备和用具条件。（7）编制的加工规程要在生产规模与生产条件下达到最经济与最安全的效果。4.1确定毛坯的制造形式由于铸铁容易成形，切削性能好，价格低廉，且抗振性和耐磨性也较好，因此，本缸盖零件的材料选用铸铁，其牌号选用 HT250，由于零件年生产量 500件，为小批量生产的水平，通常采用木模手工造型，毛坯加工余量可适当增加。4.2 零件加工要点分析柴油机缸盖的形状结构相对复杂，需要加工的表面较多，要求较高，机械加工量大，因此结构工艺性有以下几个方面值得注意：4.2.1 由于上下平面的
13、表面积相对较大，所以在铣削上下平面时应尽量选用密齿刀盘一类的刀具，以提高加工效率。4.2.2 由于所涉及到孔的加工很多，所以应尽量减少工件的装夹次数，以此保证各个孔之间的相对距离，便于安装。4.2.3 为了减少换刀次数，紧固孔的规格应保持一致。4.2.4 （.平面的表面粗糙度要求高，可达.，因此需要安排一次磨削加工）5 拟订缸盖加工工艺路线5.1 定位基准的选择定位基准分为精基准和粗基准。5.1.1 粗基准的选择原则（1）加工表面为粗基准，尤其应选与加工表面有位置精度要求的不加工表面，这样可保证加工表面与不加工表面间的位置精度。（2）选重要表面为粗基准。这样可保证重要表面的加工余量均匀，加工精
14、度高。（3）选加工余量较小的表面为粗基准，可保证各加工表面都有足够的加工余量。（4）选平整，无飞边和浇冒口等缺陷的表面为粗基准，可使工件定位可靠，夹紧方便。（5）粗基准只能用一次，应避免重复使用。这样可避免产生较大的定位误差，避免使加工表面间出现较大的位置误差。5.1.2 精基准的选择原则（1）尽可能选加工表面的设计基准为精基准，即“基准重合”原则，目的是避免产生基准不重合误差。绪论- 4 -（2）应尽可能在多数工序采用同一组精基准定位，即“基准统一”原则，目的是减少设计和制造费用，并减少基准交换所带来的定位误差。（3）有些精加工工序，可选加工表面本身为定位基准，即“自为基准”原则，目的是可保
15、证加工表面的加工余量少而均匀。（4）对位置精度要求高的表面，可采用“互为基准” ，反复加工，目的是保证高的位置精度。（5）选定位准确，稳定，夹紧简单的表面为精基准，目的是便于工件的安装和加工。本缸盖成品的尺寸为 198x157x80，上下表面的面积相对较大，为了方便加工，初步选定下平面为精基准，待上下平面钻完定位销孔后，则可以采用一面两销定位（即底面和两个定位销孔） ，这种定位方式限制了工件的六个自由度，定位稳定可靠。在一次安装下，这种定位方式可以加工到除定位面的其他所有的平面和平面的孔。也可以作为大部分工序的定位基准，实现基准不变原则。此外，这种定位方式夹紧方便，工件的夹紧变形小；易于实现自
16、动定位和自动夹紧，且不存在基准不重合误差。5.2 基准的选择因为上下平面的表面积相对较大，适宜定位，所以需要加工的第一个平面是缸盖的下平面，以便于以后精基准的选用。下平面加工完毕后，以后大多数工序就基本用下平面作为定位，来加工其他的表面或孔。5.3 加工路线的拟订制定工艺路线的出发点是使零件的几何形状，尺寸精度以及位置精度等技术要求能得到保证。工艺路线的制定一般需要两个方面的工作：一是根据生产纲领确定加工工序和工艺内容，依据工序的集中和分散程度来划分工艺；二是选择工艺基准，即主要选择定位基准和检验基准。在生产纲领已确定为批量生产的条件下，应该尽量考虑使用通用机床，并尽量采用工序分散的原则，通过在每台机床上一次加工尽可能多的工步来提高生产率。除此之外，还应尽量考虑经济精度以便使生产成本尽量下降。加工方法的选择准则（1）首先要根据每个加工表面的技术要求，确定加工方法及加工方案。这
