汽缸蓋
關注創建者：陳開 創建時間：2019-01-22
汽缸蓋的視頻教程
汽缸蓋的實例教程
., General Motors
Pontiac, MI, USA
一、前言
汽缸蓋（Cylinder Hear）是由鑄鐵或鋁合金鑄造，是氣門結構的安裝機體，也是汽缸的密封蓋。汽缸蓋承受氣體力和緊固氣缸蓋螺栓所造成的機械負荷，同時還由于與高溫燃氣接觸而承受很高的熱負荷，因此對于產品的質量要求相當高。
由于汽缸蓋大多采用鑄造工藝成型，因此鑄件常見的缺陷也成了汽缸蓋質量的評估重點。最常見的缺陷在于表面孔洞（subsurface pores）以及氧化夾渣（oxide film）。
圖片1. 汽缸蓋常見的鑄造缺陷
二、傾轉鑄造（Tilt casting）工藝說明
傾轉鑄造是重力鑄造的一種，澆注系統以澆盆連接到模具，并且兩者都緩慢旋轉，使得金屬以很小的湍流進入型腔。目標是通過限制湍流來減少孔隙度和夾雜物。
傾轉鑄造的旋轉速度如果為了不引起湍流而過慢，則金屬液的前沿會開始凝固，導致澆不足；如果系統旋轉過快，則會引起湍流，從而無法達到目的。
圖片2. 傳統傾轉鑄造制程
為了改善鑄造缺陷，GM早在 2012年就取得美國專利 US 2012/0312493 A1，以修正后澆包的設計改善傾轉鑄造問題。為了取得更好的結果，GM決定采用FLOW-3D CAST針對該設計再進行優化，希望取得質量更好的鑄件。
圖片3. 傾轉鑄造專利
三、FLOW-3D CAST數值模擬
進行數值仿真之前，必須先建立相關的網格以及取得分析參數。
仿真模型采用 Siemens NX建立，并且進行簡化及三維圖調整。分析采用FLOW-3D CAST。
FLOW-3D CAST采用四個網格區塊進行分析（網格尺寸 1.5-5mm）。
展開 汽缸蓋是發動機的幾大關鍵部件之一，零件尺寸較小，但結構形狀復雜，壁薄且壁厚不均勻，加工部位多，特別是有數個平面與孔系，導致加工難度很大。
發動機缸蓋加工技術分析
在缸蓋零件各加工表面中，通常平面的加工精度比較容易保證，而精度要求較高的支撐孔的加工精度以及孔與孔之間、孔與平面之間的相互位置精度則較難保證。缸蓋零件的技術要求主要可歸納如下：
1.主要平面的形狀精度和表面粗糙度
缸蓋的主要平面是裝配基準，并且往往是加工時的定位基準，所以，應有較高的平面度和較小的粗糙度值，否則，直接影響缸蓋加工時的定位精度，影響缸蓋加工的定位精度，影響缸蓋與機座總裝時的接觸剛度和相互位置精度。
一般缸蓋的主要平面的平面度在0.1～0.03mm，表面粗糙度Ra2.5～0.63μm，各主要平面對裝配基準面垂直度為0.1/300.
2.孔的精度、表面粗糙度及主要孔和平面的相互位置精度
一般缸蓋孔的尺寸精度為IT6，圓度、圓柱度公差不超過孔徑公差的一半，表面粗糙度值為Ra0.63～0.32μm。其余尺寸精度為IT7～IT6,表面粗糙度為Ra2.5～0.63μm。各孔之間的孔距公差為0.12～0.05mm，平行度公差應小于孔距公差，一般在全長取0.1～0.04mm。同一軸線上主要平面間及主要平面之間垂直度公差為0.1～0.04mm。
展開 頂置凸輪軸是將凸輪軸被放置在汽缸蓋內，燃燒室之上，直接驅動搖臂、氣門，不必通過較長的推桿。與氣門數相同的推桿式發動機（即頂置氣門結構）相比，頂置凸輪軸結構中需要往復運動的部件要少得多，因此大大簡化了配氣結構，顯著減輕了發動機重量，同時也提高了傳動效率、降低了工作噪音。盡管頂置凸輪軸使發動機的結構更加復雜，但是它帶來的更出色的引擎綜合表現（特別是平順性的顯著提高）以及更緊湊的發動機結構，使發動機制造商很快在產品中廣泛應用這一設計。頂置凸輪軸與頂置氣門結構的驅動方式并不一定不同。動力可以通過正時皮帶、鏈條甚至齒輪組傳遞到頂置的凸輪軸上。
按照配氣結構內包含的凸輪軸數目，頂置凸輪軸可分為以形式：單頂置凸輪軸（Single overhead camshaft, SOHC）和雙頂置凸輪軸（Double overhead camshafts, DOHC）。
單頂置凸輪軸
單頂置凸輪軸是一種在汽缸蓋內只設置一條凸輪軸的設計。采用這一設計的直列汽缸發動機只需一條安放在汽缸蓋上方的凸輪軸，而V形汽缸發動機則需要兩條凸輪軸，分別安放在一側汽缸組之上。
單頂置凸輪設計中，需要往復運動的部件及其總質量較同等條件下的推桿式發動機顯著減少。因此單頂置凸輪軸能提高發動機轉速，從而在輸出扭矩相同的情況下提高發動機的功率輸出。在這一設計中，凸輪軸能夠直接或通過搖臂控制氣門開閉，而不需像頂置氣門的推桿式發動機樣，需要通過挺桿、較長的推桿以及搖臂將發動機組內凸輪軸上凸輪的運動傳遞到汽缸蓋內的氣門上。
相比推桿式結構，單頂置凸輪軸設計能使發動機結構（主要是配氣結構）更加緊湊。這一優勢在同時采用多氣門設計（即一個汽缸有兩個以上的氣門）時特別顯著。不過單頂置凸輪軸也有其缺點。由于進氣門和排氣門在進氣道中位置不同，氣門開閉時間的精確性會受到一定影響。
展開 功能：在汽油機中，氣缸內的可燃混合氣是靠電火花點燃的，為此在汽油機的氣缸蓋上裝有火花塞，火花塞頭部伸入燃燒室內。能夠按時在火花塞電極間產生電火花的全部設備稱為點火系。
冷卻系統
組成：水冷式由水套、水泵、散熱器、風扇、節溫器等組成。風冷式由風扇和散熱片等組成。
功能：冷卻系的功用是將受熱零件吸收的部分熱量及時散發出去，保證發動機在最適宜的溫度狀態下工作。
潤滑系統
組成：由機油泵、集濾器、限壓閥、油道、機油濾清器等組成。
功能：潤滑系的功用是向作相對運動的零件表面輸送定量的清潔潤滑油，以實現液體摩擦，減小摩擦阻力，減輕機件的磨損。并對零件表面進行清洗和冷卻。
起動系統
組成：由起動機及其附屬裝置組成。功能：要使發動機由靜止狀態過渡到工作狀態，必須先用外力轉動發動機的曲軸，使活塞作往復運動，氣缸內的可燃混合氣燃燒膨脹作功，推動活塞向下運動使曲軸旋轉。發動機才能自行運轉，工作循環才能自動進行。因此，曲軸在外力作用下開始轉動到發動機開始自動地怠速運轉的全過程，稱為發動機的起動。完成起動過程所需的裝置，稱為發動機的起動系。
下面以單缸發動機為例，介紹發動機的基本結構，它由汽缸10、活塞8、連桿7、曲軸3、汽缸蓋11、機體、凸輪軸16、進氣門25、排氣門15、氣門彈簧、曲軸齒形帶輪等組成。往復活塞式內燃機的工作腔稱作汽缸，汽缸內表面為圓柱形。在汽缸內作往復運動的活塞通過活塞銷與連桿的一端鉸接，連桿的另一端則與曲軸相連，構成曲柄連桿機構。活塞在汽缸內作往復運動時，連桿推動曲軸旋轉，或者相反。同時，汽缸的容積在不斷的由小變大，再由大變小，如此循環不已。汽缸的頂端用汽缸蓋封閉。汽缸蓋上裝有進氣門和排氣門。通過進、排氣門的開閉實現向汽缸內充氣和向汽缸外排氣。進、排氣門的開閉由凸輪軸驅動。凸輪軸由曲軸通過齒形帶或齒輪驅動。
展開 主要部件有氣缸體、氣缸蓋、活塞、活塞銷、連桿、曲軸、飛輪等。往復活塞式內燃機的工作腔稱作汽缸，汽缸內表面為圓柱形。在汽缸內作往復運動的活塞通過活塞銷與連桿的一端鉸接，連桿的另一端則與曲軸相連，曲軸由氣缸體上的軸承支承，可在軸承內轉動，構成曲柄連桿機構。活塞在汽缸內作往復運動時，連桿推動曲軸旋轉。反之，曲軸轉動時，連桿軸頸在曲軸箱內作圓周運動，并通過連桿帶動活塞在氣缸內上下移動。曲軸每轉一周，活塞上、下各運行一次，汽缸的容積在不斷的由小變大，再由大變小，如此循環不已。汽缸的頂端用汽缸蓋封閉。汽缸蓋上裝有進氣門和排氣門。通過進、排氣門的開閉實現向汽缸內充氣和向汽缸外排氣。進、排氣門的開閉由凸輪軸驅動。凸輪軸由曲軸通過齒形帶或齒輪驅動。
曲柄連桿機構
在做功行程時，曲柄連桿機構將燃料燃燒以后產生的氣體壓力，經過活塞、連桿轉變為曲軸旋轉的轉矩；然后，利用飛輪的慣性完成進氣、壓縮、排氣3個輔助行程。曲柄連桿機構由氣缸體曲軸箱組、活塞連桿組和曲軸飛輪組3部分組成。
配氣機構
配氣機構的作用是根據發動機的工作順序和各缸工作循環的要求，及時地開啟和關閉進、排氣門，使可燃混合氣（汽油發動機）或新鮮空氣（柴油發動機）進入氣缸，并將廢氣排入大氣。
燃油供給系統
汽油發動機燃料系的作用是根據發動機不同工作情況的需要，將純凈的空氣和汽油配制成適當比例的可燃混合氣，送入各個氣缸進行燃燒后所產生的廢氣排入大氣中。
點火系統
在汽油機中，氣缸內的可燃混合氣是靠電火花點燃的，為此在汽油機的氣缸蓋上裝有火花塞，火花塞頭部伸入燃燒室內。能夠按時在火花塞電極間產生電火花的全部設備稱為點火系。傳統點火系統由蓄電池、發電機、點火線圈，分電器、火花塞等組成。普通式和傳統式點火系統類似，只是用電子元件取代了分電器。
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Pontiac, MI, USA
一、前言
汽缸蓋（Cylinder Hear）是由鑄鐵或鋁合金鑄造，是氣門結構的安裝機體，也是汽缸的密封蓋。汽缸蓋承受氣體力和緊固氣缸蓋螺栓所造成的機械負荷，同時還由于與高溫燃氣接觸而承受很高的熱負荷，因此對于產品的質量要求相當高。
例如，在汽車制造行業中，曲軸、汽缸蓋、活塞等零部件的尺寸測量都可以借助圖像尺寸測量儀進行，確保產品質量的穩定性。
壓縮機吸排氣流場主要由提取吸入消音 器、閥組、壓縮腔、汽缸蓋、排氣消音腔、內排管等部件的內部流體空間組成。流場求解通常采用有限體積法（FVM），對單元上的流體微分方程（連續性方程、動量方程、湍流方程）進行求解，獲得流場中各位置點的壓力、速度。
生產的主要零件有發動機汽缸體、汽缸蓋、變速箱體、發動機罩、儀表及照相機的殼體及支架，管接頭齒輪等。
鑄造工藝過程復雜，影響鑄件質量的因素很多，往往由于流道設計、工藝方案不合理，生產操作不當、材料問題等原因，會使鑄件產生各種鑄造缺陷，如：氣孔、縮孔、砂眼、氣泡、冷隔、澆不足、裂紋等問題。大多數的企業往往通過經驗設計流道和模具結構，再通過反復試模和修模解決問題。
生產的主要零件有發動機汽缸體、汽缸蓋、變速箱體、發動機罩、儀表及照相機的殼體及支架，管接頭齒輪等。
鑄造工藝過程復雜，影響鑄件質量的因素很多，往往由于流道設計、工藝方案不合理，生產操作不當、材料問題等原因，會使鑄件產生各種鑄造缺陷，如：氣孔、縮孔、砂眼、氣泡、冷隔、澆不足、裂紋等問題。大多數的企業往往通過經驗設計流道和模具結構，再通過反復試模和修模解決問題。
電機制造業中鐵芯與機座的配合，發動機活塞油環槽寬，連桿軸瓦內徑，低精度（9至12級精度）齒輪的基準孔和11～12級精度齒輪和基準軸，6至8級精度齒輪的頂圓
IT9
應用條件與IT8相類似，但精度要求低于IT8
機床制造中軸套外徑與孔，操作件與軸、空轉皮帶輪與軸，操縱系統的軸與軸承等的配合，紡織機械、印染機械中的一般配合零件，發動機中機油泵體內孔，飛輪與飛輪套、汽缸蓋孔徑
這時，往往會出現轉子葉片脫落擊穿汽缸等事故，甚至掙脫汽缸蓋造成整機解體，即通常所說的“飛車”事故。由此可知，汽輪機超速事故輕則會損壞設備，重則將傷及人身或其他設備，造成重大經濟損失。為此，就汽輪機保護而言，首先必經考慮的就是防止汽輪機的超速。為了防止汽輪機超速，當汽輪機轉速升高到異常值時，應立即切斷進入汽輪機的蒸汽。傳統的液動調速系統中有多重防止超速的措施，其中，最主要的是危急保安器。
缺點及局限性：
金屬型的制造成本高、周期長、工藝要求嚴格，不適用于單件小批量鑄件的生產，主要適用于有色合金鑄件的大批量生產，如飛機、汽車、內燃機、摩托車等用的鋁活塞、汽缸體、汽缸蓋、油泵殼體及銅合金的軸瓦、軸套等。對黑色合金鑄件，也只限于形狀較簡單的中、小鑄件。
5.
六、SOHC單凸輪軸引擎
引擎的凸輪軸裝置在汽缸蓋頂部，而且只有單一支凸輪軸，一般簡稱為SOHC (頂置凸輪軸，Single Over Head Cam Shaft)。凸輪軸透過搖臂驅動氣門做開啟和關閉的動作。
同年從德國進口了317.6噸灰鑄件，均價為 5522.6USD/t，皆高出我國鑄件出口的7倍多，進口的工業用灰鑄鐵件中，高級轎車的汽缸體、汽缸蓋居多。
構成鑄件價格的因素是多方面的。但是有一點是肯定的，就是鑄件的質量，尤其是內在質量是優質優價的基礎，認真分析我國灰鑄鐵件內在質量的問題所在，采取 一系列的措施提高其內在品質是目前鑄造界的當務之急。
