J490汽油机机体的设计

桑磊

[摘 要]本设计利用AutoCAD软件完成了J490汽油机的机体及主轴承螺栓的结构设计，并根据受力情况对主轴承螺栓进行了校核计算。通过广泛的市场调研以及文献资料的查阅，了解了国内汽车市场的现状与国外汽车领域的先进技术。针对汽油机设计目标和总体设计要求，全面考虑冷却、润滑、密封、工艺性、刚度、耐磨等方面的因素，经详细论证各方案的优劣后，最终采用铸铁龙门式无缸套结构。这种结构的优点是强度好、耐磨性、耐热性较高，加工性好，具有一定的减振性，而且生成方便，价格便宜。采用无缸套设计可以缩小发动机体积，减轻质量，达到轻巧化。主轴承螺栓为柔性螺栓，经校核其设计满足强度要求。最后对完成的设计进行了技术经济性分析，提出了机体的质量控制措施。

[关键字]汽油机;机体;CAD;设计

一、J490汽油机的机体方案设计分析

（一）机体的設计要求

内燃机的机体是构成发动机的骨架，机体内外安装着发动机所有的主要的零部件和附件。为了保证活塞、连杆、曲轴、气缸套等主要零件工作可靠、耐久，它们之间必须严格保持精确的相对位置。因此，在机体设计中，必须对重要表面的尺寸、几何形状、相互位置等提出严格的工艺要求。

机体的结构设计必须保证它有足够的强度和刚度，既不能发生裂纹和损坏，也不能出现过大的变形。尤其是机体与气缸盖的结合处，气缸筒、主轴承座等处，若刚度不足就会产生气缸密封失效，摩擦副磨损加剧，机体纵向振动加剧，机体产生附加的应力等严重后果。

机体的质量占发动机的总重量的1/4左右，而制造成本约占总成本的1/10，机体的设计要特别注意，减轻重量和改善铸造和加工工艺性，在保证刚度的同时一定要尽可能轻巧化，挖掘降低成本的一切潜力。

此外，发动机机体上还设有冷却、润滑通路，它的设计是否合理关系到整台发动机能否正常工作和使用的寿命的长短，是机器运转的重要保证。

（二）机体的结构强度和刚度的设计分析

对于目前的家用轿车车用龙门式水冷发动机，机体结构强度与刚度设计的核心部分是缸体中间部分的框架结构，然后是主轴承座、缸筒。对这几部分的结构设计，要进行详细的受力分析，根据每一部分所承受的载荷不同，进行合理的结构安排。

（三）机体结构细节的设计分析

细节设计的一个重要的原则就是主要载荷尽可能直线传递，避免产生附加的弯曲和扭转。机体上尺寸比较大的壁面设计成不平的突起，如清沙孔处设有加厚凸台，既可以加大机体刚度和支撑强度，又可防止做成简单的大平面，增加噪声辐射面积。在缸体受力较大的地方设置加强筋，以及在传力路线上设置加强筋（如回油孔处为了防止应力过于集中，设有向上传力的加强筋）。

为了加强机体的受力局部刚度，在基本的壁面上根据铸造工艺的可行性，在尽量薄的前提下适当加大局部壁面厚度。

二、J490汽油机的机体结构设计

（1）机体材料的选择。机体的材料采用优质灰铸铁HT250铸造，因为它具有良好的铸造工艺性和机械性，优越的耐磨性，减振性和导热性，而且生成方便，价格便宜。

（2）机体的成型方法。机体的成型方法采用金属型低压铸造，成型后对外表面进行喷砂处理。

（3）机体结构尺寸的设计和主要参数的给定分别为缸径：90mm ，行程：90mm，转速：5200r/min，排量：2.289L，压缩比：9.5，平均有效压力：1.008Mpa，功率：100KW，活塞平均速度：15.6m/s。

（4）机体整体尺寸的确定，分别是气缸中心距的确定、机体高度的确定和机体长度和宽度的确定。

（5）缸筒的设计，注意事项是：首先缸筒作为发动机主要的工作部位，与活塞环密切配合，在设计中要给定精确的公差，保证配合间隙，不能过大也不能过小;其次是在发动机工作中，气缸内温度高，压力大，提高气缸表面的强度显得非常的重要。

（6）缸盖螺栓孔的布置。发动机运转时，燃烧室周围所收的气体力最大，所以在每个气缸周围布置4个气缸盖螺栓，共10个缸盖螺栓孔。

（7）主轴承螺栓孔的布置。主轴承螺栓是主轴承盖与机体之间的连接件，它的布置直接影响着机体与主轴承盖的受力情况，因此主轴承螺栓的数目及其布置直接影响到汽油机工作的可靠性和耐久性。

（8）主轴承座的设计。主轴承座作为机体中受力最大的部分，对它的强度和刚度要求较高，为此，在轴承座螺栓孔处设有加强筋，并且要有一定的倾斜角度，以保证支撑效果良好。其中，在设有中间轴一侧，设有倾斜角度为20O的支撑筋;另一侧由于开有回油沟槽则改为垂直加强筋，并辅以分油道（取壁厚较大为5mm）以保证支撑强度。要注意轴承座定位面与轴承盖精确配合，采用整体联接后加工，以保证圆度和同心度。以上这些都是保证曲轴正常运转，发动机正常工作的重要条件。

三、设计总结

在机体的设计中，笔者以设计轻量化为主要设计思想，同时兼顾其经济性与实用性，选取灰铸铁HT250为机体的材料，减小了发动机的成本;采用龙门式机体，更好地提高了发动机的强度、刚度特性，降低了发动机工作时所发出的噪音;采用无缸套设计缩小了发动机体积，减轻了发动机的质量，达到轻巧化。与M495QE相比，水道被拓宽，冷却效果更佳理想。就整台发动机而言，良好的动力性和经济性、轻量化、低噪声和减少污染物排放等目标已基本实现，很好地实现了笔者设计这台发动机的初衷。

参考文献：

[1]李玉柱.发动机机体的可靠性评估[J].无锡商业职业技术学院学报，2006（6）：4-5.

[2]杨连生.内燃机设计[M].北京：中国农业机械出版社，1988.