设计指南-气缸盖

-1-缸盖（零件系统）产品设计开发指南编制日期：编者：版次：01页次：-1-.缸盖设计指南编制：审核：批准：目录-2-缸盖（零件系统）产品设计开发指南编制日期：编者：版次：01页次：-2-一、总成说明...................................................................................................................................31缸盖总成的功用.................................................................................................................32适用范围...............................................................................................................................33缸盖总成爆炸图...................................................................................................................4二缸盖设计...................................................................................................................................41设计原则................................................................................................................................42气缸盖结构形式及特点........................................................................................................53气缸盖的材料........................................................................................................................74气缸盖壁厚设计....................................................................................................................85气缸盖结构工艺性考虑........................................................................................................96缸盖重要部分设计.............................................................................................................106.1气道设计.................................................................................................................106.1.1设计要求.............................................................................................................106.1.2典型气道及其优缺点.........................................................................................116.1.3气道布置设计.....................................................................................................126.2水套设计..................................................................................................................126.2.1设计要求.............................................................................................................126.2.2水套的主要设计参数.........................................................................................136.3润滑油路的设计......................................................................................................146.4气缸盖螺栓布置设计..............................................................................................14三、参考文献.................................................................................................................................15-3-缸盖（零件系统）产品设计开发指南编制日期：编者：版次：01页次：-3-一、总成说明1缸盖总成的功用气缸盖用来密封气缸的上面部分，它与活塞顶及气缸内壁共同组成燃烧空间。气缸盖上还布置有进、排气道，同时为了润滑装在气缸盖上的配气机构零件，还设有润滑油道等。在水冷式内燃机中，气缸盖上设有冷却水道，而在风冷式内燃机中，气缸盖设有散热片。同时，在气缸盖上还装有喷油器或火花塞、进排气管和气门及其传动件等。在采用分开式燃烧室的内燃机中，在气缸盖上还布置有燃烧室。2适用范围适用活塞往复式内燃机。-4-缸盖（零件系统）产品设计开发指南编制日期：编者：版次：01页次：-4-3缸盖总成爆炸图图1.缸盖总成爆炸图二缸盖设计1设计原则气缸盖的结构形状十分复杂，承受着气体爆发力和气缸盖螺栓的预紧力。发动机工作时，气缸盖各部分温度很不均匀，气缸盖底面燃烧室部分(一般称为火力岸)温度很高，而冷却水套或散热片部分的温度很低，进气道和排气道的温度也不相同，因此，气缸盖的机械应力和热应力都很大。特别是由于高温和温度分布不均匀而产生的热应力的反复作用。这些裂纹通常出现在气门座和喷油器(或火花塞)座之间，特别是进、排气门座之间的地区(一般称为鼻梁区)很容易形成热疲劳裂纹，再加上铸造残余应力也很大，因此气缸盖的工作条件十分凸轮轴盖轴承盖螺栓缸盖钢球碗型塞进排气门座圈-5-缸盖（零件系统）产品设计开发指南编制日期：编者：版次：01页次：-5-严酷。同时，气缸盖受热时引起的变形如果过大，会影响与气缸的接合面和气门座接合面的密封，加速气门座的磨损，产生气门杆“咬死”，甚至造成漏气、漏水和漏油等现象，使内燃机无法工作。由此，对气缸盖的设计要求是：(1)要根据混合气的形成和燃烧方式，合理布置气门和气道。(2)保证高温部分能得到较强的冷却，使气缸盖的温度分布均匀，尽可能减小热应力，避免出现热疲劳裂纹。(3)应具有足够的强度和刚度，保证承受机械应力和热应力时能可靠工作，并保证良好的密封。(4)结构工艺简单、便于生产；对装置在气缸盖上的机件要便于拆装和维修。2气缸盖结构形式及特点水冷式内燃机气缸盖的结构型式可分为整体式、分体式、单体式以及连体式四种。整体式是整列气缸共用一个气缸盖；分体式是每两个或三个气缸共用一个气缸盖；单体式是每一个气缸有一个单独的气缸盖；连体式是气缸盖和气缸体不分开，连成一整体。整体式气缸盖可以缩短气缸中心距，结构紧凑零部件数量少，内燃机刚度好，重量轻，水腔容易布置，成本较低。但是，铸造复杂，形状误差大，制造废品率较高；气缸盖局部损坏时，整个气缸盖即成废品；气缸盖总长度大，接合面的平面度在工艺上不容易保证；沿气缸盖长度方向的刚度差，当受力不均匀或受热不均匀时，气缸盖容易翘曲变形，从而破坏对气缸的密封性。为了克服后一缺点，有的内燃机将整体式气缸盖相邻两缸中间铣出横槽，以增加弹性，减小因受力或受热不均匀而引起气缸盖的翘曲变形。-6-缸盖（零件系统）产品设计开发指南编制日期：编者：版次：01页次：-6-图2.两缸中间横槽分体式和单体式气缸盖(特别是单体式气缸盖)长度短，它与气缸体之间的密封平面小，加工平面度的要求容易保证，气缸盖螺栓的压紧力分布也比较均匀，受力或受热不均匀时气缸盖翘曲变形相应减小，这将提高气缸盖密封的可靠性。而且，这两类气缸盖铸造容易，废品率低，维修也比较方便，系列通用化高，便于大量生产；气道位置精度高，对配气有利。它们的缺点是：要求较大的气缸中心距，增加了内燃机的长度和重量；如果要采用较小的气缸中距，相邻的两个气缸盖就必须用共用螺栓的办法，但这时对相邻气缸盖之间的高度公差要求高，否则会出现一松一紧的现象。另一缺点是：各气缸盖之间互不相连，增加了油管、水管的联接和密封的困难，并结构比较复杂。两缸中间铣出的横槽-7-缸盖（零件系统）产品设计开发指南编制日期：编者：版次：01页次：-7-图3.单体式气缸连体式气缸盖保证了密封的可靠性，而且刚度大，但制造工艺性差。一般气缸直径较小的水冷式内燃机通常采用整体式气缸盖，个别采用分体式气缸盖。对于直径稍大一些的水冷式内燃机，则往往采用二缸一盖或三缸一盖的分体式气缸盖，个别也有采用单体式气缸盖的；但有些内燃机为了提高结构紧凑性和简化工艺，还有采用整体式气缸盖的。对于直径再大一些的水冷式内燃机(D＞150mm)，大多数采用单体式气缸盖。连体式气缸盖则仅在个别强化的水冷式内燃机中应用。3气缸盖的材料气缸盖的结构十分复杂，所以汽车、拖拉机、工程机械和农用内燃机的气缸盖都是采用铸造的方法来制造。根据制造方法、工作情况和设计要求，气缸盖的构料应该是：铸造性能良好，热强度高，并价格低廉。目前制造气缸盖的材料通常有铸铁和铝合金两种，这两种材料铸造性能都良好，但热强度和价格以及材料密度各异。众所周知，各种材料在变形受到限制时，所产生的热应力大小可以用热应力特性数（αE/λ）来表示，其中a、E、λ分别为材料的线膨胀系数、弹性模量及导热系数。特性数越小，则材料受热时产生的热应力也越小。同时用材料的拉伸强度σb和热应力特性数(αE/λ)的比值——热强度系数。σb/(αE/λ)来比较它们单体式缸盖-8-缸盖（零件系统）产品设计开发指南编制日期：编者：版次：01页次：-8-的热强度。温度低于250℃时，铝合金具有相当高的热强度，而温度高于250℃以上时，铸铁具有较高的热强度，不过当温度达到400℃时，铸铁的热强度也迅速下降。因此，铝合金气缸盖的工作温度一般不应超过220℃，而铸铁气缸盖的工作温度一般不应超过375—400℃。由于铸铁气缸盖的工作温度较高，并且在常用温度范围内，热强度已能满足设计要求。同时价格低廉，所以