柴油机柱塞式高压喷油泵设计全套图纸.docx
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柴油机柱塞式高压喷油泵设计全套图纸
毕业设计
题目：
柴油机柱塞式高压喷油泵结构设计
班级：
学号：
姓名：
指导教师：
完成日期：
、设计题目（学生空出，由指导教师填写）
柴油机柱塞式高压喷油泵设计
二、设计参数
柴油机
相应参数
柴油机
相应参数
型号
1100
12小时标定功率
11
型式
单缸、水冷、卧式、四冲程
标定工况燃油消耗率
≤261.3
燃烧室型式
涡流室式直喷
最大扭矩
≥53.5
压缩比
19
最大扭矩转速
≤1760
标定转速
2200
最低空车稳定转速
≤800
油压（定压）
喷油压力15MPa
三、设计要求
1）总装图1张
2）零件图2张
3）课程设计说明书（5000～8000字）1份
四、进度安排（参考）
1）熟悉相关资料和参考图
2天
2）确定基本参数和主要结构尺寸
2天
3）设计计算
3天
4）绘制总装配草图
4天
5）绘制总装配图
2天
6）绘制零件图
2天
7）编写说明书
3天
8）准备及答辩
3天
五、指导教师评语
成绩：
指导教师日期
摘要
喷油泵是柴油供给系中最重要的部件，它的性能和质量对柴油机影响极大，被称为柴油机的"心脏"。
在柴油机工作过程中，为了保证喷油能够够持续及时的供应适量的燃油，以满足柴油机正常工作的要求,通过多方面考虑，在此设计柱塞式高压喷油泵。
本文根据某柴油机的性能参数来进行喷油泵的结构设计，主要设计内容有:
根据实际情况对喷油泵形式进行选择，可以选出本次设计喷油柱塞直径及压缩行程；根据供油需求，选择合适的出油阀，拟定出油阀弹簧安装高度及中径，配以合适的油阀开启弹簧；而又要保证柱塞克服惯性力，摩擦力及负压的影响，给柱塞配以合适回正弹簧，拟定拟定回正弹簧的安装高度及中径，并进行稳定性及强度校核；在回正弹簧确定之后，就可大致得出柱塞的长度，通过画装配图，再详细设计出柱塞的实际长度；在喷油泵设计中，还应根据上面的计算选择符合标准的的类型以及相应尺寸。
最后根据各个零件的尺寸进行喷油泵的总体设计，并对各零件的配合、公差以及安装将间隙进行考虑。
关键词：
喷油泵柱塞式结构设计
Abstract
Theinjectionpumpisthedieseloilsuppliesisthemostimportantpart,itsperformanceandthequalityareenormoustothedieselengineinfluence,iscalledthedieselengine"theheart".Indieselengineworkprocess,toguaranteethattheblowcansufficetocontinuethepromptsupplyrightamountfueloil,satisfiesthedieselenginenormalworktherequest,throughvariousconsiderations,inthisdesignplungertypehighpressureinjectionpump.thisarticleaccordingtosomedieselenginetheperformanceparametertocarryoninjectionpump'sstructuraldesign,mainlydesignsthecontenttoinclude:
Carriesonthechoiceaccordingtotheactualsituationtotheinjectionpumpform,mayselectthisdesignblowplungerdiameterandthecompressionstroke;Accordingtothefeeddemand,choosestheappropriatedeliveryvalve,drawsupthedeliveryvalvespringmountingheightandthepitchdiameter,matchesbytheappropriateoilvalveopeningspring;Andmustguaranteethattheplungerovercomestheforceofinertia,thefrictionforceandthenegativepressureinfluence,matchestotheplungerbyreturnstothespringappropriately,drawsupthespring'smountingheightandthepitchdiameter,andcarriesonthestabilityandtheintensityexamination;Afterreturningtothespringdetermination,mayobtainplunger'slengthapproximately,throughpictureassemblydrawing,againdetaileddesignplunger'svirtuallength;Ininjectionpumpdesign,butshouldalsoactaccordingtotheabovecomputationchoicemeetstandardstypeaswellascorrespondingsize.actsaccordingtoeachcomponentsthesizetocarryoninjectionpump'ssystemdesignfinally,andtovariouscomponents'coordination,thecommondifferenceaswellastheinstallmentcarriesonthegaptheconsideration.
keyword:
Injectionpumpplungertypestructuraldesign
1柴油机柱塞式喷油泵概述1
1.1我国柴油机柱塞式喷油泵发展状况1
1.2功用、要求、型式2
2柱塞泵的泵油原理及工作过程3
2.1柱塞泵的泵油机构介绍3
2.2泵油原理4
3总体参数的确定.5
3.1喷油泵类型的确定5
3.2喷油泵的初始参数6
3.3喷油泵机型参数6
3.4喷油泵流量6
3.5喷油泵流量图.7
4出油阀弹簧参数的确定8
4.1、选择材料和许用应力8
4.2求弹簧钢丝直径d8
4.3求有效因素.8
4.4计算总圈数.8
4.5强度验算.9
4.6共振验算.10
4.7弹簧工作图.10
4.8出油阀弹簧参数.10
5柱塞弹簧参数的确定11
5.1选择材料和许用应力11
5.2求钢丝直径.11
5.3求有效因素.11
5.4柱塞弹簧参数11
6轴承相关参数的确定12
6.1轴承销轴参数确定12
6.1.1轴承销轴受力分析12
6.1.2销轴校核.12
6.2柱塞轴承参数确定12
6.2.1轴承受力分析.12
6.2.2符合条件的轴承型号列表12
6.2.3轴承参数.13
7结论.14
8参考文献.15
1柴油机柱塞式喷油泵概述
喷油泵是柴油供给系中最重要的部件，它的性能和质量对柴油机影响极大，被称为柴油机的"心脏"。
1.1我国柴油机柱塞式喷油泵发展状况
到目前为止我国柴油栅l生能还不能稳定达到欧I排放法规的要求，原因主要有两点：
其一，柴油机本身的技术含量低0JnT设备落后、设计水平低）；其二，主要的配套部件——燃油系统的技术水平低．因此，为了提高我国柴油机行业的整体水平，目前，一方面必须对柴油机本身进行改造，加大设备更新换代的力度；同时要对燃油喷射系统进行改进设计。
为了改善柴油机的性能，柴油喷射系统也在不断的改进和优化，到目前为止，各国已研制并生产出许多功能各异的柴油喷射系统．其主要有直列柱塞式喷油泵系统、分配式喷油泵系统、泵．喷嘴系统和电控共轨系统等。
直列柱塞式喷油泵被广泛应用在商务车、特种车辆和固定式柴油发动机上；分配式喷油泵用于轿车、拖拉机、轻型及中型载货车的3-6缸柴油机上I¨；泵．喷嘴系统因体积较大，在小型柴油机上较难使用；电控共轨系统被认为是最有发展前途的喷射系统，我国目前的电控水平和国外还有较大的差距，还主要集中在对柴油机电控喷射系统的研究与开发上，远没有达到产品化和产业化的水平L5．在轻型柴油车领域，当前使用的进口VE型分配泵、国产直列式BQ2000型喷油泵、PL型喷油泵，虽然能满足欧I排放法规要求，但是由于其本身结构的限制，喷射压力（许用泵端压力）不能达到公认的欧Ⅱ排放要求．目前能够满足轻型车用柴油机欧Ⅱ排放的喷油泵在国外主要有如下几种类型：
1）电控分配式喷油
泵；2）泵喷嘴系统；3）高压共轨系统等，它们的价格都非常贵，不适合我国国情．为此，针对我国的具体情况，开发出满足欧Ⅱ排放规定、许用泵端压力IOOMP以a上的机械式直列
喷油泵很有意义：
进一步提高现有车用柴油机的性能，开发新型直列式燃油系统来替代进口燃油系统（主要指分配式喷油泵）可以大幅降低车用柴油机成本，填补国内该档次燃油系统空白．直列柱塞式喷油泵发展和应用的历史较长，具有性能良好、工作可靠的优点，
国产系列柱塞泵主要有A、B、P、Z和Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号等系列。
系列化是根据柴油机单
缸功率范围对供油量的要求不同，以柱塞行程，泵缸中心距和结构型式为基础，再分别配以不同尺寸的柱塞直径，组成若干种在一个工作循环内供油量不等的喷油泵，以满足各种柴油机的需要。
国产系列喷油泵的工作原理和结构型式基本相同，以A型泵为例介绍柱塞
式喷油泵的构造和工作原理。
柱塞泵由四大部分组成：
分泵、油量调节机构、传动机构和泵体。
分泵是带有一幅柱塞偶件的泵油机构，分泵的数目与发动机的缸数相等。
每个气缸都有一个分泵，各缸的分泵结构尺寸完全一样。
分泵的主要另件有柱塞偶件，柱塞弹簧，弹簧下座出油阀偶件，出油阀弹簧，减容器，出油阀压紧座等。
油量调节机构是根据柴油机负荷和转速的变化相应改变喷油泵的供油量。
改变供油量的办法是转动柱塞，通过改变供油行程来完成的。
1.2功用、要求、型式
功用：
提高柴油压力，按照发动机的工作顺序，负荷大小，定时定量地向喷油器输送高压柴油，且各缸供油压力均等。
要求：
（1）泵油压力要保证喷射压力和雾化质量的要求。
（2）供油量应符合柴油机工作所需的精确数量。
（3）保证按柴油机的工作顺序，在规定的时间内准确供油。
（4）供油量和供油时间可调正，并保证各缸供油均匀。
（5）供油规律应保证柴油燃烧完全。
（6）供油开始和结束，动作敏捷，断油干脆，避免滴油。
类型：
车用柴油机的喷油泵按其工作原理不同可分为柱塞式喷油泵、喷油泵-喷油器和转子分配式喷油泵三类。
2柱塞泵的泵油原理及工作过程
2.1柱塞泵的泵油机构介绍
包括两套精密偶件：
图1-1
柱塞和柱塞套是一对精密偶件，经配对研磨后不能互换，要求有高的精度和光洁度和好的耐磨性，其径向间隙为0.002～0.003mm。
柱塞头部圆柱面上切有斜槽，并通过径向孔、轴向孔与顶部相通，其目的是改变循环供油量；柱塞套上制有进、回油孔，均与泵上体内低压油腔相通，柱塞套装入泵上体后，应用定位螺钉定位。
柱塞头部斜槽的位置不同，改变供油量的方法也不同。
出油阀和出油阀座也是一对精密偶件，配对研磨后不能互换，其配合间隙为0.01。
出油阀是一个单向阀，在弹簧压力作用下，阀上部圆锥面与阀座严密配合，其作用是在停供时，将高压油管与柱塞上端空腔隔绝，防止高压油管内的油倒流入喷油泵内。
出油阀的下部呈十字断面，既能导向，又能通过柴油。
出油阀的锥面下有一个小的圆柱面，称为减压环带，其作用是在供油终了时，使高压油管内的油压迅速下降，避免喷孔处产生滴油现象。
当环带落入阀座内时则使上方容积很快增大，压力迅速减小，停喷迅速。
2.2泵油原理
工作时，在喷油泵凸轮轴上的凸轮与柱塞弹簧的作用下，迫使柱塞作上、下往复运动，从而完成泵油任务，泵油过程可分为以下三个阶段。
进油过程：
当凸轮的凸起部分转过去后，在弹簧力的作用下，柱塞向下运动，柱塞上部空间（称为泵油室）产生真空度，当柱塞上端面把柱塞套上的进油孔打开后，充满在油泵上体油道内的柴油经油孔进入泵油室，柱塞运动到下止点，进油结束。
供油过程：
当凸轮轴转到凸轮的凸起部分顶起滚轮体时，柱塞弹簧被压缩，柱塞向上运动，燃油受压，一部分燃油经油孔流回喷油泵上体油腔。
当柱塞顶面遮住套筒上进油孔的上缘时，由于柱塞和套筒的配合间隙很小（0.0015-0.0025mm）使柱塞顶部的泵油室成为一个密封油腔，柱塞继续上升，泵油室内的油压迅速升高，泵油压力＞出油阀弹簧力+高
压油管剩余压力时，推开出油阀，高压柴油经出油阀进入高压油管，通过喷油器喷入燃烧室。
回油过程：
柱塞向上供油，当上行到柱塞上的斜槽（停供边）与套筒上的回油孔相通时，泵油室低压油路便与柱塞头部的中孔和径向孔及斜槽沟通，油压骤然下降，出油阀在弹簧力的作用下迅速关闭，停止供油。
此后柱塞还要上行，当凸轮的凸起部分转过去后，在弹簧的作用下，柱塞又下行。
此时便开始了下一个循环。
3总体参数的确定
3.1喷油泵类型的确定
选择喷油泵是根据将要配置的柴油机的各方面来考虑的
柴油机相关参数如下：
柴油机型号：
1100燃烧室型式：
涡流室式直喷12小时标定功率：
11
型式：
单缸、水冷、卧式、四冲程压缩比：
19标定转速：
2200标定工况燃油消耗率：
≤261.3
最大扭矩：
≥53.5
最大扭矩转速：
≤1760最低空车稳定转速：
≤800
油压（定压）：
喷油压力15MPa
目前我国的车用柴油机柱塞泵系列：
系列代号
主要参数
凸轮升程（mm）
分泵中心距（mm）
柱塞直径（mm）
最大供油量（mm3/循环）
分泵数
最大使用转速（r/min）
A
B
P
Z
8
10
10
12
32
40
35
45
8
（6）
（8）
9
10
7
9
10
11
8
10
11
12
8.5
12
13
9
13
60-150
130-225
130-475
300-600
2-12
2-12
4-12
2-8
1400
1000
1500
900
上述几种类型喷油泵，在已经大量投入使用，并有较好使用效果。
我们知道柴油机转速与喷油泵的转速之比为2：
1关系，现在可知柴油机转速2200r/min,那喷油泵的凸轮轴转速相应该1100r/min。
据此，可以选择选择A型或P型泵与设计任务相近，把它作为母型。
有了母型喷油泵，在选择新设计喷油泵的主要参数和结构型式乃至总体布置等方面，
都可有所借鉴和比较。
又知道标定工况燃油消耗率：
bi≤261.3g/kw.h,可以计算出每循环所
可知燃烧每循环好有量比较小，上述几种喷油泵都够用，鉴于题目要求设计高压喷油泵，A星和P型比较，显然P型提供压力较高。
所以选择P型喷油泵。
3.2喷油泵的初始参数
喷油泵的主要参数，有的是设计任务书提出的要求，有的可参照型喷油泵来选择。
主要参数包括：
标定工况燃油消耗率：
≤261.3油压（定压）：
喷油压力15MPa转速1100r/min等。
初步拟定：
机体采用球磨铸铁，柱塞采用45钢，弹簧40CrVA等等。
各自尺寸以校核选择为准。
3.3喷油泵机型参数
凸轮转速n=1100r/min
柱塞直径d=10mm
凸轮升程e=10mm
最大循环供油量150mm3/循环油压（定压）：
喷油压力15MPa
3.4喷油泵流量
单柱塞泵排量qBd22ed2e3-1
B42
柱塞位移xeecose（1cos）3-2
柱塞瞬时速度vxdxdxdesin3-3dtddt
柱塞泵瞬时流量QBd2esin3-4
4
喷油器开启压力150.5MPa
此时喷油泵柱塞想相应的油压为15MPa78.5mm21177.5N
喷油泵出油阀开启压力0.02MPa
此时喷油泵柱塞想相应的油压为0.02MPa78.5mm21.57N
3.5喷油泵流量图
图3-1
柱塞泵瞬时流量
取n=11
4.4计算总圈数
n1=n+2=11+2=13
10mm，喷
4-1
4-2
4-3
4-4
4-5
4出油阀弹簧参数的确定
出油阀弹簧初始条件
弹簧中径D210mm，安装高度H30mm，进油压力0.02MPa，压缩高度e油泵出油压力15MPa，凸轮角速度115.19rad/s
开启压力F1（）P150.02MPa1.6MPa
2
最大压力F（D2）2P25215MPa1177.5MPa
2
初拟：
初始压力10MPa,最大压力30MPa
4.1、选择材料和许用应力
属于?
弹簧，材料选用50CrVA，由机械设计手册表0.2-4查得τp=441MPa
4.2求弹簧钢丝直径d
p441102按式30.2-6得A2kc3pD2244110577.3
28F22830
查图30.2-4得，c8.2，dD2101.2mm
c8.2
4.3求有效因素
按式（30.2-5）得，kFfFf22Ff1112002.0
4-14
节距P=（H0-1.5d）/n=2.4mm
4.5
强度验算
4-17
得S00.751Sp1.31.7（精度计算）
取N=107，此时τ0=0.3，бB=441MPa
静强度安全系数由式30.2-11得SsSp1.31.7
max
查机械设计手册第三篇第二章τs=737MPa
则S=737/5.8.26=1.45≥Sp=1.3满足条件
4-21
4-22
4.6共振验算
4-23
4-24
vn328.6217.910满足条件
vr18.333
（GB2089-80）
d=1.2，D2=10，P=3.87，
k=37.7，Dmax=7.6，Dmin=12.4
5柱塞弹簧参数的确定
初始条件
中径D2=28mm，安装高度H=50mm
初始压力F1=1N，压缩高度e=10mm，相应弹簧力F2=11N，变载角速度ω=115.19rad/s
5.1选择材料和许用应力
属于?
类弹簧，材料选用50CrVA，由表30.2-4查得τp=441MPa
5.2
求钢丝直径
5.3
求有效因素
n取10，n1=n+2=29
5.4柱塞弹簧参数
查机械设计手册表30.2-8（GB2089-80）d=3.0，D2=28，p=11.2，k=36.2，Dmax=22，Dmin=34
6轴承相关参数的确定
6.1轴承销轴参数确定
6.1.1轴承销轴受力分析
选材45钢，则[бb]-1=55。
此轴承销轴没有轴向运动趋势，几乎不承受轴向力τ=0N它承受由轴承传递的来自凸轮的交变载荷，柱塞给它传递一个向下液压脉冲，取α=0.6，
所以销轴直径取d=10mm
6.2柱塞轴承参数确定
6.2.1轴承受力分析
此轴承没有轴向运动趋势，几乎不承受轴向力，因此选择深沟球轴承或普通滚子轴承即可。
而由上得知，销轴直径为10mm，但是滚子轴承的最小轴径是15mm,只好选深沟球轴承了。
但是它承受来自凸轮的交变载荷，柱塞给它传递一个向下液压脉冲，相应力Fmax（d柱塞）2p78.5mm220MPa1570N6-4
2
6.2.2符合条件的轴承型号列表
深沟球轴承型号
Dmm
Dmm
Bmm
rsmin
C
KN
C0
KN
适合转数
r/min
1000800
10
19
5
0.3
1.10
0.60
34000～26000
1000900
10
22
6
0.3
2.60
1.40
32000～25000
100
10
26
8
0.3
3.52
1.95
28000～20000
6.2.3轴承参数深沟球轴承型号1000900，
d=10mm，
D=22mm，
B=6mm,rsmin=0.3，
C=2.60kN，
C0=1.40kN
ω适应转速={32000r/min、25000r/min}≥ω=1100r/min
7结论
通过对柱塞式高压泵的设计，其原理总结如下：
1柱塞往复运动总行程L是不变的，由凸轮的升程决定。
2柱塞每循环的供油量大小取决于供油行程,供油行程不受凸轮轴控制是可变的
3供油开始时刻不随供油行程的变化而变化。
4转动柱塞可改变供油终了时刻，从而改变供油量。
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