汽车汽油滤清器的设计

汽车汽油滤清器的设计 目 录 中文摘要 .................................................................................................. ? 英文摘要 .................................................................................................. ? 1 绪论 ....................................................................................................... 1 1.1 引言 ................................................................................................ 1 1.2 选题背景 ........................................................................................ 2 1.3 设计的内容和意义 ......................................................................... 2 2 奔奔轿车汽油滤清器的原理和#设计# ............................................... 2 1.1 汽油滤清器的工作原理 .................................................................. 2 1.2本设计的设计方案及流程 ............................................................... 2 3 奔奔轿车汽油滤清器的设计计算 .......................................................... 3 3.1 奔奔轿车汽油滤清器的工作要求 ................................................... 3 3.2 奔奔轿车汽油滤清器的结构设计 ................................................... 3 3.3 额定流量的计算 ............................................................................. 3 3.4 滤芯的设计 .................................................................................... 3 3.4.1 滤芯的材料的选择 ............................................................. 3 3.4.2 滤芯的结构设计 ................................................................ 4 3.4.3 滤芯的设计计算................................................................. 4 3.4.4 滤芯的设计结果 ................................................................. 7 3.5弹簧的选择计算 .............................................................................. 8 3.5.1 弹簧的工作要求 ................................................................ 8 3.5.2 弹簧的设计计算 ................................................................... 8 3.5.3 弹簧的设计结果 ................................................................... 9 3.6 外壳的设计 ................................................................................ 10 3.6.1 外壳的材料的选择 ............................................................ 10 3.6.2 外壳的设计计算 ................................................................ 12 3.7 密封圈的选择 ............................................................................... 14 3.5.1 密封圈的工作要求 ............................................................. 14 3.5.2 密封圈的选择 .................................................................... 15 4 奔奔轿 车汽油滤清器的试验 ................................................................ 15 4.1 密封性试验(气泡试验) .......................................................... 15 4.2 压力降—流量特性试验 ................................................................ 16 4.3原始滤清效率试验 ........................................................................ 17 4.4 滤清器原始阻力试验 ................................................................... 19 4.5 耐振动试验 .................................................................................. 20 4.6 耐冷耐热试验 ............................................................................... 20 5 奔奔轿车汽油滤清器的制造 ................................................................ 20 5.1 滤芯的制造及过程 ....................................................................... 20 5.2 弹簧的制造及过程 ....................................................................... 21 6 结束语 .................................................................................................. 22 7 参考文献 .............................................................................................. 23 8 致 谢 ..................................................................................................... 24 奔奔轿车汽油滤清器的设计 奔奔轿车汽油滤清器的设计 摘 要 本次设计题目为奔奔轿车的汽油滤清器设计。本文第一、二部分介绍 了汽油滤清器的工作原理、国内外发展现状和本次设计的汽油滤清器的总 体设计方案等内容。第三部分具体分析了纸质滤芯、压缩弹簧、密封圈和 壳体的结构，并对以上零件进行设计计算或选择。第四部分通过对设计出 的汽油滤清器进行密封性试验、原始滤清效率的试验等各种试验来验证设 计出的汽油滤清器是否能够满足要求的相关性能。第五部分简单介绍了重 要零部件的制造过程。最后第六、七部分叙述了本次设计的心得和对老师、 同学们的感谢。 关键词 奔奔轿车汽油滤清器/ 设计 I 奔奔轿车汽油滤清器的设计 The Design Of Benben Car Gasoline Filter Abstract: This design is about fuel filter design of Benben car . This first and second part of the paper describes how the fuel filter works, content development and current situation at home and abroad, such as the overall design of this fuel filter design. The third part analyzes the paper filter, compression spring structure, seals and housing, and more parts for design calculations or choice. The fourth part of the design are various tests such as the fuel filter tightness,the original filtration efficiency test to verify that the fuel filter designed meets the requirements of the relevant properties. The fifth part introduces the important parts of the manufacturing process. Finally, the sixth, seventh section describes the design of the experience and the thanks for the teachers and the students . KEY WORDS Benben car fuel Filter / Design II 奔奔轿车汽油滤清器的设计 1 绪论 1.1 引言 长安奔奔是一款经济型的小轿车，是长安汽车历经3年时间，由上百 名中外专家和技术人员设计和研发完成的，奔奔的外形给人一种充满力量、 时刻蓄势待发的锐劲感觉，这对于喜欢追求新鲜事物，对生活充满激情， 同时追求不断进步不断超越自我的“奔奔族”，是一种极佳的契合。奔奔 轿车凭借其独特的优势，赢得很多消费者的青睐。 发动机是汽车的心脏，为汽车的行走提供动力，关系着汽车的动力性、 经济性、环保性。汽油滤清器是发动机的一个重要部件，滤清的好坏直接 影响发动机供油系的正常工作，因而导致发动机经济性的好坏。 因此，汽油滤清器过滤性能的好坏对发动机的可靠性、经济性、动力 性和其使用寿命均有重要影响。 汽油滤清器是发动机的肾脏，为发动机提供干净的血液，关系着发动 机的正常运行，汽油滤清器得功能是滤除进入发动机的汽油中的固态物质 和水分，使汽油洁净。由于汽油中得固态物质回堵塞油道和油孔而导致发动机动力性能下降，甚至熄火停机，同时会增加喷油阀运动副的磨损;由于汽油中的固态物质进入燃烧室会增加活塞环与气缸壁得磨损，同时也会增加发动机尾气排放中得固态物质;由于汽油中的水分会降低发动机得动力性能甚至熄火停机，同时也会增加供油系统金属件的锈 。 因此，汽油滤清器在发动机工作中起着重要的作用，使发动机有效发挥动力性能，减少停机故障发生，延长发动机使用寿命，有益与环境保护。 1.2 选题背景 国内情况:早期国产汽车的汽油滤清器，是采用镀锌铁皮冲成斜孔然后卷成圆筒。这种结构的滤清器效果很差，而且在汽油内水的作用下生成氧化物可直接进入发动机内，引起气缸活塞组零件的磨损。目前，国产的轿车、吉普车、货车几乎都采用装有陶瓷滤芯的282型汽油滤清器。陶瓷滤清器的过滤效率比镀锌铁皮滤芯好，但是滤料本身就是磨料，当砂粒粘结不牢，常有砂粒掉一下来，这对发动机是很不利的。据调查了解，国内陶瓷滤芯的使用寿命差别较大，一般使用几千公里就堵塞，个别也有用到一万多公里的。这主要与油料的清洁状况、司机保养情况及滤芯本身 1 奔奔轿车汽油滤清器的设计 的质量等方面的因素有关。使用中发现，陶瓷滤芯的孔隙被胶质和杂质堵塞后，通过清洗的办法不易复原，当买不到滤芯备件时，汽车就处在无汽油滤芯的状态下工作。 国外情况:欧美和日本等国的汽油滤清器，由于对汽油过滤性能要求不断提高，由铜网、铜片、多孔纸板发展到了微孔滤纸。因为滤纸过滤效 果好而被普遍采用。 1.3 设计的内容和意义 根据毕业设计的要求，结合自己的专业特点，选择设计汽车燃油供给系统的一个总成件，即汽油滤清器，将燃油进行过滤，过滤掉燃油的水分和杂质。设计出汽油滤清器，制定零件的全部的工艺过程，设计组成总成的所有零件，并完成总成的装配方案，书写设计。通过设计，将自己大学所学的基础知识充分应用到设计中，同时锻炼学生的实际应用能力。另外，锻炼学生对资料的利用、外界资源的使用情况，并保持与时俱进的品质。最后，锻炼学生的面对困难的决心、能力。 2 奔奔轿车汽油滤清器的工作原理和设计方案 2.1 奔奔轿车汽油滤清器的工作原理 汽油滤清器简称汽滤。汽油滤清器的作用是将汽油中的水分和杂质滤除。发动机工作时，燃油在汽油泵的作用下，经过进油管进入滤清器的沉淀杯中。由于此时容积变大，流速变小，比油重的水及杂质颗粒便沉淀于杯的底部，轻的杂质随燃油流向滤芯，而清洁的燃油从滤芯的微孔渗人滤芯的内部，然后经油管流出。 2.1 奔奔轿车汽油滤清器的设计方案 本次设计采用由纸质滤芯、弹簧、密封圈、壳体组成的汽油滤清器来适合奔奔轿车发动机供油系统的正常进行。 其中纸质滤芯由内圈支撑管、打摺滤纸、外圈过滤层组成，通过流量、流速等参数进行设计，保证过滤面积、过滤效率等工作要求。 弹簧根据工作时承受的压力等条件进行设计计算，并校验是否能正常 工作。 密封圈根据汽车行业进行选取。 壳体通过设计出的纸质滤芯及弹簧等零件的尺寸以及工作经验等参数来设计，其中壳体是经过模具拉伸而得，上、下壳体通过铆合而连接。 2 奔奔轿车汽油滤清器的设计 3 奔奔轿车汽油滤清器的设计计算 3.1 奔奔轿车汽油滤清器的工作要求 (1)额定流量0.8L/min，总成原始阻力不大于9.8Kpa。 (2)滤纸过滤精度6-10um，过滤效率不小于90%。 (3)过滤面积不小于600cm2。 (4)产品外表面喷黑粉，盐雾试验96小时后无锈蚀。 (5)耐振动:振动加速度10g，振幅?3.5mm，振动时间1h，试验后产品完好。 (6)总成密封试验，保压1min，不允许渗漏。 (7)使用93#汽油。 3.2 奔奔轿车汽油滤清器的结构设计 现代汽车发动机的燃油过滤器都采用直通式的灌装结构，即一次性使用的可弃式过滤器，它由外壳和滤芯及其其它配件组成，根据奔奔汽车的使用经济性等方面考虑，本次设计采用由外壳、滤芯、弹簧、密封圈组成的直通罐式汽油滤清器来满足工作要求。 汽油从入口进入汽油滤清器，然后经过滤芯的过滤，从出口出油。 3.3 汽油滤清器的额定流量 本次设计选择奔奔轿车JL466QL型号的发动机，发动机类型为内燃机，发动机主要参数为:汽缸数4个、气缸排列方式为直列、汽缸数4个、缸盖材料铝合金、气缸形式DOHC、工作方式为自然吸气、排气量为1.0L、压缩比为10.5、发动机功率为51KW、发动机马力为69Ps、发动机最大扭矩为91N.M，燃油及标号为汽油93#、供油方式为多点电喷、环保类型为国IV、官方油耗为5.2L/100Km、最高车速为158Km/h。供应此奔奔轿车的汽油泵的出口流量为90L/h，出口压力为0.35MPa。 根据以上参数及设计经验，可得额定流量Q=0.8L/min。 3.4 滤芯的设计 3.4.1 滤纸的材料的选择 滤芯有多孔陶瓷和纸质的两种。纸质滤芯由经树脂处理过的微孔滤纸制成，滤清 效率高，成本低廉，更换方便，因此得到广泛应用。燃油滤清器按过滤材料分为滤纸式、绕线式、棉纸式、毛毡式、刮片等型式，其中滤纸式寿命长，效率高，成本 3 奔奔轿车汽油滤清器的设计 低，成为燃油滤清器的主流。 由此本次设计采用纸质滤芯。 根据汽车行业标准中的关于内燃机工业滤纸(QC,T 794-2007)中表三燃油滤纸技术指标，选取R55号滤纸，并可知其平板纸厚度?为0.40-0.50mm，其耐破度?350KPa，最大孔径?65um，平均孔径?50um，透气度?55L/(m2.s)，挺度(纵向)?2000mg，抗水性为1min不渗透，水分为5.0?2.0%。滤纸性能:容量120克/平方米、最大孔径 50微米、平均孔径 40微米、透气度90、格林挺度2700毫克、耐破度180kpa、树脂含量 18%。 3.4.2 滤芯的结构设计 纸滤芯基本属于表面过滤，表面积愈大，它的通过能力就愈大，使用寿命就愈长，过滤阻力就愈小，因此力求在有限的空间内，增大过滤面积，目前纸滤芯普遍采用菊花形横断面折叠方式。滤芯总面积根据需求，采用内有圆形支撑管支撑，外有纸质滤芯，两端有端板固定的圆形滤芯。 3.4.3 纸质滤芯的设计计算 滤芯的主要结构参数有滤芯内接圆折距t、滤芯外接圆直径D、滤芯内接圆直径d、滤纸纸宽b=0.5(D-d)，折数n=?d/t等，此外，还有滤芯高度H。 图3-1 滤纸剖面图 (1)滤芯内接圆折距t t过小，容易产生并折，且阻力增大。一般设计时取折距t等于或略大于3?(?为滤纸厚度)为宜。由前面所选取的滤纸?为0.40-0.50mm，取?=0.45mm，则 4 奔奔轿车汽油滤清器的设计 t?1.35mm,取t=1.5mm。 (2)理论所需过滤面积 A=Q/k (3-1) 将Q=0.8L/min代入得，A=2400 cm2 A——过滤面积，cm2 Q——额定体积流量，L/min k——流量常数，m3/h.cm2 通常取0.02 实际过滤面积 由于其他因素实际所需过滤面积应该大于理论所需面积， Q=AF=0.8F (3-2) 得F=2962.296cm2 Q——额定体积流量，L/min A——0.00027，L/(min*cm2) F——滤芯有效过滤面积，cm2 k——流量常数，m3/h.cm2 通常取0.03 (3)滤纸的折数计算 滤芯的面积计算公式: A?2nbH??m(1?m)HD2/t (3-3) 式中:m?d/D n为折数 H为滤芯高度 D为滤纸的外径 t为滤纸的厚度，t=1.5mm。 当m?0.5,即D?2d时表面积最大，其值为 Amax??HD2/(4t) (3-4) 图3-1中可以看到，当m值在0.3-0.7范围内变化时，表面积A比最大表面积Amax最多才减少16%。这就使m的选择有较大的自由度。而且m值大于0.5与小于0.5同一量时可以得到同样的面积。例如m=0.3和m=0.7，其A均为0.84Amax。但d=0.7D(m=0.7)时， 5 奔奔轿车汽油滤清器的设计 折宽b就小，纸芯的强度好。d值小，折宽大，则强度较差。因此在实际设计中，当D值一定而d值不可能做到0.5D而满足最大表面积条件时，应尽可能取m>0.5来取d。 1.00.90.80.7 2018161412108 2 64 A/Amax 0.50.40.30.2 2 0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 m=d/D 图3-1 A/Amax--m关系图 1-A/Amax--m关系图;2-D/b与m关系曲线 现取m=0.7，则d=0.7D，A/Amax=0.84，根据公式3-2的计算结果、公式3-3、3-4，以及图3-1、表3-2，可选取4号滤芯，则滤芯外圆直径55mm，内圆直径为24mm,高位60mm。从而根据公式3-2、3-3，可得折数n=23.895，取整数为n=24。 则该汽油纸质滤芯规格为:A55x24x60 QC/T 287 表3-2 A型汽油滤芯的尺寸规格选取表(QT/T 287-1999) mm 注:表中D1和H的极限偏差，应符合GB/T 1804中h15级的规定; D2的极限偏差，应符合GB/T 1804中H15级的规定。 6 D/b 0.6 奔奔轿车汽油滤清器的设计 (4)滤纸面积校核 A1?2nbH?2?24?12.5?60?3000 cm2?A (3-5) 式中:n为滤纸折数，n=24 b为滤纸折宽，b=12.5 H为滤纸高度，H=60mm 故，设计出的滤芯满足要求。 3.4.4 纸质滤芯的设计结果 通过以上计算，设计出的纸质滤芯的结构及设计出的4号滤芯的各尺寸及参 数如下所示: 图3-2 设计出的滤芯 表3-3设计出的滤芯尺寸 7 奔奔轿车汽油滤清器的设计 3.5 弹簧的设计计算 3.5.1 弹簧的工作要求 弹簧在此次汽油滤清器设计中的作用是支撑滤芯与壳体紧密贴合，以便汽油能顺利经过滤纸过滤，在此选择圆柱螺旋压缩弹簧。 根据滤芯的尺寸及形状，要求弹簧的外径D2?26mm。 3.5.2 弹簧的设计计算 在设计时，通常是根据弹簧的最大载荷、最大变形、以及结构要求(例如安装控件对弹簧尺寸的限制)等来决定弹簧丝直径、弹簧中经、工作圈数、弹簧的螺旋升角和长度等。具体方法和步骤如下: (1)根据工作情况和具体条件选定材料，并查取其力学性能数据 因弹簧在一般载荷条件下工作，可以按第?类弹簧来考虑。现在选用碳素钢簧钢丝C级。估取弹簧钢丝直径为3.0mm由表(16-3,6,)暂时选择?B?1570MPa。 )则根据表(16-2,6,可知弹簧的需用切应力????1.5?B?785MPa。弹簧的弹性模量 初定为E=20600MPa，切变模量为G=81000MPa。 (2)根据强度条件计算弹簧钢丝直径 现选取旋绕比C=4.5，则由式(16-4,6,)得 K? 4C?10.6154?4.5?10.615 ????1.35 (3-6) 4C?4C4?4.5?44.5 根据式(16-10,6,)得 8 奔奔轿车汽油滤清器的设计 d"?1.6F2KC ??1.6?360?1.35?4.5?2.972mm (3-7) 785 式中:F2为弹簧所受压力， K为弹簧曲度系数， ???为弹簧的许用切应力， d”为弹簧的钢丝直径， 改取d?3mm，查得?B?不变，故?不变，因D?26mm，所以取弹簧中径 D?21mm，C?21?5，计算得K?1.352。 4 于是，d"取值与上边预估取值相近，取弹簧钢丝标准直径d?3mm，弹 簧中径D?21mm，弹簧外径为D2?24mm。 (3)根据刚度条件，计算弹簧有效工作圈数n、总圈数n2 由式(16-9 ,6,)得弹簧刚度为 kF?16.7N/mm (3-8) 由表 16-2取G=81000MPa，则弹簧圈数n为 Gd481000?44 n? ??3.95 (3-9)338DkF8?20?15.8 Q取n=4圈。此时弹簧的刚度为kF?16.7N/mm 支撑圈数n1?2，取n1?2， 则总圈数n2?n1?2?6圈。 (4)弹簧的其他参数计算 节距: p1??0.28?0.5?D，取p1?0.3D?6mm (3-10) 轴向间距: L1?p1?d?6?3?3mm (3-11) 弹簧工作时的节距: p2?H2?1.5d?5mm (3-12) n 弹簧工作时的轴向间距:L2?p2?d?5?3?2mm (3-13) 弹簧的自由高度: H1?pn?2d?6?4?2?3?30mm (3-14) 9 奔奔轿车汽油滤清器的设计 弹簧的工作高度: H2?HO??n?26mm (3-15) 螺旋角: ??artan 展开长度: L?p6?artan?4.1o (3-16) ?D3.14?21?378.5mm (3-17) ?Dn1 cos? 质量: ms? (4)验算 a.极限工作应力?lim ?d24L??3.14?9?378.5?7700?0.0367kg (3-18) 4 ?lim?0.56?B?0.56?1570?785MPa (3-19) 1570MPa 式中:碳素钢弹簧的强度极限?B为 b.极限工作载荷Flim 3.14?53?785 Flin???500.4N (3-20) 8DK8?21??d3?lim 式中:d为弹簧丝直径，d=3mm;; ?lim为材料的极限工作应力，?lim=785Mpa; K为弹簧曲度系数，K=1.35; D为弹簧中径，D=21mm; Flim为极限工作载荷; 经过以上检验，知设计的弹簧满足工作要求。 3.5.2 弹簧的设计结论 通过以上的设计以及校核计算可知，弹簧的各个尺寸及参数如下表所示: 10 奔奔轿车汽油滤清器的设计 右图为压缩状态弹簧 表3-4 设计出的弹簧的各个参数 11 奔奔轿车汽油滤清器的设计 3.6 外壳的设计 3.6.1 外壳的材料的选择 现代的汽车为了便于精确控制和节油，大多采用电喷式发动机，电喷式发动机的汽油滤清器位于输油泵的出口一侧，工作压力较高，所以通常采用金属外壳。根据需要本次设计选用铝质制金属外壳，表面光滑处理后，表面镀膜，端盖采用铆合式端盖。其厚度均为1mm。 3.6.2 外壳的设计计算 3.6.2.1 进出口管头的设计计算 Q=VA=V*?d12/2 (3-21) 其中Q=0.8L/min， 汽油流速V= 15-25m/s(过高的流速会造成很大的原始阻力)。 根据这个速度代入公式，可得进出气管的直径d1=5.987mm。 根据QCT-48-1992《中华人民共和国汽车行业标准汽车汽油滤清器》，按安装油管一端的连接采用软管接头来选择滤清器进、出口管接头尺寸，从而选择d1=6mm，其它参数如下: 软管内径为d1=6mm，d2=8mm,S?=9.5mm,L=20-35mm,h=4.5-7mm,根据本次设计的实际情况，选取L=30mm,h=7mm。 12 奔奔轿车汽油滤清器的设计 3.6.2.2 壳体的整体尺寸 根据滤清器的设计计算，一般取外壳体的直径比滤芯的外圆直径大约5--10cm，则 壳体内圆直径D=65mm， 壳体厚度为t=1mm， 壳体外圆直径为67mm， 上下壳体总高度H=滤芯高度+弹簧工作高度+上下壳体厚度=60+24+2=86mm。 3.6.2.3外壳的其它结构设计 为了让油进入汽油滤清器之后充分的进行过滤，另外为了增加壳体的刚性和提高壳体的散热性能，外壳在圆柱体基础上进行以下改进，增强其性能。 根据汽油滤清器的设计经验及其他参考数据从而知: (1)在外壳壳体圆周上设置三个小凸台，每两个凸台间为1200，尺寸为长L3=15mm， 宽4mm，D1=67mm。 (2)在壳体进油口端为了使汽油流通更方便，将壳体设置成锥形，其中L1=15mm， h1=10mm。 (3)出油口壳体上部采用扩大处理，具体尺寸为D2=71mm，L4=15mm。 (4)上下壳体采用铆合联接，具体尺寸为D3=79mm，L5=6mm。 (5)壳体出油管与壳体结合出采用向内凸出的结构，向内凸h=1.5mm，D4=20mm。 (6)壳体不同结构之间为了联接平滑，更美观和安全的使用，而在许多位置设有 圆角，其中R1=5mm，R2=1mm，其它未标出的圆角半径为0.5mm。 3.6.3 外壳的设计结果 表3-6 设计出的外壳各参数 13 奔奔轿车汽油滤清器的设计 14 奔奔轿车汽油滤清器的设计 图3-5 外壳设计图 3.7 密封圈的选择 3.7.1 密封圈的工作要求 密封圈的作用是用来防止汽油泄漏，从而影响汽油的正常过滤程序，继而影响发动机的正常运行和高效率工作。所以，密封圈需要具有良好的密封性能、具有一定的耐压性能、一定的耐热老化性能、耐臭氧性、耐93#汽油的性能、同时具有良好的外观和使用性能、具有合理的经济使用性能。 3.7.2 密封圈的选择 3.7.2.1密封圈材料的选择 根据文件《汽车用封油橡胶密封圈技术条件》，可选择C类中的FKM类型的橡胶，邵尔A硬度为60?5，在图样上材料栏中应标注为: 氟橡胶(FKM) C-A JF01-70。 该材料的性能为:拉伸强度》7MPa，拉断伸长率为》200%，耐热老化性能:邵尔A硬度变化0,+10MPa、拉伸强度降低率?10%、拉断伸长率降低率?20%，耐燃油性能:邵尔A硬度变化-5,+5MPa、拉伸强度降低率?25%、拉断伸长率降低率?20%、体积变化率0,+10%，压缩永久变形率?30,，脆性温度不高于-25?，耐臭氧性:无龟裂。 3.7.2.1密封圈的尺寸选择 根据密封圈的工作空间和状态，参照文件《GB T3452.1-2005O型橡胶密封圈》，可选择如图所示的密封圈，以及其具体尺寸并查得相关参数的公差: 15 奔奔轿车汽油滤清器的设计 图3-6 密封圈选择图 3.8 设计结果 经过以上设计计算，得出本次的汽油滤清器的设计结果为如图所示: 1、6. 壳体 2.箍圈 3.垫片 4.滤纸 5.弹簧 7.支撑管 16 奔奔轿车汽油滤清器的设计 4 奔奔轿车汽油滤清器的试验 4.1 密封性试验(气泡试验) 本次试验目的是为了抽验汽油滤芯是否有漏胶、破裂等缺陷，从而进行了气泡试验。 (1)试验设备: 图4-1 气泡试验台示意图 1.开关 2.调压阀 3.U型压力计 4.油池 5.夹持滤芯的装置 6.被试滤芯 (2)试验程序: A.将被试了滤清器安装到试验装置上，入口端接入气源，出口端接压 力机。将被试滤芯装在夹持滤芯的装置上，放在装有汽油的油池4内，其时滤芯上表面最高处距油面15mm。 B.升高油池，将被试滤清器沉入水中。 C.管路中通入压缩空气，打开开关1，慢慢打开并调节阀2，当压力计达到规定的压力时，然后保压1min。观察滤芯是否有大的气泡逸出，并观察全面冒泡时U型压力计的压差值。 (3)试验结果:试验结果表明，滤芯全面均匀冒泡的压力都稳定，在90一100mm水柱范围，其质量较好。 17 奔奔轿车汽油滤清器的设计 4.2 压力降---流量特性试验 本试验的目的是测定本次设计的奔奔轿车汽油滤清器在各种体积流量时的压力降。 (1)试验设备及仪器、仪表、器具如下图所示。 4图4-2 压力降--流量特性试验装置 (2)试验温度为40??3?。 (3)试验程序: a.将被试滤清器装到实验装置上，并将洁净的试验油接需要加入邮箱1。经气泡试验合格的纸滤芯装在汽油滤清器内。 b.关闭开关阀7，开启旁通阀5，开启叶片泵3，使油流按旁通油路循环。接通邮箱1的加热器，调节恒温器，使试验油稳定在40??3?。 c.关闭调节阀12，用旁通阀5将压力调节至实际使用压力，调节差压 计10到零位。 d.开启调节阀12并调节旁通阀5，使流量计11指示的体积流量达到所要求的数值。 e.流量计11、差压计10和滤清器前压力表8的读数。 f.在压力降--流量试验中，所选的测量点不少于5个，其中必须包含额定体积 18 奔奔轿车汽油滤清器的设计 流量。 g.试验记录内容:滤清器个测量点的体积流量，L/min;相应各体积流量时滤清器的压力降和进油压力，kpa;滤清器型号和制造厂;试验人员和试验日期。 (3)试验结果 1.8 1.6 1.4 1.2 压降KPa1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 10 20 30 40 50 60 70 80 流量L/min 4.3 滤清器原始滤清效率试验 本试验目的是为测试滤芯的过滤效率的高低，在原始滤清效率试验台(见图)上进行了比较试验。 (1)试验设备: 1 图4-3 原始滤清器效率试验台示意图 1.搅拌器 2.邮箱 3.U型压力计 4.开关 5.调节阀 6.试验的滤清器 7.取样瓶 8、9. 开关 19 奔奔轿车汽油滤清器的设计 (2)试验程序: 试验用油需经过孔径0.45um的醋酸纤维素滤膜过滤，汽油牌号与发动机的要求一致，共需10kg。滤清器清洗干净后，将滤芯和固体粒子放入干燥箱中，在105?5度的温度下恒温1h，将滤芯称量，固体粒子称20g待用。再次干燥(此后每次保温30min)及称量，直至两次称量间的数差不超过0.1g为止。 进行试装设计的纸芯试验时，在油箱2内加人一定量汽油，滤清器内装人一清洁滤芯，然后打开开关4，并通过调节阀5来调节所要求通过滤清器的流量值。调节完毕后，保持调节阀5的位置，并关闭开关4。油箱内重新补充一定量汽油，打开开关8，搅拌油箱内汽油，然后加入称量好的杂质(GBM20氧化铝)，加人浓度以重量计为千分之三。待搅拌均匀后， 打开开关4，即可使杂质油按规定的流量通过滤清器，过滤后的油收集在取样瓶内。 (3)滤清器原始滤清效率按下式计算: ??100%?G/G0 式中:G ---滤清器试验前后的质量增加量(g). G0---加入的固体粒子质量(g). (4)试验结果: 经过试验及计算得知，原始滤清效率为95%>90%,故满足要求。 4.3 滤清器原始阻力试验 本次试验目的是为了检验设计的汽油滤清器能否在正常阻力情况下正常工作。 (1)试验装备: 20 奔奔轿车汽油滤清器的设计 图4-4 滤清器原始阻力实验装置 1. 邮箱 2.试验滤清器 3.三通接头 4.U型压力计 5.汽油泵 6.量筒 7.三通阀 注:1.三通接头接U型压力计端距滤清器进出口距离L为50-60mm; 2.U型压力计的最小刻度为1mm; 3.量筒的最小刻度不大于20ml; 4.管接头和油管内径为6mm，油管弯曲 半径为60-100mm。 (2)试验程序: 试验用93#汽油，试验用油通过滤清器的流量应为配套使用的汽油泵的额定流量，流量用量筒和秒表测量。秒表刻度不大于0.1s。将滤清器安装在试验装置上，启动汽油泵，开启三通阀，运转正常后，测定流量和滤清器原始阻力。滤清器原始阻力用U型压力计的压力差来表示，单位用Pa。 (3)试验结果: 经过多次测量，取U型压力计的多次示数的平均值，最后得压力为5KPa，不大于9.8KPa，故满足奔奔轿车的发动机的工作要求。 21 奔奔轿车汽油滤清器的设计 4.5 滤清器振动试验 本试验目的是确定滤清器在正常使用条件下的耐振动疲劳的能力。 (1)本次试验设备及仪器、仪表、器具: a.振动试验台、b.振动控制仪、 c.加速度计、 d.被试滤清器和振动试验台的连接支架。 (2)试验程序: a.实验前检查各零件和连接螺钉的紧固情况，将滤清器安装在振动试验装置上，滤清器的安装方向应与汽车上的安装方向相同。 b.以5Hz-400Hz的振动频率，20m/s2的振动加速度和至少10min的高低频率往复周期地寻找共振频率。 C.因存在共振频率或多个共振频率时，则以主共振频率、20m/s2的振动加速度，上下振动1h、前后振动0.5h、左右振动0.5h。 d.经过以上的试验后的滤清器，经检查确认无渗漏、开裂及变形等缺 陷。 e.以67Hz的振动频率、110m/s2的振动加速度，上下振动3h、前后振动1.5h、左右振动1.5h。 f.记录试验过程:试验系统的振动参数和振动时间;试验系统的共振频率;被试滤清器有无渗漏或其他部位开裂;滤清器型号和制造厂;试验人员和实验日期。 (3)试验结果:通过这次试验，证明本次设计的汽油滤清器的耐振动疲劳能力良好。 4.6 滤清器耐冷耐热试验 试验目的:检验滤清器在温度升高到一定温度或者降到一定温度后，是否会发生本质的变化，是否会熔融或逐渐变软从而使其机械强度急速下降。 (1)试验设备:恒温箱设别 (2)试验程序: A.对汽油滤清器各零件进行检查(特别是非金属材料制成的零件)。并按密封性试验的条件进行密封性试验。 B.将汽油滤清器放置在温度为80?的恒温箱中保持温度不变，维持1h。 C.将汽油滤清器放置在温度为-40?的恒温箱中保持温度不变，维持1h。 22 奔奔轿车汽油滤清器的设计 D.滤清器按上面连个条件进行冷热试验后，再进行密闭性试验，并对各零件进行检查。 (3)试验结果:汽油滤清器在80?和-40?之间的温度之间，能够正常工作，并保证其密封性能。 5 奔奔轿车汽油滤清器重要零部件的制造 5.1 滤芯的制造 (1)打褶:打摺就是用打摺机将滤纸褶成波纹状，打摺工艺过程容易存在很多隐患，例如要清洁打摺机，避免其上的灰尘被加工的滤层带有，成为滤芯成品清洁度检验的隐患，而造成污染滤层的隐患;另外，也要避免加工中打摺机起降瞬间刮伤褶好的牙尖，或者戳坏滤材等造成滤层破损的隐患;如果打摺成的滤芯半成品，两端边线不平行，端边线与褶纹线不垂直，造成滤芯总装时平行度和垂直度尺寸偏高，最终可导致滤芯疲劳强度不过关尺寸偏离的隐患;最后，还应该避免下述情况，如果打摺刀几何形状不正确，造成牙型怪异，最终可导致滤芯疲劳强度不过关。 (2)修整:打摺后的修整的重要的加工工序，修整是为了提高质量，然而还应避免以下隐患。A.二次污染:网状打摺后两端脱线的处理时，要禁止剪刀剪断的长丝网，和避免剪断过程使细碎纤维落入滤层，成为系统遭受的污染的源头;b.破损:修整时使用的工具上有毛刺会划伤滤层，所以，不要用尖嘴钳、带齿镊子甚至锯条去掰动褶好的波纹牙型，需要用专门的修整工具去修整。另外也要避免用虎钳修整合缝片。C.打摺后禁止有屑加工:为了保证两端平行度，禁止采用砂轮磨平、车床旋平和锤子敲平等野蛮操作，因为最终它会成为油路系统中的污染源。D.长丝的处理:难免出现的断面露出的丝头，不要用剪刀剪断，而是用专用工具将它弯倒塞入缝隙或将长丝剪断集中处理。 (3)粘合与合缝:合缝大致有机械压片压合和胶粘剂粘合两种方法。机械压片压合中最常用的是V形片压合，这种压合方式的压片暗藏在打摺内圈上，外观较好，但是完整性试验时不容易观察到泄露点，估计的位置也不容易修补。而胶粘合缝工艺起源于国外，粘合处不容易泄露。综上所述，采用胶粘剂粘合方法来粘合。 5.2 弹簧的制造 螺旋弹簧使用弹簧丝卷绕制成的，由于制造简便，所以应用最广。在一般机械中，螺旋压缩弹簧的制造工艺包括巻制、端面圈的精加工、热处理、工艺试验及强 23 奔奔轿车汽油滤清器的设计 压处理。 (1)巻制:巻制又分为冷卷和热卷两种。其中冷卷用于经预先热处理后拉成的直径d<(8-10)mm的弹簧丝;热卷的温度随弹簧丝的粗细在800-1000?的范围内选择，且直径较大的弹簧丝的制作的强力弹簧则用热卷。综上所述，此次设计用冷卷。 (2)热处理:为了保证两端的承压面与其轴线垂直，应将端面圈在专用的磨床上磨平，在完成上述工序后，应该进行热处理，即回火处理，以消除巻制时产生的内应力。 (3)工艺试验:弹簧需要进行工艺试验和根据弹簧的拘束条件的规定进行精度、冲击、疲劳等试验，以检验弹簧是否符合技术要求。要特别指出的事，弹簧的持久强度和抗冲击强度，在很大程度上取决于弹簧丝的表面状况，所以弹簧丝表面必须光洁，没有裂纹和伤痕等缺陷。表面脱碳 会严重影响材料的持久强度和抗冲击性能。 (4)强压处理:为了提高承载能力，还可在弹簧制成后进行强压处理，强压处理是使弹簧在超过极限载荷作用下持续6-48h，以便在弹簧丝截面的表层高应力区产生塑性变形和有益的与工作应力反向的残余应力，使弹簧在工作的最大应力下降，从而提高弹簧的承载能力。 24 奔奔轿车汽油滤清器的设计 6 结束语 本次实训是以长安奔奔轿车的发动机系统为研究对象，对汽油滤清器的结构和形式进行分析后，对汽油滤清器零部件的布置，滤芯的设计及计算，绘制零部件图纸及装配有了较深的认识，提高了自己的分析能力和绘图能力。同时自己也设计出了比较理想的汽油滤清器，可以提供发动机清洁的燃油，提高发动机的寿命。 简单来说，发动机就是一个能量转换机构，即将汽油(柴油)或天然气的热能，转变为机械能，这是发动机最基本的原理。发动机的所有结构都是为能量转换服务的，发动机伴随着汽车走过了100多年的历史，无论是在设计、制造、工艺还是在性能、控制方面都有很大的提高，其基本原理仍然没有改变。这是一个富于创造的时代，那些发动机的设计者们，不断地将最新科技与发动机融为一体，把发动机变成一个复杂的机电一体化产品，使发动机性能达到近乎完善的程度，各世界著名汽车厂商也将发动机的性能作为竞争亮点，更加注重能源消耗、尾气排放等与环境保护相关的方面，从而使人们在悠闲的享受汽车文化的同时，也能保护环境、节约 资源。 此次实训可以说在某种程度上是一种尝试，大学期间一直学习的机械设计与制造方面的专业学习，对于汽车专业方面的知识比较欠缺，但是，知识都是想通的，汽车运转方面的许多原理和设计都是基于机械设计、机械原理等方面知识的汇总，所以接触起来并不是太难理解。此次设计，资料的查阅也是重中之重，由于汽油滤清器是汽油发动机中很小的一个零件，所以很多资料只是象征性的简单概括一下它的工作原理，并不做详细介绍，所以，在设计初期还是挺困难的，但是，汽油滤清器关系着发动机工作的正常运行，即使有很好的设备性能，但是如果汽油不干净或者其他污染的话，汽车也是不能正常工作的，所以，汽油滤清器的设计是必不可少，且又至关重要的。通过对发动机构造等资料的了解，让我初步掌握了汽油滤清器的工作原理，然后又通过知网、万文网、及其他高校的图书馆资源，我也了解到了许多关于过滤器的设计和制造书籍，通过大量的学习和了解，使我学到了很多先进的汽油滤清器的相关知识，这对我设计的课题起到了十分重要的作用。 当然，此次设计并不能称得上是最完美的作品，但至少能在某种程度上了解了设计汽油滤清器时出现的一些问题，并及时得到了解决。让我了解到了自己仍有很多不足之处，仍需继续努力。 25 奔奔轿车汽油滤清器的设计 致 谢 大学生活一转眼就即将伴随着毕业论文的完成而结束，回首大学走过 的每一步，回首进行毕业设计的每一个过程，都历历在目。当很多人抱怨毕业设计的时候，我却在心底却充满感激，因为它像我的大学生活一样，让我受益匪浅，成为我以后人生的一笔重要财富。 从论文选题到搜集资料，从写稿到反复修改，期间经历了喜悦、聒噪、痛苦和彷徨，在写作论文的过程中心情是如此复杂。如今，伴随着这篇毕业论文的最终成稿，回头望望，才觉得一切努力都是值得的，一切成果都是不断的反复修改和完善的。 这篇毕业论文的完成离不开老师和同学们的帮助，所以我要对他们说声谢谢。 首先，我要感谢我的导师杨建伟老师。杨老师治学严谨细心，从开始到最后一直每个星期坚持指导我们，帮助我们解决设计中遇到的问题，并耐心督促我们的设计进度，从选题、定题开始，一直到最后论文的反复修改，杨老师始终认真负责地给予我深刻而细致地指导，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。 另外，我要感谢小组中的各位同学。在设计的初期，由于对于资料的艰难搜集，在寻求同学帮忙的时候，同学们都热情的帮助我寻找，虽然有时可能空手而归，但是 他们的热情让我充满了接下去寻找的信心。他们对我的设计内容，设计思路等内容也提出了建设性的意见。在此对他们说声谢谢。 最后，我要感谢我的学校。在这个可能很多人觉得并不是太宏伟、太漂亮的学校，但是对我来说，她却足够培养我的成长，她交给了我们怎样做一个大学生，怎样做一个在面对种种外界诱惑时该有什么样的人生态度，她教会了我学会思考，思考自己的未来，为自己的未来做出自己的规划。 可能为期一个学期的毕业设计已让我忙碌的接近尾声了，我的四年大学生涯也即将圈上一个句号。此刻我的心中却有些怅然若失，因为那些熟悉的会计系的恩师们和各位可爱的同学们，我们也即将挥手告别了。 四年间，每次走进教室都会让我感受到一种亲切热情的氛围。无论是学习、工作生活上的问题，恩师们都会悉心给以指导解答，让我倍受感动。也就是在这里，给我的大学生涯设计点上了第一个逗号。 我的人生第一笔求生的资本就从这里开始，这里给我四年的学习、成长创造了 26 奔奔轿车汽油滤清器的设计 一个良好的环境，引导我充分利用学校的学习资源，去发展、充实自我，而不曾虚度光阴。在此，我真诚的向你们道一声:“谢谢”。 27 奔奔轿车汽油滤清器的设计 参考文献 ,1,吉林大学汽车系.汽车构造[M].人民交通出版社，2006.1-10 ,2,成伟华.汽车概论[M].重庆:重庆大学出版社，2008.6-10 ,3,王望予.汽车设计(第4版)[M].北京:机械工业出版社，2004.8 ,4,王树风.汽车构造[M].国防工业出版社，2010.235-245 ,5,李瑞琴.机械原理[M].国防工业出版社，2008.98-141;144-160 ,6,濮良贵、纪名刚主编.机械设计(第八版)[M](北京:高等教育出版社，2007.186-235 ,7,吴宗泽、罗圣国.机械设计课程设计手册[M].高等教育出版社，2006.158-166 ,8,刘惟信编著.圆锥齿轮与双曲面齿轮传动[M].人民交通出版社， 1980. ,9,林家让.汽车构造底盘篇[M].电子工业出版社，2004.1-7 ,10,陈鼎南.聚氨酯制品生产工艺[M].化学工业出版社2006:210-217 ,11,陈家瑞.汽车构造.第四版.北京:人民交通出版社，2002.2 ,12,成大先.机械设计手册第4卷.第五版.北京:化学工业出版社， 2008.1 ,13, 张洪欣.汽车设计.北京:机械工业出版社，1999 ,14,Bouris, D., Arcoumanis, C. and Bergeles, G.,“Numerical investigation of thermophoretic and electrostatic particulate wall deposition efficiency in automotive vehicle exhaust pipes”, Instn Mech.Engrs Conf. “21st Century Emissions Technology”,London, 4-5 Dec. (2000) ,15,Patil, A. S., Halbe, V. G. and Vora, K. C., “A System Approach to Automotive Air Intake System Development,”SAE Technical Paper 2005-26-011, 2005, doi:10.4271/2005-26-011. 28