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黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計
摘 要
汽車是當今人類使用最廣泛的交通工具。汽車發(fā)動機的自動化裝配程度在一定程度上限制了汽車的自動化生產水平。因此對汽車發(fā)動機自動裝配生產線的研究，對提高生產線水準具有十分重要的現實意義。在對進氣口清洗裝置的設計中，有幾個關鍵的問題，首先是頂開閥桿的凸輪機構的設計；其次是驅動凸輪機構轉動的電動機及皮帶傳動部分；再次就是缸蓋的固定問題，因為在進氣口和出氣口進行高壓空氣清洗時，會給氣缸蓋向上的力，所以要做好固定工作。一旦進氣口有一些雜質或者灰塵粒，就會導致密封不嚴，或者漏氣的現象，這樣就會影響發(fā)動機的正常工作，所以對進氣口的清洗裝置的設計就顯得尤其關鍵。清洗裝置的設計直接影響到發(fā)動機缸蓋的密封性，對發(fā)動機的工作也有很大影響，所以設計出一套完整、完善的清洗裝置是十分必要的。本文在對汽車、汽車構造、發(fā)動機的構造、分類，、工作原理、發(fā)動機氣缸缸蓋和生產線進行了比較詳細的闡述的基礎上，論述了汽車發(fā)動機缸蓋生產線自動裝配進氣門清洗裝置的設計，并對其進行了理論分析和設計計算。完成了該裝置總體結構及凸輪機構、電機、帶傳動、氣缸及清洗等主要部件的設計，為實現汽車發(fā)動機生產線自動化裝置提供了參考價值。
關鍵詞：汽車發(fā)動機；缸蓋；生產線；進氣口清洗；東安465Q發(fā)動機
ABSTRACT
The automobile is the widest means of transportation nowadays . The automation of the automobile engine assembles the automatic level of production and the degree has limited the automobile to a certain extent. So assemblly the research of the production line to the automobile engine automatically , have very important realistic meanings in improving the production line level. Washing the air inlet in the design of the device, there are several key problems, it is a design of the cam organization which backs down the valve stem at first; Secondly it is motor urging the cam organization to rotate and belt running part; fix job is another important problem, because it gives vent to the air inlet and carry on high-pressure air when washing in air inlet, will overlay upward strength for the air cylinder , so we should do the fix job well .
Once the air inlet has some impurity or dust , it can not result in and sealing tightly, or the phenomenon of leaking gas, will influence the normal work of the engine like this, so it seems especially crucial to the design of the washing device of the air inlet . The design which washes the device is influenced the sealing that the engine jar covered directly, have very great influence on the work of the engine too, so it is very essential to design a set of intact , automobile , engine , operation principle,engine air cylinder jar overlay and production line carry on at the detailed foundation of exposition, overlay the production line to assemble into the design that the valve washed the device automatically after describing the engine jar of the automobile, Have finished the design of such main parts as this device of ensemble architecture and camorganization , electrical machinery , taking the transmission , air cylinder and washing ,etc. It has offered reference value for realizing the automatic device of production line of the automobile engine .
Keyword: Automobile engine ；Production line ；The jar covering ；The air inlet washing ；Dongan Engine 465Q
II
黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計
第1章 緒 論
1.1選題背景，目的及意義
自1886年誕生以來，經歷115年進入21社會。汽車的不斷發(fā)展，大大的改變了人類生活。汽車工業(yè)和汽車技術得以發(fā)展，離不開各國人民發(fā)揮各自的智慧和才能，是世界人民共同努力的結果。汽車是法、英、德、美等國的創(chuàng)造發(fā)明者經過不斷試驗而制成的綜合產物。從早期汽車發(fā)展到現代汽車，經歷了200多年的時間。據專家估計,世界汽車的銷售量在南朝鮮和東歐銷售量猛增的影響下預計在2011年將增50 ％。 據世界汽車時常戰(zhàn)略考察組調查, 到2011,世界汽車銷售量將從1990年德9萬輛增加到747萬輛.亞洲汽車銷量將達到120萬輛,幾乎比1990年上升200 ％。 歐洲的 汽車銷量也有大幅度的增加.發(fā)達國家為爭奪市場獲得高額利潤,加速了國際汽車工業(yè)的聯合改組,建立跨國公司,組織形式向著國際化,集約化方向發(fā)展,生產方式向著大批量和多品種相結合的方向發(fā)展.柔性生產,精益生產方式,技術上大量的推廣應有新技術,新工藝,新材料的方向發(fā)展。發(fā)達國家的汽車品質性能水平的不斷提高,產品開發(fā)周期有過去的四五年到三年,車型也不斷推陳出新。
汽車工業(yè)在發(fā)達國家的經濟發(fā)展中，起著重要支柱的作用：①在產值和銷售收入中，汽車工業(yè)占較大比重。②汽車工業(yè)的發(fā)展必然會推動許多相關工業(yè)部門的發(fā)展。汽車工業(yè)是綜合性的組裝工業(yè)，一輛汽車由千萬種零、部件組成,每一個汽車主機廠都有大量的相關配件廠,所以汽車工業(yè)和許多工業(yè)部門具有密切的聯系。③汽車工業(yè)是高度技術密集型的工業(yè)，集中著許多科學領域里的新材料、新設備、新工藝和新技術 。
2002年，中國汽車工業(yè)全年累計生產汽車325萬輛，比上年同期增長38%；銷售汽車324.8萬輛，比上年同期增長37%。其中轎車產銷均突破百萬輛，分別達109萬輛和112萬輛，比2001年分別增長55%和56%。商用車的增長也很可觀。汽車工業(yè)效益大幅度提高，完成工業(yè)增長值1515億元同比增長28.7%；完成銷售收入6465億元，同比增長30.8%；完成利潤總額431億元，同比增長60.94%。汽車消費成為拉動2002年經濟增長的主要力量。
由于中國汽車工業(yè)企業(yè)與國際大汽車公司進行了全面的合資，在主要汽車生產廠，主要生產制造環(huán)節(jié)的工藝裝備水平有了較大的提高。相當多的合資企業(yè)生產線裝備是按照跨國公司生產標準引進的。有些企業(yè)引進了柔性焊接生產線。由于合資企業(yè)是按照跨國公司要求組織生產，進入跨國公司的全球管理和質量監(jiān)控體系，因此中國汽車企業(yè)在保證產品水平、質量的關鍵設備、工藝、管理制度等方面正在與國際接軌。
目前汽車用的發(fā)動機都是內燃機，內燃機通過燃料的燃燒，把化學能轉化為熱能，再將熱能轉化為機械能的熱動力機械。內燃機是熱效率最高的熱力機械，但仍存在著巨大的節(jié)能及降低尾氣污染的潛力。對于量調節(jié)式的汽油機而言，在部分負荷時，會因節(jié)氣門開度小而造成發(fā)動機的泵氣損失大，從而降低發(fā)動機的機械效率，影響到經濟性。取消節(jié)氣門就是提高汽油機經濟性的最根本措施。但由于目前的汽油機是用節(jié)氣門來調節(jié)混合氣量的，取消節(jié)氣門，發(fā)動機的動力輸出無法控制，因此必須探索新的途徑。汽油直接噴射技術就是基于這一思路。將汽油機的節(jié)氣門調節(jié)動力輸出，改為用噴油量控制動力輸出。這樣一來，采用汽油直接噴射的汽油機與目前的電控噴射發(fā)動機相比，燃油消耗量可以減少15%左右。但汽油機采用直接噴射技術后，現有的三效催化系統難以發(fā)揮作用，使發(fā)動機的廢氣排放品質下降，因此還需要重新探索新的途徑。目前的混合氣均質壓燃理論為解決這一問題提供了很好的思路。該理論是在汽油機上取消節(jié)氣門，用噴油量調節(jié)動力輸出，采用大量的高溫廢氣混合到適當比例的燃料和空氣混合氣中，用發(fā)動機的壓縮行程用活塞壓縮使混合氣自己著火，從而解決汽油機無節(jié)氣門下的動力輸出與同時采用三效催化轉化器的矛盾。同樣這一理論也可以應用到柴油機上，使柴油機在均質混合氣時壓燃著火，而不是現在的邊噴油、邊著火的擴散燃燒模式，從而使柴油機的廢氣排放達到最低，特別是煙度排放和NOX排放。目前均質混合氣壓燃著火的理論正在付諸實施之中。一旦這一新理論在實踐得到應用，可以預見，今后的發(fā)動機會更加高效、更加清潔，汽車的使用將更加安全且有利于環(huán)保。
對于發(fā)動機制造所采用的生產裝備來講，其投資費用和壽命的計算并非是件簡單的事情：首先，企業(yè)要考慮在前期投入大量的資金購置生產設備；其次，在后期的使用過程中還要考慮加工過程中的使用成本和維護費用。為了適應未來的生產需求，規(guī)劃發(fā)動機生產線時還要考慮，所選擇的生產設備能否滿足未來生產需求的變化。如何合理進行投資建設生產線，成為當前每個發(fā)動機生產廠慎重研究的課題 隨著科學技術的發(fā)展，人類社會對產品的功能與質量的要求越來越高，產品更新換代的周期越來越短，產品的復雜程度也隨之增高，傳統的大批量生產方式受到了挑戰(zhàn)。這種挑戰(zhàn)不僅對中小企業(yè)形成了威脅，而且也困擾著國有大中型企業(yè)。因為，在大批量生產方式中，柔性和生產率是相互矛盾的。眾所周知，只有品種單一、批量大、設備專用、工藝穩(wěn)定、效率高，才能構成規(guī)模經濟效益；反之，多品種、小批量生產，設備的專用性低，在加工形式相似的情況下，頻繁的調整工夾具，工藝穩(wěn)定難度增大，生產效率勢必受到影響。為了同時提高制造工業(yè)的柔性和生產效率，使之在保證產品質量的前提下，縮短產品生產周期，降低產品成本，是終使中小批量生產能與大批量生產抗衡，柔性自動化系統便應運而生。
先進的裝配工藝需要先進的工藝裝備，工藝裝備設計制造水平，對保證高效率的生產和產品的高質量至關重要，也是汽車裝配技術水平的標志。改革開放以來，隨著我國汽車工業(yè)的發(fā)展，我國從國外引進了大量先進的設備，使汽車工業(yè)裝備水平有了很大的提高；同時，許多設備制造企業(yè)也紛紛引進技術，購買產品生產專利權及合資合作生產國內急需的裝備，在機械加工、鑄造、沖壓、焊接、涂裝等設備方面均取得了一定的進展。但從整體來說，國內的裝備制造水平尚不能滿足汽車工業(yè)發(fā)展的需要，幾大轎車廠所用設備70％都是引進設備。就裝配工藝裝備而言，與其它工種設備相比由于價格低、技術含量高(試驗設備)，且大多為非標設備，因此設備廠家不重視裝配設備的開發(fā)，所以裝配設備的發(fā)展落后于其它設備的發(fā)展。
整車裝配線和零部件裝配線向柔性裝配線方向發(fā)展，以滿足多品種生產和自動化裝配要求；加注設備向真空式加注設備方向發(fā)展；試驗檢測設備向微機控制、數字化、高精度、自動化方向發(fā)展；專用裝配設備向高精度、適應性強、自動化方向發(fā)展，一臺專機應能適應2～3種產品的生產要求，以適應多品種生產的要求：以靜扭扳手和定扭矩電動扳手替代沖擊式氣動扳手是裝配工具的發(fā)展趨勢：一些產量大、零件數量少的零部件裝配線趨于采用全自動裝配線：將柔性裝配線和其上的各種裝配專機及檢測設備有機的結合一起，由同一廠家設計、制造、安裝，即交鑰匙工程，是以后裝配設備制造的發(fā)展趨勢，這樣便于保證設備的制造質量，避免扯皮現象，有利手提高裝配工藝裝備的整體制造水平，因此，未來汽車裝配專用設備生產，應向以專業(yè)化工廠的生產組織形式發(fā)展。
程中進氣門有雜質灰塵是發(fā)動機形成積碳非常直接的原因。由于進氣門附有灰塵雜質，會使進氣門密封不嚴，從而產生了過多的積碳.需要把氣門上和缸蓋里的附著的積碳處理干凈后再研下氣門口,然后重新裝配.否則積碳顆粒很容易掉在氣門與氣門口之間,造成某個缸不工作的情況。
積碳對發(fā)動機性能有很大很直接的影響。發(fā)動機進氣道中的氣體流動性能，可以影響到燃燒室中的湍流強度，火焰?zhèn)鞑ニ俣群腿紵俾室约叭紵掷m(xù)時間，從而對發(fā)動機的動力性和經濟性產生影響。當進氣道中存在積炭現象時，會對進氣道中氣流的流動特性產生影響，通過上面的分析可以得出結論，必然會影響到發(fā)動機的動力性和經濟性。
其次，由于積炭是熱的不良導體，所以溫度較高，在進氣、壓縮過不斷加熱混合氣，從而最終提高了終燃混合氣的溫度；積炭本身占有一定的體積，因而提高了壓縮比。其綜合效果為沉積物的存在使得爆震傾向增加。
最后，因為積炭占據了燃燒室中一定的體積，在發(fā)動機功率不變的前提下，發(fā)動機的輸出功率將會降低。在汽車行駛過程中，發(fā)動機功率和汽車的行駛的阻力功率總是平衡的。汽車的運動阻力所消耗的功率包括滾動阻力功率、空氣阻力功率、坡度阻力功率以及加速阻力功率，而這些項直接對應的就是汽車動力性指標，所以會導致汽車的動力性能下降。
積炭的增多會導致發(fā)動機異常耗油。對汽車燃油經濟性的評估，通常是根據發(fā)動機的萬有特性曲線與汽車功率平衡圖來進行計算。
圖1.1 發(fā)動機萬有特性曲線
萬有特性曲線是一組繪制有等功率和等燃油消耗率曲線，如圖1.1所示。根據曲線可以確定發(fā)動機在一定轉速n，發(fā)出一定功率P時的燃油消耗率b。計算時根據等速行駛車速Ua 以及阻力功率P，在萬有特性圖上利用插值法可確定相應的燃油消耗率b,從而計算出以該速度行駛時單位時間內的燃油消耗量Qt為：
其中b為燃油消耗率，g為燃油的重度，假設燃油品質一定的情況下，燃油重度g為一常量。從上面對于動力性的分析中可以得到，當存在積炭現象時將會降低發(fā)動機的動力性，亦即發(fā)動機輸出功率將會降低，則當汽車在以同樣的等速行駛速度行駛時，為了獲得相同的功率，必然需要更高的燃油消耗率。
積炭對汽車排放影響的直觀表現在汽車冒黑煙。
燃油在燃燒室中被完全燃燒時，將只會產生二氧化碳和水。但是由于發(fā)動機燃燒時間極短，可燃混合氣不是完全均勻，燃料的氧化反應不徹底，所以產生了不完全燃燒產物。一氧化碳是碳氫化合物燃料在燃燒過程中生成的中間產物。產生碳氫化合物的主要途徑有：在汽缸內燃燒過程中產生；從燃燒室通過活塞與汽缸之間的間隙漏入曲軸箱的竄氣；從發(fā)動機和燃油系統等處蒸發(fā)產生的汽油蒸汽。氮氧化合物的主要來源是空氣中的氮氣。
影響發(fā)動機排放性的因素很多，但是具體到積炭方面則主要是表現在過量空氣系數對排放性的影響。由于發(fā)動機出現積炭層之后將會吸收部分燃油，從而導致進入燃燒室中的燃油減少，混合氣體的濃度降低，影響到發(fā)動機的正常啟動。此時，必須增加燃油的供給量以提高混合氣體的濃度，實驗證明當存在積炭現象的發(fā)動機啟動時，燃燒室中的混合氣濃度已經超過了正常的濃度標準，導致過量空氣系數變小。圖1.4為排氣污染物與過量空氣系數的關系圖。從圖1.2可以看出，在過量空氣系數從大變小的過程中，氮氧化合物的變化趨勢是逐漸減少，而一氧化碳和碳氫化合物的含量逐漸增加。
圖1.2 排氣污染物與過量空氣系數的關系
另外，由于積炭占用了燃燒室中的部分體積，從而導致了壓縮比的提高，亦即燃燒室表面積和體積之比（面容比）增加，相對增加了激冷面積，增加了碳氫化合物的排放量。這種現象在發(fā)動機冷啟動、怠速和暖機時對于碳氫化合物的排放量影響較大。同時壓縮比的升高，使得最高燃燒溫度增加，氮氧化物的排放量增加。
綜上所述，在發(fā)動機裝配生產線上，對發(fā)動機缸蓋進氣門的清洗有著非常大的必要性。汽車廠家要確保發(fā)動機出廠性能最優(yōu)必須重視這個關鍵環(huán)節(jié)。
1.2課題研究現狀
隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，發(fā)動機裝配線正由剛性裝配線向柔性裝配線方向發(fā)展，柔性裝配線的特點是裝配節(jié)拍可以在一定的范圍內自由調整，可以實現多品種混流生產并適應生產綱領的變化。又由于在裝配作業(yè)時裝配對象和裝配工人保持相對靜止狀態(tài)，對保證裝配的高質量及采用專門的裝配設備提供了方便的條件，便于實現裝配的自動化。因此國內引進的轎車發(fā)動機裝配線均采用了柔性裝配線( 即非同步裝配線)。
目前國內用于發(fā)動機裝配非同步裝配線主要型式有，縱置單滾杠式、摩擦式機動輥道式、雙鏈滾輪式和鱗板式等。一般從美國和日本引進的發(fā)動機非同步裝配線為摩擦式機動輥道式，如一汽二發(fā)和天內；從德國引進的發(fā)動機非同步裝配線為縱置單滾杠式，如上海大眾和一汽大眾。
大總成(中型)非同步裝配線在中國的發(fā)展，是隨著引進轎車技術和國外二手設備再利用而發(fā)展起來的。北京內燃機廠和一汽第二發(fā)動機廠在80年代末分別引進的美國通用汽車公司2.0L發(fā)動機生產線及美國克萊斯勒公司的488發(fā)動機生產線， 該兩條生產線上總成和分總成裝配線采用的就是非同步裝配線。這一時間可以說柔性裝配線已經在中國中小型機械的裝配生產中得以應用，以后國內新建的幾個大型發(fā)動機廠，如上海大眾、一汽大眾、天津內燃機廠等發(fā)動機裝配生產線均采用引進的非同步裝配線。
1.3 研究內容及研究方法
1.3.1 設計主要內容
本設計任務是當汽車發(fā)動機缸蓋與進，排氣門自動裝配完成后，對進氣門進行清洗，清除進氣門密封表面的殘留物。根據設計任務的工藝要求，本課題主要研究內容是汽車發(fā)動機缸蓋清洗裝置的設計，并解決以下又幾個關鍵問題的設計：
①頂開進氣門閥的機構設計。
②驅動凸輪機構的裝置設計。
③進氣口的清洗及密封圈設計。
④缸蓋的固定。
1.3.2 研究方法
①頂開進氣門閥的機構設計。可以選用凸輪機構，通過凸輪機構的轉動，帶動頂桿向下頂開進氣門，進而完成要求此工作要求。
②驅動凸輪機構的裝置設計。可以采用電動機來驅動，由于電動機一般轉速較高，所以可以選用減速電動機進行驅動。電動機轉動，帶動皮帶輪轉動，皮帶再經過傳輸，使得凸輪軸跟著轉動，從而完成工作。
③進氣口的清洗及密封圈設計。在進行清洗時，要保證清洗裝置和進氣口之間的密封性，這樣才能使清洗時，高壓空氣完全用來清洗進氣門的殘留物。
④缸蓋的固定。因為在進氣口兩邊的清洗裝置工作時，會給缸蓋向上的力，容易使缸蓋錯位而不能進行正常的清洗。
第2章 汽車概述及DA465Q發(fā)動機簡介
2.1汽車概述
2.1.1 汽車的構造
汽車是指能自帶能源的機動輪式無軌車輛，它是使用最廣泛的交通運輸工具。按運輸對象汽車可分為客運汽車和貨運汽車(簡稱貨車)兩大類。
汽車是法、英、德、美等國的創(chuàng)造發(fā)明者經過不斷試驗而制成的綜合產物。從早期汽車發(fā)展到現代汽車，經歷了200多年的時間。
汽車通常由發(fā)動機、底盤、車身、電氣設備四個部分主成。
發(fā)動機的作用是使供入其中的燃料燃燒而發(fā)出動力。大多數汽車都采用往復活塞式內燃機，它一般是由機體、曲柄連桿機構、配氣機構、供給系、冷卻系、潤滑系、點火系（汽油發(fā)動機采用）、起動系等部分組成。
底盤的作用是接受發(fā)動機的動力，使汽車產生運動，并保證汽車按照駕駛員的操縱正常行駛。
車身的作用是為駕駛員提供工作的場所，也是裝載乘客和貨物的場所。車身應為駕駛員提供方便的操作條件，以及為乘客提供舒適安全的環(huán)境或保證貨物完好無損。典型的貨車車身包括車前鈑制件、駕駛室、車廂等部件。
電氣設備由電源組、發(fā)動機起動系和點火系、汽車照明和信號裝置等組成。此外，在現代汽車上愈來愈多地裝用各種電子設備：微處理機、中央計算機系統及各種人工智能裝置等，顯著地提高了汽車的性能。
2.1.2 汽車發(fā)動機的構造
根據組成發(fā)動機各部分零部件的作用不同，發(fā)動機主要有八大部分（柴油機污點火系）所組成，分別是：
1. 機體
2. 曲柄連桿機構
3. 換氣系統
4. 燃油供給系統
5. 潤滑系統
6. 冷卻系統
7. 點火系統
8. 啟動系統
2.1.3 發(fā)動機的分類
內燃機的類型很多，通常按不同的特征作如下分類：
1. 按所用燃料分：汽油機、柴油機、石油液化氣機、沼氣機等。
2. 按每循環(huán)行程數分：二行程發(fā)動機、四行程發(fā)動機。
3. 按氣缸數分：單缸發(fā)動機、多缸發(fā)動機。
4. 按冷卻方式分：水冷卻發(fā)動機、風冷卻發(fā)動機。
5. 按著火方式分：點燃式發(fā)動機、壓燃式發(fā)動機。
6. 按轉速分：高速發(fā)動機、低速發(fā)動機。
7. 按氣缸排列方式分：立式發(fā)動機、臥式發(fā)動機、V型發(fā)動機、對置式發(fā)動機等。
2.1.4 發(fā)動機的工作原理
四行程汽油機的工作原理：
四行程汽油機的運轉是按進氣行程、壓縮行程、作功行程和排氣行程的順序不斷循環(huán)反復的，如圖2.1。
(a) 進氣 (b) 壓縮 (c) 作功 (d) 排氣
圖2.1 汽油機工作原理圖
2.1.5 發(fā)動機氣缸蓋
氣缸蓋安裝在氣缸體的上面，從上部密封氣缸并構成燃燒室。它經常與高溫高壓燃氣相接觸，因此承受很大的熱負荷和機械負荷。水冷發(fā)動機的氣缸蓋內部制有冷卻水套，缸蓋下端面的冷卻水孔與缸體的冷卻水孔相通。利用循環(huán)水來冷卻燃燒室等高溫部分。
缸蓋上裝有進、排氣門座，氣門導管孔，用于安裝進、排氣門，還有進氣通道和排氣通道等。汽油機的氣缸蓋上加工有安裝火花塞的孔，而柴油機的氣缸蓋上加工有安裝噴油器的孔。頂置凸輪軸式發(fā)動機的氣缸蓋上還加工有凸輪軸軸承孔，用以安裝凸輪軸。
氣缸蓋一般采用灰鑄鐵或合金鑄鐵鑄成，鋁合金的導熱性好，有利于提高壓縮比，
所以近年來鋁合金氣缸蓋被采用得越來越多。
氣缸蓋是燃燒室的組成部分，燃燒室的形狀對發(fā)動機的工作影響很大，由于汽油機和柴油機的燃燒方式不同，其氣缸蓋上組成燃燒室的部分差別較大。汽油機的燃燒室主要在氣缸蓋上，而柴油機的燃燒室主要在活塞頂部的凹坑。
汽油機燃燒室常見的三種形式，見圖2.2。
半球形 楔形 盆形
圖2.2 燃燒室形式
(1)半球形燃燒室
半球形燃燒室結構緊湊，火花塞布置在燃燒室中央，火焰行程短，故燃燒速率高，散熱少，熱效率高。這種燃燒室結構上也允許氣門雙行排列，進氣口直徑較大，故充氣效率較高，雖然使配氣機構變得較復雜，但有利于排氣凈化。
(2)楔形燃燒室
楔形燃燒室結構簡單、緊湊，散熱面積小，熱損失也小，能保證混合氣在壓縮行程中形成良好的渦流運動，有利于提高混合氣的混合質量，進氣阻力小，提高了充氣效率。氣門排成一列，使配氣機構簡單，但火花塞置于楔形燃燒室高處，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x長些，切諾基轎車發(fā)動機采用這種形式的燃燒室。
(3)盆形燃燒室
盆形燃燒室，氣缸蓋工藝性好，制造成本低，但因氣門直徑易受限制，進、排氣效果要比半球形燃燒室差。捷達轎車發(fā)動機、奧迪轎車發(fā)動機采用盆形燃燒室。
2.2 生產線
2.2.1 生產線的概況
如何實現汽車大批量生產的總裝配及裝配線的型式、勞動定額水平、關鍵工序的自動化、物流與倉儲、產品的質量保證體系、生產的組織與管理等，是當前汽車與汽車發(fā)動機生產企業(yè)所共同面臨也是必需研究的主要課題之一。
近幾十年來，國外汽車工業(yè)在應用微電子技術和計算機技術方面發(fā)展很快，在汽車產品的開發(fā)設計、模擬分析、零部件的加工貯運、裝配試驗、生產的組織管理和銷售服務等方面都得到了慣犯應用，實現了一系列的自動化。隨著市場對汽車品種需要的多樣化。歐、美、日各大集團公司都已實現了多品種混線生產，節(jié)約了物流資金、提高了產品質量，滿足了用戶多種要求之目的。
從轎車工業(yè)發(fā)展的情況來看，汽車發(fā)動機的自動化裝配程度，在一定程度上限制了汽車的自動化生產水平。因此，提高汽車發(fā)動機的自動裝配生產線水準，是目前我們勢必解決的重要難題，對汽車發(fā)動機生產線的研究具有十分重要的現實意義。
2.2.2 生產線的形式
無論國內還是國外，總裝配線都需要有高架輸送和地面輸送兩種最基本的型式。其中，高架線一般包括積放式懸掛輸送機系統、普通懸掛輸送機和高架軌道小車。地面線一般包括滑撬式輸送系統、地面單鏈牽引軌道小車、地面板鏈帶隨行支架、地面板式輸送帶等類型。
1、積放式懸掛輸送機系統
具有自動實現起重、運輸、儲運、裝配和實現科學管理等功能，是一種機械化程度較高的綜合性空間儲運系統。適于大批量生產，國內外普遍采用；但造價高。
2、普通懸掛輸送機
國內使用歷史長，價格相對較低。主要缺點是不便于多品種空間春運，工件上下需要配置升降設備。
3、高架軌道小車或者高架平臺
造價低，工人可上下同時作業(yè)；但一般無牽引裝置，靠人力推動自由流水。
僅適用中小批量生產。
4、滑撬式輸送系統
具有自動實現運輸、儲存、裝配和實現科學管理等功能，是一種新型的機械化程度較高的綜合性地面儲運系統。主要優(yōu)點是工藝性強、靈活性大、柔性好、易于與其它輸送裝置連接，適于多品種大批量生產。其缺點是占地面積大、價格昂貴。
5、地面單鏈牽引軌道小車
結構簡單，無基礎，建設速度快，造價低?？捎糜诙嗥贩N生產。
6、地面板鏈帶隨行支架
工藝與操作性好，但由于支架位置固定，柔性較差，有一定的局限性。故只適用于大一品種的大量生產，造價相對較高。
7、地面板式輸送帶
包括單板和雙板兩種，是國內外普遍采用的一種型式。適于裝配線后段。
2.2.3 發(fā)動機裝配線
發(fā)動機是汽車領域技術最密集的關鍵部件，在汽車發(fā)動機裝配過程中，由于被裝配零件的多樣性、工藝的繁瑣性，汽車發(fā)動機裝配線就顯得尤為重要。汽車發(fā)動機裝配線是一個對發(fā)動機順序裝配的流水線工藝過程，每個工位之間是流水線生產，因此,每個環(huán)節(jié)的控制都必須具備高可靠性和一定的靈敏度，才能保證生產的連續(xù)性和穩(wěn)定性。合理地規(guī)劃發(fā)動機裝配線可以更好地實現產品的高精度、高效率、高柔性和高質量。
汽車發(fā)動機裝配線主要包括總裝線、分裝線、工位器具及線上工具等。在總裝線和分裝線上，目前國內普遍采用柔性輸送線輸送工件，并在線上配置自動化裝配設備以提高效率。柔性輸送線主要有：摩擦輥道和啟停式動力輥道兩種。裝配線上的自動化設備主要有自動打號機、擰緊機、自動翻轉機以及其它專用裝配設備等，可大大提高裝配線的裝配能力。
目前，裝配線普遍采用現場總線控制方式，通過現場分布I/O統一控制裝配線的運行及完成各工位間的通訊。組建現場信息監(jiān)控系統采用以太網等方式，完成裝配線上的信息采集、排產下達、工位監(jiān)控及裝配提示等功能。
發(fā)動機裝配在其生產過程中是不可缺少的重要步驟，而合理地規(guī)劃發(fā)動機裝配線可以更好地實現產品的高精度、高效率、高柔性和高質量。在現代化的發(fā)動機生產裝配線中，成熟的裝配工藝、設備選擇、質量控制及物流方式均值得人們去借鑒。
在發(fā)動機生產中，裝配線是發(fā)動機最終狀態(tài)、最終結構、最終精度的展示，對確保發(fā)動機的精度、質量至關重要。一條發(fā)動機裝配線要保證發(fā)動機的裝配技術條件，實現高精度；要保證裝配節(jié)拍，實現高效率；要多機型同時裝配，實現高柔性；要有效地控制裝配精度，實現高質量。要實現以上幾個方面必須從生產線的規(guī)劃開始著手。
2.3 東安465Q發(fā)動機
2.3.1 東安動力集團有限公司
哈爾濱東安汽車動力股份有限公司(簡稱東安動力)于1998年在上交所上市，公司始終貫徹“質量第一，用 戶至上”的方針，重視技術進步，不斷更新和調整產品結構，公司研制生產的發(fā)動機型號不斷更新，市場占有率不斷提高，已累計產銷超過了300萬臺，現已成為國內著名的微型汽車發(fā)動機及變速器研制生產基地之一。
2009年11月10日，東安動力由中國航空工業(yè)集團公司整體劃歸中國兵器裝備集團公司，成為中國長安汽車集團的全資子公司。
公司經過多年的發(fā)展逐漸形成了適應市場需求的產品體系，主要分發(fā)動機、變速器、零部件及鑄造產品等四部分，現已具備年產發(fā)動機40萬臺、變速箱50萬臺的能力。其生產的DA465Q、DA465Q-1A、DA468、DA471等各系列發(fā)動機排量分布在1.0-1.3升的黃金區(qū)間，前、后驅各系列電噴發(fā)動機的排放達到了國Ⅲ、國Ⅳ標準，是國產微車、微（經）轎車首選機型，產銷量及出口量處于國內領先地位；其生產的DABS10-4系列、DABSA10F、DABS14R、DABS10-2/D系列、DABS09-3/D系列變速器，可以與排量為0.8L-1.3L的發(fā)動機進行匹配，為上述發(fā)動機及東安三菱的4G1、4G9等發(fā)動機配套的變速器齒輪和差速器齒輪，年產能達48萬臺套。其下屬鑄造廠，從事鑄造行業(yè)已有近60年歷史，年產鋁合金鑄件6000噸，灰鑄鐵件、球墨鑄鐵件30000噸，多年來一直為東安動力、東安三菱、沈陽三菱、沈陽新光、北京現代等提供優(yōu)質鑄件。 公司擁有具有國際先進水平的缸體生產線4條、缸蓋生產線3條、系列齒輪生產線10條及變速器殼體生產線、熱處理生產線、試車生產線和鍛鑄造生產線，并利用自身能力建設了國內較高水平的曲軸粗、精加工生產線，凸輪軸生產線，差速器殼體生產線，并擁有前后驅發(fā)動機及變速器總成裝配生產線各2條。
近年來，公司先后榮獲了“優(yōu)秀產品榮譽稱號”、“中國最佳企業(yè)形象”、“中國名牌產品”、“全國用戶產品質量滿意、售后服務滿意示范單位”、“五一勞動獎狀”、“優(yōu)秀供應商”、“中國企業(yè)信息化500強”、“2004年度中國汽車零部件百強企業(yè)”等榮譽稱號。
公司不斷學習新的行業(yè)理念，不斷加強自身建設，先后通過了ISO/TS16949國際質量體系認證，環(huán)境管理體系認證和職業(yè)健康安全管理體系認證。公司部分產品如圖2.3為例。
圖2.3 東安集團部分產品
2.3.2 DA465Q發(fā)動機
此系列發(fā)動機為直列四缸發(fā)動機，多用于小排量汽車，如哈飛民意·哈飛路寶·昌河北斗星·愛迪爾等品牌微型轎車動力匹配。如圖2.4(a)、(b) DA465Q發(fā)動機主要性能參數為例。
圖2.4 DA465Q發(fā)動機主要性能參數（a）
圖2.4 DA465Q發(fā)動機主要性能參數(b)
2.4 本章小結
本章詳細介紹了汽車及汽車發(fā)動機概況，對發(fā)動機各性能加以介紹以及對東安動力集團、DA465Q發(fā)動機主要性能參數進行闡述。
第3章 清洗裝置總體及主要部件設計
3.1 清洗目的及清洗方式的確定
生產線的清洗工序的目的是將殘留在發(fā)動機進氣口通道及氣閥密封表面上的雜質、灰塵等清洗掉，確保氣閥密封可靠，以保證發(fā)動機的正常工作。
國內的發(fā)動機生產線的清洗工序大部分還是比較傳統的人工清洗，因為國內的勞動力相對過剩。但隨著科技的不斷進步，自動化的生產線必將取代人工操作。本課題設計是由氣缸推動清洗裝置來完成自動清洗。
清洗方式采用高壓空氣吹入法。這種方法就是對進氣口通入高壓空氣，隨著高壓氣流的流動，將雜質或塵土等吹掉。用高壓空氣清洗是比較傳統也比較典型的清洗方式。本方法既可以保證清洗質量，而且也比較節(jié)省能源。
3.2 缸蓋進氣門清洗裝置設計
根據以上的構思和任務書的要求，完成汽車發(fā)動機缸蓋進氣門清洗裝置的設計。該裝置大體上由以下幾個部分組成:氣缸、電動機、皮帶輪、凸輪機構、清洗裝置、托盤、支架 、提升裝置等。
該裝置的工作過程如下：電動機驅動，經過減速器帶動皮帶輪轉動，凸輪軸隨著皮帶輪一起轉動，使頂桿作上下往復運動，而缸蓋的氣門閥桿也跟著上下運動，使進氣門往復開閉，這時，兩端的清洗裝置通過氣缸的作用，到達工作位置對進氣門通入高壓空氣，進行清洗。如圖3.1。
3.3 凸輪機構設計
當發(fā)動機到達清洗工序時,由于發(fā)動機上的凸輪軸并為安裝,所以在進行這部分工作時,需要設計出一套完整、完善的凸輪機構,以使進氣口閥打開,當各閥打開后。再通入高壓空氣使得通道中的一些雜質(灰塵,碎屑等)被吹掉,從而達到清洗的目的。
1.凸輪機構的類型按形狀分為：
(1)、盤式凸輪 它是凸輪的基本形式。這種凸輪是一個繞固定軸線轉動并具有變化半徑的盤形零件。
(2)、移動凸輪 當盤型凸輪的回轉中心趨于無窮遠時，凸輪相對機架作直線運動，這種凸輪稱為移動凸輪。
(3)、將移動凸輪卷成圓柱體即成為圓柱凸輪。
盤式凸輪和移動凸輪與從動件之間的的相對運動為平面運動，而圓柱凸輪與從動件之間的相對運動為空間運動，所以前二者屬于平面凸輪機構，后者屬于空間凸輪機構。
1 氣缸 2 電動機 3 皮帶輪 4 凸輪機構 5 工件 6 清洗裝置
7 托盤 8 提升裝置 9 支架
圖3.1 進氣門清洗裝置
2.凸輪按從動件的端部形狀分：
(1) 尖頂從動件 尖頂能與任何的凸輪輪廓保持接觸，從而使從動件實現任意預期的運動規(guī)律。但尖頂與凸輪輪廓是點接觸，磨損快，故只宣用傳力不大的的低速凸輪機構。
(2) 滾子從動件 滾子與凸輪輪廓之間為滾動摩擦，故耐磨損，與頂尖從動件相比可以承受較大的載荷，應用最普遍。
(3) 平底從動件 這種從動件與凸輪輪廓表面接觸的端面為一平面。顯然它不能與凹形的凸輪輪廓相接觸。它的優(yōu)點是凸輪對從動件的始終垂直于平底的平面，故傳動效率高，而且從動件的底面與凸輪之間易于形成楔形油膜，利于潤滑，故常用于高速傳動。
3.按從動件的運動形式分
(1) 直動從動件 從動件相對機架作往復直線運動。
(2) 對心從動件 從動件的導線延長線通過軸心。
(3) 偏置從動件 從動件的導路延長線不通過軸心，有偏距。
(4) 擺動從動件 從動件相對機架作往復擺動。
按照設計思路要求，凸輪機構的選擇上按形狀要求應選為盤形凸輪機構，按從動件的端部形狀應為平底從動件，按從動件的運動形式應為直動從動件。
4.進行盤形凸輪機構設計時，有兩種方案可選擇：
(1) 方案1 凸輪的凸起部分在同一個位置。
（2）方案2 凸輪的凸起部分在不同位置。
方案圖見圖 3.2。
圖3.2 凸輪軸
對比兩個方案來說，我感覺還是應該選用方案1，因為我這部分時要清洗進氣口，凸輪的凸起在同一位置時，四個閥口同時打開，四個進氣口可以同時進行清洗，這樣在規(guī)定的時間內工作效率會比較高，加工制造也比較方便，簡單。
3.3.1 凸輪機構基本尺寸設計
凸輪機構是使從動件作預期規(guī)律運動的高副機構。本設計中的凸輪機構尺寸如圖3.2。
圖3.3 凸輪機構基本尺寸
3.3.2 凸輪的最大壓力角
因本設計選用平底從動件，故要計算凸輪與從動件的壓力角。壓力角就是在從動件與凸輪的接觸點上，從動件所受正壓力與其速度之間所夾的銳角。
最大壓力角位置如下圖所示,是由AUTO CAD生成的.
最大壓力角α=30°，見圖3.4。
圖3.4 壓力角
3.3.3 凸輪機構運動線圖
凸輪機構的運動線圖如圖3.4所示：
圖3.5 凸輪機構運動線圖
3.3.4 凸輪的材料及熱處理
凸輪材料及熱處理要求見表3.1。
表3.1 凸輪材料及熱處理要求
凸 輪
從動件接觸端
低 速
輕 載
材 料
熱處理，極限應力
材 料
熱處理
45
調質220—260HBC
45
表面淬火
40—45HRC
3.3.5 凸輪的強度校核及許用應力
凸輪的強度校核及許用應力的計算：
(3.1)
(3.2)
由公式(3.1)、(3.2)得
式中：——綜合彈性指數；
——彈性模量；
——彈性模量；
F ——凸輪與從動件在接觸處的法向力（N）；
b ——凸輪與從動件的接觸寬度；
——凸輪輪廓在接觸處的曲率半徑（mm）；
根據《機械設計手冊》查得：
(3.3)
由公式(3.3)得：
N=14400
帶入各個參數后，由(3.1)、(3.2)、(3.3)得：
因此，符合要求。
3.4 電動機選擇
3.4.1 電動機的功率計算
(3.4)
(3.5)
式中：T——扭矩
F——載荷力
——凸輪半徑
——閥桿個數
——電動機功率
——轉速
由公式(3.4)得：
由公式(3.5)得：
3.4.2 電動機型號選擇
由于功率和轉速都不是很高，而一般的發(fā)動機的輸出軸的轉速都比較大，而單獨設計減速器，又會使結構上過于繁瑣，而且還需要大量的設計和計算。所以選用減速電動機即可以使結構簡單，又可以省下多余的設計精力，經濟性上也比較合適。
圖3.6 YCPJ系列三相異步電動機
根據實際的需要，選擇YCJP系列齒輪減速三相異步電動機，參數如下：
額定功率 0.55KW 機座號 YCPJ130
輸出轉速 100r/min 配用電機 Y801-4
輸出轉矩 48.32Nm
選用的YCPJ系列齒輪減速三相異步電動機如圖3.6
3.5 帶傳動設計
帶傳動要完成電動機和凸輪機構之間的傳動，所以要進行帶型的選擇及參數計算。
3.5.1 帶傳動的選擇
根據實際結構的要求，由<<機械設計實用手冊>>選擇單面梯形齒同步帶,L——輕型,節(jié)距,公稱長度,齒數，參數如下：
40 S/mm 4.65
/mm 1.91 /mm 3.60
/mm 0.51 /mm 0.51
a/mm 0.381
帶的參數示意圖見圖3.6。
2β
圖3.7 帶參數示意圖
3.5.2 帶傳動的設計計算
1）設計功率:
(3.6)
由公式(3.6)得：
2）根據(帶輪轉速100r/min),由手冊<<機械設計使用手冊>>中表8-1-13可以選出帶的類型為L型(輕型)。
3）帶輪節(jié)圓直徑:
(3.7)
由公式(3.7)得：
4）校核帶速:
(3.8)
由公式(3.8)得：
所以符合要求。
5）軸間距:
(3.9)
由公式(3.9)得：
根據要求尺寸如下：
,,.
6）基本額定功率:
(3.10)
根據<<機械設計使用手冊>>中表8-1-76查得:
基準寬度 ；
許用工作壓力 ；
單位長度 ；
帶入公式(3.10)得:
7）帶寬:
(3.11)
由公式(3.11)?。?
=
8）作用在軸上的力:
(3.12)
由公式(3.12)得：
3.6 氣缸選擇
本清洗裝置設計中的氣缸主要是指頂部氣缸及進氣口端氣缸，其作用是完成要求的運動行程。這里的氣缸選用標準氣缸。
3.6.1 頂部氣缸的選擇
依據計算：氣門清洗機構連同電動機自重約為800N，由機械設計手冊選取QGB63150后法蘭型雙作用氣缸，氣缸的基本尺寸如下：
D
D =20mm
P =0.5Mpa
式中：D——缸徑
D ——活塞桿直徑
P ——氣缸工作壓力
3.6.2 進氣口端的氣缸的選擇
F=/4 (3.13)
依據公式(3.13)得：
F>F=/4=847.8N
式中：F——輸出推力
F——壓緊力
P ——進氣口壓力
D ——進口直徑
由機械設計手冊選取氣缸類型為：QGB50300---前法蘭型 雙作用氣缸
缸徑的基本尺寸如下：
缸徑：D=50mm
活塞桿直徑：D=20mm
工作壓力：P=0.5Mpa
QGB系列氣缸如圖3.8
圖3.8 QGB系列氣缸
3.7缸蓋的固定
在對發(fā)動機缸蓋進行清洗時，由于兩邊的進出氣口清洗裝置和發(fā)動機有一定的角度，所以會給缸蓋向上的力，而容易使缸蓋產生錯位，通過力的分析，所以要對缸蓋進行固定。
構思方案如下：
方案1，采用兩端夾緊進行固定
方案2，采用頂端方板固定，方板上端和氣缸連接
方案對比：方案1，兩端夾緊，而缸蓋受力向上，這樣就需要比較大的夾緊力，容易使缸蓋夾出劃痕（大部分缸蓋是由鋁做成的），而且兩端還需要多設計和支架連在一起的結構；而方案2是方板在發(fā)動機缸蓋上端固定，可以直接抵消向上的力，而且在前面的設計中，上端有氣缸及其它機構，這樣就可以直接把方板設計到和上端的機構上，會使結構更加緊湊。
經過對比與研究，本設計選用方案2。
3.8 進氣口清洗機構的設計
3.8.1 工件進氣口清洗機構設計
如圖3.9所示為發(fā)動機缸蓋進氣口端的示意圖，根據進氣口的形狀，進行進氣口裝置的設計。
圖3.9 發(fā)動機缸蓋進氣口端示意圖
清洗裝置見圖3.10。
圖3.10 清洗裝置
3.8.2 清洗裝置上的進氣口密封圈設計
要進行密封件的設計，首先就要明確密封件設計的基本要求，即要做到，密封性能可靠 ，耐磨性好，使用壽命長，結構緊湊，系統簡單，制造維修方便，便于裝卸，互換性好，成本低廉，易實現標準化、系列化。
在該機構中，密封部位的結合面相對靜止 ，屬于靜密封，考慮到氣密性檢測裝置對氣密性要求很高，故選擇接觸式密封。又因墊片在常溫下工作，工作壓力較高，又要有一定的耐久性，根據工作要求，故采取墊圈密封，材料選合成纖維橡膠。
圖中打剖面線的地方就是密封圈。進氣口清洗機構和發(fā)動機進氣口的接合處的形狀應該與進氣口端的形狀相符合。設計進氣口清洗機構的端口的尺寸應按照圖3.9中的孔的形狀來設計。密封圈設計見圖3.11。
圖3.11 密封圈示意圖
3.9 本章小結
本章根據所學內容進行總體設計方案，對選用凸輪、進氣口清洗裝置進行了設計，選用了裝置需要的電動機驅動和氣缸傳遞，對缸蓋的固定及進氣口的密封進行分析設計，并根據公式對凸輪的強度校核及算出許用應力、電動機功率，以及帶傳動計算。
第4章 進排氣門清洗裝置總體裝配圖
4.1 裝配工藝規(guī)程及原則
裝配工藝規(guī)程是規(guī)定產品或部件裝配工藝規(guī)程和操作方法等的工藝文件,是制訂裝配計劃和技術準備,指導裝配工作和處理裝配工作問題的重要依據。它對保證裝配質量,提高裝配生產效率,降低成本和減輕工人勞動強度等都有積極的作用。
制定裝配工藝規(guī)程的原則：
1．保證產品質量；延長產品的使用壽命
2．合理安排裝配順序和工序，盡量減少手工勞動量，滿足裝配周期的要求；提高裝配效率。
3．盡量減少裝配占地面積，提高單位面積的生產率。
4．盡量降低裝配成本。裝起來，并經過調試、檢驗使之成為合格產品的過程
4.2 進排氣門清洗裝置總體裝配圖
由于進、出氣門清洗的工藝原理和流程幾乎相同，區(qū)別只是進、出氣口的形狀不同。所以把進氣門清洗工序和出氣門清洗工序放在一起，這樣既節(jié)省空間，又具有很好的經濟性。簡圖如下圖4.1，總體裝配圖見CAD圖紙。
4.3 主要部件圖裝配圖
4.3.1 頂開進氣門機構裝配圖
依照設計思路，通過凸輪機構頂開進氣門?？傮w裝配與工件及生產線相照應，達到工作要求，頂開進氣門機構簡圖見圖4.2，總體裝配圖見CAD圖紙。
4.3.2 驅動凸輪機構裝配圖
根據設計思路選擇YCPJ三相異步電動機驅動，帶傳動傳動，凸輪機構布置須合理，工作時與工件接觸良好合理，缸蓋的固定同時安裝在這一機構上，簡圖見圖4.3，總裝配圖見CAD圖紙。
4.3 本章小結
本章通過對裝配工藝規(guī)程的定義及原則介紹基礎上，對本課題設計總體裝配圖進行裝配。完善設計的同時又做到節(jié)省空間及經濟性，即對同時清洗排氣門。又將關鍵部件裝配圖簡單描述，并用簡圖簡單描述。
圖4.1進氣門清洗裝置總裝圖
圖4.2 頂開進氣門機構
圖4.3 驅動凸輪機構裝置
結 論
本文較詳細的闡述了汽車、發(fā)動機的現狀以及發(fā)展，著重闡述了發(fā)動機生產線中的缸蓋清洗裝置的設計過程。國內的大部分汽車生產線,進出氣口的清洗工序多數由人工來完成,而國外大部分采用自動裝置。原因其實不光是發(fā)展程度存在差異的問題，還和國內，國外的實際情況有關，因為中國人口眾多，勞動力相對過剩，人工費也不是很高,所以從經濟性來說,用人工比較經濟；而國外正好相反,勞動力比較昂貴,所以大部分的工作都要設計成自動化的裝置。但隨著中國加入WTO后,中國和國外的交流越來越多，很多技術和國外的差距正在逐步減小,相信發(fā)動機生產線也會越來越向全自動化的發(fā)向發(fā)展。本文的發(fā)動機進氣口清洗裝置就是自動化水平較高的裝置,將來的發(fā)動機生產線的發(fā)展趨勢也必將朝著自動化的方向發(fā)展。本文完成了發(fā)動機生