缸盖设计

目 录

序言 ................................................................................................................... 2 1．气缸盖的工况及要求................. ................................................................ 2 2．气缸盖结构形式的选择 ............................................................................. 2 3．气缸盖散热片的布置 ................................................................................. 3 4．气缸盖火力面的布置 ................................................................................. 3 5．气缸盖的材料 ............................................................................................. 3 6．气缸盖的结构设计 ..................................................................................... 4 7．气缸盖热负荷的控制 ................................................................................. 4 8．设计整体图 ................................................................................................. 6 9．动力计算 ..................................................................................................... 6 10．设计总结 ................................................................................................... 7 参考文献： ....................................................................................................... 9

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序言

课程设计是在我们完成了全部基础课、技术基础课、大部分专业课以及参加了生产实习之后进行的。这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。

通过本次课程设计，应该得到下述各方面的锻炼：

1 能熟练运用内燃机设计本理论以及在生产实习中学到的实践知识，正确地解决了一些问题。

2提高结构设计的能力。

3 学会使用手册及图表资料。掌握与本设计有关的各种资料的名称、出处、能够做到熟练运用。

就我个人而言，通过这次设计，基本上掌握了内燃机的很多设计和查阅各种设计资料、手册、和国家标准等。最重要的是综合运用所学理论知识，解决现代实际设计问题，巩固和加深了所学到的东西。并在设计过程中，学到了很多课堂上没有学到的东西。

1．气缸盖的工况及要求

气缸盖的作用是密封汽缸，并与活塞共同形成燃烧空间，并承受高温高压燃气的作用。为了保证可靠性能，因此必须具备下列要求：

1.1 气缸盖应该具有足够的强度和刚度，工作时缸盖变形与气缸接合面和气门座的接合面有良好的密封。

1.2 要根据混合气的形成和燃烧方式布置出合理的燃烧室形式，气门和气道布置合理，力求使内燃机性能良好。

1．3 结构力求简单、铸造工艺合理；冷却合适，缸盖温度分部均匀，尽可能减少应力，避免气门座之间形成裂纹。

2．气缸盖结构形式的选择

2．1 风冷发动机的结构形式主要取决于燃烧室的形状、喷油嘴的位置，进气道和散

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热片的位置情况。此外，还要受到整机布置、风冷系统总体方案和与气缸的连接型式的制约。限于散热布置的冷却空气流通的需要，通常采用两气门（一进一出）结构。对于风冷发动机，要求热应力的影响，更好的散热通风，175F单缸柴油机采用单体式。

2．2 气缸盖应该有足够的刚度，以保证燃烧室的可靠密封。侧置气门汽油机的气缸盖上没有进排气道，高度较小，一般H=（0.5～0.6）D。顶置气门汽油机由于有进排气道，高度较大，一般H=（0.9～1.2）D。现代中小型高速柴油机气缸的高度，特别是多缸整体气缸盖的高度，有适当加大的趋势。因为内燃机向高速高功率方向发展，使气缸盖的设计时加强冷却、提高刚度、合理设计进排气三者都有利。

3．气缸盖散热片的布置

由于风冷柴油机气缸盖的结构极为复杂，为了使气缸盖各部分温度尽可能均匀，减少热应力，防止相应的气缸盖变形与气门座翘曲等现象并使整个汽缸盖的平均温度达到最低的水平，以改善整机的热负荷，汽缸盖的散热片有垂直、水平与混合布置三种形式。

4．气缸盖火力面的布置

气缸盖的设计应该从火力面的布置开始。火力面布置包括：1）燃烧室布置；2）喉口尺寸的布置；3)喷油器或火花塞的布置。

燃烧室的布置决定于混合气的形成方式。汽油机一般布置在气缸盖的底面。 气缸盖底板上的气门座通常叫做喉口。从保证有尽可能大的进排气时间—截面积的尽可能小的气流阻力出发，总是力求加大喉口直径，高速和大缸径内燃机中采用多气门的目的之一也在于此。但增大喉口直径受到一定的限制，首先应该使同一气缸的所有气门能在气缸底板这一有限尺寸以内安排的下，同时还必须保证其性能。

5．气缸盖的材料

5．1．铸铝：a:导热性好，重量轻，铸造工艺性好。 b:热膨胀系数大，容易变形价格高。小型，高速

5．2．铸铁：抗高温性好，铸造工艺好，价格低。合金铸铁和球墨铸铁广泛用于各种

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强载柴油机中。

5．3．铸钢：抗拉强度高，韧性好，高温强度好，不容易产生疲劳裂纹，工艺性差。一般只用于热负荷较高而形状简单的二冲程回流换气柴油机中。

6．气缸盖的结构设计

6．1主要尺寸的确定

风冷柴油机气缸盖的呈块状结构，其内部结构十分复杂。它所承受的负荷既有机械负荷、又有热负荷，并且均是随时间而周期变化的复杂载荷。对于这样复杂的机件需要计算确定气缸盖的尺寸。 表1 气缸盖主要尺寸值常用范围 气缸盖结构形式 高度缸径比（H/D） 通风高度缸径比（h/D） 一体式 分体式 1．15～1.50 0．86～1．00 0.86～1.10 0．86～1．00 底板厚度缸径比（ξ/D） 0.25～0.37 0.25～0.37 由于我们设计的气缸直径D=75mm 得 H=（1．15～1.50）×75 =86.25～112.5mm h=(0.86～1.10) ×75 =64.5～82.5mm

ξ=(0.25～0.37) ×75 =18.75～27.75mm

H表示气缸盖高度、h表示通风高度（对分开式，h=H）、ξ表示底板厚度。通过分析计算，我们选取H=87mm,通风高度取65mm，底板厚度为25mm。

7．气缸盖热负荷的控制

气缸盖过高的热负荷将导致材料的高温震动的热疲劳损坏等一系列不良后果。如气缸盖产生翘曲变形而破坏了气门的密封性，鼻梁区出现裂纹；气门在高温条件下出现早期磨损，甚至气门座产生翘曲和脱落。 7．1散热片结构设计

主要是合理确定散热片的结构参数----间距S、高度H、节距t、和平均厚度δ

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m等。现代风冷柴油机散热片的主要结构参数见表（7-1） 表（7-1）散热片主要结构参数 散热片结构参数 气缸 散热片高度h 散热片节距t 14-30 6-12 气缸盖 15-50 6-12 4-8 2-4 气缸 15-35 3.5-8 2-6 1.5-2.5 气缸盖 15-75 3.5-8 2-6 1.5-2.5 两散热片间距s 4-8 散热片厚度δm 2-4 7．2 间距S的计算

间距是影响散热效果较大的参数。较小的间距，可使散热面积增大，但其减少程度不仅要受到制造工艺条件的限制，如目前铸造散热片不能小于5mm，机械加工时不得小于2mm，而且要受到气流状态的控制。因为散热片之间的气流，可以看成是由中心部分的紊流和两个层流边界层组成。众所周知层愈薄，气流中的紊流度愈大，则由散热片表面向冷空气的散热就愈强烈，反之愈强。所以应根据散热片间两层流边界层彼此不相接触为条件来确定散热片的最小间距Smin，即Smin应大于2倍层流边界厚度，则δm可按下式计算。

m4.92x/Re0.5

式中 x——距散热片进气前缘的距离，m。 综合上述公式，我们得散热片间距等于4.3mm。 7．3 高度h的计算

从传热原理可知，当散热片的重量与材料消耗相同时，散热量最大的散热片高度h应该满足下列关系式： 矩形直散热片：h1.4192(2a002a0)0.8

梯形直散热片：h1.3094(0)0.8

至于最佳散热片的根部厚度δ0和达到最佳条件时的散热片表面积f可按下述公式确定：

00.5Q0.632Ql2()，f2(l)2 a00a00对于梯形直散热片：

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00.347Q0.828Ql2()，f2(l)2 a00a00综合上述可得散热片的高度为：3.4mm。

8．设计整体图

设计整体图如下：

9．动力计算

示意图如下：

ycbφ+β-ycpFcpxcbFr1QCPfcpφcbF1xcp

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动力计算公式：

Wn/30, r/l;

往复运动质量：mjmpmlmpmlL2 LL1 L旋转运动质量：mrmcm2mcml往复惯性力：Fjmjrw2(coscos2) 离心惯性力：Frmrrw2 气压力：FgD2(PgP0)/4 推动力：FFgFj 侧向力：FcFtan 连杆力：FLF cosFcos()径向力：Fn

cos切向力：FtFsin()

cosFrsin()cos单缸扭矩：TFtr

作用在连杆轴颈上的力：单位（n/nm2）

fcpxft ,fcpxfnfrl ,

10．设计总结

此次课程设计完了气缸盖的设计，列出了气缸盖各参数尺寸，通过这次课程设计使我对气缸盖的各部分结构及参数有了更加深刻的印象，为以后的学习与工作打下基础。这次课程设计使我从各个方面都受到了机械设计的训练，对机械的有关各个零部件有机的结合在一起得到了深刻的认识。内燃机设计经济性要求制造成本低。应该节约材料消耗，少用特种稀缺昂贵的材料。气缸盖的作用是密封气缸，与活塞顶一起构

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成燃烧室，因此承受很大的机械符负荷和热负荷。气缸盖中有进排气门及其气道、火花塞、喷油器，对非直喷柴油机来说还有涡流室或预置凸轮轴内燃机来说还有凸轮轴承等。

由于时间紧迫，所以这次的设计存在许多缺点，我相信，通过这次的实践，能使我在以后的设计中避免很多不必要的工作，有能力设计出结构更紧凑，性能更加良好的设备。由于没有实际经验，理论知识学的不牢固，在设计中难免会出现这样那样的问题。在设计的过程中，培养了我综合应用机械设计课程及其他课程的理论知识和应用生产实际知识解决工程实际问题的能力，在设计的过程中还培养出了我们的团队精神，大家共同解决了许多个人无法解决的问题，在这些过程中我们深刻地认识到了自己在知识的理解和接受应用方面的不足，在今后的学习过程中我们会更加努力和团结。

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参考文献：

[1] 杨建华《小型风冷柴油机设计》[M].机械工业出版社. [2] 杨连生《内燃机设计》[M].中国农业机械出版社. [3] 吴客天《机械设计》 [M].高等教育出版社. [4] 袁兆成 《内燃机设计》［M］.机械工业出版社.

[5] 余志生.《汽车理论》［M］ 第五版.北京：机械工业出版，2005.

[6] 孙靖民.《现代机械设计方法》[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003.

[7] 杨建华 龚金科 吴义虎.《内燃机性能提高技术》［M］ 第一版.北京:人民交通出版社,2000.

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