JX493柴油机总体设计及曲轴详细设计毕业论文绝对精品总结.docx

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JX493柴油机总体设计及曲轴详细设计毕业论文绝对精品总结

密级：

科学技术学院

NANCHANGUNIVERSITYCOLLEGEOF

SCIENCEANDTECHNOLOGY

学士学位论文

THESISOFBACHELOR

题目：

JX493柴油机总体设计及曲轴详细设计

学科部：

理工学科部

专业：

车辆工程（汽车及应用）

班级：

07车辆

学号：

70129xxxxx

学生姓名：

xxx　　

指导教师：

XXX　　

起讫日期：

2011年3月－2011年5月　　　　

目录

摘　要...................................................................IAbstract..............................................................II

第1章绪论.............................................................1

　　　1.1选题的依据及意义..................................................1　

　　1.2国内外研究现状及发展趋势.........................................1　

1.3JX493型柴油机设计任务.............................................2

第二章JX493型柴油机总体设计............................................3　

2.1机体组的设计.....................................................3

　　　2.2曲柄连杆机构的设计................................................5　　

2.3配气机构的设计...................................................10

　　　2.4柴油机燃油供给系统...............................................12

　　　2.5柴油机冷却系统的设计.............................................13　　

2.6润滑系统的设计...................................................13

　　　2.7启动系统的设计....................................................14

　　　2.8总体布置方案设计..................................................14

第三章JX493型柴油机曲轴详细设计........................................15

3.1曲轴设计概述......................................................15

3.2曲轴的设计........................................................16

3.3曲轴疲劳强度的计算................................................20

　设计总结.............................................................36

　参考文献..............................................................36

　谢辞...............................................................37

JX493柴油机总体设计及曲轴详细设计

[摘要]：

近几年来，由于经济体制的改革和市场经济的迅速发展，城区物流行业蓬勃发展，对轻型卡车和商务车的需求量与日俱增，这给轻型车用柴油机带来了无限商机。

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。

对本课题对曲轴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]：

JX493交通运输四缸柴油机曲轴设计

AholisticdesignoftheJX493dieselanditsCrankshaftdesign

[Abstract]：

Inrecentyears,becauseoftheeconomicsystemreformandtherapiddevelopmentofmarketeconomy,urbanlogisticsindustryofboomingdevelopment,thedemandforlighttrucksandMPVforsmallincreases,thegreatopportunitiesbroughtbydieselengines.Theoriginalmachineismainlyusedforlongdistancetransportationbetweenthecities,fortheurbantraffictrafficresettheparametertoimprovefueleconomyandemissionperformance.

Theoverallarrangementanddieselenginesoflayoutoftheattachmentofinternal-combustionenginesizeandshapetheworkingreliability,useconvenienthasverybigeffect.Shouldkeeptearopenoutfit,convenientmaintenance,directlyunderthepremiseofasmuchaspossibleinthebodyandreliablefixedonthecylinderhead,andnottoanyaccessoriestoooutstanding.Asfaraspossibleneednotexternaloilpipeandcoolingliquidpipe,anduseinpartsoftheopenroad,inordertoreduceleakedinsteadofmay.Reducepartsnotonlyimprovedthereliabilityofnumber,butalsohelpstoreducecosts.Thisprojectofcrankshaftcarriedonthedetaileddesignandanalysis,andgivescalculatingrationaldesignscheme.

[Keywords]：

JX493,Transportation,Fourcylinders,diesel,Crankshaft,Design

第1章绪论

1.1　选题的依据及意义

　　JX493柴油机是江铃发动机厂生产的自主品牌发动机，是在引进日本五十铃4JB1柴油机的基础上开发的，主要用于1-2t小型卡车、货车及轿车，同时也用于发电机组、叉车、拖拉机和小型船舶。

由于最近几年经济体制的改革和市场经济的迅速发展，城区物流行业蓬勃发展，对轻型卡车和商务车的需求量与日俱增，这给轻型车用柴油机带来了无限商机。

原机型主要用于城市间长距离运输，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。

内燃机的外形尺寸和工作可靠性、使用方便性都受柴油机的总体布置和各附件的布置的很大影响。

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。

对本课题对曲轴进行了详细设计和分析验算,并给出了合理的设计方案。

1.2　国内外研究现状及发展趋势

（一）、国外柴油机技术的现状与发展

现代的调整高性能柴油机由于热效率比汽油机高、污染物排放比汽油机少，作为汽车动力应用日益广泛。

西欧国家不但载货汽车和客车使用柴油发动机，而且轿车采用柴油机的比例也相当大。

最近，美国联邦政府能源部和以美国三大汽车公司为代表的美国汽车研究所理事会正在开发新一代经济型轿车同样将柴油机作为动力配置。

下面是国外柴油机应用的一些先进技术：

（1）共轨。

国外柴油机目前一般采用共轨新技术、四气门技术和涡轮增压中冷技术相结合，使发动机在性能和排放限值方面取得较好成效，能满足欧3排放限值法规的要求。

（2）高压喷射和电控喷射技术。

高压喷射和电控喷射技术是目前国外降低柴油机排放的重要措施之一，高压喷射和电控喷射技术的有效采用，可使燃油充分雾化，各缸的燃油和空气混合达到最佳，从而降低排放，提高整机（车）性能。

（3）增压中冷技术。

采用涡轮增压增加柴油机的空气量，提高燃烧的过量空气因数是降低大负荷工况排气烟度、PM排放量以及燃油消耗的有效措施。

有效的空—空中冷系统，可使增压空气温度下降到50℃以下，有助于NOX的低排放和PM的下降，故目前重型车用柴油机普遍是增压中冷，不仅有助于低排放而且燃油经济性良好。

此外，涡轮前排气旁通阀的应用，不仅能降低PM和CO排放，还可以改善涡轮增压柴油机的瞬态性能和低速扭矩。

（4）排气再循环（EGR）技术的应用。

EGR是目前发达国家先进内燃机中普遍采用的技术，其工作原理是将少量废气引入气缸内，这种不可再燃烧的CO2及水蒸汽废气的热容量较大，能使燃烧过程的着火延迟期增加，燃烧速率变慢，缸内最高燃烧温度下降，破坏NOX的生成条件。

EGR技术可使机动车NOX排放明显降低，但对重型车用柴油机而言，目前倾向于使用中冷EGR技术，因为其不仅能明显降低NOX，还能保持其他污染物的低水平。

（5）后处理技术。

柴油机后处理的目标是进一步改善PM和NOX排放。

目前主要采用加装氧化型催化转化器和研究开发NOX催化转化器以及具有良好再生能力的微粒捕集器。

（6）柴油柴油的生产和贮存条件，是保证柴油发动机（车）正常运转延长使用寿命和保持低排放的重要保证。

例如瑞典的一级柴油使用中可减少CO排放达54%，HC和NOX排放达10%，PM排放减少14%～47%。

发达国家已普遍使用燃料清净剂，既能节省燃料，又能清除积碳、降低排放。

（7）降低机油消耗。

柴油机排放的颗粒物中，有相当一部分来自馏分较重的机油的燃烧。

为了满足日益严格的柴油机（车）排放限值标准的要求，必须把来自机油的燃烧降至最低限度，即在保证发动机正常运转的前提下，最大限度地减少机油的消耗。

为了降低柴油机的机油消耗，活塞环的优化设计和制造及缸套间的科学配置非常重要。

（二）、我国柴油机产业的现状与发展

我国柴油机总体技术水平已经达到国外80年代末90年代初水平，一些国外柴油机近几年开始采用的排放控制技术在少数国产柴油机上也有应用。

但我国柴油机产业的整体发展仍然面临着许多问题。

（1）我国重型柴油车的产量在逐年增加，中型、轻型车柴油化步伐也在加快，但在微型汽车、轿车领域，柴油车所占比例仍为零。

而另一方面，我国中型柴油机市场已呈现供大于求，轻型柴油机市场也趋向饱和，但骨干企业正在生产的多数产品从技术角度已应是淘汰产品，发展潜力不大。

（2）现在，我国柴油机技术基础薄弱，整体技术水平落后于国际先进水平10至20年，也落后于国内车用汽油机的发展，还不具备完整的全新柴油机产品和关键零部件开发能力。

许多国外已经普遍采用的技术在我国仍处于研究阶段，有些甚至仍是空白。

（3）我国柴油机技术落后、产品质量差以及车辆使用中维修保养措施不力，导致低性能、高排放柴油车在使用中对城市环境和大气质量造成不良影响，使社会产生"厌柴"心理。

（4）柴油品质差、柴油标准的制修订严重滞后于汽车工业发展的需要，对柴油机技术的发展以及各种新技术、改善柴油机排放措施的应用造成障碍。

（5）专家指出，应逐步减少行政干预，加强宏观调控。

不同类型车辆均应以满足法规为统一标准，鼓励支持技术先进柴油车的使用；加大对柴油机的科技投入，开展重点科技项目攻关工作；采取切实可行的措施以提高车用柴油的品质，并尽快制定车用柴油标准。

（6）国内外知名汽车专家们呼吁：

应当用一分为二的观点来看待各种车用动力的发展，以完善的法规、科学的政策引导车辆的使用，以是否满足标准限值作为衡量一个产品能否在市场销售的唯一标。

我国柴油机技术的攻关重点应放在电控技术、排放后处理技术、整机开发和匹配技术等关键技术研究和材料开发上；把高速公路使用8吨以上柴油载货车作为我国柴油车发展的重点，并为发展柴油轿车做好前期准备。

1.3　JX493型柴油机设计任务

1、预期达到性能指标为

进气方式:

自然吸气气缸数－缸径×冲程:

4-93mm×102mm

柴油机类型:

水冷四冲程直列式顶置式气门

压缩比:

18.2电机停止方式:

燃油控制系统

输出功率:

57千瓦/3600转最大扭矩:

172牛米/2000转

怠速:

750转最大空转:

4200转

全负荷最低燃油消耗率:

224g/kwh

2、在满足上述性能指标的前提下进行JX493型柴油机的总体设计。

3、在总体设计的基础上进行曲轴的详细设计。

第二章JX493型柴油机总体设计

　　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，以减少泄漏的可能。

减少零件数不仅改善了其可靠性，而且有利于降低成本。

对本课题可以从以下方面进行设计。

2.1机体组的设计

柴油机机体组主要由气缸体、气缸盖、气缸盖衬垫以及油底壳等组成。

机体组是发动机的支架，是曲柄连杆机构、配气机构和发动机各系统主要零件的装配基体。

各运动件的润滑和受热、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。

2.1.1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，且具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀的性能，并应对气缸进行适当冷却，以免机体损坏和变形。

由于JX493柴油机是水冷式，气缸体还包括曲轴箱。

是柴油机最重的零件，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。

（1）一般式气缸体特点是油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。

这种气缸体优点是机体高度小，重量轻，结构紧凑，便于加工，曲轴拆装方便；缺点是刚度和强度较差。

（2）龙门式气缸体其特点是油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心。

它的优点是强度和刚度都好，能承受较大的机械负荷；但其缺点是工艺性较差，结构笨重，加工较困难。

（3）

隧道式气缸体这种形式的气缸体曲轴的主轴承孔为整体式，采用滚动轴承，主轴承孔较大，曲轴从气缸体后部装入。

其优点是结构紧凑、刚度和强度好，但其缺点是加工精度要求高，工艺性较差，曲轴拆装不方便。

根据以上特点我们将采用龙门式气缸体，气缸体材料选用灰铸铁。

图2-1龙门式机体示意图　

满足曲轴强度和刚度好的情况下，结构紧凑、便于加工维修，应尽可能的减小整机尺寸和质量。

此次设计的气缸数为4缸，采用直列式布置（直列式气缸体结构简单，加工容易）。

此次将采用龙门式机体（如图2－1所示），其特点是油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心。

它的优点是强度和刚度都好，能承受较大的机械负荷。

2.1.2气缸套的选用：

气缸套分为干式、湿式和无缸套式气缸套三种。

无气缸套式机体即不镶嵌任何气缸套的机体，在机体上直接加工出气缸，优点是可以缩短气缸中心距，使机体尺寸和质量减小。

但成本较高。

干式气缸套不与冷却液接触，壁厚为2～3mm，外表面和气缸套座孔内表面均须精加工，以保证必要的位型精度和便于拆装。

优点是机体刚度大，气缸中心距小，质量轻，加工工艺简单。

缺点是传热较差，温度分布不均匀，容易发生局部形变。

湿式气缸套外壁与冷却液直接接触，壁厚5～8mm，利用上下定位环带实现径向定位，轴向定位靠气缸套上部凸缘与机体顶部相应的支承面配合实现。

湿式气缸套的优点是机体上没有密封水套，容易铸造，传热好，温度分布比较均匀，修理方便，不必将发动机从汽车上拆下就可更换气缸套。

缺点是机体刚度差，容易漏水。

根据以上特点我们将采用湿式气缸套。

气缸套结构尺寸及材料为：

（1）气缸套材料：

应具有良好的机械强度、耐磨性和耐热耐腐蚀性、保油性和润滑性。

本机选用价格低廉，并且的到广泛应用的铸铁作为材料。

（2）主要尺寸:

1）凸缘高度h=（0.06-0.08）D取h=8mm

2）气缸壁厚δ=（0.035-0.068）D取δ=7mm毫米

3）气缸套长度L=（1.40-2.20）S取L＝220mm

　　2.1.3气缸盖：

气缸盖的主要功用是密封气缸的上部，与活塞、气缸等共同构成燃烧室，同时气缸盖也为其他零部件提供安装位置。

承受气体力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。

为了保证气缸的良好密封，气缸盖既不能损坏，也不能变形。

为此气缸盖应具有足够的强度和刚度。

为了使气缸盖的温度分布尽可能的均匀，避免进、排气门座之间发生热裂纹，应对气缸盖进行良好的冷却。

气缸盖是一个负荷严重而结构又十分复杂的重要机件。

要求其有足够的强度、良好的耐热性；同时材料还应具有良好的浇铸工艺性。

气缸盖的结构应有足够的刚性。

触火面形状应符合图纸要求。

有足够圆弧过度且光洁完整。

受压面和各种道腔应分别符合规定的压力试验要求，各安装座孔尺寸、形状都应符合精度要求。

尤其是各个阀座孔与阀锥面应保持良好的密封状态。

气缸直径在400mm以下的气缸盖材料多用。

气缸盖的材料及的选择：

由于发动机缸径为93mm，小于400mm，因此选用灰铸铁作为气缸盖材料。

气缸盖的形式的选择：

由于本次采用凸轮轴上置式，为了使结构紧凑，整体长度较小，故选用整体式，其特点是其特点是气缸盖刚度大，且在备件储存、修理用制造等方面比较优越。

但其在缩小中心距方面受到一定的限制。

2.1.4燃料室：

柴油机燃烧室的功用是将燃料的化学能转化为热能。

是在高温、高负荷下工作，承受着气体力、惯性力产生的静载荷和振动负荷，同时受到热应力和热腐蚀的作用。

燃烧室的选择：

由于深盆型燃烧室能将活塞顶上的凹坑加深，凹坑口径缩小，形成有涡流的深坑形燃烧室。

与浅盆型燃烧室相比，深ω型燃烧室对燃油系统要求降低，由于利用进气涡流加强混合气形成，使空气利用率大大提高，一般过量空气系数在1.3—1.5，并保持燃油消耗率低和起动容易的优点，所以在小型高速柴油机上获得广泛应用。

由于JX493型柴油机采用优质高强度灰铸铁铸造而成的整体式气缸盖。

为了与气缸盖形成的燃烧室能够使柴油燃烧更充分。

燃烧室形状采用深ω形燃烧室，其特点是其特点是动力性、经济性和起动性好，适合于高速柴油机需求。

但其最高燃烧温度与压力高、工作粗暴、NOx和碳烟排放高，且对转速变化敏感。

通常用于缸径为80-140mm之间、转速<4500r/min的发动机。

　图2－2　金属－复合材料衬垫

　　2.1.5气缸衬垫：

气缸衬垫是机体顶面与气缸盖底面之间的密封件。

其功用是保持气缸密封不漏气，冷却液和机油不泄漏保持。

气缸衬垫的工作条件是承受拧紧气缸盖螺栓时造成的压力，并受到气缸内燃烧气体高温、高压的作用以及机油和冷却液的腐蚀。

所以气缸衬垫应该具有足够的强度，并且要耐压、耐热和耐腐蚀。

另外，还需要有一定的弹性，以补偿机体顶面和气缸盖底面的粗糙度和不平行度以及发动机工作时反复出现的变形。

按所用材料的不同，气缸衬垫可分为金属—石棉衬垫、金属—复合材料衬垫和全金属衬垫等多种。

众所周知，石棉是有毒材料，而全金属衬垫价格昂贵，这里我将选用金属—复合材料衬垫，并且它具有强度高，密封效果好。

它的结构如图2－2所示：

　　2.1.6油底壳：

其功用是储存机油、保证气缸盖与气缸体接触面的密封，防止漏气，漏水和漏油。

油底壳底部还装有放油螺塞，通常放油螺塞上装有永久磁铁，以吸附润滑油中的金属屑，减少发动机的磨损。

油底壳的选用：

油底壳一般用薄钢板冲压或用铸铁。

本次设计采用铸铁材料，因为它具有强度和刚度大，不易变形，且密封性好、磨损少。

2.2　曲柄连杆机构的设计

曲柄连杆机构是发动机的主要运动机构。

其功用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，同时将作用于活塞上的力转变为曲轴对外输出的转矩，以驱动螺旋杆转动。

曲柄连杆机构由活塞组、连杆组和曲轴飞轮组等零件组成。

2.2.1　活塞组：

活塞组由活塞、活塞环和活塞销组成，是活塞式内燃机中的重要组件。

其工作条件极为恶劣，它是在高温、高负荷、高速运动、润滑不良以及冷却困难等情况下工作的。

在保证强度和刚度足够的前提下，针对以上的工作条件，活塞尽可能减轻质量；尽量减少活塞顶从燃烧气体吸收热量，又能尽快地将所吸收的热量散走，防止活塞过热；既要保证燃烧室良好的气密性，又应尽可能减少活塞组的摩擦损失；摩擦副具有良好的润滑、较小的磨损以及较少的润滑油消耗量。

　　1、活塞：

其功用是承受气体压力，并通过活塞销和连杆驱使曲轴旋转，活塞顶部还是燃烧室的组成部分。

它应具有足够的刚度和强度，传力可靠；导热性能好，要耐高压、耐高温、耐磨损；质量小，重量轻，尽可能地减小往复惯性力；耐热的活塞顶及弹性的活塞裙；活塞与气缸壁间有较小的摩擦系数。

活塞材料的选用：

为满足上面的基本要求，活塞材料宜采用质轻和导热性能好的轻合金。

同时，还要求其热强度高、热稳定性好，因此铝合金就成了现代柴油机活塞的首选材料。

为了满足高强度化程度柴油机的需要，还要求进一步提高活塞的高温强度和高温硬度，活塞一般都采用高强度共晶硅铝合金，