多气门结构设计及特点
第二节多气门结构设计及特点
提高发动机性能的核心问题是改善燃烧，而改善燃烧的关键是扫气好、提高充量及形成良好的混合气。过去汽车发动机每个气缸只有一个进气门、一个排气门。现代发动机已经多气门化，每缸三气门、四气门、五气门及六气门都有，相应的进、排气道的数量、气门的排列形式及气道形式的种类也比过去多。理论分析、试验结果及实践都表明，多气门能明显地提高发动机的性能。
一、多气门及气道的结构设计
无论是车用汽油机还是柴油机都是采用多气门的缸盖。
1 ．多气门的布置
在气门垂直布置的平顶缸盖设计中，由于在气门座与气门座之间以及气门座与缸盖壁之间要布置冷却水道。因此气门面积被限制得很小。如果将进、排气门倾斜布置，如图7 一5 所示，缸盖底平面形成屋顶状。随着气门中心线夹角a 的加大，气门座及气门面积也能够加大。二轴线间的夹角a 常在20°—70°之间，过大的倾斜则会使火焰传播距离加长，散热面积变大，对改善燃烧不利。
图7 一多气门结构设计特点
本章参考及采用了文献「143 〕中的部分内容及插图。在文献〔 143 」中，以缸径为80mm的缸盖为对象，对不同气门数及排列方式能够增加气门面积及流通能力进行了基本的计算和分析。几种典型的气门排列方式如图7 一6 所示。图中。）及b ）图表示二气门及气门垂直布置的情况。c ）及d ）表示不同角度a （毋及70o ）气门倾斜布置情况。e ）及f ）则表示四气门及五气门的布置。
a ）两气门缸盖；
b ）气门垂直排列；C ）气门倾斜20o ; d ）气门倾斜350 ;
e ）四气门缸盖；
f ）五气门缸盖I 一表示进气门；E －表示排气门
德国大众／奥迪汽车公司的奥迪A4 及A6 汽油机的缸径为81mm 二，冲程为86.4mm。每缸采用3 个进气门，气门直径为27mm , 2 个排气门，气门直径为30mm。排气门与气缸中心线的夹角为20°，两个外侧的进气门与缸中心线的夹角为21.5°，而中间的进气门与气缸中心线的夹角为15°。四气门及五气门的布置如图7 一7 所示。
该图显示了缸径分别为95 ～、81 ～及75 ～的四气门及五气门布置情况。火花
塞的外径为M14 ，布置在气缸中心。根据设计情况实际分析，如果采用每缸四气门布置，又希望采用较大的气门直径，那么气门与火花塞之间的能利用的空间较小，如图中缸径为小81 ～及句5 ～所示的方案。这些地方是设计中关键部分，设计不当，对火花塞散热不利，也常是影响缸盖可靠性的地方。如果采用五气门的设计方案，那么火花塞与气门之间的空间较大，对火花塞散热冷却有利，设计的难点转移到气门与气门之间狭窄间隔处。为了提高气门流通截面及有利于火花塞的散热采用了五气门的设计。
2 ．多气门气道的排列
采用多气门同时需要考虑进、排道的布置及形状设计。现以四气门为例，四气门的气道布置的基本方案如图7 一8 所示。常用的方案如图a ）所示，两个进气门位于气缸的一边，两个排气门位于另一侧，即所谓并联排列。而图b ）表示相对于气缸中心线而言，同名的两个气门是一前一后的布置，即所谓串联排列。。）图则表示同名的两个气门相对气缸中心线错开排列，即所谓扭转排列、b ）及C ）两种方案为设计长度不同、形状不同的进气道提供方便，有利于调整涡流速度，以适应不同混合形成对涡流强度要求不同的需要。较多的汽油机采用并联排列方案（图a ) ，而柴油机则采用图b ）及c ）所示的方案。
图7 一8 四气门、排气道排列的基本方案
a ）并联排列；
b ）串联排列；
c ）扭转排列
3 ．多气门的传动
现代车用发动机大都由曲轴上的齿轮通过齿轮皮带传动两根顶置凸轮轴（DO - HC ）分别直接驱动进、排气门，每个气门对应一个凸轮。当然也可以在缸盖上设置摇臂轴，各用一个凸轮通过整体式摇臂驱动多个进气门及多个排气门。为了降低噪声，免除调整气门间隙的需要，在凸轮与气门之间采用液压装置。
在一些发动机的气门机构中还采用了
电控液压机构，如图7 一9 所示。通过这种传动机构，可以根据汽车不同工况的需要，实现对气门正时的灵活控制。可以改善发动机的转矩特性，降低比油耗，但也会使成本增加一些。多气门及其传动的单个零件质量较小，例如奥迪5 气门发动机的进气门运动质量只有86 . 39 ，排气门运动质量只有140 . 99 。这样可以减少气门弹簧的负荷、气门传动机构运动零件的惯性力及摩擦损失，对适应发动机的高速运转及提高使用寿命有利。
二、多气门流通能力的提高
1 ．多气门流通面积的比较
假定气道内部曲线形状的差异、气门打开后气流特性等的不同影响忽略不计，只是以平顶缸盖、气门垂直布置为比较基准，在缸径相同时，其他布置方案能使进气门面积加大的程度，可作为改善进气流通能力的基础。气门面积增大的比较情况如下。
l ）二气门
二气门倾斜布置组成半球形燃烧室（图7 一6 中，e 及d ) ，相对于平顶缸盖气门垂直布置，气门面积变化如下。
a ）当气门垂直布置，气门直径d = 28Inm 时，气门面积Al 与气缸面积A 的比值为12 . 2 ％。
b ）气门中心线与气缸中心线之间的夹角为加叹a 二月护）, d = 32 ? ，进气门面积增加31 . 25 % , AI / A = 16 ％。
c ）气门中心线与气缸中心线之间的夹角为350 ( a 二7 任）
d 二36 ? ，进气门面积增加66 . 1 % , Al / A 二加．1 ％。
2 ）四气门
a ）当双进气门（d 二24 ? ）垂直布置时，比单气门（d 二28 ? ）垂直布置，气门面积增加48 ％。
b ）当双进门倾斜布置（a ＝好，d = 28Inrn ）如图7 一6C 及d ，比单个气门（d = 28 ? ）垂直布置时，气门总面积增加100 % , A , / A 二24 . 4 ％。
c ）当双气门倾斜布置（a 二好，
d 二28 ? ) ，比一个气门倾斜布置（a 二好，
d = 32 ? ）的总气门面积增加52 . 4 % ，注1 ／注＝对．4 ％。
d ）当双气门倾斜布置（。二好，d 二28mln ) ，比双气门垂直布置（d 二24 ? ）的进气门面积增加35 . 4 % , Al / A 二24 . 4 ％。
3 ）五气门
五气门的设计有如下方案。
a ) 3 个进气门及两个排气门都是垂直布置的，进气门直径为20 ? ，排气门直径为22 ～。如果与双气门设计，进气门直径为28 ～相比时，进气门总面积增加53 . 8 ％。Al / A = 18 , 8 ％。
b ) 3 个进气门及2 个排气门倾斜200 ( a = 40o ) ，进气门直径为24 ? ，那么进气门总面积比单个垂直进气门（d ＝邓～）面积增加121 . 5 ％。同时3 个倾斜进气门（a = 40 " ）比一个倾斜进气门（d 二、32 ? ）总面积增加68 . 75 % ，也比两个垂直排列进气门（d 二抖朋）总面积增加50 % ,
比3 个垂直排列进气门（d 二20 哪）总面积增加44 . 0 ％。门，气门直径为解mIn ，所以气门总面积Al 与气缸面积A
的比较，都是3 个进气
C ）德国大众公司奥迪汽车四缸发动机缸径为81 ～。采用五气门，3 个进气门直径为27 ? ，气门中心线之间夹角为如。，二个排气门直径为30 ～。进气门总面积与气缸面积之比AI / A 二33 . 34 % ，排气门总面积Al 与气缸面积A 之比为27 . 43 ％。上述产品是90 年代后期开发投人市场，进、排气门总面积都比前面各方案大。将上面各方案的数值及比较情况列于表7 一3 中。
2 ．多气门空气流动特性
二气门、四气门以及气道排列型式不同，空气流动特性也有所不同。国外在缸盖流道试验台上，对四气门及气道不同排列方案进行空气流动特性试验。结果表明，采用二气门时，虽然也可以获得较高的涡流比，但流量系数小。采用气门并联排列，可以获得较大的流量系数，但涡流比较小。而气门串联排列可以获得最高的涡流比数，但流量系数小。气门扭转排列方案则涡流比及流量系数都较高。
奥地利内燃机研究所对缸径在140 ～以下的二气门及四气门进气道流通能力进行了研究分析。在该项工作中，认为发动机气道的流通能力为平均流量系数阿与气门座孔面积／气缸面积之比的比值月对气道流通能力的影响的总和。四气门比二气门进气门的月值提高约20 % ，而四气门比二气门的排气门的月值约提高
31 ％。而在涡流比大约为2 的情况下，四气门比二气门进气道的平均流量系数卢约减小8 % ，四气门比立气门排气道的阿约减小6 . 5 ％。那么考虑两者对气道流通能力的影响的总和后，进气道的流通能力约提高11 % ，而排气道约提高25 ％。该结果如图7 一12 所示。
该研究所对二气门及四气门进气道平均流通能力的比较如图7 一13 所示。四气门缸盖的平均流通能力比二气门缸盖高，而四气门平均流通动能力随气道涡流比的增加下降得稍快些。在以上分析中，
图7 一12 二气门及四气门缸盖平均流通能力的分析（适合的缸径范围D < 14 ( ) mn1 ZV 一二气门；4V 一四气门
三、多气门有利于混合形成及燃烧过程的组织
发动机采用多气门后，有利于混合气形成及燃烧过程的组织。例如可以将火花塞或喷油器布置在气缸中心处；有利于形成分层混合气及采用小气门重叠角、减少换气损失等。
1 ．火花塞或喷油器布置在气缸的中心处
在多气门的汽油机上，可以将火花塞布置在气缸中心处。而多气门的柴油机则可以将喷油器布置在气缸中心处。这两种情况都能够使火焰核心发生处距离气缸及燃烧室各个边缘的距离基本上保持一样，火焰传播到各处的距离短，有利于抗敲缸爆燃的发生。在所使用汽油辛烷值不变时，可以将压缩比提高1 一1 . 5 个单位，同时有利于实现稀混合气快速燃烧。
柴油机的喷油器位于气缸中心处，可以使油束喷雾均匀分布在燃烧室中形成良好的混合气。而这都可以降低发动机的比油耗。
汽油机采用多气门后，气门相对于气缸中心线倾斜布置，在缸盖中形成屋顶形燃烧室（图7 一5 ）。除了上述火花塞位于气缸中心处的优点外，这种燃烧室具有如下的特点。
l ）面容比F / V 较小，使散热损失较小；
2 ）改变气门杆相对气缸中心线的倾斜角度，可以改变进排气门的面积及燃烧室的面容；
3 ）通过活塞顶燃烧室凹坑形状的变化，可以调整挤气面积的大小，有利于组织合适的缸内气流。
4 ）燃烧，较完善而且迅速。
由于上述特点，使得多气门燃烧过程比二气门更接近等容燃烧，热效率较高，而且有可能将点火提前角减小，以便最大爆发压力出现在接近上止点处，获得最大的膨胀功及扭矩。由于燃烧过程完善而迅速，在上止点后很快完成，无迟后燃烧现象，排温较低，各向的火焰传播又较均匀，及缸壁各处温度分布较均匀，同时有利于降低排放。
2.利用多气门形成分层混合气
在发动机上使用每缸四气门时，可以利用两个进气道与喷油油束的配合形成分层混合气如图7 一14 所示。将每缸两个进气道之一设计成切向进气道，另一个设计成普通进气道，即该气道不会形成强的涡流，或者称之为中性（Neut 耐）进气道。
将双油束喷油器安置在两个气道的分叉处，向二个进气道喷出两股等流量的油束。在普通进气道中设置一辅助节气门，或者让相应的进气门的升程小于切向进气道气广1 的升程，使普通气道中的气流受到节流，喷人的汽油与空气形成浓混合气，进人气缸后很快地就接触到火花塞。而切向进气道空气流量较大，与喷人的汽油形成稀混合气，这样就可实现分层燃烧。另一种方案是将喷油器安装在普通气道中，形成浓混合气流人气缸，而由切向进气道进人气缸的空气涡流，将浓混合气气流的外围部分吹散开，形成稀混合气，这样也可以实现分层燃烧。
3 ．有助于采用小气门重叠角
过去发动机采用二气门，常感气门流通截面不够大，尤其高速时更是如此。为了提高气缸的换气质量，常采用较大的气门重叠角，即进、排气提前开及迟后关的角度都比较大。排气门提前开的角度大，增加了膨胀功的损失，排气门迟后关的角度大，容易使部分新鲜充量由排气门流失掉。高速发动机为了利用进气道内空气流动的动能，通常使进气门迟后关的角度较大，使曲轴转过下止点后，仍有新鲜空气充人气缸以提高充气效率，但是这种根据高速需要确定的较大的进气门迟闭角，并不适应中、低速的需要，因为发动机中、低速时，气流速度较慢，过后充气在下止点后曲轴转过较小曲轴转角后便结束，接着缸内充量反而被推出，使充气效率反而下降。
现代发动机采用四气门后，由于进排气门的流通截面都加大，不需要大的气门重叠角，而较小的气门重叠角却可以减少换气损失、泵气损失，同时又能兼顾高速及中、低速工况的需要。对于一些特别情况，例如缸外形成混合气的汽油机、气体燃料发动机更需要采用较小的气门重叠角，以避免新鲜混合气由缸内倒流人排气管。现代汽车发动机的气门重叠角都较小，例如奥迪发动机进气门在上止点前4o 打开，而排气门在上止点后8o 关闭，重叠角只有120 。
四、多气门提高发动机性能的体现
从上面分析多气门的结构特点中，已经可以知道相对于二气门而言，多气门可以增加进、排气门的流通截面及进、排气流量，提高充气效率。同时还可以通过气门排列方案及气道设计形状的不同，组织更适合的气流运动。多气门提高发动机性能的作用体现在以下几个方面。1 ．提高充气效率
四冲程发动机的充气效率，，可以用下式表示。
Ps ―进气管压力；
。―发动机的压缩比。
根据公式（7 一1 ）分析，多气门发动机的充气系数刀v 比二气门发动机大，首先是因为进、排气流量增大，使Pr 减少，P 。增大，同时由于流量增大，进气温度升高值△ Tw 降低，而其它参数影响甚微。
在小客车用高速直喷柴油机上采用四气门，可以提高中速及高速范围内的容积效率，如图7 - 巧所示。在中、高速范围内将容积效率提高8 ％。而在低速时，可以通过改变气道长度、节流情况及气门正时等办法，利用低速时气流的动能，仍然可以保持较高的容积效率。
2 ．提高发动机的动力性能
由于多气门既提高了新鲜充量，又可以利用多油束喷油器布置气缸盖中心的可能，使喷入燃烧室的油束均匀分布，再加上合理地利用挤气面积及进气涡流的作用，使燃烧能及时完善地完
图7 一16 为小客车直喷柴油机采用四气门后，平均有效压力比原用二气门时提高的情况。
采用同样的分配式油泵，并使排气烟度保持不变，平均有效压力提高了25 % ，即由1 . ZMPa 提高到1 . SMPa ( n 二2500 一3 ( X 心）。发动机的转速n = 4 仪刃时，四气门的平均有效压力为1 ' 3MPa , 对应的比功率为43kw / L 。如果不用分配式油泵，而是使用先进的单体式油泵，那么保持相同的烟度情况下，
平均有效压力可达1 . SMPa ，对应的比功率为50kw 】 L 。在发动机低转速工况（n < 1500 ）时，四气门的平均有效压力基本上没有增加。从图7 一14 还可看到，该小客车的最低比油耗ge = 2009 ( 1 479 ) ，在高速范围内，四气门的比油耗比二气门低。
车用汽油机采用多气门时，同样由于充气效率高，能组织良好的燃烧过程，平均有效压力、升转矩及升功率都可以比二气门时高，国外试验结果表明，高转速时（n 二以以））平均有效压力可提高25 % ，在中等转速时提高8 % ，而在低转速时，多气门与二气门的动力性能差不多。在全负荷、高速工况，节气门全开时，进气系统的节流作用取决于进气门，于是多气门能够发挥上述的优点，使此油耗在高速全负荷工况下比二气门降低8 ％。而在低速、低负荷时，则节气门开度小，节流作用大，多气门发挥不了优点。同时多气门传动机构的摩擦损失要大些，所以不可能降低油耗。在部分工况，油耗受汽车总传动比的影响较大，此时如果改变传动比，使发动机在低速、高平均有效压力下工作。即增大节气门开度，多气门的油耗也可以比二气门低。而这一点容易通过电控自动换档实现，因此多气门加上自动换档技术，可以取得更好的节油效果。
船用及机车用大缸径柴油机多采用四气门，但很少采用斜置气门。过去汽车用发动机很少采用多气门，而现代车用发动机愈来愈多地采用斜置、多气门。根据统计资料分析表明，多气门能提高发动机动力性能的情况如图7 一17 所示，而斜置气门的措施提高发动机动力性能的情况如图7 一18 所示。这两种技术措施能明显提高发动机中、高速工况时发动机的动力性能，而对低速工况影响不大。
3 ．多气门对发动机排放的影响
图7 一16 二气门及四气门柴油机平均有效压力的比较图7 一17 多气门提高发动机动力性能按照发动机工作原理及排放物生成机理以及上面的分析，一般来说，采用多气门在高转速、高负荷工况新鲜充量增加，燃烧过程改善，而且空气在进气冲程中温升又不高，这都有利于降低排放物。为了分析多气门对部分负荷工况排放的影响，国外在小客车用直喷柴油机上进行了试验研究。图7 一19 表示在直喷柴油机部分负荷工况（发动机转速n = 2 以刃，平均有效压力为0 . 2MPa ）。采用分配式油泵，没有采用排气再循环措施时，多气门对NOx 及微粒生成的影响。而图7 一20 则是采用了排气再循环的情况。
二、可变进气系统
可变进气系统有两类：( l ）多气门分别投人工作；( 2 ）可变进气道系统。其目的是为了改变进气涡流强度、提高充气效率；或者为了形成谐振及进气脉冲惯
性效应，以适应低速及中高速工筛卜能提高性能的需要。
1 ．多气门分别投人工作
实现多气门分别投人工作的结构方案有两种：( l ）通过凸轮或摇臂控制气门按时开或关；( 2 ）在气道中设置旋转阀门，按需要打开或关闭该气门的进气通道。后者的结构如图7 一21 所示，为丰田公司所采用的。这种结构比用凸轮、摇臂控制简单。
当发动机在节气门部分开度工作时，涡流控制阀关闭（图7 一2 la ) ，混合气通过主要螺旋进气道进人气缸。节流的气道促进混合加速，并沿着切线方向进人气缸，这样可以形成较强的进气涡流，对于低速工况及燃烧稀混合气是有利的。当发动机转速及负荷增加时，仅由主气道进人气缸的混合气不能满足发动机的需要，于是
全铝车身结构设计
汽车轻量化解决方案—全铝车身结构设计 摘要：解决汽车节能环保的问题，有提高传统燃油发动机的能效、发展新能汽车、应用轻量化技术三个方向。比较以上三种技术路线，在当今发动机技术提升难度日益加大、动力电池效率不高的背景下，不论对传统燃油汽车，还是新能源汽车，汽车轻量化技术都是一项共性的基础技术。大力发展并推进汽车轻量化技术，成为节能、减排的主导之一。而实现汽车轻量化技术又有三个技术途径：一种“轻量化材料”要通过一种“轻量化工艺”来实现一种“轻量化结构”。 关键词：汽车轻量化全铝车身型材截面优化 Stiffness Mass Efficient 由于世界能源的随时枯竭与环境的日益恶化，世界各行各业都积极行动起来，根据政府的优惠政策与民众的强烈要求，在节能、环保方面进行了高投入研发其高效节能、积极环保的产品。汽车产业首当其冲，其汽车零部件的制造，迁联到能源、钢材、铝材、合金、塑料、橡胶、玻璃、化工、机械、电器、信息等各行各业，对汽车节能环保的要求，就是对其它相关行业的要求。对汽车进行轻量化结构的研究，要联系相关行业的专业知识，进行综合性的研究。 一、汽车轻量化的目的 就汽车产业而言，根据汽车产品的特点，降低油耗或提高燃油效率、减少或清洁排放对环境的污染，是节能环保研发的主要目的。从全球汽车产业来看，解决汽车节能环保问题主要采用以下三种方式：
一是大力发展先进发动机技术，通过对传统发动机的改良和一系列汽车电子技术的应用，来提高燃烧效率，改善燃油经济性。 二是大力发展新能源汽车，通过研发先进新型发动机技术和推广使用气体燃料、生物质燃料、煤基燃料、高效电池等动力替代传统能源来减少汽车燃油消耗和对石油资源的依赖。 三是大力发展汽车轻量化技术，在保障汽车安全性和其他基本性能的前提下，通过减轻汽车自身重量降低能耗来实现节能减排的目的。 比较以上三种技术路线，在当今发动机技术提升难度日益加大、动力电池效率不高的背景下，不论对传统燃油汽车，还是新能源汽车，汽车轻量化技术都是一项共性的基础技术。大力发展并推进汽车轻量化技术，成为节能、减排的主导之一。 汽车的轻量化，英文名：Lightweight of Automobile，涵义是“在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。” 世界节能与环境协会的研究报告指出：汽车自重每减少10％， 燃油消耗可降低6％—8％，排放降低5%—6%。而燃油消耗每减少1升，CO2排放量减少2.45kg。燃油消耗量减少不仅有利于节约能源，也可有效减少污染物排放。当前，由于节能和环保的需要，汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。 伴随着技术进步，制造汽车车身的材料已经不仅仅是钢铁了，越来越多的新材料被应用到车身的制作中。其中包括：玻璃钢、铝合金、
柴油机气门
柴油机气门座的维修方法 气门座通常有两种形式，一种是直接从气缸盖中镗出，这种形式具有良好的散热性能，加工也比较方便，另一种是在气缸盖上镶气门座圈，便于维修1和更换，汽缸盖与气门座圈采用过盈配合以保证可靠性。 ⒈拆除方法 拆卸气门座圈通常用一下四中方法： ⑴切削法 在机床上用刀具将气门座圈切削掉。由于气门座圈被切削变薄，气门座圈收缩与刀具一起回转，可能改变气门座圈底空尺寸，圆度不满足技术要求。因此，采用此法拆除气门座圈时为保证良好的过盈配合，一般要用刀具扩大气门座圈底空尺寸，同时用相应加大外径尺寸的气门座圈与之配套使用 ⑵拉拔法 用拉拔工具将气门座圈直接从汽缸盖上拉拔出来，。例如：先在气门座圈圆面上攻制螺纹，然后将相应尺寸的螺杆旋入气门座圈，在保证气门座圈和螺杆垂直的情况下，用铁锤轻轻敲击螺杆，直至拔出气门座圈。采用拉拔法基本上都会改变气门座圈底空尺寸 ⑶电焊加热法 通常的做法是，用焊条沿气门座圈的内表面连续均匀点焊，当气门座圈被加热发红时，立即在气门座圈上浇上冷水，此时此刻气门座圈通常会折裂。采用此方法不宜气门座圈加热时间过长，一般以气门座圈被加热到发红为止。 ⑷感应加热法 感应加热系统主要由感应线圈，交流电源和工件组成。感应线圈中的交变电流使气门座圈产生电涡流，达到加热气门座圈的目的。实试验证明，采用感应加热设备对气门座圈加热3～6s，可轻松将气门座圈底孔尺寸及周围铸铁的金相组织没有任何变化。采用此方法也不宜对气门座圈加热时间过长，否则会改变金相组织。 ⒉维修方法 应根据气门座不同的磨损情况原则不同的维修方法，以降低维修成本。 ⑴研磨法 当气门座密封锥面仅有宽度不超过2.5mm的轻微磨损，或仅有少量较浅的麻点及蚀痕，可采用气门与气门座相配对研磨的方法消除缺陷，恢复气密性。研磨的方法分手工研磨和机器研磨。手工研磨一般以气门作为工具。具体做法如下：先在气门的密封锥面上均匀地抹上一层薄薄的研磨膏，并将气门插入气门导管然后用力使气门紧贴气门座的密封锥面来回转动，必要时也可以使气门上下运动轻轻敲击气门座。当气门座与气门研磨面上都出现一条完整而连续的暗灰色环带时，可对气门及气门座圈进行气密性检查，如不合格，则继续研磨直至合格为止。整个研磨过程按先粗后精进行。 为保证研磨质量，在研磨过程还应注意以下几点：①研磨前应清清除积碳及油污。 ②整个研磨过程均以气门导管孔作为定位基准。当气门导管孔磨损过大时需换新的，此时一般不单独采用研磨法修复气门座。 ③防止研磨膏掉入气门导管，以免将气门导管孔径磨大。 ④已与气门座配对研磨好的气门不能与其他气门对调装配。 ⑤研磨结束后必须将汽缸盖上研磨膏清洗干净。 ⑥研磨过程中应经常检查研磨效果，以免研磨时间过长，完造成气密锥面过宽。 ⑦用气门敲击气门座时不能用力过猛，以免造成气密锥面凹陷。 ⑵鉸削法 档当气门座密封锥面严重磨损，宽度显著增加或烧蚀严重时，可用铰刀鉸削气门座以恢复气
轻量化设计
受到能源和环境保护的压力，世界汽车工业很早就开始了轻量化的研究虽然应用轻金属。现代复合材料是现代车辆轻量化研究的热点之一但是这些新材料应用在主要承载部件上的成本较高。因此在短时间内很难普及另一方面，车辆的传统材料钢材，由于其强度高成本低、工艺成熟，并且是最适于回收循环利用的材料。因此利用钢材实现轻量化的可能性备受关注。 1994年,国际钢铁协会成立了由来自全世界18个国家的35个钢铁生产企业组成的ULSAB项目组。其目的是在保持性能和不提高成本的同时，有效降低钢制车身的质量。ULSAB项目于1998年5月完成，其成果是显著的ULSAB试制的车身总质量比对比车的平均值降低25% ，同时扭转刚度提高80% ，弯曲刚度提高52% ，一阶模态频率提高58%，满足碰撞安全性要求，同时成本比对比车身造价降低15%。 从1997年5月启动的ULSAC、ULSAS和1999年1月启动的ULSAB_A VC 为ULSAB的后续项目也在轻量化研究上取得很大成绩。 除了以上提到的国际上著名的四个轻量化项目外，全世界范围内对基于结构优化的轻量化技术也进行了大量的研究。韩国汉阳大学J.K.Shin、K.H.Lee、S.I.Song和G.J.Park应用ULSAB的设计理念和组合钢板的工艺，对轿车前车门内板进行了结构优化，成功地使前车门内板的质量减重8.72%。此技术己在韩国一家汽车企业中得到应用。 通用汽车公司的R.R.MAYER 密西根大学的N.KIKUCHI和R.A.SCOTT应用拓扑优化技术以碰撞过程中最大吸收能量为目标对零件进行优化设计，此技术已应用到一款轿车的后围结构上。 瑞典Linkoping University的P.O.Marklund和L.Nilsson从碰撞安全性角度对轿车B柱进行了减重研究，研究以B柱变形过程中的最大速度为约束变量。以B柱各段的厚度为优化变量，以质量为优化目标，实现在不降低安全性能的条件下减重25%。 美国航天航空局兰利研究中心的J.Sobieszczanski Sobieski和SGI公司的S. Kodiyalam以及福特汽车公司车辆安全部门的R.Y.Yang共同进行了轿车的BIP (Body In Prime)基于NVH(噪声、振动、稳定性)和碰撞安全性要求下的轻量化研究，实现了在不降低性能的条件下减重15Kg。 近年来，交通运输、公路管理等国家部门在全国范围内对超载车辆的
关于坡地建筑结构设计的探讨
关于坡地建筑结构设计的探讨 所谓坡地建筑，就是指的那些在高差较大的坡地地形上进行兴建的建筑物，其最大的特点是建筑物底部的嵌固端不在同一个水平面上[1]。将坡地修整成为多个连续的台地，在各个台地上兴建多高层建筑，已经成为了缓解当今土地资源紧张问题的主要举措，同时这也是塑造良好建筑环境的积极尝试。不过，由于坡地的地形地貌比较特殊、地质条件比较复杂，所以在上面兴建建筑物的难度也较大，对建筑结构设计的要求非常高。笔者以烟台万科御龙山工程为例，结合该工程的实际情况，根据相关技术理论，简单谈一谈关于坡地建筑结构设计的相关问题和措施要点。 一、烟台万科御龙山工程概况 1、项目概况 烟台万科御龙山工程项目位于烟台市芝罘区，整个项目分为多个地块，其中D 地块场地条件尤为复杂，整体呈现东高西低、南高北低的台阶形状，高差较大；在场区的中部横贯一条冲沟；西南临水库，勘察时场区地面标高最大值70.25m,最小值51.43m,地表相对高差18.82m。整个小区包括30号-39号共10个单体，一个地下车库以及一排商业网点,其中32 号楼和网点位于车库范围之外。由于场地高 差大，不同位置的主楼基础方案存在较大的差异，大概可以分为三大
类：①东侧场地高的部分需要爆破；②西侧靠近水库的需要打桩；③ 位于冲沟边缘的主楼需要进行地基处理。 2、地质概况 对烟台万科御龙山工程现场进行实地勘察和分析，得出其地质层的基本分布规律和评价如下：①第一层：素填土，厚度不均，变化较大，松散，固结性一般，工程性质差；②第二层：粉质粘土，场区部分钻孔分布，可塑，工程性质较差；③第三层：上层粉质粘土，场区部分钻孔分布，可塑-硬塑，中等压缩性，工程性质一般；中层中砂，场区部分钻孔分布，稍密-中密，饱和，工程性质一般；下层角砾混粘性土，主要分布在冲沟区域及商业楼部分区域，松散-稍密，饱和，该层土质极不均匀，局部粘性土与角砾互层，工程性质一般；④第四层：上层全风化云母片岩，风化成砂状，遇水软化、泥化，工程性质一般，承载能力一般；下层全风化闪长岩，风化成砂土状，承载能力一般；⑤第五层：上层强风化云母片岩，场区局部分布，分布区域稳定，厚度连续，场区厚度变化较大，物理力学性质较好，工程性质较好，岩体基本质量等级为V 级；中层强风化闪长岩，场区局部分布，场区厚度变化较大，物理力学性质较好，工程性质较好，岩体基本质量等级为V 级；下层强风化花岗岩，场区局部分布，场区厚度变化较大，物理力学性质较好，工程性质较好，岩体基本质量等级为IV 级； ⑥第六层：上层中风化云母片岩，场区局部分布，物理力学性质好，工程性质好，为场区稳定基岩；中层中风化闪长岩，场区局部分布，物理力学性质
机械结构设计的原则和特点
5.1.1机械结构设计的任务 机械结构设计的任务是在总体设计的基础上，根据所确定的原理方案，确定并绘出具体的结构图，以体现所要求的功能。是将抽象的工作原理具体化为某类构件或零部件，具体内容为在确定结构件的材料、形状、尺寸、公差、热处理方式和表面状况的同时，还须考虑其加工工艺、强度、刚度、精度以及与其它零件相互之间关系等问题。所以，结构设计的直接产物虽是技术图纸，但结构设计工作不是简单的机械制图，图纸只是表达设计方案的语言，综合技术的具体化是结构设计的基本内容。 5.1.2机械结构设计特点 机械结构设计的主要特点有：（1）它是集思考、绘图、计算（有时进行必要的实验）于一体的设计过程，是机械设计中涉及的问题最多、最具体、工作量最大的工作阶段，在整个机械设计过程中，平均约80%的时间用于结构设计，对机械设计的成败起着举足轻重的作用。（2）机械结构设计问题的多解性，即满足同一设计要求的机械结构并不是唯一的。（3）机械结构设计阶段是一个很活跃的设计环节，常常需反复交叉的进行。为此，在进行机械结构设计时，必须了解从机器的整体出发对机械结构的基本要求 5.2机械结构件的结构要素和设计方法 5.2.1结构件的几何要素 机械结构的功能主要是靠机械零部件的几何形状及各个零部件之间的相对位置关系实现的。零部件的几何形状由它的表面所构成，
一个零件通常有多个表面，在这些表面中有的与其它零部件表面直接接触，把这一部分表面称为功能表面。在功能表面之间的联结部分称为联接表面。 零件的功能表面是决定机械功能的重要因素，功能表面的设计是零部件结构设计的核心问题。描述功能表面的主要几何参数有表面的几何形状、尺寸大小、表面数量、位置、顺序等。通过对功能表面的变异设计，可以得到为实现同一技术功能的多种结构方案。 5.2.2结构件之间的联接 在机器或机械中，任何零件都不是孤立存在的。因此在结构设计中除了研究零件本身的功能和其它特征外，还必须研究零件之间的相互关系。 零件的相关分为直接相关和间接相关两类。凡两零件有直接装配关系的，成为直接相关。没有直接装配关系的相关成为间接相关。间接相关又分为位置相关和运动相关两类。位置相关是指两零件在相互位置上有要求，如减速器中两相邻的传动轴，其中心距必须保证一定的精度，两轴线必须平行，以保证齿轮的正常啮合。运动相关是指一零件的运动轨迹与另一零件有关，如车床刀架的运动轨迹必须平行于于主轴的中心线，这是靠床身导轨和主轴轴线相平行来保证的，所以，主轴与导轨之间位置相关；而刀架与主轴之间为运动相关。 多数零件都有两个或更多的直接相关零件，故每个零件大都具有两个或多个部位在结构上与其它零件有关。在进行结构设计时，两零件直接相关部位必须同时考虑，以便合理地选择材料的热处理方式、
汽车车身轻量化结构设计
汽车车身轻量化结构设计 2011届分类号: 单位代码 :10452 本科专业职业生涯设计 题目汽车车身轻量化结构设计 姓名 学号 年级 2007级 专业车辆工程 系 (院) 工学院 指导教师 2011年4月24日星期日 目录 人生需要梦想 ............................................ 2 ,一, 引言 ............................................. 4 ,二, 自我分 析 ......................................... 4 ,三, 环境条件分 析 ..................................... 4 3.1 家庭条件分 析 (4)
3.2 社会环境的分析 ...................................... 4摘 要 (5) ABSTRACT (5) 汽车车身轻量化概述 ................................ 6 第1章 1.1 汽车轻量化的意义 .................................... 6 1.2 汽车轻量化的发展 .................................... 6 第2章汽车车身轻量化设计的材料选择 . (7) 2.1 高强度钢是占主导地位的轻量化材料 (7) 2.2铝合金是最有希望取代钢铁材料的轻量化材料 (11) 2.3塑料和复合材料 ...................................... 12 第3章汽车轻量化设计的分析 .............................. 13 3.1轻量化设计的分析原则 ................................ 13 3.2减重:轻量化评价参 量 ................................ 14 3.3性能:满足各类碰撞法 规 .............................. 15 3.4轻量化与成本的关 系 .................................. 16 第4章运用CAE技术进行某微型客车车架结构的分析与优化设计 16 4.1 CAE技术 ............................................ 16 4.2动力学分析 .......................................... 17 4.3静力分 析 ............................................ 20 4.4优化设 计 ............................................ 23 第五章结束 语 .......................................... 24 参考文 献 ............................................... 25 谢 辞 (26) 2
钢结构优点
钢结构优点 抗震性 低层别墅的屋面大都为坡屋面，因此屋面结构基本上采用的是由冷弯型钢构件做成的三角型屋架体系，轻钢构件在封完结构性板材及石膏板之后，形成了非常坚固的"板肋结构体系"，这种结构体系有着更强的抗震及抵抗水平荷载的能力，适用于抗震烈度为8度以上的地区。 抗风性 型钢结构建筑重量轻、强度高、整体刚性好、变形能力强。建筑物自重仅是砖混结构的五分之一，可抵抗每秒70米的飓风，使生命财产能得到有效的保护。 耐久性 轻钢结构住宅结构全部采用冷弯薄壁钢构件体系组成，钢骨采用超级防腐高强冷轧镀锌板制造，有效避免钢板在施工和使用过程中的锈蚀的影响，增加了轻钢构件的使用寿命。结构寿命可达100年。 保温性 采用的保温隔热材料以玻纤棉为主，具有良好的保温隔热效果。用以外墙的保温板，有效的避免墙体的“冷桥”现象，达到了更好的保温效果。100mm左右厚的R15保温棉热阻值可相当于1m厚的砖墙。 隔音性 隔音效果是评估住宅的一个重要指标，轻钢体系安装的窗均采用中空玻璃，隔音效果好，隔音达40分贝以上；由轻钢龙骨、保温材料石膏板组成的墙体，其隔音效果可高达60分贝。 健康性：干作业施工，减少废弃物对环境造成的污染，房屋钢结构材料可100%回收，其他配套材料也可大部分回收，符合当前环保意识；所有材料为绿色建材，满足生态环境要求，有利于健康。 ? 舒适性
轻钢墙体采用高效节能体系，具有呼吸功能，可调节室内空气干湿度；屋顶具有通风功能，可以使屋内部上空形成流动的空气间，保证屋顶内部的通风及散热需求。dd 快捷 全部干作业施工，不受环境季节影响。一栋300平方米左右的建筑，只需5个工人30个工作日可以完成从地基到装修的全过程。 环保 材料可100%回收，真正做到绿色无污染。 节能 全部采用高效节能墙体，保温、隔热、隔音效果好，可达到50%的节能标准。 钢结构的优势 钢结构与其它建设相比，在使用中、设计、施工及综合经济方面都具有优势，造价低，可随时移动。 一、钢结构住宅比传统建筑能更好的满足建筑上大开间灵活分隔的要求，并可通过减少柱的截面面积和使用轻质墙板，提高面积使用率，户内有效使用面积提高约6%。 二、节能效果好，墙体采用轻型节能标准化的C型钢、方钢、夹芯板，保温性能好，抗震度好。节能50%， 三、将钢结构体系用于住宅建筑可充分发挥钢结构的延性好、塑性变形能力强，具有优良的抗震抗风性能，大大提高了住宅的安全可靠性。尤其在遭遇地震、台风灾害的情况下，钢结构能够避免建筑物的倒塌性破坏。 四、建筑总重轻，钢结构住宅体系自重轻，约为混凝土结构的一半，可以大大减少基础造价。 五、施工速度快，工期比传统住宅体系至少缩短三分之一，一栋1000平米只需20天、五个工人方可完工。 六、环保效果好。钢结构住宅施工时大大减少了砂、石、灰的用量，所用的材料主要是绿色，100%回收或降解的材料，在建筑物拆除时，大部分材料可以再用或降解，不会造成垃圾。 七、以灵活、丰实。大开间设计，户内空间可多方案分割，可满足用户的不同需求。
坡地建筑设计的方法
坡地建筑设计的方法 坡地建筑设计的方法 摘要: 由于我国的幅员辽阔，地形复杂，人口众多，使得坡地建筑越来越多。坡地的地形处理是一种在新型建筑设计中很重要的工作，比平坦的地形更复杂，通过设计，探讨边坡的环境如何结合实际需要，分散的高和低的地形，科学合理利用，建筑设计点的地形，和努力营造一个健康的、良好的、与建筑环境的生态原则相一致的。 关键字：坡地建筑，建筑设计 中图分类号：TU2文献标识码： A 引言： 坡地建筑以其独特的地理条件和环境愈发地受到欢迎，坡地建筑指的是建在地面起伏较大处的建筑物，坡地是自然界的原生态资源，坡地建筑应该是景观建筑、原生态建筑和人文建筑。坡地建筑设计的基本理念是充分利用自然与坡地资源，使坡地建筑有别于其他建筑，形成独特的建筑风格。服从坡地自然形态，创造丰富的建筑空间，使建筑成为自然的有机组成部分，达到人、建筑、自然的和谐统一。 坡地建筑的定义 坡地建筑，即建于地面不同地形坡度的建筑物。坡地建筑是基于地貌环境的一种建筑类型，与其他建筑不同，它不同于一般的一段时间，风格，流派或功能划分的建筑类型。它具有以下特性：环境形态的复杂性—坡地环境是坡地建筑生成基因之一，它的空间属性和形态特征直接影响了坡地建筑形态的组织与体现。坡地是自然地貌中最常见的一种类型，然而由于它千变万化，庞杂浩繁，因而很难准确地以某一种方式加以分类。坡地建设用地常采用坡度为5~25%的坡地，其建筑的接地条件表现出良好的适地性、节地性、通达性和安全性等人居环境的条件要素。坡地建筑设计的基本理念是充分利用自然与坡地资源，服从坡地自然形态，创造丰富的建筑空间，使建筑成为自然的有机组成部分，达到人、建筑、自然的和谐统一。这样可使人们享受
汽车结构的轻量化设计方法综述李传博
Value Engineering 0引言 随着快速增长的汽车保有量，一方面，汽车作为方便、快捷的交通工具改善了人们的生活和工作方式；另一方面，却加剧了能源消耗，带来尾气、噪声等环境污染以及交通安全危害。汽车产业面临着节能、安全和环保的巨大压力。 针对上述问题，解决的重要途径是在对动力系统进行改进的同时积极开发和寻找替代能源及相关技术。 但受技术难度、开发周期和市场份额等问题制约，仅靠这一途径很难满足国家和市场的要求；另一个重要途径是整车轻量化。有关研究数据表明，若车桥、变速器等机构的传动效率提高10%，燃油效率可提高7%；若汽车整车质量降低10%，燃油效率可提高6% ～8%[1，2] 。车身占整个汽车制造成本60%，占汽车总重量的30~40%，空载情况下，70%的油耗将用于车身质量上[3]。图1展现了日本统计的乘用车自重与油耗之间关系。显而易见，当车辆的自重从1500kg 下降到1000kg 时，每升燃油平均行驶的里程由10km 上升到17.5km ，即每减重100kg ，每升油可多行驶1.5km ，也就是说在此区间内，燃油的经济性提高了5.7％－10％。 1车身结构轻量化设计的研究内容和方法 车身结构轻量化设计研究，主要从三个方面进行：一是结构优 化或创新，改进车身结构，使零部件薄壁化、中空化、小型化和复合化[6]，采用CAD/CAE/CAM/CAPP 数字化设计和制造技术提高零部件 开发质量；二是采用先进的车身制造工艺，如激光拼焊、 中高温成形、滚压或液压成形等；三是采用轻质高强度材料[7] 。宝马汽车轻量化设计方案就是综合运用各种技术在保证汽车性能前提下，最大限度的减轻汽车重量，如图2所示。 2轻量化材料在汽车结构轻量化中的应用 2.1高强度钢板高强度钢板材料在强度、塑性、抗冲击能力、回收使用及低成本方面具有综合优势。高强度钢板的明显优点是在车身结构设计上采用更薄的钢板，并获得相同的强度，在钢板厚度分别减小0.05、0.10和0.15mm 时可以使车身分别减重6%、12%和 18%[8] 。因此，在高强度钢板比传统钢在价钱上更贵的情况下，减轻了重量可使得两者实际成本相近。 未来十年，高强度钢在汽车中的应用会大幅度增加。 2.2铝合金比强度和比刚度十分优良的铝金属基复合材料研究开发的成功，是汽车轻量化的进一步发展的一个很好途径。据统计2010年每辆轿车的平均铝使用量与1998年相比增长53％，上升到130kg 。铝材的强度和刚度虽然是比钢材小很多，通过框架结构设计及采用更厚的板材也可以补偿这个不足，车身空间框架结构质量在使用铝材后下降47％，与此同时采用改进的断面形式将使车身 汽车结构的轻量化设计方法综述 The Review of Design Methods for Lightweight of Automobile Structure 李传博①Li Chuanbo ；谢然②Xie Ran ；郭琳②Guo Lin （①商洛学院城乡发展与管理工程系，商洛726000；②广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广州510640） （①Urban and Rural Development and Project Management Department of Shangluo University ， Shangluo 726000，China ；②Guangzhou Automobile Group Co.，Ltd.GAC Automotive Engineering Institute ，Guangzhou 510640，China ） 摘要：汽车结构轻量化对降低汽车排放和油耗具有重要意义。文章介绍了汽车结构轻量化的几个代表性研究项目；对高强度钢板、铝镁合金 及塑料等轻质高强度材料在车身结构轻量化中的应用进行了阐述；围绕新材料的先进成形工艺，如激光拼焊板、液压和气压成形，热冲压工艺等 成形工艺，以及自冲铆接等先进连接工艺进行了分析；同时还介绍了有关的汽车结构优化和创新设计方法。最后对汽车结构轻量化设计方法的发展动向进行了展望。 Abstract:Lightweight of automobile structure is important for vehicle emissions reduction and fuel consumption.It can be realized by using lightweight-high-strength materials,relative advanced forming process for automobile structure parts,connection technology and structure optimization or other innovation methods.This article describes a few representative research projects on automotive structural lightweight;elaborates the use of high strength steel,aluminum-magnesium alloy,plastics and other lightweight-high-strength materials in the lightweight of body structure;analyzes advanced forming process for new materials,such as tailored blanks,hydraulic and pneumatic forming,hot stamping,and advanced connectivity technology of the self-pierce riveting.It also presents the relative methods for structural optimization and innovative design.Finally,it prospects the development trend of design method for lightweight of automobile structure. 关键词：汽车轻量化；高强度钢板；激光拼焊板；自冲铆接Key words:lightweight of automobile ；high strength steel ；laser tailor-welded board ；self-piercing riveting 中图分类号：U462 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）19-0029-03 —————————————————————— —作者简介：李传博（1981-），男，陕西商洛人，硕士，讲师，研究方向为车辆检 测与诊断技术 。 ·29·
柴油机气门结构设计参考资料
柴油机气门结构设计 气门是燃烧室的组成部分，又是气体进、出燃烧室的通道，在工作中要承受极大的交变和冲击载荷及高温、高速燃气的冲刷与腐蚀作用，工况极为苛刻。气门设计的合理与否不仅与发动机的技术经济指标有关，还与整机的可靠性和气门的使用寿命密切相关。气门设计中除应进行详尽的强度和刚度计算外，还应考虑气流的通过能力、气门与气门座的密封、气门的材料及冷却、润滑与磨损等。根据目前国内柴油机气门设计的实际状况，结合柴油机气门的制造及配套情况，谈一下笔者的认识。气门属配气机构的关键基础件，如图1所示其主要结构包括盘外圆、盘锥圆、盘部厚度、颈部、杆部及锁夹槽等部分。 1、 盘外圆D 为了获得最佳容积效率，气门头部直径通常是越大越好，但因受燃烧时间的限制，进气门直径为气缸直径的42~48%。即(0.42~0.48)t d D ==56.7~64.8mm 取用60mm 。 一般来说，考虑到吸气作用，进气门直径要比排气门大15~20%,以改善充气效率，即：' (0.8~0.85)t t d d ==48~51mm ，取用50mm 通常允许气门头部外圆伸出已精加工的气门座之外约0.5~1.0mm ，气门盘外圆通常为气口直径的1.15倍。这样可以使气门座有足够的宽度以利于气门头的传热。 2、 锥面角度α 气门头部的密封锥度有30?和45?两种，较大锥角可提高气门头部边缘的刚度，保证其门追缴面与底座良好的自动对中作用和密封面的较大比压，利于辗压积碳。大多数气门设计都采用45?锥面角，实践证明45?锥面角不但能提供良好的密封性，而且能够满足气门座合的耐磨性要求，锥面积碳比较厚的柴油机，一般都用45? 锥面角，由此可以获得较好的座合和较高的座合压力而不必减少密封面积，这样积碳就容易被压扁或擦掉。 气门与气门座合面宽约为1.5~3.0mm ，气门座圈的锥角应比气门密封锥角略大0.5?~ 1?（如图2），这可形成一条较窄的座合面密封带，提高座合压力，限制积碳层厚度，改善热传导。气门锥面宽度一般盘外圆t d 的0.05~0.12倍，即(0.05~0.12)t d =3~7.2mm 。取4mm 。 3、 盘部厚度H 为保证气门头部有足够的刚度和尽可能轻的质量，在设计中应合理选取盘厚H 尺寸，据资料表明，本设计中的爆发压力为7.6MPa ，气门盘纸部厚度H 为其径t d 的0.1倍即可满足刚度要求。即H=0.1t d =6mm 。 4、 颈部过渡锥角β和过渡半径R 气门颈部过渡锥角β和过渡半径R 的大小对气流有很大的影响，锥角β应保证气流的圆滑过渡，但更重要的是能够保证气门颈部表面各处的应力分布均匀。一般来说，排气门的过渡角β及过渡半径R 比进气门要大些。R 尺寸按（0.2~0.5）t d 计算。β值一般为?15~?30，
钢结构设计的八大要点
钢结构设计的八大要点 钢结构设计要点 钢结构设计简单步骤和设计思路 （一)判断结构是否适合用钢结构 钢结构通常用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有 较大振动、高温车间、密封性要求高、要求能活动或经常装拆的结构。直观的说：大厦、体育馆、歌剧院、大桥、电视塔、仓棚、工厂、住 宅和临时建筑等。这是和钢结构自身的特点相一致的。 （二）结构选型与结构布置 此处仅简单介绍。详请参考相关专业书籍。由于结构选型涉及广泛, 做结构选型及布置应该在经验丰富的工程师指导下进行。 在钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是“概念设计”,它在结构 选型与布置阶段尤其重要。对一些难以作出精确理性分析或规范未规 定的问题，可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的设计思想，从全局的角度来 确定控制结构的布置及细部措施。运用概念设计可以在早期迅速、有 效地进行构思、比较与选择。所得结构方案往往易于手算、概念清晰、定性正确，并可避免结构分析阶段不必要的繁琐运算。同时，它也是 判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。（无论结构软件 如何强大，扎实的结构概念和力学分析，及可靠的手算能力，才是过 硬的素质。）钢结构通常有框架、平面(木行)架、网架（壳）、索膜、轻钢、塔桅等结构型式。 其理论与技术大都成熟。亦有部分难题没有解决,或没有简单实用的设 计方法，比如网壳的稳定等。 结构选型时，应考虑它们不同的特点。在轻钢工业厂房中，当有较大 悬挂荷载或移动荷载，就可考虑放弃门式刚架而采用网架。屋面上雪
压大的地区，屋面曲线应有利于积雪滑落（切线50度内需考虑雪载），如亚东水泥厂石灰石仓棚采用三心圆网壳。总雪载释放近一半。降雨 量大的地区相似考虑。建筑允许时，在框架中布置支撑会比简单的节 点刚接的框架有更好的经济性。而屋面覆盖跨度较大的建筑中，可选 择构件受拉为主的悬索或索膜结构体系。高层钢结构设计中，常采用 钢混凝土组合结构，在地震烈度高或很不规则的高层中，不应单纯为 了经济去选择不利抗震的核心筒加外框的形式。宜选择周边巨型src 柱，核心为支撑框架的结构体系。我国半数以上的此类高层为前者。 对抗震不利。（把受力单元尽可能的向结构外围布置，是充分利用材 料性能的关键，就像中空的竹子一样，所以外强内弱很重要。） 结构的布置要根据体系特征,荷载分布情况及性质等综合考虑。一般的 说要刚度均匀。力学模型清晰。尽可能限制大荷载或移动荷载的影响 范围,使其以最直接的线路传递到基础。柱间抗侧支撑的分布应均匀。 其形心要尽量靠近侧向力(风震)的作用线。否则应考虑结构的扭转。 结构的抗侧应有多道防线。比如有支撑框架结构,柱子至少应能单独承 受1/4的总水平力。 框架结构的楼层平面次梁的布置,有时可以调整其荷载传递方向以满足 不同的要求。通常为了减小截面沿短向布置次梁，但是这会使主梁截 面加大，减少了楼层净高,顶层边柱也有时会吃不消，此时把次梁支撑 在较短的主梁上可以牺牲次梁保住主梁和柱子。 （三）预估截面 结构布置结束后，需对构件截面作初步估算。主要是梁柱和支撑等的 断面形状与尺寸的假定。 钢梁可选择槽钢、轧制或焊接h型钢截面等。根据荷载与支座情况， 其截面高度通常在跨度的1/20～1/50之间选择。翼缘宽度根据梁间侧 向支撑的间距按l/b限值确定时，可回避钢梁的整体稳定的复杂计算，这种方法很受欢迎。确定了截面高度和翼缘宽度后，其板件厚度可按 规范中局部稳定的构造规定预估。
高层建筑结构设计特点.
浅论高层建筑结构特点及其体系 [摘要]文章分析高层建筑结构的六个特点,并介绍目前国内高层建筑的四大结构体系:框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构和筒体结构。 [关键词]高层建筑;结构特点;结构体系 我国改革开放以来,建筑业有了突飞猛进的发展,近十几年我国已建成高层建筑万栋,建筑面积达到2亿平方米,其中具有代表性的建筑如深圳地王大厦81层,高325米;广州中天广场80层,高322米;上海金茂大厦88层,高420.5米。另外在南宁市也建起第一高楼:地王国际商会中心即地王大厦共54层,高206.3米。随着城市化进程加速发展,全国各地的高层建筑不断涌现,作为土建工作设计人员,必须充分了解高层建筑结构设计特点及其结构体系,只有这样才能使设计达到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的基本原则。 一、高层建筑结构设计的特点 高层建筑结构设计与低层、多层建筑结构相比较,结构专业在各专业中占有更重要的位置,不同结构体系的选择,直接关系到建筑平面的布置、立面体形、楼层高度、机电管道的设置、施工技术的要求、施工工期长短和投资造价的高低等。其主要特点有: (一水平力是设计主要因素 在低层和多层房屋结构中,往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计。而在高层建筑中,尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要影响,但水平荷载却起着决定性作用。因为建筑自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值,仅与建筑高度的一次方成正比;而水平荷载对结构产生的倾覆力矩、以及由此在竖向构件中所引起的轴力,是与建筑高度的两次方成正比。另一方面,对一定高度建筑来说,竖向荷载大体上是定值,而作为水平荷载的风荷载和地震作用,其数值是随着结构动力性的不同而有较大的变化。
柴油机结构原理分析解析
柴油机结构 一、发动机的工作原理 发动机的功能是将燃料在气缸内燃烧使其热能转换成机械能，从而输出动力。能量的转换是通过不断地依次反复进行“进气—压缩—做功——排气”四个连续过程来实现的，每进行这样一个连续过程就叫做一个工作循环。 1、进气冲程—活塞由曲轴带动从上止点向下止点运动，此时排气门关闭，进气门开启。活塞移动的过程中，气缸内的容积逐渐增大，形成一定的真空度，于是经过虑芯的空气通过进气门进入气缸。直至活塞到达下止点时，进气门关闭，停止进气。 2、压缩冲程—进气冲程结束时，活塞在曲轴的带动下，从下止点向上止点运动，气缸容积逐渐减小，由于进排气门均关闭，气体被压缩，气缸内温度上升，直至活塞到达上止点时，压缩结束。 3、做功冲程—在压缩冲程末，高压油嘴喷出高压燃油与空气混合，在高温、高压下混合气体迅速燃烧，使气体的温度、压力迅速升高而膨胀，从而推动活塞由上止点向下止点运动，再通过连杆驱动曲轴转动做功，至活塞到下止点时，做功结束。 4、排气冲程—在做功冲程结束时，排气门被打开，曲轴通过连杆推动活塞由下止点向上止点运动，废气在自身剩余压力和活塞的推力作用下，被排出气缸，直至活塞到达上止点时，排气门关闭，排气结束。排气冲程终了时由于燃烧室容积存在，气缸内还存少量废气，气体压力也因排气门和排气管的阻力而仍高于大气压。
二、发动机的总体构造 柴油机由两大机构四大系统组成。 1、柄连杆机构—曲柄连杆机构主要由构成气缸的机体、活塞、连杆、曲轴和飞轮等组成。 由发动机的工作循环可知，混合气在气缸内燃烧产生的高压是通过活塞、连杆、曲轴而变为有用的机械能输出的；反之，工作循环的准备过程也是由曲轴通过连杆通过活塞作往复运动来实现的。可见，曲柄连杆机构是发动机维持工作循环，实现能量转换的核心。 2、配气机构—为使发动机的工作循环能够连续进行，必须定时地开闭气门，以便向气缸内充入新鲜气体和排出废气。它主要由气门和控制气门开闭的凸轮轴及其他传动件等组成。 3、燃料供给系—从发动机的工作循环可知，柴油机要向气缸内提供纯空气并在规定时刻向气缸内喷入燃油。另外，需要将燃烧完的废气按规定的管路导出。柴油机的燃料供给系主要由燃油箱、喷油泵、喷油器、进、排气管、虑清器等组成。 4、润滑系—发动机内部有很多高速运动的摩擦表面，为了减小摩擦阻力和减缓磨损，需要向这些摩擦表面提供润滑油。润滑系主要由油底壳、机油泵、油道、虑清器等组成。 5、冷却系—发动机工作时，气缸内气体燃烧的热量在使气体膨胀做功的同时，不可避免地将会加热与它相接触的机件，为了保持正常的工作温度，需将机件的多余热量散发出去。冷却系有水冷和风冷两种，水冷主要由散热器、风扇、水泵、水套等组成；风冷主要由风扇、散
坡地建筑挡土墙设计探讨
坡地建筑挡土墙设计探讨 中國建筑有许多因为不重视挡土墙的设计，从而引起事故的例子屡见不鲜，经济损失惨重。挡土墙设计是否合理，关系到建筑的稳定性及滑坡问题。本文根据笔者多年的工作经验，对挡土墙的设计进行分析。 标签坡地；挡土墙；结构设计 引言 在设计坡地建筑的时候有什么难点呢？坡地建筑有四个不原则：①除了保护生态环境来说，具体来讲，超过15米以上的大树，或者是有价值的树种，珍贵的树种，尽量的保留，不要砍伐，必要的时候可以移栽；②尽量不做大量的挖土和填土；③尽量不做太高的挡土墙，最好不要超过1.5米；我曾经在参与过一个项目，原来这个首席的设计，是好多很高的挡土墙，有的甚至是4、5米高，一般都有3米高，如果我们认真地去做总图设计，认真地区用这些山体的原件，就可以减少很多的挡土墙，其后的第二第三期的设计，我们已经减少好多的挡土墙，而这些挡土墙在建造的时候全部都不会超过1.5米；④如果有些区内的道路，要衡过山谷，这个架桥道路的高度，最好不要超过1.5米，因为挡土墙和高架桥，不单只是建筑成本比较贵，在视觉上会影响山坡的生态上都是不值得鼓励的，问题是要花一些心思，用一些聪明的办法，就可以令到小区里面的规划，一方面可以减少道路面积，做到局部的人车分流，提高这个成本的效益。采取这个四个不的原则，但是这样是要多花心思的。以下为笔者对挡土墙设计方面的一些建议。 1、挡土墙设计的前期准备工作 在进行挡土墙设计前，必须充分做好准备工作，才能把挡土墙设计做好。设计前需获得工程地点的平面地形图及相关的地形剖面图，同时去现场实地踏勘或测量，必要时对现场进行专门的地质勘察工作，获得工程地质勘察部门提交的工程地质勘察报告。设计人员应根据工程特点及挡土墙设计需要，对勘察工作提出具体要求。如勘察范围应根据开挖深度及场地的岩土工程条件确定，并宜在开挖边界外按开挖深度的1～2 倍范围内布置勘测点，对于软土，勘察范围宜扩大；勘察的深度应根据挡土墙结构设计的要求确定，不宜小于 1 倍开挖深度，软土地区应穿越软土层；勘探点间距应视地层条件确定，可在15～30m 内选择，地层变化较大时，应增加勘探点，查明其分布规律。对于规模较小的工程和重要性较低的工程，如果没有专门的地质勘察资料，一般可按照当地或场地附近的相关地质资料作为参考设计。 2、挡土墙结构设计方案的确定 对于一个挡土墙的结构设计，应当根据现场的自然地形、地质及当地的经验及技术条件，综合考虑选定一个最优的设计方案。这个方案应是符合国家的经济技术方针、政策、规范及条例，技术先进，安全可靠，造价经济，施工方便的挡
汽车座椅轻量化结构设计与优化
汽车座椅轻量化结构设计与优化 摘要：随着汽车总保有量的不断增加，汽车与能源、环保之间的矛盾己成为制约汽车产业可持续发展的突出问题。面对低碳时代的到来和节能减排的巨大压力，汽车轻量化是解决这一问题最有效、最现实的途径之一。从而推动了新材料新工艺在汽车工业中的应用和发展。其中，尤为引人注目的是铝合金在汽车轻量化中的应用和发展。本文从座椅骨架材质轻量化、结构优化设计及成形工艺分析等方面入手对汽车座椅进行了轻量化设计研究。 关键词：汽车座椅；轻型化；结构设计；铝合金；低压铸造 随着汽车总保有量和新增量的不断增加，汽车耗油量及汽车二氧化碳、有害气体及颗粒的排放量也在快速增加。在能源日益紧缺，环境同益恶化的今天，这种矛盾己成为制约汽车产业可持续发展的突出问题。面对能源危机和低碳环保的巨大压力，解决这一矛盾最有效、最现实的方法之一，也是当今世界汽车工业发展的潮流，就是实现汽车的轻量化。 1.汽车轻量化概念 汽车轻量化（Lightweight of Automobile）就是必须在保证汽车使用性能，如强度、刚度和安全性的前提下，降低汽车的重量，从而提高汽车的动力性能，燃油经济性，并且降低废气污染。汽车轻量化并不只是简单地降低汽车重量，还包含了许多新理论、新材料、新工艺。 根据美国铝协会研究，若汽车整车重量降低10%，其燃油效率可提高6%～8%；汽车整车重量每减少100kg，其百公里油耗可降低O.3～0.6L，二氧化碳排放量可减少约59/km。 总的来说，实现汽车轻量化主要有2种途径：一是利用有限元方法，拓扑优化方法改进汽车整车结构及零部件结构，实现结构件材料分布最优化；二是利用各种轻量化材料，包括高强度钢板材料和轻质材料。 结构轻量化设计就是利用有限元法和现代优化设计方法进行结构分析和结构优化，以减轻汽车车身、各零部件如发动机、承载件件和内饰件的重量。结构优化设计即在保证产品达到某些性能目标（如强度、刚度）并满足一定约束条件的前提下，改变某些设计变量，使结构的重量最轻，这不但节省了材料，也便于运输和安装。优化设计以数学规划为理论基础，将设计问题的物理模型转换成数学模型，运用最优化数学理论，以计算机和商业软件为优化工具，在充分考虑多种约束的前提下满足设计目标的最佳设计方案。有限元法在结构设计中被广泛使用，它可以使任何复杂的工程问题，简化为有限元模型进行分析研究。目前广泛使用的结构优化工具Altair Optistruct，以有限元法为基础，提供拓扑优化、尺寸优化、形貌优化、自由形状优化等多种优化方法，可以对汽车车架结构及各零部件结构进行分析和优化。在有效满足设计功能及外型要求的前提下，先经过概念