6110柴油机整体设计及曲轴详细设计

目录摘要：Abstract.：第一章：前言1-1选题背景和意义1-2国内外研究现状1-3主要技术规格1-4研究内容和方法第二章：发动机的总体布置第三章：发动机的总体设计3-1机体组的设计3-2曲轴飞轮组的设计3-3连杆组的设计3-4配气机构的设计3-5活塞的设计3-6柴油机供给系统的设计3-7发动机冷却系统的设计3.8发动机润滑系统的设计3-9发动机启动系统的设计第四章：曲轴的详细设计摘要一台较为先进的柴油机，不仅要有先进的性能指标，而且还要有足够的寿命和可靠性。6110型柴油机就是针对配备大型货车而进行开发和研制的同时也可用于发电机组、工程机械和船舶。该机型噪音低，排放好，功率大，结构紧凑，启动好，烟度小，经济性好，燃油消耗率低。原机型主要用于城市间的长距离运输，对于城市交通路况需要重新设定参数，以改善燃油经济性和排放性能。柴油机的总体布置和各附件的布置对内燃机的外形尺寸和工作可靠性、使用方便性都有很大的影响。应在保证拆装、维修方便的前提下，尽可能直接可靠地固定在机体和气缸盖上，并且不使任何附件过于突出。尽量不用外接的机油管和冷却液管，而采用在零件上开通道代替，以减少泄露的可能。减少零件数不仅改善了其可靠性，而且有利于降低成本。本课题对活塞进行了详细设计和分析验算,并给出了合理的设计方案。关键词：6110、六缸、柴油机、曲轴设计、活塞设计AbstracAmoreadvanceddieselengines,notonlyhaveastate-of-the-artperformance,butalsotohavethelifeandreliability.X6110typedieselgeneratorset,constructionmachineryandshipscanalsobeusedforresearchanddevelopment,withlargetrucks.Themodelhaslownoise,emissions,power,compact,goodstart,smokeasmall,goodeconomy,lowfuelconsumption.Theoriginalmodelismainlyusedforlong-distanceinter-citytransportation,theneedtore-settheparametersforurbantrafficconditions,inordertoimprovefueleconomyandemissionsperformance.Theoveralllayoutofthedieselengineandattachmentsizeandshapeofthelayoutoftheinternalcombustionenginereliability,easeofusearegreatlyaffected.Shouldensurethatunderthepremiseofconvenientdisassembly,repair,andasdirectlyaspossibletoreliablyfixedinthebodyandthecylindercover,andanyattachmentsaretoo.Asfaraspossiblewithoutexternaloilpipeandthecoolanttube,whiletheuseofopenchannelinsteadofontheparttoreducethepossibilityofleakage.Reducethenumberofpartsnotonlytoimproveitsreliability,butalsohelptoreducecosts.Thistopiconthepistonofthedetaileddesignandanalysisofchecking,andgivesareasonabledesign.Keywords:6110,sixcylinder,dieselenginecrankshaft,pistondesign,design第一章前言1.1选题背景和意义柴油机的发展,已经有八十多年的历史。通过这一长时期的不断改进和提高，已经发展到了比较完善的程度。由于他的热效率高、适应性好、功率范围广，已经广发应用于农业、工业、交通运输业和国防建设事业。因此，柴油机工业的发展对国民经济和国防建设都具有十分重要的意义。就当前各国动力机械的发展情况来看，在现有各种原动机中，包括蒸汽轮机、燃气轮机、水轮机柴油机、汽油机、煤气机以及核动力装置等，其中蒸汽轮机和核动力装置主要用于大型固定式电站、大型远洋航轮和军用舰艇上。水轮机多限于水电站。而汽油机则由于具有功率高、噪音低、振动小，以及对负荷变化的反应迅速等优点，在小客车上的应用占压倒优势。目前世界上的小客车数量很大，所以汽油机的产量也很高。此外，汽油机也用于中、小型载重汽车，小型农业、林业机械等。但是，由于汽油机所用燃料的价格和燃料消耗率均较柴油机为高，因此，在其它经济领域，就不能与柴油机竞争。在远洋海轮方面，柴油机是主动力。据1972年统计，全世界商船队的50000艘海轮中，有80%是用柴油机驱动的。在25000吨以下的船舶中，柴油机是目前最经济的动力装置，其数量更是占压倒多数。在1966年以前，30000吨以上的海轮主要采用蒸汽轮机，而以后，则采用柴油机的已逐渐增多。由于柴油机功率的不断提高，目前100000吨以上的海轮，甚至200000吨以上的巨型油船中，也已有柴油机作为主机的。柴油机还广泛应用于移动式电站和备用电站。随着大功率中速柴油机的发展，柴油机在固定式电站的应用也已逐渐得到推广。现代大功率中速柴油机已能经济地使用于发电量为100000KW的电站，而且不久，柴油机电站的发电量将要达到200000KW。在军用车辆方面，第二次世界大战期间，世界各国的坦克大约有65%是汽油机，只有35%是柴油机。但是，经过战后几十年来对高强化柴油机的研究发展，目前，除一些轻型坦克仍然使用汽油机，主战坦克基本上已经全部采用柴油机了。军用舰艇也仍然以柴油机为主。从全球的角度来看，柴油机的竞争一直十分激烈，因而促进了其技术的不断创新和发展。为了满足市场需求、扩大市场占有率、增强竞争实力，近几年世界各大柴油机制造商竞相推出了一批新研制或改进提高的产品或技术，这些新产品或新技术基本上体现了柴油机的发展方向。电控喷射技术，共轨燃油喷射系统，可变气门正时系统，涡轮增压中冷技术，混合动力，代用燃料等诸多方面。由上可知，世界各国柴油机的产量不断增长，应用范围日益扩大，在各经济部门和国防工业中，柴油机都占有极其重要的低位。它对实现我国四个现代化将起十分重要的主用。1.2国内外研究现状与汽油机相比，柴油机因为其较低的燃油消耗率和较高的热效率，在车用发动机方面得到了越来越多的应用。从世界范围来看汽车柴油化也已成为一种趋势。随着世界汽车保有量的不断增加，车辆的污染物排放已经成为了大气环境的主要污染源。面对日益严峻的环境压力。各国政府陆续制定了关于柴油机的排放法规，且逐年修订，使法规越来越严格，这也推动了柴油机排放控制技术的发展。但是，柴油机有害排放物和颗粒排放问题较为严重，为了保护环境，几乎所有国家对内燃机的排放进行了限制。1.3主要技术规格柴油机类型:水冷四冲程直列式顶置式气门进气方式:自然吸气气缸数－缸径×冲程:6-110mm×130mm压缩比:17燃烧形式:直接喷射润滑方式:压力循环飞溅复合式冷却方式:闭式压力循环起到方式:电启动电机停止方式:燃油控制系统输出功率:110千瓦/2400转标定功率燃油消耗率:236g/kwh冷起动温度:-25℃排气温度:600℃1.4研究内容和方法本论文主要研究的内容是6110柴油机，包括热力计算和动力计算，以及各个系统零件的设计选择。通过实际循环热计算、动力计算，可以得到6110柴油机的各个特性曲线。通过对整机的布局、对柴油机配气系统、供油系统、润滑系统、冷却系统、起动系统的了解与掌握，找出影响柴油机的动力性能指标、经济性能指标、运转性能指标和可靠性耐久性指标的主要参数以及各结构参数之间的最佳配合状态。同时绘制CAD零件图和装配图。第二章柴油机总体布置柴油机的总体布置和各附件的布置对内燃机的外形尺寸和工作可靠性、使用方便性都有很大的影响。应在保证拆装、维修方便的前提下，各种附件可能直接可靠地固定在机体和气缸盖上，并且尽量不使任何附件过于突出。尽量不用外接的机油管和冷却液管，而采用在零件上开通道代替，以减少泄漏的可能。尽可能减少零件数目，因为减少零件数目不仅可以改善发动机可靠性，而且有利于降低生产成本。由于本机是6110型柴油机，其总体布置：从发动机前端看，进气管布置在右侧，排气管在左侧；齿轮室布置在右端，齿轮室由四个齿轮组成（曲轴正时齿轮、凸轮轴正时齿轮、主动起动齿轮和从动起动齿轮）；机油泵、高压油泵装在齿轮室盖内；左端装有飞轮，其功率从飞轮端输出；本机采用闭式压力循环水冷的冷却方式，为此在机体上不设有贮水箱，在气缸盖的底部装有放水阀；机体上部还装有油箱；机体下部装有油底壳；在气缸盖上装有汽缸盖罩盖。第三章发动机的总体设计3-1：机体组的设计：机体组的作用是作为发动机各机构、各系统的装配基体，而且其本身的许多部分又分别是曲柄连杆结构、配气结构、冷却系统和润滑系统的组成部分。一般而言机体组包括气缸盖、气缸体、气缸盖衬垫以及油底壳等组成。气缸盖和汽缸体的内壁共同组成燃烧室的一部分，是承受高温、高压的部件。各运动部件的润滑和受热、机体的冷却也都要通过机体组来实现，因此可以说机体组把柴油机的各种机构和系统组成为一个整体，保持了它们之间必要的相互关系。3-1.1气缸体气缸体的功用是柴油机各个机构和系统的装配基体，所有其他零部件和辅助系统均装置于集体的内外。发动机工作时，机体承受拉、压、弯、扭等不同形式的机械负荷，气缸工作表面由于经常与高温、高压的燃气相接触，且有活塞在其中作调整往复运动，所以气缸体应具有足够的强度和刚度，并且具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀的性能；此外在发动机工作中，需要对气缸进行适当冷却，以免机体损坏和变形。由于6110柴油机冷却方式是水冷式，气缸体还包括曲轴箱。是柴油机最重的零件，因此应该力求结构紧凑、质量轻，以减小整机的尺寸和质量。根据气缸体与油底壳安装平面的位置不同，通常气缸体分为一般式、龙门式和隧道式。图3-1气缸体的结构形式此机体采用“龙门式”，其特点是油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心，即加强了机体裙部敢赌，又减小了机体噪声。气缸体材料为QT500-7球墨铸铁，并将六个气缸浇铸成一体，做成整铸缸体，使得纵向平面中的弯曲刚度和绕曲轴轴线的扭转刚度显著提高。曲轴箱刚架结构主要从有利于承受柴油机支撑的发作用力和整个机体的弯曲刚度和扭转刚度出发，将加强筋布置成放射形结构。加强筋的宽度取8mm。为了加强主轴承座的刚度，把轴承座出的加强筋布置成三角网状结构。此孔有四个螺栓和铁皮封闭，并用纸质垫片防止漏油。水箱和油箱都安装在机体上部。3-1.2气缸盖与气缸盖衬垫气缸盖的主要作用是密封气缸上部，并与活塞顶部和气缸一起形成燃烧室，同时气缸盖也为其他零部件提供安装位置。承受高温、高压燃气飞作用和紧固气缸盖螺栓所造成的机械负荷，同时还由于与高温燃气接触而承受很高的热负荷，避免进、排气门座之间发生热裂纹。为了不影响发动机的动力性、经济性和工作可靠性，需要保证气缸的良好密封性。为此气缸盖应具有足够的强度和刚度，同时通过良好的冷却，使温度分布尽可能均匀。故本机中气缸盖的材料采用QT500-7铸铁，又因气门布置方式为顶置式，发动机缸径为110mm，在105-150mm之间，所以气缸盖结构选用分体式，气缸盖一般壁厚5mm，火力板壁厚8mm。气缸盖上部装有气缸盖罩。图3-2汽缸盖示意图缸盖与机体之间选用螺栓连接，在两者之间装有气缸盖衬垫，用来保证燃烧室不漏气。目前应用较多的是金属—石棉气缸垫，石棉之间夹有金属丝或金属屑，而外覆铜皮或铁皮；