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1、 江苏大学2015届毕业设计汽车与交通工程学院School of Automotive and Traffic Engineering本 科 毕 业 设 计 CY4100ZLQ柴油机缸盖设计计算The Design and Calculation of Cylinder Head of CY4100ZLQ Diesel Engine学院名称： 专业班级： 学生姓名： 指导教师姓名： 指导教师职称： 2015 年6月目 录摘要IAbstractII第一章 绪论11.1内燃机气缸盖的研究及发展现状11.2 所要解决的问题和注意事项2第二章 CY4100柴油机的设计参数32.1 主要技术指标32.2
2、 整机技术规格3第三章 气缸盖的设计43.1 气缸盖的工作条件43.2 气缸盖的设计要求53.3 气缸盖材料的选择5 3.4 气缸盖结构设计93.5 气缸盖基本尺寸的确定16第四章 曲柄连杆机构的动力学计算194.1参数选择194.2设计计算及说明20第五章 气缸盖的热力计算265.1 参数选择265.2 燃料热化学计算275.3 燃烧过程的热力计算28总结31致谢32参考文献33摘要 柴油机以其较高的热效率、扭矩特性和可靠性被广泛用作船舶、固定式装备及各种车辆。随着世界范围内燃油价格的持续升高和公众环保意识的提高，经济性优越和低污染的直喷式柴油机尤其受到越来越多用户的青睐。随着人们对柴油机要
3、求的不断提高，发动机设计者们开始做大量细致的工作，以期在不牺牲其它指标的情况下达到提高功率，减少外形尺寸，增加使用寿命和降低制造成本的目的。这就对柴油机中的气缸盖的设计提出了更高的要求。本文通过参考柴油机设计手册，进行CY4100柴油机缸盖的设计计算。然后运用Autocad软件对其进行绘图。运用Excel软件进行活塞运动规律计算，在此基础上进行强度校核，同时，对气缸盖材料的选择、冷却水道的布置、进排气道以及缸盖螺栓的布置等问题进行了讨论，以满足现代高速发动机的要求。关键词：柴油机，气缸盖，设计，强度校核Abstract Diesel engine with its higher thermal
4、 efficiency and torque characteristics and reliability are widely used in ships, fixed equipments and a variety of vehicles. With the worldwide rise in fuel price and the continued improvement of public awareness of environmental protection, direct injection diesel engine with its economy and superi
5、or low-pollution is favored by more and more customers. As the requirements for the continuous improvement of diesel engine, engine designers have begun to do a lot of painstaking work, with a object that without sacrificing other indicators to improve power, decrease size, increase service life and
6、 reduce manufacturing costs. This makes a higher demand on the design of cylinder head of diesel engine. In this paper,the cylinder head of CY4100 Diesel engine has been designed reference to Diesel Engine Design Manual.Then the Autocad software was used for drawing. The Excel software was used to c
7、alculate the regularity of the moving parts of pistons.On this basis items,the moving parts strength has been verified.Meanwhile the cylinder head material selection,the cooling channel collocation,collocations of intake port and exhaust port and the cylinder head bolts arrangement were also discuss
8、ed to meet the requirements of modern high-speed engine.Key words：Diesel Engine,Cylinder Head,Design,Strength VerifyI第一章 绪论1.1内燃机气缸盖的研究及发展现状目前,柴油机技术发展的重点是加快开发与配套主机更加适应的节能、节材和高可靠性的新一代机型；现有产品提高可靠性和改善噪声、烟度等强制性指标是当务之急；直喷化、轻量化、适当强化和多缸化都是未来的发展方向。但只能根据经济形势发展逐步实现，还必须与主机的匹配性能提高、匹配合理化相结合，与配套主机的改进、提高及更新换代同步发展。
9、 对于缸盖的气道的研究。从充气效率分析，发动机动力性与充气效率成正比，进气排气对充气效率的影响是不同的，进气的影响更大。对于柴油机本身，要求进气要带有涡流，以保证正常的燃烧效果，但是在缸盖气道方面，充气效率和涡流比是相反的，提高涡流比就会使充气效率降低。在设计时，自然吸气式发动机进排气门直径合适比例为1.2:1，并对低流阻的进气道和低流阻的排气道的结构进行了分析。 气缸盖燃烧室侧直接受到高温、高压燃气的作用。其结构复杂工况严酷，为了保证可靠性，对缸盖的承载机理做了研究。主要集中在：燃气爆发压力作用在气缸盖底板上时，机械载荷在气缸盖整体结构中的分布；气缸盖的底板作为气缸中直接承受燃气压力的机构区
10、域，气缸内的爆发压力传递到气缸盖其他各结构部分的方式。主要研究部位为气道、气门导管座孔、中隔板和加强筋等。 气门座圈和导管压入气缸盖后的精加工作为气缸盖机械加工的关键,其加工质量将直接影响气门的密封性,对整机性能及排放起着至关重要的作用。对气门座圈加工的定位、精加工工艺、刀具的结构形式、加工工艺对精度的影响做了分析。针对不相同的结构，用不同刀具加工，及对加工精度的分析。针对不同的产品前景，对加工机床有这不同选择。提出了随刀具材料、结构形式的发展，对工艺的改进，精度提升，效率提高的展望。近年来，已开展的有关研究工作，主要集中于缸盖，冷却水腔等的三维造型设计，气道内气体流动的三维数值模拟计算以及建
11、立完整的、以应用于实际工程设计为目的的CAD等，同时在其他方面也做了先期的预研究工作。1.2 所要解决的问题和注意事项在缸盖的设计与改进中，目前最主要的目标是优化冷却水的流动和提高结构的疲劳强度。缸盖不同位置处的冷却强度应根据不同位置处的温度和热流密度来确定，冷却不足则局部热负荷过高，由于过热容易产生裂纹等。冷却过度则不利于发动机效率的提高和对有害气体排放物的控制。同时，冷却水腔的体积应在满足冷却要求的前提下尽可能地减小，以利于尽可能缩短暖机时间。通过优化冷却水腔结构，可控制关键部位的温度，以获得较均匀的温度分布，降低损失功率及散热量，从而提高零部件的可靠性及发动机的性能。在缸盖的设计与改进中
12、，目前最主要的目标是优化冷却水的流动和提高结构的疲劳强度。 缸盖不同位置处的冷却强度应根据不同位置处的温度和热流密度来确定，冷却不足则局部热负荷过高，由于过热容易产生裂纹等。冷却过度则不利于发动机效率的提高和对有害气体排放物的控制。同时，冷却水腔的体积应在满足冷却要求的前提下尽可能地减小，以利于尽可能缩短暖机时间。通过优化冷却水腔结构，可控制关键部位的温度，以获得较均匀的温度分布，降低损失功率及散热量，从而提高零部件的可靠性及发动机的性能。缸盖上有进排气气道，水道等等。缸盖气道的性能影响着柴油机的动力性，根据自然吸气的特点，最大限度多进气，多排气，从结构上考虑，主要是气道的布置及结构能降低流动
13、损失，同时不影响进气涡流的形成及质量。进气涡流的质量影响着燃烧室中可燃混合气的形成质量，进而影响燃烧质量，影响发动机的动力性。而进气涡流的性能会增大进气阻力损失。 在缸盖上的“鼻梁区”是热负荷比较高的地方，应力比较集中。缸盖中水道的布置不仅仅要考虑水道结构对水的流动性的影响，保证水的正常循环，同时要注意对“鼻梁区”的冷却，避免“鼻梁区”的破裂。水道的布置不仅要利于发动机的正常工作，还要能保证发动机的寿命。第二章 CY4100柴油机的设计参数2.1 主要技术指标标定功率kW70标定转速r/min3200最大扭矩N.m235最大扭矩转速r/min18002000全负荷最低燃油消耗率g/(kW.h)
14、220机油消耗率g/(kW.h)排气烟度FSN（型式认证）排气温度（涡前）最高空车稳定转速r/min最低空载稳定转速r/min机油消耗百分比%稳态调速率%排放欧2.2 整机技术规格型式 立式直列水冷四行程废气涡轮增压中冷气缸数缸径行程 4100118mm气缸套 薄壁干式燃烧室形式直接喷射四角形燃烧室压缩比17.5:1活塞总排量 3.707L各缸工作顺序1-3-4-2旋转方向(从飞轮端看)逆时针起动方式电起动停机方式 断油式润滑方式压力润滑与飞溅润滑混合式冷却方式 强制循环闭式外形尺寸(长宽高)791mm694mm755mm净重 340kg第三章 气缸盖的设计3.1 气缸盖的工作条件气缸盖主要是用来密封气缸，并与活塞、气缸套共同形成燃烧空间，并承受高温高压燃气作用。为了保证缸盖与气缸套之间的密封，缸盖还要受到很大的螺栓预紧力，气缸盖各部分温度很不均匀，火力面温度最高，而冷却水套部分温度较低，进气道和排气道温度也不相同，因此气缸盖的机械应力和热应力很大。同时，为了让内燃机的正常工作，要在气缸盖内外安装许多零部件，所以在柴油机气缸盖上要布置进排气门、气门座、进排气道、螺栓孔、喷油器及冷却水道等等，使气缸盖的结构变得复杂，所以铸造残余应力也很大。一、气体压力 气缸盖底面受到高压燃气作用时，气体压力不仅使底板受到弯曲，而且还会通过
