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內(nèi)燃機(jī)設(shè)計
曲軸圓角處斷裂主要原因:由于在過渡圓角處應(yīng)力集中現(xiàn)象嚴(yán)重,而且在曲柄中有油道通過,削弱了曲柄圓角處的強(qiáng)度,因此造成了曲軸在此處斷裂。
解決曲軸疲勞強(qiáng)度的主要方法有:A 結(jié)構(gòu)措施:增大重疊度;增大連桿軸經(jīng)與曲柄過渡處的圓角半徑;挖空主軸經(jīng)或?qū)⑦B桿軸經(jīng)內(nèi)腔制成棗核形的空心;使用卸載槽。B 工藝措施:圓角滾壓;圓角與軸經(jīng)同時淬火;噴丸處理;氮化處理。C 材料措施和毛坯成型:使用強(qiáng)度更高的材料,制造毛坯時采用模鍛。
活塞裙部在工作時銷軸方向的變形大,請問原因是什么?一般采用什么措施來進(jìn)行限制? 答:活塞裙部在工作時沿著銷座方向產(chǎn)生三種變形情況:(1)活塞受側(cè)向力作用,由于側(cè)向力作用在垂直于銷座方向的裙部上,在側(cè)向力作用下,活塞裙部在銷座方向上的尺寸變大:
(2)由于作用在活塞頂上的燃?xì)鈮毫蛻T性力的聯(lián)合作用,使得活塞頂在銷座的跨度內(nèi)發(fā)生彎曲,使得整個活塞在活塞銷座方向上尺寸變大;(3)由于溫度升高引起熱膨脹,其中活塞銷座部分因壁厚比其它部分要厚,所以發(fā)生熱膨脹的變形嚴(yán)重。以上三種情況共同作用的結(jié)果都是使活塞在工作時沿銷座方向脹大使裙部變?yōu)闄E圓形。
解決辦法:主要有選擇膨脹系數(shù)小的材料,進(jìn)行反橢圓設(shè)計,采用絕熱槽,銷座采用恒范鋼片,裙部加鋼筒等。
銷座裂紋的解決措施:將銷座內(nèi)緣加工成圓角、倒角或銷座設(shè)計成彈性結(jié)構(gòu),減小銷座邊緣處的棱緣負(fù)荷;增加活塞銷的剛度;增大銷座承壓表面的長度及采用階梯形銷座;滾壓銷座孔;材料的選擇;適當(dāng)加大活塞銷與銷座的配合間隙,在冷態(tài)時就有間隙。
氣環(huán)的作用:密封汽缸中的氣體,防止工作氣體從活塞和氣缸之間的間隙中大量漏掉,同時通過氣環(huán)散走活塞頂所吸收的熱量。
活塞環(huán)設(shè)計要求:有適當(dāng)?shù)膹椓Γ岳跏济芊;有較高的機(jī)械強(qiáng)度,熱穩(wěn)定性好;易磨合且有足夠的耐磨性和抗焦結(jié)能力;加工工藝簡單,成本低
實現(xiàn)措施:良好的材料和表面處理,正確選擇環(huán)的截面形狀、尺寸、運(yùn)動間隙以及適當(dāng)?shù)墓ぷ骱桶惭b應(yīng)力;采用合理的加工方法和加工要求等。
提高螺栓疲勞強(qiáng)度措施:1.降低螺栓剛度,提高被連接件剛度;2.降低應(yīng)力集中(采用圓角);
3.在螺栓頭幾個牙車出10~15度的倒角;4.防止螺栓承受附加彎矩;5.采用鍛造毛坯,螺紋滾壓。
提高機(jī)體剛度的措施:1.增設(shè)加強(qiáng)筋;2.使軸承蓋螺栓與缸蓋的螺栓在同一垂線上;3.增加曲軸箱的寬度B=(1.5~2)D;4.提高主軸承的剛度。
拉缸:粘著摩擦,指活塞在氣缸中高速滑動時,由于油膜破壞,產(chǎn)生干摩擦,引起局部高溫,使活塞與氣缸接觸的地方活塞金屬熔化,與缸套粘在一起,當(dāng)活塞繼續(xù)滑動時,造成在活塞上或汽缸上產(chǎn)生一道一道的痕跡。
防止拉缸措施:1.保證氣缸套與活塞組有正確的幾何形狀和一定的剛度,合理布置氣缸蓋螺栓使氣缸套受力均勻;2.使氣缸套工作表面上有足夠的潤滑油量;3.在材料、工藝上采取措施,提供氣缸套壁面儲存機(jī)油的能力,提高耐粘著的能力。
干缸套:優(yōu)點:整個機(jī)體用普通材料,只是干缸套用耐磨性好的材料,可節(jié)省耐磨稀有金屬,機(jī)體剛度比濕缸套機(jī)體剛度大;缺點:加工復(fù)雜,拆裝修理不方便,若裝配不好,缸筒散熱效果差。
濕缸套:優(yōu)點:制造修理很方便;缺點:機(jī)體剛度較差。
穴蝕:發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一段時間后氣缸套外表面產(chǎn)生許多穴孔。生成機(jī)理:內(nèi)因:制造有瑕疵;外因:振動,電化學(xué),化學(xué),應(yīng)力的影響。減少措施:1.減少活塞與氣缸之間的配合間隙以及減小氣缸套與機(jī)體座的配合間隙;2.氣缸套壁有一定的厚度;3.內(nèi)燃機(jī)燃燒過程要柔和;
4.對氣缸套外表進(jìn)行表面處理;5.冷卻水溫不宜太低(90度以上);6.水質(zhì)要保持中性(pH7~8)
凸輪設(shè)計步驟:1.確定基圓半徑 r0=0.5dB+(1~3) dB-凸輪軸直徑 dB=(0.25~0.3)D 實際凸圓半徑r0`=r0-(0.15~0.2);2.凸輪寬度b=(0.75~1)r0;3.確定凸輪作用角φ=(180+θ早進(jìn)+θ早排)*0.5;4.挺柱的升程;5.腹弧半徑r1,頂弧半徑r2。
氣門彈簧的作用是:氣門關(guān)閉時,依靠彈簧的預(yù)緊力使密封錐面密封的較好;進(jìn)氣過程中,保證排氣門不被吸開;在負(fù)加速度段,要使彈簧的彈力大于配氣機(jī)構(gòu)的慣性力,使挺柱和凸輪不脫離;在配氣機(jī)構(gòu)回位時,使配氣機(jī)構(gòu)中的各零件保持正常的接觸。氣門彈簧的安裝長度為:自由長度減去預(yù)壓長度;氣門彈簧的工作壓縮長度為:氣門的升程;氣門彈簧的最大壓縮長度為:預(yù)壓縮長度加工作最大壓縮長度。
配氣凸輪除工作段外,都要有緩沖段,主要原因是:由于有氣門間隙的存在,使得氣門實際開啟時刻遲于挺住動作時刻;由于彈簧預(yù)緊力的存在,使得配氣機(jī)構(gòu)在一開始要產(chǎn)生壓縮彈性變形,等到彈性變形力克服了氣門彈簧預(yù)緊力之后,氣門才能開始運(yùn)動;由于缸內(nèi)氣壓力的存在,尤其是排氣門,氣缸壓力的作用與氣門彈簧預(yù)緊力的作用相同,都是阻止氣門開啟,使得氣門遲開。由于以上原因的綜合作用,使得氣門的實際開啟時刻遲于理論開啟時刻,如果沒有緩沖段,氣門的初速度短時間內(nèi)有零變得很大,有很強(qiáng)的沖擊,同樣,當(dāng)氣門落座時末速度很大,會對氣門座產(chǎn)生沖擊,氣門結(jié)構(gòu)的噪音和磨損加劇。為了補(bǔ)償氣門間隙以及預(yù)緊力和氣缸壓力造成的彈性變形,要在實際工作段前后增設(shè)緩沖段,保證氣門開啟和落座時處于很小的速度。
凸輪評價:設(shè)計凸輪時,希望時面值大,凸輪的豐滿系數(shù)大,即增大R1,R1增大則a增大,導(dǎo)致凸輪作用力大;當(dāng)凸輪的作用角一定時,具有相同曲率半徑的圓弧凸輪要比函數(shù)的豐滿系數(shù)大,即圓弧凸輪的豐滿系數(shù)最大;當(dāng)凸輪的作用角一定是,減小基圓半徑,加速度值增大,使凸輪升程增大,豐滿系數(shù)增大,即要增大豐滿系數(shù)則a增大;凸輪升程的加速度段長度越窄,配氣結(jié)構(gòu)上的加速度載荷越大。負(fù)加速度段長度變大,需要彈簧載荷減小;對于配氣結(jié)構(gòu)工作平穩(wěn)性,通常用k值來表征。k值反映出挺柱正加速度所占角度與配氣系統(tǒng)振動之間的關(guān)系。
氣門組工作條件:(1)機(jī)械負(fù)荷大,熱負(fù)荷高;(2)摩擦,磨損嚴(yán)重;(3)沖擊;(4)損壞。 氣門組設(shè)計要求:(1)足夠熱強(qiáng)度系數(shù);(2)抗沖擊,耐磨,耐腐蝕;(3)吸熱少,散熱快,重量輕,流動阻力小。
材料:進(jìn)氣門(中碳合金鋼) 排氣門(耐熱合金鋼)
氣門組結(jié)構(gòu)設(shè)計:(1)頭部:平頂;(2)直徑:進(jìn)氣門 d1=(0.3~0.5)D 排氣門 d2=(0.83~0.87)d1; 升程 htmax=0.25d1;(4)導(dǎo)管間隙 (5~10%)d;(5)氣門錐角,進(jìn)氣30~45度 排氣45~60度; 其他尺寸 磨合面寬度b=(0.05~0.12)d 桿的直徑d0=(0.16~0.25)d 頭部厚度t=(0.1~0.12)d 過渡圓弧 R=(0.3~0.5)d 氣門桿長l=(2.5~3.5)d ;(7)校核
提高氣門組件耐磨性的措施:1、降低熱負(fù)荷:a.增加氣門桿直徑;b.增加導(dǎo)管長度;c.增加氣門座圈間的冷卻;d.多氣門;2、提高耐磨耐腐蝕性:a.氣門座錐角大于氣門錐角;b.加厚氣門;3、工藝措施:堆焊,滾壓,噴丸,淬硬。
起動措施和裝置:1.在燃燒室中安裝熱電阻絲;2.用易燃燃料幫助起動;3.減少起動阻力;
4.采用空氣預(yù)熱裝置。
起動方法:1.手起動:簡單可靠,力矩小;2.電起動:低溫條件下蓄電池能力下降很多;3.空氣起動:起動扭矩大,設(shè)備較多,冷態(tài)起動困難,熱狀態(tài)起動時引起受熱零件熱裂;4.用小型汽油機(jī)起動內(nèi)燃機(jī):可以利用小汽油機(jī)的排氣管道通過柴油機(jī)進(jìn)氣管,預(yù)熱柴油機(jī)進(jìn)氣,水路與主機(jī)柴油機(jī)水套相通,利用小汽油機(jī)的熱循環(huán)水預(yù)熱柴油機(jī),起動裝置較大,成本高。
平衡重的作用:由于四沖程四缸機(jī)的離心力、離心力矩、一階往復(fù)慣性力和力矩均平衡,在四缸機(jī)上加平衡重可以減輕主軸承的負(fù)荷。
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