J490汽油機機體的設計

桑磊

[摘 要]本設計利用AutoCAD軟件完成了J490汽油機的機體及主軸承螺栓的結(jié)構(gòu)設計，并根據(jù)受力情況對主軸承螺栓進行了校核計算。通過廣泛的市場調(diào)研以及文獻資料的查閱，了解了國內(nèi)汽車市場的現(xiàn)狀與國外汽車領域的先進技術(shù)。針對汽油機設計目標和總體設計要求，全面考慮冷卻、潤滑、密封、工藝性、剛度、耐磨等方面的因素，經(jīng)詳細論證各方案的優(yōu)劣后，最終采用鑄鐵龍門式無缸套結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是強度好、耐磨性、耐熱性較高，加工性好，具有一定的減振性，而且生成方便，價格便宜。采用無缸套設計可以縮小發(fā)動機體積，減輕質(zhì)量，達到輕巧化。主軸承螺栓為柔性螺栓，經(jīng)校核其設計滿足強度要求。最后對完成的設計進行了技術(shù)經(jīng)濟性分析，提出了機體的質(zhì)量控制措施。

[關鍵字]汽油機;機體;CAD;設計

一、J490汽油機的機體方案設計分析

（一）機體的設計要求

內(nèi)燃機的機體是構(gòu)成發(fā)動機的骨架，機體內(nèi)外安裝著發(fā)動機所有的主要的零部件和附件。為了保證活塞、連桿、曲軸、氣缸套等主要零件工作可靠、耐久，它們之間必須嚴格保持精確的相對位置。因此，在機體設計中，必須對重要表面的尺寸、幾何形狀、相互位置等提出嚴格的工藝要求。

機體的結(jié)構(gòu)設計必須保證它有足夠的強度和剛度，既不能發(fā)生裂紋和損壞，也不能出現(xiàn)過大的變形。尤其是機體與氣缸蓋的結(jié)合處，氣缸筒、主軸承座等處，若剛度不足就會產(chǎn)生氣缸密封失效，摩擦副磨損加劇，機體縱向振動加劇，機體產(chǎn)生附加的應力等嚴重后果。

機體的質(zhì)量占發(fā)動機的總重量的1/4左右，而制造成本約占總成本的1/10，機體的設計要特別注意，減輕重量和改善鑄造和加工工藝性，在保證剛度的同時一定要盡可能輕巧化，挖掘降低成本的一切潛力。

此外，發(fā)動機機體上還設有冷卻、潤滑通路，它的設計是否合理關系到整臺發(fā)動機能否正常工作和使用的壽命的長短，是機器運轉(zhuǎn)的重要保證。

（二）機體的結(jié)構(gòu)強度和剛度的設計分析

對于目前的家用轎車車用龍門式水冷發(fā)動機，機體結(jié)構(gòu)強度與剛度設計的核心部分是缸體中間部分的框架結(jié)構(gòu)，然后是主軸承座、缸筒。對這幾部分的結(jié)構(gòu)設計，要進行詳細的受力分析，根據(jù)每一部分所承受的載荷不同，進行合理的結(jié)構(gòu)安排。

（三）機體結(jié)構(gòu)細節(jié)的設計分析

細節(jié)設計的一個重要的原則就是主要載荷盡可能直線傳遞，避免產(chǎn)生附加的彎曲和扭轉(zhuǎn)。機體上尺寸比較大的壁面設計成不平的突起，如清沙孔處設有加厚凸臺，既可以加大機體剛度和支撐強度，又可防止做成簡單的大平面，增加噪聲輻射面積。在缸體受力較大的地方設置加強筋，以及在傳力路線上設置加強筋（如回油孔處為了防止應力過于集中，設有向上傳力的加強筋）。

為了加強機體的受力局部剛度，在基本的壁面上根據(jù)鑄造工藝的可行性，在盡量薄的前提下適當加大局部壁面厚度。

二、J490汽油機的機體結(jié)構(gòu)設計

（1）機體材料的選擇。機體的材料采用優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵HT250鑄造，因為它具有良好的鑄造工藝性和機械性，優(yōu)越的耐磨性，減振性和導熱性，而且生成方便，價格便宜。

（2）機體的成型方法。機體的成型方法采用金屬型低壓鑄造，成型后對外表面進行噴砂處理。

（3）機體結(jié)構(gòu)尺寸的設計和主要參數(shù)的給定分別為缸徑：90mm ，行程：90mm，轉(zhuǎn)速：5200r/min，排量：2.289L，壓縮比：9.5，平均有效壓力：1.008Mpa，功率：100KW，活塞平均速度：15.6m/s。

（4）機體整體尺寸的確定，分別是氣缸中心距的確定、機體高度的確定和機體長度和寬度的確定。

（5）缸筒的設計，注意事項是：首先缸筒作為發(fā)動機主要的工作部位，與活塞環(huán)密切配合，在設計中要給定精確的公差，保證配合間隙，不能過大也不能過小;其次是在發(fā)動機工作中，氣缸內(nèi)溫度高，壓力大，提高氣缸表面的強度顯得非常的重要。

（6）缸蓋螺栓孔的布置。發(fā)動機運轉(zhuǎn)時，燃燒室周圍所收的氣體力最大，所以在每個氣缸周圍布置4個氣缸蓋螺栓，共10個缸蓋螺栓孔。

（7）主軸承螺栓孔的布置。主軸承螺栓是主軸承蓋與機體之間的連接件，它的布置直接影響著機體與主軸承蓋的受力情況，因此主軸承螺栓的數(shù)目及其布置直接影響到汽油機工作的可靠性和耐久性。

（8）主軸承座的設計。主軸承座作為機體中受力最大的部分，對它的強度和剛度要求較高，為此，在軸承座螺栓孔處設有加強筋，并且要有一定的傾斜角度，以保證支撐效果良好。其中，在設有中間軸一側(cè)，設有傾斜角度為20O的支撐筋;另一側(cè)由于開有回油溝槽則改為垂直加強筋，并輔以分油道（取壁厚較大為5mm）以保證支撐強度。要注意軸承座定位面與軸承蓋精確配合，采用整體聯(lián)接后加工，以保證圓度和同心度。以上這些都是保證曲軸正常運轉(zhuǎn)，發(fā)動機正常工作的重要條件。

三、設計總結(jié)

在機體的設計中，筆者以設計輕量化為主要設計思想，同時兼顧其經(jīng)濟性與實用性，選取灰鑄鐵HT250為機體的材料，減小了發(fā)動機的成本;采用龍門式機體，更好地提高了發(fā)動機的強度、剛度特性，降低了發(fā)動機工作時所發(fā)出的噪音;采用無缸套設計縮小了發(fā)動機體積，減輕了發(fā)動機的質(zhì)量，達到輕巧化。與M495QE相比，水道被拓寬，冷卻效果更佳理想。就整臺發(fā)動機而言，良好的動力性和經(jīng)濟性、輕量化、低噪聲和減少污染物排放等目標已基本實現(xiàn)，很好地實現(xiàn)了筆者設計這臺發(fā)動機的初衷。

參考文獻：

[1]李玉柱.發(fā)動機機體的可靠性評估[J].無錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學院學報，2006（6）：4-5.

[2]楊連生.內(nèi)燃機設計[M].北京：中國農(nóng)業(yè)機械出版社，1988.