设计指南-气缸盖

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缸盖设计指南

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目录

一、总成说明 (3)

1 缸盖总成的功用 (3)

2 适用范围 (3)

3 缸盖总成爆炸图 (4)

二缸盖设计 (4)

1设计原则 (4)

2气缸盖结构形式及特点 (5)

3气缸盖的材料 (7)

4气缸盖壁厚设计 (8)

5气缸盖结构工艺性考虑 (9)

6 缸盖重要部分设计 (10)

6.1 气道设计 (10)

6.1.1 设计要求 (10)

6.1.2 典型气道及其优缺点 (11)

6.1.3 气道布置设计 (12)

6.2水套设计 (12)

6.2.1 设计要求 (12)

6.2.2 水套的主要设计参数 (13)

6.3润滑油路的设计 (14)

6.4气缸盖螺栓布置设计 (14)

三、参考文献 (15)

一、总成说明

1 缸盖总成的功用

气缸盖用来密封气缸的上面部分，它与活塞顶及气缸内壁共同组成燃烧空间。气缸盖上还布置有进、排气道，同时为了润滑装在气缸盖上的配气机构零件，还设有润滑油道等。在水冷式内燃机中，气缸盖上设有冷却水道，而在风冷式内燃机中，气缸盖设有散热片。同时，在气缸盖上还装有喷油器或火花塞、进排气管和气门及其传动件等。在采用分开式燃烧室的内燃机中，在气缸盖上还布置有燃烧室。

2 适用范围

适用活塞往复式内燃机。

编制日期： 编者： 版次：01 页次：- 4 - 3 缸盖总成爆炸图

图1. 缸盖总成爆炸图 二 缸盖设计

1设计原则

气缸盖的结构形状十分复杂，承受着气体爆发力和气缸盖螺栓的预紧力。发动机工作时，气缸盖各部分温度很不均匀，气缸盖底面燃烧室部分(一般称为火力岸)温度很高，而冷却水套或散热片部分的温度很低，进气道和排气道的温度也不相同，因此，气缸盖的机械应力和热应力都很大。特别是由于高温和温度分布不均匀而产生的热应力的反复作用。这些裂纹通常出现在气门座和喷油器(或火花塞)座之间，特别是进、排气门座之间的地区(一般称为鼻梁区) 很容易形成热疲劳裂纹，再加上铸造残余应力也很大，因此气缸盖的工作条件十分

凸

轮

轴盖

轴

承

盖

螺

栓 缸

盖

钢球 碗型塞

进

排

气

门

座

圈

严酷。同时，气缸盖受热时引起的变形如果过大，会影响与气缸的接合面和气门座接合面的密封，加速气门座的磨损，产生气门杆“咬死”，甚至造成漏气、漏水和漏油等现象，使内燃机无法工作。

由此，对气缸盖的设计要求是：

(1)要根据混合气的形成和燃烧方式，合理布置气门和气道。

(2)保证高温部分能得到较强的冷却，使气缸盖的温度分布均匀，尽可能减小热应力，

避免出现热疲劳裂纹。

(3)应具有足够的强度和刚度，保证承受机械应力和热应力时能可靠工作，并保证良好

的密封。

(4)结构工艺简单、便于生产；对装置在气缸盖上的机件要便于拆装和维修。

2气缸盖结构形式及特点

水冷式内燃机气缸盖的结构型式可分为整体式、分体式、单体式以及连体式四种。

整体式是整列气缸共用一个气缸盖；分体式是每两个或三个气缸共用一个气缸盖；单体式是每一个气缸有一个单独的气缸盖；连体式是气缸盖和气缸体不分开，连成一整体。

整体式气缸盖可以缩短气缸中心距，结构紧凑零部件数量少，内燃机刚度好，重量轻，水腔容易布置，成本较低。但是，铸造复杂，形状误差大，制造废品率较高；气缸盖局部损坏时，整个气缸盖即成废品；气缸盖总长度大，接合面的平面度在工艺上不容易保证；沿气缸盖长度方向的刚度差，当受力不均匀或受热不均匀时，气缸盖容易翘曲变形，从而破坏对气缸的密封性。为了克服后一缺点，有的内燃机将整体式气缸盖相邻两缸中间铣出横槽，以增加弹性，减小因受力或受热不均匀而引起气缸盖的翘曲变形。

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两缸中间铣出的横槽

图2. 两缸中间横槽

分体式和单体式气缸盖(特别是单体式气缸盖)长度短，它与气缸体之间的密封平面小，加工平面度的要求容易保证，气缸盖螺栓的压紧力分布也比较均匀，受力或受热不均匀时气缸盖翘曲变形相应减小，这将提高气缸盖密封的可靠性。而且，这两类气缸盖铸造容易，废品率低，维修也比较方便，系列通用化高，便于大量生产；气道位置精度高，对配气有利。它们的缺点是：要求较大的气缸中心距，增加了内燃机的长度和重量；如果要采用较小的气缸中距，相邻的两个气缸盖就必须用共用螺栓的办法，但这时对相邻气缸盖之间的高度公差要求高，否则会出现一松一紧的现象。另一缺点是：各气缸盖之间互不相连，增加了油管、水管的联接和密封的困难，并结构比较复杂。

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单体式缸盖

图3. 单体式气缸

连体式气缸盖保证了密封的可靠性，而且刚度大，但制造工艺性差。一般气缸直径较小的水冷式内燃机通常采用整体式气缸盖，个别采用分体式气缸盖。对于直径稍大一些的水冷式内燃机，则往往采用二缸一盖或三缸一盖的分体式气缸盖，个别也有采用单体式气缸盖的；但有些内燃机为了提高结构紧凑性和简化工艺，还有采用整体式气缸盖的。对于直径再大一些的水冷式内燃机(D＞150mm)，大多数采用单体式气缸盖。连体式气缸盖则仅在个别强化的水冷式内燃机中应用。

3气缸盖的材料

气缸盖的结构十分复杂，所以汽车、拖拉机、工程机械和农用内燃机的气缸盖都是采用铸造的方法来制造。根据制造方法、工作情况和设计要求，气缸盖的构料应该是：铸造性能良好，热强度高，并价格低廉。目前制造气缸盖的材料通常有铸铁和铝合金两种，这两种材料铸造性能都良好，但热强度和价格以及材料密度各异。众所周知，各种材料在变形受到限制时，所产生的热应力大小可以用热应力特性数（αE/λ）来表示，其中a、E、λ分别为材料的线膨胀系数、弹性模量及导热系数。特性数越小，则材料受热时产生的热应力也越小。同时用材料的拉伸强度σb和热应力特性数(αE/λ)的比值——热强度系数。σb/ (αE/λ)来比较它们