摘 要

由于气缸盖工作条件十分恶劣，在设计过程中，气缸盖设计的优劣直接影响柴油机的性能和耐久性。气缸盖的主要设计内容有气缸盖形式的确定、气门数量、气缸盖螺栓布置、进排气道的尺寸计算和布置方式等。本文主要介绍根据柴油机性能指标选择主要的性能参数，重点阐述了柴油机气缸盖的设计过程，且对气缸盖结构的形式选择、进排气道设计、气缸盖螺栓的设计进行了讨论.并通过对气缸盖建模及有限元分析实现优化设计。

【关键字】：柴油机 气缸盖 设计 建模 有限元分析

Due to the severe working conditions of the cylinder head, the design of the cylinder head directly affects the performance and durability of the diesel engine during the design process. The design of the cylinder head includes the selection of the cylinder head shape, the determination of the number of valves, the selection and arrangement of the number of cylinder head bolts, the design and arrangement of the intake and exhaust passages, and the cooling measures of the valves and cylinders. . This article mainly introduces the selection of main performance parameters based on the diesel engine performance index, and focuses on the design basis and design process of the diesel engine cylinder head. At the same time, the selection of the cylinder head structure, the determination of the main dimensions, the design of the intake and exhaust passages, and the arrangement of the cylinder head bolts are discussed. The optimization design is achieved through cylinder head modelling and finite element analysis.

[Keywords]: Diesel Engine 、Cylinder Head、 Design 、Modeling Finite 、Element Analysis

目录

【摘要】

1.绪论

2、柴油机的总体设计

2．1初始条件

2．2发动机类型

2.2.1冲程数的选择

2.2.2冷却方式

2.2.3气缸数与气缸布置方式

2.3基本参数

2.3.1行程缸径比S∕D的选择

2.3.2气缸工作容积V和缸径D的选择

2.4 活塞组的结构设计

2.4.1 活塞的设计

2.4.2 活塞销设计

2.5 曲轴的结构设计

2.5.1 曲轴的工作条件和设计要求

2.5.2 曲轴的结构和材料

2.5.3 曲轴尺寸设计

2.6 连杆的设计

2.6.1 连杆的工作条件和设计要求

2.6.2 连杆材料的选择

2.6.3 连杆主要结构尺寸设计

3、气缸盖的设计

3.1气缸盖的工作条件

3.11气体作用力

3.1.2螺栓预紧力

3.1.3热应力

3.2气缸盖的设计要求

3.3气缸盖材料选择

3.4 气缸盖结构设计

3.4.1缸盖形式的选择

3.4.2气门数的确定

3.4.3缸盖螺栓数量的选择与布局

3.4.4进排气道的设计

3.4.5燃烧室及喷油器在气缸盖中的布置

3.4.6气缸盖冷却水道布置

3.4.7燃烧室的密封及汽缸垫设计

3.5 气缸盖基本尺寸确定

3.5.1气缸盖的高度

3.5.2底面壁厚

3.5.3其余尺寸

4、 曲柄连杆运动学计算

4.1 曲柄连杆机构运动计算

4.1.1 曲柄连杆比的选择

4.1.2 活塞运动规律

4 .2动力学计算

4.2.1 气体作用力的计算

4.2.2 惯性力的计算

4.3.2 总作用力的传递

5、气缸盖的热力学计算

5.1热力循环基本参数的确定

5.2热力过程具体计算

5.2.1 绝热压缩过程

5.2.2 定容增压过程

5.2.3 定压膨胀过程

5.2.4 绝热膨胀过程

5.2.5 p-V图向p-α图的转换

6、基于CATIA的实体建模

6.1 CATIA产品概述

6.2气缸盖建模

6.2.1打开软件

6.2.2.草图绘制

6.2.3.完成后的模型

6.3本章小结

7.基于ANSYS的有限元分析

7.1ANSYS软件介绍

7.2 导入模型

7.3结果分析

7.4本章小结

8 全文总结与展望

9、致谢 

10、参考文献

1.绪论

本设计为柴油机气缸盖。气缸盖是发动机中最复杂、负荷更重、也是最重要的部分。气缸盖和活塞顶部共同组成燃烧室。大多数气缸盖都设有进气道，排气通道，冷却水道、润滑油孔，并配有阀门分配机构和喷油器等部件。缸盖的设计直接影响柴油机的动力性、经济性和可靠性。

气缸盖在内燃机上分属于配气机构的一部分，主要是用来对气缸密封，与活塞顶面，气缸侧壁组成燃烧室；并作为进排气管的支撑结构。主要功能是把空气吸到气缸内部，并把柴油喷入气缸里，与空气混合燃烧带动活塞做功，废气从排气管排出。气缸盖气道的布置严重影响着柴油机的动力性能指标，根据自然吸气可以得知，柴油机应该尽可能的多进气和多排气，气缸盖在结构方面考虑，气道的合理布置能够降低进排气体能量损失，还不影响进气涡流的形成。近几年来，已经进行的研究工作大部分集中在缸盖，冷却水道等的三维建模设计，进排气道里流动气体的三维模拟的计算等。

2、柴油机的总体设计

2．1初始条件

发动机功率:Pe=37Kw； 转速n=3200 r/min； VL=2.164L ； ge≤265g/kw*h；

2．2发动机类型

2.2.1冲程数的选择

已知发动机的冲程数选择为四冲程，即τ=4

2.2.2冷却方式

为提高气缸冷却性能，采用水冷方式。

2.2.3气缸数与气缸布置方式

采用直列式二缸机。

2.3基本参数

2.3.1行程缸径比S∕D的选择

行程缸径比S∕D是柴油机的基本结构参数。目前，为了满足内燃机高转速的要求，发动机出现了降低行程缸径比的趋势，但是S∕D对于柴油机来说不宜太低，否则不利于燃烧和扫气等。因此，缸径比的选择应视具体设计要求而定。选择缸径比时，应考虑以下因素：

1、选用较小的缸径比，可在不牺牲总长度情况下减小柴油机的高度和宽度，从而在总体上拥有更好的紧凑性；

2、减小缸径比意味着转速上升，因此升功率也会增大，让柴油机结构更加紧凑；