1、第十章第十章機體、缸蓋、缸套機體、缸蓋、缸套第一部分：機體第一部分：機體機體的總體結(jié)構(gòu)（機體的總體結(jié)構(gòu)（1 1）整體式機體：整體式機體： 吊掛式曲軸：最常見吊掛式曲軸：最常見 帶機座的機體：濰柴帶機座的機體：濰柴R6160R6160分開式的機體分開式的機體 風冷發(fā)動機，建筑機械、通機、摩托車風冷發(fā)動機，建筑機械、通機、摩托車部位名稱：部位名稱： 氣缸體、曲軸箱氣缸體、曲軸箱(裙部）、油底殼裙部）、油底殼 主軸承隔板、油底殼法蘭、主軸承座、水套、主軸承隔板、油底殼法蘭、主軸承座、水套、 水套、油道水套、油道機體的工作條件機體的工作條件力：力： 氣體力氣體力-缸蓋缸蓋-缸蓋螺栓缸蓋螺栓-機體頂面機

2、體頂面 氣體力氣體力+ +慣性力慣性力-活塞活塞-連桿連桿-曲軸曲軸-主軸承蓋主軸承蓋-主軸承主軸承螺栓螺栓-機體機體 活塞側(cè)擊力活塞側(cè)擊力-缸套缸套-機體機體-（機體傾覆力矩）（機體傾覆力矩） 缸蓋螺栓、主軸承螺栓預(yù)緊力缸蓋螺栓、主軸承螺栓預(yù)緊力熱：熱： 缸套缸套-機體冷卻水套機體冷卻水套磨損：磨損： 缸套和活塞組的潤滑缸套和活塞組的潤滑 機體剛度（機體剛度（1 1）1 1、整體剛度：主軸承隔板分割，壁厚、整體剛度：主軸承隔板分割，壁厚5mm -3mm5mm -3mm，缸孔變形，缸孔變形2 2、頂面剛度：密封（封閉式、頂面剛度：密封（封閉式 or or 開放式）開放式）3 3、氣缸體剛度：缸

3、蓋螺栓、主軸承螺栓力傳遞途徑加強筋、氣缸體剛度：缸蓋螺栓、主軸承螺栓力傳遞途徑加強筋4 4、主軸承隔板剛度：加強筋影響力的傳遞路徑，主軸承孔變形、主軸承隔板剛度：加強筋影響力的傳遞路徑，主軸承孔變形 機體剛度（機體剛度（2 2）5 5、曲軸箱剛度：龍門式（深裙式）、短裙式、曲軸箱剛度：龍門式（深裙式）、短裙式 、隧道式、隧道式6 6、主軸承蓋剛度、主軸承蓋剛度 螺栓數(shù)目螺栓數(shù)目 整體主軸承蓋整體主軸承蓋 機體剛度（機體剛度（3 3）7 7、階梯式機體（多用于鋁、階梯式機體（多用于鋁 合金機體，增加剛度）合金機體，增加剛度）8 8、其他加強剛度措施、其他加強剛度措施 機體加強臺板（機體加強臺板（

4、bedplatebedplate） 減少機體附加彎矩減少機體附加彎矩 （同向力盡量共線或靠近）（同向力盡量共線或靠近）機體的振動與噪聲（機體的振動與噪聲（1 1）主軸承蓋形式主軸承蓋形式 機體的振動與噪聲（機體的振動與噪聲（2 2）主軸承蓋形式主軸承蓋形式 機體的強度機體的強度材料力學分析與彈性力學（有限元分析）材料力學分析與彈性力學（有限元分析）-獲得應(yīng)力狀態(tài)獲得應(yīng)力狀態(tài) 1 1、受力、受力 2 2、力的施加、力的施加 3 3、約束、約束疲勞強度安全系數(shù)疲勞強度安全系數(shù)機體冷卻與潤滑機體冷卻與潤滑冷卻系統(tǒng)冷卻系統(tǒng) 潤滑系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)機體重量與尺寸（機體重量與尺寸（1 1）材料：灰鐵、鋁合金材料

5、：灰鐵、鋁合金( (輕、剛度差）、鎂合金（小件）輕、剛度差）、鎂合金（小件）機體重量：輕量化。緊湊性、機體材料機體重量：輕量化。緊湊性、機體材料 （薄壁（薄壁3-5mm+3-5mm+加強筋）加強筋）機體尺寸機體尺寸 寬度：曲軸箱寬度取決于連桿大頭運動軌跡寬度：曲軸箱寬度取決于連桿大頭運動軌跡 高度：曲軸中心到頂面高度：曲軸中心到頂面( (曲柄半徑曲柄半徑+ +連桿長連桿長+ +活塞壓縮高）活塞壓縮高） 長度長度: :缸心距（干缸套缸心距（干缸套 or or 濕缸套、曲軸）濕缸套、曲軸）機體重量與尺寸（機體重量與尺寸（2 2）密封機油密封機油 曲軸兩端（前端：齒輪室甩油盤曲軸兩端（前端：齒輪室甩

6、油盤+ +油封，后端：甩油盤油封，后端：甩油盤+ +油封）油封） 油底殼法蘭：紙墊、膠墊油底殼法蘭：紙墊、膠墊油底殼：沖壓鋼板、鋁合金油底殼：沖壓鋼板、鋁合金 、機體底座兼油底殼、機體底座兼油底殼凸輪軸孔位置：凸輪軸孔位置： 位于機體：距離曲軸近，傳動方便，成本低，但不適于高速位于機體：距離曲軸近，傳動方便，成本低，但不適于高速 頂置凸輪軸：適用于高速頂置凸輪軸：適用于高速 齒輪傳動、鏈條傳動、齒形帶傳動齒輪傳動、鏈條傳動、齒形帶傳動 第二部分：缸蓋第二部分：缸蓋缸蓋實例缸蓋實例進氣道、排氣道、噴油器（火花塞）、電熱塞、水孔、油孔、進氣道、排氣道、噴油器（火花塞）、電熱塞、水孔、油孔、螺栓孔、

7、挺桿孔螺栓孔、挺桿孔燃燒室形式燃燒室形式柴油機分開式燃燒室（渦流、預(yù)燃）直噴柴油機燃燒室柴油機分開式燃燒室（渦流、預(yù)燃）直噴柴油機燃燒室汽油機燃燒室（楔形、頂棚）汽油機燃燒室（楔形、頂棚）缸蓋綜述缸蓋綜述-工作條件工作條件-力：交變氣體力（高周）、靜態(tài)壓緊載荷（缸蓋螺栓與機體缸墊）力：交變氣體力（高周）、靜態(tài)壓緊載荷（缸蓋螺栓與機體缸墊）高溫：熱應(yīng)力、高溫蠕變、工況變化引起低周熱疲勞高溫：熱應(yīng)力、高溫蠕變、工況變化引起低周熱疲勞 - -設(shè)計要求設(shè)計要求-功能方面：功能方面：足夠剛度：防止撓曲、密封（燒缸墊）足夠剛度：防止撓曲、密封（燒缸墊）足夠的強度：機械應(yīng)力足夠的強度：機械應(yīng)力+ +熱應(yīng)力熱

8、應(yīng)力+ +工況變化導致的低周熱疲勞工況變化導致的低周熱疲勞良好的散熱良好的散熱-材料材料-灰鐵、合金鑄鐵（柴油機、汽油機）、鋁合金（汽油機）灰鐵、合金鑄鐵（柴油機、汽油機）、鋁合金（汽油機） 缸蓋的應(yīng)力狀態(tài)缸蓋的應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)變片電測應(yīng)力（液壓油模擬氣體力）應(yīng)變片電測應(yīng)力（液壓油模擬氣體力）FEAFEA分析分析缸蓋的鼻梁區(qū)熱裂紋缸蓋的鼻梁區(qū)熱裂紋1、火力面和冷卻面溫差引起熱應(yīng)力2、進氣口空氣冷卻，排氣口燃氣沖刷，熱應(yīng)力3、車用發(fā)動機負荷頻繁，熱負荷變化引起的熱疲勞4、過熱引起塑性變形，冷卻后形成殘余拉應(yīng)力缸蓋的冷卻缸蓋的冷卻1、冷卻水從機體流入缸蓋2、優(yōu)先冷卻鼻梁區(qū)（參見三維圖和前頁圖）3、鼻梁區(qū)

9、水道寬度（不能太窄，防止鑄造缺陷）4、防止冷卻死區(qū)氣泡（冷卻液可達120度），自動清除氣體5、冷卻液流速適當（水套寬度大不一定冷卻好）發(fā)動機熱沖擊試驗規(guī)范發(fā)動機熱沖擊試驗規(guī)范汽車最大總質(zhì)量耐久試驗規(guī)范（在A發(fā)動機上進行）冷熱沖擊試驗（在B發(fā)動機進行）交變負荷混合負荷全速全負荷3噸以下400-2003噸以上，12噸以下-1000-30012噸以上-1000500*乘用車和商務(wù)車的發(fā)動機均按本表分類工況序號轉(zhuǎn)速負荷冷卻水出水溫度工況時間（秒）1(熱)標定轉(zhuǎn)速np油門全開*1052或1132*tp2怠速ni0自然上升15300自然上升154（冷）最大功率轉(zhuǎn)速np或高怠速轉(zhuǎn)速nhi0下降至38360-

10、tp-15-15*散熱器蓋絕對壓力150kPa放氣時冷卻水出水溫度為1052，190kPa放氣時為1132*tp為發(fā)動機自行加熱至規(guī)定出水溫度所需要的時間進排氣道的布置進排氣道的布置1 1、進氣道產(chǎn)生的渦流與滾流（、進氣道產(chǎn)生的渦流與滾流（swirl & tumbleswirl & tumble）GDIGDI活塞活塞2 2、柴油機與汽油機進排氣道布置、柴油機與汽油機進排氣道布置 柴油機進氣和進氣分開，減小對新鮮空氣加熱柴油機進氣和進氣分開，減小對新鮮空氣加熱 汽油機進排氣同側(cè)布置，加熱進氣，汽油蒸發(fā)汽油機進排氣同側(cè)布置，加熱進氣，汽油蒸發(fā)3 3、汽油機與柴油機的進氣脈沖與排氣脈

11、沖的利用（不講）、汽油機與柴油機的進氣脈沖與排氣脈沖的利用（不講）缸蓋的結(jié)構(gòu)形式缸蓋的結(jié)構(gòu)形式1 1、整體式、整體式 or or 分開式分開式 整機一缸蓋：小缸徑（整機一缸蓋：小缸徑（130130）、緊湊、剛度差、密封面）、緊湊、剛度差、密封面 1 1缸、缸、2 2缸或缸或3 3缸共用一蓋：剛度大，缸心距大（缸共用一蓋：剛度大，缸心距大（R160R160） 第三部分：缸套第三部分：缸套缸套的工作條件缸套的工作條件1 1、燃燒室氣體壓力、壓緊載荷（減小缸套的變形）、活塞敲擊、燃燒室氣體壓力、壓緊載荷（減小缸套的變形）、活塞敲擊2 2、燃燒室高溫：（缸套的溫度場）、燃燒室高溫：（缸套的溫度場）3

12、3、活塞（環(huán)）組的磨損、活塞（環(huán)）組的磨損 ：（缸套的潤滑和表面處理）：（缸套的潤滑和表面處理） 缸套磨損量達到：缸套磨損量達到：0.25-0.5mm0.25-0.5mm大修，鏜缸孔，大修，鏜缸孔， 缸套的結(jié)構(gòu)形式缸套的結(jié)構(gòu)形式1 1、濕缸套：冷卻好，更換方便。大缸徑（、濕缸套：冷卻好，更換方便。大缸徑（D135D135）2 2、干缸套：剛度大，散熱差，加工精度高（、干缸套：剛度大，散熱差，加工精度高（D3000)D3000)3 3、無缸套：成本低，結(jié)構(gòu)緊湊，不能更換、無缸套：成本低，結(jié)構(gòu)緊湊，不能更換 過去低速機：低速磨損小過去低速機：低速磨損小 現(xiàn)小汽車用汽油機現(xiàn)小汽車用汽油機濕缸套濕缸套

13、1 1、灰鐵、合金鑄鐵、灰鐵、合金鑄鐵 2 2、大缸徑、大缸徑D135mmD135mm，冷卻好，更換方便，剛度差，冷卻好，更換方便，剛度差 3 3、軸向定位、周向定位、密封水、密封燃氣、軸向定位、周向定位、密封水、密封燃氣3 3、干缸套干缸套 1 1、 小型高速機，小型高速機，D3000 rpmD3000 rpm 2 2、合金鑄鐵、合金鑄鐵2-3mm2-3mm，壓入鑄鐵缸套，壓入鑄鐵缸套 3 3、灰鐵（、灰鐵（GrayCastIronGrayCastIron）缸套鑄入鋁合金機體）缸套鑄入鋁合金機體 4 4、鋁合金缸套壓入鋁合金機體、鋁合金缸套壓入鋁合金機體無缸套無缸套 1 1、過去低速機，活塞

14、平均速度小、過去低速機，活塞平均速度小 2 2、汽油機：結(jié)構(gòu)緊湊，加工簡單、汽油機：結(jié)構(gòu)緊湊，加工簡單 3 3、采用耐磨合金鑄鐵機體或者鋁合金機體，缸孔鍍多孔性鉻、采用耐磨合金鑄鐵機體或者鋁合金機體，缸孔鍍多孔性鉻 氣缸墊氣缸墊 1 1、功能、功能 密封燃氣、水、機油密封燃氣、水、機油 2 2、工作條件、工作條件 高壓氣體、壓緊載荷、高溫高壓氣體、壓緊載荷、高溫 3 3、要求、要求 不燒損、有一定彈性、不燒損、有一定彈性、 可重復(fù)使用可重復(fù)使用4 4、結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)形式 銅皮銅皮+ +石棉、多層鋼片組合、鋁墊石棉、多層鋼片組合、鋁墊 高增壓發(fā)動機雙氣缸墊高增壓發(fā)動機雙氣缸墊機體、缸蓋、缸套的連

15、接處（機體、缸蓋、缸套的連接處（1 1） 1 1、機體、缸套、缸蓋、缸墊連接處是最有挑戰(zhàn)性設(shè)計部位之一、機體、缸套、缸蓋、缸墊連接處是最有挑戰(zhàn)性設(shè)計部位之一 密封燃氣、水、機油，氣體力、熱負荷對壓緊載荷的影響密封燃氣、水、機油，氣體力、熱負荷對壓緊載荷的影響 2 2、缸蓋螺栓的總預(yù)緊力為、缸蓋螺栓的總預(yù)緊力為2.6-3.22.6-3.2倍氣缸最高爆發(fā)壓力倍氣缸最高爆發(fā)壓力 3 3、缸蓋螺栓受熱伸長引起壓緊載荷變化，長缸蓋螺栓（柔性螺栓）、缸蓋螺栓受熱伸長引起壓緊載荷變化，長缸蓋螺栓（柔性螺栓） 單位長度變化引起的載荷變化小，適用于熱負荷變化。單位長度變化引起的載荷變化小，適用于熱負荷變化。 4

16、 4、氣體力使得缸蓋螺栓伸長，壓緊載荷減小，長缸蓋螺栓在單位、氣體力使得缸蓋螺栓伸長，壓緊載荷減小，長缸蓋螺栓在單位拉力下伸長量大，壓緊載荷減少大，和熱負荷變化影響相矛盾，拉力下伸長量大，壓緊載荷減少大，和熱負荷變化影響相矛盾，要綜合考慮。（濰柴柔性缸蓋螺栓）要綜合考慮。（濰柴柔性缸蓋螺栓）5 5、濕缸套定位位置對壓緊載荷的影響。（參見后面圖）、濕缸套定位位置對壓緊載荷的影響。（參見后面圖）機體、缸蓋、缸套的連接處（機體、缸蓋、缸套的連接處（2 2） 6 6、壓緊載荷分布的測量：壓感膜、帶應(yīng)變的缸墊、壓緊載荷分布的測量：壓感膜、帶應(yīng)變的缸墊 擰緊力矩和螺栓載荷關(guān)聯(lián)性差擰緊力矩和螺栓載荷關(guān)聯(lián)性差

17、7 7、該連接處疲勞壽命分析、該連接處疲勞壽命分析 液壓脈動疲勞試驗（難考慮溫度）液壓脈動疲勞試驗（難考慮溫度） FEA FEA分析困難（邊界條件困難）分析困難（邊界條件困難） 8 8、連接處熱負荷引起的應(yīng)力、連接處熱負荷引起的應(yīng)力 缸蓋中央溫度高，外周溫度低，產(chǎn)生壓應(yīng)力缸蓋中央溫度高，外周溫度低，產(chǎn)生壓應(yīng)力 缸蓋熱膨脹大，機體頂面熱膨脹小，產(chǎn)生拉、壓應(yīng)力缸蓋熱膨脹大，機體頂面熱膨脹小，產(chǎn)生拉、壓應(yīng)力缸套的失效形式缸套的失效形式 1 1、缸套凸肩處裂紋：減少附加彎矩、缸套凸肩處裂紋：減少附加彎矩 2 2、缸套的磨損：（包括拉缸）、缸套的磨損：（包括拉缸） 3 3、濕缸套的穴蝕、濕缸套的穴蝕缸套

18、的磨損缸套的磨損1 1、摩擦磨損（磨料磨損）：進氣、機油雜質(zhì)、摩擦磨損（磨料磨損）：進氣、機油雜質(zhì)2 2、腐蝕磨損：（亞）硫酸、腐蝕磨損：（亞）硫酸+ +水汽，一般不嚴重水汽，一般不嚴重 上止點第一環(huán)對應(yīng)處油膜覆蓋不足、高溫、磨損大上止點第一環(huán)對應(yīng)處油膜覆蓋不足、高溫、磨損大 低溫啟動水汽凝結(jié)，形成酸低溫啟動水汽凝結(jié)，形成酸 汽油機進氣口對面缸套機油膜被沖刷汽油機進氣口對面缸套機油膜被沖刷 缸套溫度要高于缸套溫度要高于100100，防止水汽凝結(jié)（冷卻水溫不過低），防止水汽凝結(jié)（冷卻水溫不過低） 3 3、粘著磨損：拉傷、拉缸、咬缸，高溫微焊，防止、粘著磨損：拉傷、拉缸、咬缸，高溫微焊，防止 活塞上止點處高溫、潤滑差、活塞速度低（油膜薄）活塞上止點處高溫、潤滑差、活塞速度低（油膜?。? 4、減少拉傷的措施、減少拉傷的措施 a a、活塞與缸套配合，減少缸套變形（螺栓擰緊）、活塞與缸套配合，減少缸套變形（螺栓擰緊） b b、良好潤、良好潤滑滑 c c、表面鍍鉻、氮化處理、表面鍍鉻、氮化處理 d d、粗糙度紋理、粗糙度紋理 缸套的磨損缸套的磨損 1 1、缸套的絎磨紋理、缸套的絎磨紋理缸套的變形