1、內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造與設(shè)計(jì),13軸承,13.1概述,滑動(dòng)軸承金屬瓦背與減摩合金層組成。它使發(fā)動(dòng)機(jī)工作可靠運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，使用維修方便，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性、使用壽命有很大影響。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的不斷強(qiáng)化，對(duì)軸承的要求也越來(lái)越苛刻。為了提高軸承的使用性能，須從材料、制造工藝及設(shè)計(jì)上加以改進(jìn)。13.1.1軸承的工作條件1、在很大的交變負(fù)荷作用下，會(huì)在合金層內(nèi)形成疲勞應(yīng)力狀態(tài)，使合金層產(chǎn)生微小裂紋，甚至疲勞剝落。2、因軸承與軸頸之間的高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生大量摩擦熱，使軸瓦工作表面溫度升高，一旦破壞了液體潤(rùn)滑或油膜潤(rùn)滑，就會(huì)使軸承與軸頸直接接觸，發(fā)生干摩擦，加速磨損，甚至表面熔化，咬粘在一起，發(fā)生破壞。3、機(jī)油不斷被氧化，形成有

2、機(jī)酸，對(duì)軸承表面有腐蝕作用，再有油中的雜質(zhì)，破壞潤(rùn)滑，使軸承和軸頸表面遭受擦傷。,13.1概述,4、連桿、曲軸、機(jī)體等的制造誤差，使軸承與軸頸之間的間隙不均勻，產(chǎn)生局部的負(fù)荷集中，加速磨損。13.1.2軸承的結(jié)構(gòu)要求軸承既能承受交變載荷，又具有良好的耐磨性。曲軸軸瓦連桿軸瓦、主軸瓦一般由瓦背與減摩合金層組合而成，瓦背保證整個(gè)軸瓦的機(jī)械強(qiáng)度，而薄的減摩合金層保證良好的摩擦性能。13.1.3軸承設(shè)計(jì)中要考慮的主要問(wèn)題1、選用合適的軸承減摩合金和表面鍍層，使軸承在正常使用情況下不至于發(fā)生疲勞損壞、擦傷和過(guò)快磨損。2、選擇合理的軸瓦寬度-直徑比、軸承間隙和進(jìn)油孔位置等，以利于形成流體動(dòng)力潤(rùn)滑。3、選擇

3、合理的過(guò)盈度和自由彈勢(shì)，保證軸瓦不在座孔中轉(zhuǎn)動(dòng)并能傳出摩擦熱.,13.2軸承材料,13.2.1對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)用軸承材料的主要要求1、有足夠的機(jī)械強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度，承受交變載荷，防止減摩層從鋼背上脫落;有足夠的耐磨性，有較高的熱硬度和熱強(qiáng)度，以承受高溫時(shí)的負(fù)荷;有足夠的結(jié)合強(qiáng)度，減摩合金層應(yīng)與鋼背結(jié)合牢固，不僅不會(huì)因沿結(jié)合面可能作用的剪切力而脫殼，而且不因由溫度升高產(chǎn)生的熱應(yīng)力而脫殼，結(jié)合強(qiáng)度不足會(huì)導(dǎo)致軸承過(guò)早疲勞破壞。2、有良好的減摩性能，包括抗咬合性、嵌藏性和順應(yīng)性?？挂Ш闲允侵冈谳S承油膜暫時(shí)間斷軸承和軸頸不容易互相咬合而發(fā)生擦傷的性質(zhì)。這與軸承合金的親油性有關(guān)。親油性好，維持邊界油膜的能力強(qiáng)，油膜切

4、斷后恢復(fù)也快，則軸承的抗咬合性就較好。嵌藏性是指軸承合金允許少量硬質(zhì)的塵砂、磨屑等細(xì)微顆粒嵌入合金層而避免刮傷軸頸和隨之傷及自身的能力。順應(yīng)性是指軸承合金層適應(yīng)軸頸幾何,13.2軸承材料,形狀偏差或變形而減小邊緣載荷和磨損、使載荷和磨損均勻化的能力。一般說(shuō)來(lái)，軸承的抗咬合性、嵌藏性和順應(yīng)性好，軸承合金和配對(duì)軸頸就比較耐磨（不會(huì)迅速磨損）。3、耐腐蝕使用中曲軸箱內(nèi)機(jī)油不斷氧化變質(zhì)，生成有機(jī)酸和過(guò)氧化合物，對(duì)軸承表面有腐蝕作用，故要求軸承合金有良好的耐腐蝕性。幾乎沒(méi)有一種軸承減摩合金能同時(shí)滿足以上這些要求。一般說(shuō)來(lái)，較硬的材料具有較高的機(jī)械性能，較軟的材料則具有較好的表面減摩性能。13.2.2軸承

5、減摩合金材料發(fā)動(dòng)機(jī)軸承減摩合金材料品種很多，可分為巴氏合金、銅基合金和鋁基合金三大類(lèi)。但使用時(shí)可分為兩種：硬基體加軟質(zhì)點(diǎn)或軟基體加硬質(zhì)點(diǎn)。,13.2軸承材料,13.2.2.1巴氏合金巴氏合金分為錫基和鉛基兩種。錫基巴氏合金含銻4%-14%，銅3%-8%，其余為錫。鉛基巴氏合金含銻10%-15%，錫4%-7%，其余為鉛。在軟質(zhì)的錫基體或鉛基體中均布著硬質(zhì)點(diǎn)。軟基體決定了巴氏合金具有良好的親油性、抗咬合性、順應(yīng)性和嵌藏性，對(duì)機(jī)油濾清的要求也相對(duì)較低，具有較好的耐磨性。巴氏合金的最大缺點(diǎn)是疲勞強(qiáng)度低。減薄合金層厚度可以提高巴氏合金軸瓦的疲勞強(qiáng)度。巴氏合金的機(jī)械性能隨著溫度升高明顯降低。鉛基巴氏合金的

6、成本比錫基巴氏合金低些，其承載能力和耐腐蝕性都不及錫基巴氏合金?，F(xiàn)在只有強(qiáng)化程度較低的汽油機(jī)和小柴油機(jī)中才用巴氏合金軸瓦。,13.2軸承材料,13.2.2.2銅基合金鉛青銅含鉛5%-25%，錫3%-10%，其余為銅;銅鉛合金含鉛25%-35%，其余為銅;錫青銅和鋁青銅。這些軸承材料具有疲勞強(qiáng)度高、承載能力大的突出優(yōu)點(diǎn)，而且機(jī)械性能隨溫度的變化較小，因此許用比壓和許用工作溫度都大于巴氏合金和鋁錫合金。缺點(diǎn)是順應(yīng)性和嵌藏性差，對(duì)零件加工精度和機(jī)油濾清質(zhì)量的要求高，并要求軸頸有較高的硬度。此外，合金中的鉛易受酸的腐蝕，要求機(jī)油中有抗腐蝕添加劑。為改善軸瓦表面減摩性能和耐腐蝕性，在鉛青銅層或銅鉛合金層

7、上要電鍍一層軟合金薄膜。目前這種材料的軸瓦主要用在高強(qiáng)化的增壓柴油機(jī)上。錫青銅和鋁青銅許用比壓和耐磨性比鉛青銅高，主要用于連桿小頭襯套。,13.2軸承材料,13.2.2.3鋁基合金以鋁為基本成分，并按其第二成分區(qū)分為鋁錫合金、鋁硅合金和鋁銻鎂合金。鋁基合金軸瓦的綜合性能好，其抗咬合性、嵌藏性、順應(yīng)性、耐腐蝕性、工藝性和經(jīng)濟(jì)性都優(yōu)于銅鉛合金軸瓦，疲勞強(qiáng)度和承載能力則優(yōu)于巴氏合金。鋁錫合金應(yīng)用最廣。含錫20%左右的高錫鋁合金雙層軸瓦廣泛用于中等負(fù)荷的柴油機(jī)和中、高負(fù)荷汽油機(jī)。而在一些高負(fù)荷柴油機(jī)中則采用承載能力更高的低錫鋁合金（含錫6%）或鋁硅合金，在這些軸瓦表面要加軟合金鍍層。13.2.2.4表

8、面鍍層材料電鍍?cè)阢U青銅（含銅鉛合金）、低錫鋁合金和鋁硅合金軸瓦表面的軟合金材料，使軸瓦形成三層結(jié)構(gòu)，以改善軸承的表面性能。,13.2軸承材料,鍍層材料常用鉛、錫或鉛、錫、銅或鉛、錫、銻或鉛、銦等。電鍍層厚度一般為0.02-0.03mm，其厚度加大會(huì)使疲勞強(qiáng)度降低，軸瓦合金層容易剝落。,13.2軸承材料,13.2.2.5連桿小頭襯套材料一般采用全浮式活塞銷(xiāo)的連桿小頭孔內(nèi)都以過(guò)盈配合裝有耐磨襯套。常用的連桿小頭襯套材料有錫青銅。由于錫青銅的許用比壓高于其它軸承合金，在活塞銷(xiāo)直徑一定的條件下可以減短連桿小頭軸向長(zhǎng)度，從而可以加大活塞銷(xiāo)座的承壓面積，使機(jī)械載荷分配合理，相應(yīng)零件的使用壽命都能得到保證。

9、連桿小頭襯套的厚度，對(duì)于汽油機(jī)一般為0.6-1.5mm，對(duì)于柴油機(jī)一般為2-3mm。,13.2軸承材料,13.2.3瓦背的材料及要求內(nèi)燃機(jī)的工作條件對(duì)瓦背所提出的要求為：1、瓦背與合金層的粘結(jié)性能良好，即應(yīng)有足夠的粘結(jié)強(qiáng)度。2、軸瓦必須以過(guò)盈裝入軸承座孔內(nèi)，因此瓦背材料應(yīng)有足夠的屈服極限。瓦背材料（曲軸主軸瓦及連桿軸瓦鋼背材料）為08，10，15號(hào)鋼，即低碳鋼。瓦背的作用：承受機(jī)械負(fù)荷。,13.3軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),13.3.1.若干結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)13.3.1.1軸瓦的定位汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)大生產(chǎn)工藝適合采有薄壁軸瓦。這種軸瓦通常在瓦口沖壓出一個(gè)定位唇，安裝時(shí)將定位唇嵌入座孔的定位溝中，軸瓦在軸承座中就軸向定位

10、了；上、下軸承座孔的定位溝開(kāi)在同一側(cè)，其軸向位置應(yīng)保證上、下軸瓦的軸向端面對(duì)齊。斜切口連桿大頭的分界面正處在高負(fù)荷區(qū)，如果軸瓦對(duì)口面也在此處，會(huì)影響承載能力（通常軸瓦在接近瓦口處削?。?。因此有些發(fā)動(dòng)機(jī)的斜切口連桿中軸瓦是“直切”安裝的，其對(duì)口面垂直于連桿大小頭中心線。在這種設(shè)計(jì)中軸瓦用定位銷(xiāo)定位。,13.3軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),13.3.1.2工作表面的幾何形狀最普通的軸瓦工作表面在裝配狀態(tài)為正確的圓柱形。這種形狀在軸頸變形的情況下有較大邊緣載荷，影響壽命；在軸承座變形情況下失圓，影響承載能力。因此近年來(lái)在一些強(qiáng)化柴油機(jī)上出現(xiàn)了一些新的軸瓦內(nèi)孔形狀。雙曲面軸瓦和兩端有微錐面的軸瓦軸向變厚度，可克服邊

11、緣負(fù)荷。當(dāng)高強(qiáng)化發(fā)動(dòng)機(jī)受重量限制不能用加粗軸頸來(lái)保證高彎曲剛度時(shí)，用雙曲面軸瓦比較適應(yīng)。兩端有微錐面的軸瓦也有類(lèi)似作用。,13.3軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),橢圓軸瓦徑向變厚度軸瓦，使軸瓦厚度由其中央截面向瓦口逐漸減小，在裝配狀態(tài)軸瓦工作表面即成橢圓。這樣，在連桿和主軸承受力大的垂直方向軸承的徑向間隙較小，不影響承載；而在受力小的水平方向間隙較大，既有利于潤(rùn)滑油流過(guò)軸承改善散熱，又可以避免在高垂直載荷下軸承水平方向變形縮小到“碰上”軸頸。,13.3軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),有許多軸瓦在瓦口附近局部削薄，這主要是為了避免瓦口在裝配時(shí)受壓鼓出，也在一定程度上起著與橢圓軸瓦類(lèi)似的作用。13.3.1.3潤(rùn)滑油孔和油槽油孔位

12、置：潤(rùn)滑油進(jìn)入軸承的位置應(yīng)在軸承的低負(fù)荷區(qū)，也就是厚油膜區(qū)。此區(qū)域可根據(jù)軸承負(fù)荷極坐標(biāo)圖大致判斷。一般說(shuō)來(lái)，主軸承進(jìn)油孔在其上半部，連桿軸承在下半部。油槽：便于潤(rùn)滑油布滿和流過(guò)軸承間隙，使?jié)櫥湍懿婚g斷地通過(guò)曲軸中的油道進(jìn)入連桿軸承，所以在主軸瓦上要開(kāi)油槽。但是開(kāi)油會(huì)降低軸承的承載能力，因此，受載荷大而時(shí)間長(zhǎng)的軸瓦最好避免開(kāi)油槽，可以在主軸頸上打一貫穿油孔，就可以連續(xù)向連桿軸瓦供油而不需要在主軸承下瓦上開(kāi)油槽了。,13.3軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),13.3軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),13.3.1.4止推軸承曲軸設(shè)置止推軸承的目的是保證曲軸的軸向定位，承受軸向推力（如正時(shí)斜齒輪傳動(dòng)的軸向分力，離合器軸向推力等等）。軸

13、向游隙一般不超過(guò)0.2mm。定位元件：止推片、止推環(huán)或翻邊軸瓦。其中止推環(huán)只能用于第一道主軸頸，而半圓環(huán)形的止推片和翻邊軸瓦則可用于任何一道主軸頸，用四個(gè)止推片結(jié)構(gòu)應(yīng)用最廣泛，用兩個(gè)止推片的結(jié)構(gòu)只適用于軸向力小的曲軸。止推環(huán)和止推片相對(duì)于主軸承座是不能轉(zhuǎn)動(dòng)的，可以用定位銷(xiāo)或定位舌定位。為改善止推片（環(huán)）與主軸頸間的潤(rùn)滑，在止推片的工作面上銑出存油坑，上、下兩片的分界面附近也局部削薄。,13.3軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),13.3軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),13.3軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),13.3.2軸瓦主要尺寸及過(guò)盈度的確定13.3.2.1軸瓦的內(nèi)徑與寬度軸瓦的內(nèi)徑為軸承座孔直徑減去兩倍的軸瓦厚度（對(duì)變厚度軸瓦取其最大厚度）

14、d=D0-2t。若不計(jì)公差，則軸瓦內(nèi)徑的名義值就是軸頸的名義直徑。軸瓦的寬度為軸頸寬度減去兩倍的軸頸的過(guò)渡圓角半徑b=B-2r。d和b的確定實(shí)際上并不決定于軸承最佳設(shè)計(jì)的考慮，而是決定于發(fā)動(dòng)機(jī)的缸心距、曲軸的強(qiáng)度和剛度、發(fā)動(dòng)機(jī)的重量等方面的考慮。從軸承的承載能力來(lái)說(shuō)，其寬度-直徑比b/d過(guò)小，則潤(rùn)滑油易向兩端流出，同一油膜厚度下油膜壓力較低，承載能力較低。b/d過(guò)大，則流過(guò)軸承的潤(rùn)滑油量較少，帶走熱量少，使油膜的溫度提高而油粘度降低，油膜的承載能力也會(huì)降低，同時(shí)寬軸瓦的邊緣負(fù)荷較大，對(duì)壽命有不利影響。一般認(rèn)為取b/d=0.4-0.6時(shí)，軸瓦的承載能力最大。,13.3軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),在實(shí)際使用時(shí)

15、為使結(jié)構(gòu)緊湊，盡量縮短氣缸缸心距，故軸承縮短。連桿軸承縮短到b/d=0.4，主軸承縮短到b/d=0.35-0.4，無(wú)油槽時(shí)b/d=0.3。在初步設(shè)計(jì)中通常要驗(yàn)算最大軸承載荷pmax下的軸承比壓pmax=Pmax/bd，并與條件相似的先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的軸承最大比壓相比較。所謂條件相似是指軸承潤(rùn)滑條件、軸頸剛度及表面質(zhì)量、b/d等相似且軸承材料相同。,13.3軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),13.3.2.2軸瓦厚度軸瓦厚度包括鋼背厚度、合金層厚度和表面鍍層的厚度。許多國(guó)家已在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定軸瓦的名義壁厚和公差系列，鋼背厚度與公差，以及對(duì)應(yīng)的合金層的厚度與公差。表13-3中給出了美國(guó)SAE和日本標(biāo)準(zhǔn)中的壁厚尺寸，它們都有

16、輕、重兩個(gè)系列。SAE推薦轎車(chē)和輕型貨車(chē)用汽油機(jī)的連桿軸瓦用輕系列，重型貨車(chē)汽油機(jī)和柴油機(jī)以及的連桿軸瓦用重系列，各種發(fā)動(dòng)機(jī)的主軸瓦都用重系列。理由是壁厚（鋼背）稍大有利于抗疲勞，但連桿瓦的尺寸受限制較大，所以推薦載荷較輕的連桿瓦用輕系列。但實(shí)際上可以看到有些高負(fù)荷柴油機(jī)的連桿瓦也用輕系列。表13-4中給出了不同來(lái)源的合金層厚度推薦值。,13.3軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),13.3軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),13.3軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),13.3軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),13.3.2.3軸瓦的自由彈勢(shì)和過(guò)盈度自由彈勢(shì)：自由狀態(tài)下的軸瓦兩瓦口外緣的距離大于軸承座孔直徑D0，按照D0的公差上限值D0max計(jì)算此大出量。過(guò)盈度：一片軸瓦的

17、周長(zhǎng)大于1/2，按照D0max來(lái)計(jì)算此大出量，就是軸瓦的過(guò)盈度。,13.3軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),13.3軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),13.3軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),13.3軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),13.3軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),7.2汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)型式與主要結(jié)構(gòu)參數(shù),綜上所述，從提高升功率、降低發(fā)動(dòng)機(jī)高度、提高曲軸的強(qiáng)度和剛度考慮，宜取較小的；而從改善熱效率、減小軸承慣性力載荷、縮短單列式發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)度和減小比重量考慮，則宜取較大的值。目前車(chē)用汽油機(jī)的值多數(shù)在0.90-1.05之間，車(chē)用柴油機(jī)的值多數(shù)在1.0-1.2之間。V型機(jī)的值一般要比單列式機(jī)略小些。7.2.2.2氣缸數(shù)、氣缸工作容積、缸徑和活塞行程這些結(jié)構(gòu)參數(shù)與，之間的關(guān)系是

18、：,7.2汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)型式與主要結(jié)構(gòu)參數(shù),如果面臨的設(shè)計(jì)任務(wù)是在現(xiàn)有機(jī)型基礎(chǔ)上的局部改進(jìn)，例如不變，S只擴(kuò)大D以增大，或者不變D，S（），（）只增壓以加大，或者不變汽油機(jī)的D，S（），只把每缸雙氣門(mén)改成4氣門(mén)以加大（）等等，則不難把改變了的或或代入上式算出新的來(lái)。如果是做新產(chǎn)品設(shè)計(jì)，只給定了，而其它一切從結(jié)構(gòu)型式直至結(jié)構(gòu)參數(shù)均可選擇，這時(shí)宜先估計(jì)一下用何種結(jié)構(gòu)型式可達(dá)到目標(biāo)，估計(jì)方法如下：對(duì)于某一備選的結(jié)構(gòu)型式，可參考同類(lèi)型先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)和本章前幾節(jié)介紹的一些關(guān)系選擇、和，用上式算出z。,7.2汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)型式與主要結(jié)構(gòu)參數(shù),如果已能肯定有一種或兩種結(jié)構(gòu)型式可行，就可對(duì)該

19、一兩種結(jié)構(gòu)方案計(jì)算應(yīng)有的、D和S，再通過(guò)草圖設(shè)計(jì)在兩個(gè)方案中擇一。計(jì)算、D和S的步驟：先選定和，計(jì)算應(yīng)有的、D和S，將D和S的毫米數(shù)取為整數(shù)，再?gòu)?fù)算和。用得出的和S計(jì)算和，二者均應(yīng)與同用途同類(lèi)型先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的水平相當(dāng)。,7.2汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)型式與主要結(jié)構(gòu)參數(shù),7.2.2.3氣缸中心距為縮短發(fā)動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)度，相鄰氣缸中心線的距離應(yīng)盡可能地小一些，通常用來(lái)表征發(fā)動(dòng)機(jī)縱向尺寸的緊湊性。單列水冷發(fā)動(dòng)機(jī)的決定于缸筒結(jié)構(gòu)形式（無(wú)缸套、干缸套還是濕缸套）和冷卻水套的設(shè)計(jì)；V型發(fā)動(dòng)機(jī)的決定于曲軸縱向尺寸；風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)的則決定于單體缸筒上必要的肋片尺寸。,7.2汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)型式與主要結(jié)構(gòu)參數(shù),7.3設(shè)計(jì)和

20、研制發(fā)動(dòng)機(jī)的一般過(guò)程和方法,發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)與研制可分為三類(lèi)：在原有產(chǎn)品基礎(chǔ)上局部改進(jìn)或變型產(chǎn)品的研制；新機(jī)型發(fā)動(dòng)機(jī)的研制；探索新技術(shù)方向的試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的研制。第一類(lèi)工作投資省而見(jiàn)效快，一般工廠總是不間斷地進(jìn)行著這類(lèi)工作以爭(zhēng)取更大的效益。不過(guò)隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，原有發(fā)動(dòng)機(jī)到了一定時(shí)候就無(wú)法通過(guò)局部改進(jìn)或變型來(lái)保持競(jìng)爭(zhēng)力了，因此一般情況是每隔若干年就有必要進(jìn)行一輪產(chǎn)品更新。新發(fā)動(dòng)機(jī)的研制是以當(dāng)前成熟技術(shù)為基礎(chǔ)的，在這一點(diǎn)上同第一類(lèi)工作一樣，但是可以少受或不受原有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)限制，因而可以更好體現(xiàn)當(dāng)前的技術(shù)水平。本節(jié)主要就是介紹新發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品研制的一般過(guò)程和方法問(wèn)題。至于第三類(lèi)工作，是一些特殊的探索。,7

21、.3設(shè)計(jì)和研制發(fā)動(dòng)機(jī)的一般過(guò)程和方法,7.3.1研制發(fā)動(dòng)機(jī)的一般過(guò)程新發(fā)動(dòng)機(jī)的研制大體上可以分為四個(gè)階段：計(jì)劃與方案設(shè)計(jì)階段，技術(shù)設(shè)計(jì)階段，樣機(jī)試制與調(diào)試階段，鑒定與小批試生產(chǎn)階段。7.3.1.1計(jì)劃與方案設(shè)計(jì)階段在此階段要進(jìn)行仔細(xì)的調(diào)研和論證以明確研制的必要性、可能性和發(fā)展目標(biāo)，主要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、結(jié)構(gòu)型式和研制的進(jìn)度計(jì)劃。研制的必要性決定于對(duì)產(chǎn)品的需求，因此要仔細(xì)調(diào)研其主要用途和需求的緊迫程度、用于其它用途的可能性、預(yù)計(jì)產(chǎn)量、發(fā)展成多種缸數(shù)的系列產(chǎn)品以供應(yīng)多種配套需求的可能性、與國(guó)家的技術(shù)政策和發(fā)展戰(zhàn)備的適應(yīng)性等等。,7.3設(shè)計(jì)和研制發(fā)動(dòng)機(jī)的一般過(guò)程和方法,研制的可能性則包括資金、技術(shù)力量

22、、掌握先進(jìn)技術(shù)的程度、生產(chǎn)條件、附件廠的配合等等。研制發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率和轉(zhuǎn)速、外形尺寸和重量、地區(qū)適應(yīng)性等使用要求是根據(jù)主要用途提出來(lái)的，但也要盡量適應(yīng)更多的用途以擴(kuò)大其預(yù)計(jì)產(chǎn)量。預(yù)計(jì)產(chǎn)量和具體的研制條件不僅影響研制方針?lè)椒ǖ倪x擇，而且影響發(fā)動(dòng)機(jī)的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。研制發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)達(dá)到的技術(shù)水平反映在所確定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上（如，比重量，功率密度、成本、壽命）。需要對(duì)用途及功率與研制目標(biāo)相近的各種國(guó)外發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品的現(xiàn)有技術(shù)水平和發(fā)展方向進(jìn)行仔細(xì)的調(diào)查和分析，了解專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)的各種附件的技術(shù)水平和發(fā)展方向，以便盡可能地使這些確定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)在研制開(kāi)發(fā)成功后還具有一定的競(jìng)爭(zhēng)力。,7.3設(shè)計(jì)和研制發(fā)動(dòng)機(jī)的一般過(guò)

23、程和方法,如果同時(shí)存在兩種可能的結(jié)構(gòu)型式和相應(yīng)的兩套技術(shù)指標(biāo)，通常就要對(duì)兩種設(shè)計(jì)方案都進(jìn)行總布置草圖設(shè)計(jì)并做一些估算和分析，以便盡早地選定吸引力較大的一種。計(jì)劃與方案設(shè)計(jì)階段的工作是很重要的決策性工作，對(duì)于研制的成功與否有決定性的影響。這一階段的工作結(jié)論應(yīng)寫(xiě)成技術(shù)任務(wù)書(shū)，作為研制和鑒定的依據(jù)。7.3.1.2技術(shù)設(shè)計(jì)階段在技術(shù)設(shè)計(jì)階段對(duì)選定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行細(xì)化，以最終確定發(fā)動(dòng)機(jī)的總布置設(shè)計(jì)和所有零部件的設(shè)計(jì)，完成全套圖紙和設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、計(jì)算說(shuō)明書(shū)等技術(shù)文件。,7.3設(shè)計(jì)和研制發(fā)動(dòng)機(jī)的一般過(guò)程和方法,發(fā)動(dòng)機(jī)的總布置設(shè)計(jì)表現(xiàn)為一系列總圖，即縱橫剖面圖、各向視圖和重要的局部剖視圖。在這些圖中應(yīng)能看出發(fā)

24、動(dòng)機(jī)主要零部件（缸體、缸蓋、曲軸、連桿、活、配氣機(jī)構(gòu)）的結(jié)構(gòu)和所有附件（供油、潤(rùn)滑、冷卻系的部件，進(jìn)排氣管，增壓器，以及要求發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)轉(zhuǎn)向加力泵、空氣壓縮機(jī)等等）。在零部件的設(shè)計(jì)沒(méi)有完成之前，是不可能最終確定總布置設(shè)計(jì)的。但是各零部件的設(shè)計(jì)又不能脫離發(fā)動(dòng)機(jī)整體綜合的要求，不能發(fā)生相互間的矛盾。因此實(shí)際上在有了總布置草圖之后，總圖的繪制和主要零部件的細(xì)化設(shè)計(jì)需要平行地進(jìn)行，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)在各零部件之間的關(guān)系上有何問(wèn)題并研究解決之。在細(xì)化零部件設(shè)計(jì)時(shí)需要進(jìn)行不少分析和計(jì)算，包括利用循環(huán)模擬估算與熱力過(guò)程有關(guān)的參數(shù)和零件設(shè)計(jì);曲柄連桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)力計(jì)算、平衡計(jì)算和曲軸扭振分析;主要受力件的應(yīng)力分析，

25、主要受熱件的溫度與應(yīng)力分析;配氣機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)計(jì)算，凸輪型線和氣門(mén)彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算;軸承潤(rùn)滑油膜計(jì)算等等。,7.3設(shè)計(jì)和研制發(fā)動(dòng)機(jī)的一般過(guò)程和方法,在此階段還要進(jìn)行一些先期試驗(yàn)，例如直噴室柴油機(jī)的進(jìn)氣道就需要在氣道試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行試驗(yàn)和優(yōu)化，以盡可能小的流動(dòng)損失獲得必要的旋流強(qiáng)度。為了減輕發(fā)動(dòng)機(jī)的重量，要盡力優(yōu)化其主要鑄、鍛件的形狀設(shè)計(jì)（缸體、缸蓋、曲軸、連桿、飛輪、飛輪殼等），在滿足剛度、強(qiáng)度或轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的前提下合理分配材料。凡受力很小的殼、蓋等零件可用沖壓件或塑料件。更要切記不要為將來(lái)可能要求加大功率而故意留下加大排量和提高強(qiáng)化程度的余地（例如加大缸心距、加大軸頸等），因?yàn)檫@會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)的體積

26、、重量和成本增大，而實(shí)際上將來(lái)是否要求加大功率并不肯定，即使有此要求，也有可能通過(guò)其它途徑實(shí)現(xiàn)，例如發(fā)掘發(fā)動(dòng)機(jī)的極限能力、利用新的技術(shù)等等。各附件的位置安排對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的體積和可靠性都有很大影響。宜注意在保證拆裝、維修方便的前提下，盡可能使附件直接固定在機(jī)體上并且不與任何附件過(guò)于突出；要盡量減少傳動(dòng)齒輪、鏈條鏈輪的數(shù)目。同時(shí)宜盡量不用外接的水管、機(jī)油管而在鑄件上開(kāi)油道和水道，以減少漏水漏油。減少零件數(shù)目不僅增加可靠性而且有利于降低成本。,7.3設(shè)計(jì)和研制發(fā)動(dòng)機(jī)的一般過(guò)程和方法,7.3.1.3樣機(jī)制造和調(diào)試階段在此階段要進(jìn)行的工作有：加工裝配出一批樣機(jī);進(jìn)行整機(jī)性能調(diào)試以達(dá)到預(yù)期的性能指標(biāo);進(jìn)行機(jī)械

27、方面的研究與改進(jìn)以達(dá)到要求的可靠性和壽命。所謂調(diào)試就是通過(guò)有計(jì)劃地改變與發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程有關(guān)的一些參數(shù)和零件，全面考察每一種變動(dòng)對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)功率、扭距特性、燃油消耗率和有害排放等方面產(chǎn)生的影響，然后分析確定綜合效果最佳的一套參數(shù)和零件，以達(dá)到預(yù)定的各種性能指標(biāo)。以柴油機(jī)為例，要確定的就有噴油系、進(jìn)氣道和燃燒室的最佳匹配，增壓器的渦輪噴嘴環(huán)和排氣管、放氣閥的最佳匹配，噴油時(shí)刻自動(dòng)調(diào)節(jié)器的特性，噴油泵一調(diào)速器的扭矩校正器等等。此外，還要在可控制溫度的低溫試驗(yàn)室中進(jìn)行冷起動(dòng)性能試驗(yàn)，調(diào)整壓縮比、起動(dòng)機(jī)功率、蓄電池、噴油定時(shí)等直到冷起動(dòng)性能符合要求為止。,7.3設(shè)計(jì)和研制發(fā)動(dòng)機(jī)的一般過(guò)程和方法,要進(jìn)行樣機(jī)的可靠性和耐久性試驗(yàn)。一般的可靠性試驗(yàn)是先在性能調(diào)試已初步達(dá)到的范圍內(nèi)以盡可能高的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)約250小時(shí)或到有明顯損壞時(shí)為止拆開(kāi)機(jī)器仔細(xì)檢查，對(duì)每一個(gè)發(fā)現(xiàn)