传动轴设计流程.doc

1传动轴 编 号 审 核 版 本Propeller Shaft 编 写 批 准 采用日期一、 设 计 流 程任务号 任务名称 责任人 主要工作内容 提交的文件 参考工期启动设计 整车总布置向传动轴设计师下达启动传动轴设计指令，并提供传动轴设计边界条件技术信息流程卡：提供发动机、变速器、驱动桥等参数及传动轴接口尺寸、拉压极限、万向节最大转角、传动轴最大夹角、中间支承位置等3 天概念设计 气缸盖设计师 三维气道模型、三维水套 模型、缸盖三维模型 三维气道模型、三维水套模型、缸盖三维模型 30 天水套 CFD 计算分析热力学计算工程师缸盖水套三维流动计算分析、换热系数计算；计算结果及分析报告，结论,建议 5 天缸盖有限元计算分析有限元计算工程师气缸盖强度、刚度计算分析、热负荷计算分析计算结果及分析报告，结论,建议 30 天气道开发 气道工程师 根据缸盖总布置下达的边界条件完成进排气道开发 进排气道样柱、进排气道三维电子文件 20 天2详细设计 气缸盖设计师根据概念设计，有限元计算结果，CFD 计算结果，完成气缸盖详细设计提交气缸盖详细设计图、材料清单，水套三维模型、缸盖三维模型 30 天设计确认 气缸盖设计师 对产品图进行确认 设计师对气缸盖详细设计图确认后签字 3 天总布置确认 发动机总布置 确认气缸盖 配合尺寸的正确性 在图纸上确认签字 3 天零件试制 试制部 完成气缸盖试制 缸盖样件测量报告 3 个月气道试验 气道工程师 完成缸盖进排气道的性能 试验 试验报告，结论，建议 3 天台架试验 发动机试验工程 师 验证气缸盖在整机上的性 能、可靠性 试验报告，结论，建议道路试验 道路试验工程师 验证气缸盖在实际使用过 程中的可靠性和耐久性 试验报告，结论，建议采用 气缸盖设计师 发产品采用通知 采用通知书 1 天总结 气缸盖设计师 总结前期的设计、计算及 试验分析工作 最终设计总结，设计经验总结，更新的 FMEA 5 天3气缸盖设计流程图启动设计1003021-011003021-021003021-03详细设计总布置确认零件试制气道试验是否符合要求台架试验是道路试验是否符合要求是否符合要求采用总结 1003021-14是概念设计水套 CFD 计算分析否否否是发动机总布置设计师气缸盖设计师气道工程师发动机试验工程师道路试验工程师气缸盖设计师有限元计算工程师热力学计算工程师1003021-13缸盖有限元计算分析气道开发设计确认1003021-041003021-051003021-05 051003021-06 1003021-071003021-08试制部气道工程师1003021-091003021-101003021-111003021-12气缸盖设计师4二、 设计规范1 主要功能描述密封气缸，并与活塞共同形成燃烧空间，并承受高温高压燃气的作用。

合理的气道布置为发动机工作过程提供所需要的新鲜空气和适合的旋流强度，并排出废气并为废气涡轮增压器提供驱动能量2 设计原则气缸盖应具有足够的强度和刚度，工作时缸盖变形最小并保证与其缸的结合面和气门的结合面有良好的密封根据混合气形成方式使气门和气道布置合理，力求使内燃机性能良好结构力求简单、铸造工艺良好；冷却合适，缸盖温度场分部均匀尽可能减小热应力，避免产生裂纹缸盖鼻梁区是热负荷和机械符合最大的部位，应该从设计上确保该部位的强度、刚度和冷却效果3 设计的边界条件发动机最大功率、最大扭矩、压缩比、气缸直径、缸心距、缸盖螺栓位置、缸盖厚度、宽度、长度、冷却水孔位置4 重要结构及性能参数缸盖底板厚度、缸盖高度、气门个数及位置、喷油器（火花塞）位置、气道喉口直径、进排气道的位置；进气道流量系数旋流数、排气道流量系数5 重要结构及参数的确定1）底板厚度：缸盖底板厚度对气缸盖的可靠性有很大影响，底板同时承受机械负荷和热负荷对于承受机械负荷要求底板有足够的厚度，为了减小热应力底板应当减薄，因此气缸盖的可靠性就取决于对热负荷和机械负荷二者的协调下列原则可以用来确定缸盖底面的最大厚度：缸盖底板内部热传导的公式为：twi（ºC ）是缸盖底板燃烧室一侧的温度，t wa（ºC）是缸盖底板冷却水一侧的温度，q/F（千卡/米小时）是缸盖底板局部地区的热负荷，Fqtttwai 5λ（千克/米小时度）是缸盖材料的导热系数， δ(米)是缸盖底板的局部厚度，将上式改写后便得出求底板局部厚度的公式：用此公式便可大致确定缸盖底板的最大厚度。

2） 缸盖高度在某种意义上决定了缸盖的刚度，但是缸盖高度受到整机总布置的限制3） 进排气道的设计对内燃机性能有很大的影响， 进气道影响进气阻力和充气效率，排气道影响排气阻力和废气能量的利用进气道直段要尽可能直顺光滑，减小进气阻力，螺旋段要根据发动机的性能和燃烧系统的要求开发出合适的旋流强度排气道的布置要尽量平顺，减小进气阻力对于增压机，排气道的截面应设计成圆形，以减少向冷却系统的传热，减小能量损失在柴油机中，为了减少排气道对进气的加热以提高充气系数，将进排气道部置在气缸两侧4）气门位置的确定：进气门与气缸壁的间隙为 0.01D-0.02D，排气门与气缸壁的间隙为 0.01D-0.015D FEV 公司认为喷油器与排气门座间的壁厚≥5mm与进气门座间的壁厚≥4mm，是可以满足可靠性要求的气门间距不能太小，否则鼻梁区的型芯强度不够，容易造成烧结、夹渣等铸造缺陷鼻梁区水套最小厚度应≥5mm5）喷油器的位置对发动机性能，排放有很大影响对于四气门发动机，喷油器位于气缸中心线上，是最佳布置对于两气门发动机喷嘴要尽量靠近气缸中心通常情况下对于两气门柴油机，欧 I 排放的发动机喷嘴与气缸中心直线距离要小于 10mm，欧 II 排放发动机该直线距离小于 7mm。

6）进排气门大小的确定：根据经验和 Benchmarking 可以确定气门的大小，对于卡车发动机进排气门的取值范围是：进气门， 0.41150mm 时采用单体式（一缸一盖） ；当Fqtttwai 6120≤D≤150 时采用单体、分体或整体视其他条件而定对于气门数量有每缸两气门、每缸四气门气缸盖的高度一般取 H=(0.9-1.2)D，现代内燃机气缸盖有增高的趋势适当增加气缸盖的高度，使 H=(1.4-1.5)D，对气缸该设计使加强冷却、提高刚度、合理设计进排气道三者都有利8 典型材料牌号根据工作条件，气缸盖应该用抗热疲劳性能好的材料铸造各种材料的热强度用热强度系数来表示抗拉强度 σb热强度系数=---------------------------- = ----------------------- 热应力特性数 αE/λE—弹性模数λ—导热系数σb—抗拉强度热强度系数愈大，热强度也愈大铸铁气缸盖的工作温度不应超过 375-400（380）℃，否则鼻梁区由于热膨胀产生应力而在高温下发生塑性变形，在冷态时又因冷缩受到拉伸，这样热胀冷缩交变作用，由于热疲劳而发生裂纹。

铝合金气缸盖的工作温度不应超过220℃，铝合金由于高温而使强度迅速下降所以要采取有效的冷却措施，使鼻梁区温度不要超过上述数值柴油机通常情况下使用 HT250对于轿车用汽油发动机通常用铝合金9 需要进行的计算验证气缸盖冷却水流动分析，换热分析、刚度、强度计算10 计算验证方法CFD 流动计算、FE 刚度、强度、温度场分布11 典型工艺铸造12 典型的表面处理工艺7时效处理13 典型的加工工艺14 常见的失效模式1）鼻梁区裂纹；2）气门密封不严；3）气门下陷；4）气门早磨；5）烧机油；15 针对失效模式采取的措施气缸盖常见故障、原因及解决措施 故障现象 产生原因 解决措施鼻梁区裂纹 1） 铸造缺陷，鼻梁区处夹渣2） 冷却水流组织不好，鼻梁区处冷却水流速过底3） 火力面刚度不够4） 气缸盖材料抗热疲劳强度差提高铸造水平改进缸盖冷却系统结构设计，合理组织水流提高火力面刚度改换抗热疲劳好的材料气门密封不严 气门座密封面与气门导杆之间的同轴度超差气门座密封面加工精度底冷却不好，产生偏磨提高加工精度改进缸盖冷却系统结构设计气门下陷 气门座材料耐磨性差气门座周围冷却不够更换耐磨材料改善缸盖冷却气门早磨 气门材料耐磨性差气门座周围冷却不够更换耐磨材料改善缸盖冷却烧机油 进气门导管油封失效气门导管与气门杆之间间隙过大换油封换气门816 需要进行的试验验证1)发动机台架性能试验( 按 )2)发动机可靠和耐久性试验(按 )3)冷热冲击试验( 按 )4)气道性能试验5）整车可靠和耐久性试验(按 )17 试验验证规范三. 相关数据库（Benchmarking）进气道性能发动机型号 排量 (L) 额定功率(kW)最大爆发压力(bar)气缸盖材料 压缩比进排气门直径 Ø 流量系数 旋流数排气道性能底板厚度 气门间距喷嘴与气缸中心的距离机型CA498 3.168 3600 88 HT250 18 43.5x38 0.3-0.352.6-3.20.39-0.4210 23.5-26.5 7.8 自然吸气柴 油机CA495 2.977 105/3600 HT250 18.5 34.2x31.5 0.3-0.342.4-2.80.38-0.4212 --- 0 自然吸气柴 油机CA488 2.2 67/3600 铝合金8.1、8.59.040.6x35.4 0.391.3-1.40.43 8 20-22.6 -- 增压中冷柴 油机9CA6DF-25 7.127 185/2300 140 儒墨铸 铁 17.5 48x 42.80.35-0.372.0-2.20.46-0.4812 25-31 8.2 汽油机CA6110ZLA9 7.127125.5/2300 HT250 17.5 49.2x 420.32-0.381.6-2.40.4-0.48 12 25-31 11 增压中冷柴 油机CA6110ZLA3 7.127 180/2300 HT250 17.5 49.2x 410.32-0.381.6-2.40.4-0.48 12 25-31 11 增压中冷柴 油机CA6106ZLA8 6.619 134/2300 120 HT250 17.5 45x41.80.31-0.341.7-2.00.4-0.44 12 25-31 11 增压中冷柴 油机CA6DE2-23 6.619 180/2300 150 HT250 17.5 47x 41.8 1.5 13-1526.5-28.15.4 增压中冷柴 油机气缸垫 编 号 FDJ-1003030 审 核 李丰军 版 本 1.0Cylinder Gasket 编 写 强鸿 批 准 李金成 采用日期 2002.04.25一．设计流程10任务号 任务名称 责任人 主要工作内容 提交的文件 参考工期FDJ-1003030-01 启动设计 发动机总布 置 向气缸垫设计工程师下达启动气缸垫设计指令，提供气缸垫设计边界条件技术信息流程卡：提供发动机最大爆发压力、压缩比、油压、水压等参数以及气缸垫压缩厚度要求7天FDJ-1003030-02 概念设计 气缸垫设计 师 完成气缸垫式样图的设计，并向气缸垫供应商提供气缸垫设计边界条件提交气缸垫式样图的图纸。

为计算分析及供应商提供足够的数据（附：气缸垫设计调查书）7天FDJ-1003030-03 详细设计 产品供应商 根据设计师提供的气缸垫式样图及气缸垫设计调查书，完成气缸垫详细设计 提交气缸垫详细设计图、材料清单， （采用进口材料的包括材料标准） 7天FDJ-1003030-04 设计确认 气缸垫设计 师 对供应商的产品图进行初步确认 对供应商提供的气缸垫详细设计图， 设计师确认后，签字 1天FDJ-1003030-05 总布置。