毕业设计论文KW2452型空气滤清器设计

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1、xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx毕业设计题 目： KW2452型空气滤清器设计系 别：机械工程系 专业班级：xxxxxxxxxx 姓 名：xxxxxx 学 号：xxxxxxxx 指导教师：xxxx 职 称：xxxxxx xxxxx年 xx 月 xxxx 日43摘要发动机是汽车的心脏，保持心脏的清洁就是汽车得到了定期的保养。空气滤清器是汽车发动机的重要部件，空气滤清器位于发动机进气系统中，它是由一个或几个清洁空气的过滤器部件组成的总成。空气滤清器的主要作用是滤除将要进入气缸的空气中有害杂质，以减少气缸、活塞、活塞环、气门及气门座的早期磨损。空气质量直接影响

2、发动机的可靠性和使用寿命。关键词：汽车部件；空气滤清器；设计AbstractThe engine is the heart of the car, keep the heart clean is the car has been regularly maintained. Automotive engine air filter is an important component, the air filter is located in the engine intake system, it is by one or more clean air filter components of

3、the assembly. The main function of the air filter is to filter the air into the cylinder to be harmful impurities in order to reduce the cylinder, piston, piston rings, valve and valve seat of early wear and tear. Air quality directly affects the engines reliability and service life.Key words: Auto

4、parts; air filter; project目录1 绪论11.1 课题特点及其研究意义12 空气滤清器设计方案的确定62.1 空气滤清器的作用和要求62.1.1 空气滤清器的作用62.1.2 空气滤清器的要求62.2 滤清器的选择72.2.1 工作压力的选择72.2.2 额定工作压力82.2.3 过滤精度82.2.4 过滤效率92.2.5 额定过滤流量92.2.6 纳垢容量103.1 滤清器的材料的选择和尺寸的设计103.1.1 壳体部件设计103.1.1.1 主壳体设计123.1.1.2 进气管 、出气管设计133.1.1.3 封盖的设计143.1.1.4 叶片环设计（粗滤器设计）1

5、53.1.2 滤芯滤材的选择193.1.3 中心管设计243.1.4 主滤芯夹条设计253.1.5 滤芯上、下端盖设计253.1.6 主滤芯密封圈设计263.1.7 拉杆设计273.1.8 防尘袋294.1 滤清器的性能验算294.1.1 理论法294.2.1 实验法324.2.1.1 实验方法和内容324.2.1.2 过滤比的评定324.2.1.3 纳垢容量的确定345.1 元件的清洗与保护345.1.1 元件的净化345.1.2 气压系统的清洗345.1.3 污染物的侵入355.1.4 固体污染物的排除355.1.5 防止水，液和空气混入系统35结束语36参考文献37致 谢38附表1 附表

6、2 1 绪论 1.1 课题特点及其研究意义汽车的寿命很大程度上取决于其心脏发动机的寿命。过载、高速行驶、起动和停车的不良驾驶习惯等都有可能导致削减发动机的性能和寿命。但是对发动机性能和寿命危害最大的应是脏和污染，它们是发动机的第一杀手。滤清器是避免脏和污染的唯一方法。因此从某种意义上讲，作为汽车60种关键零部件之一的滤清器是汽车发动机的保护神。自发动机问世以来，人们就从实践中逐渐认识到发动机必须要有过滤装置，如果不装滤清器，发动机的磨损将异乎寻常地快。尤其是现代高速发动机磨损更快。随着发动机技术的进步，对滤清器的要求越来越高。滤清器对发动机性能和寿命的重要性也越来越为人们所认识，许多汽车工程师

7、都认为现代发动机之所以有较长的寿命，其主要原因之一就是具有有效的过滤系统。发动机系统有空气、机油、燃油三种滤清器，一般称作“三滤”。它们分别担负发动机进气系统、润滑系统和燃烧系统中介质的过滤。空气滤清器位于发动机进气系统中，它是由一个或几个清洁空气的过滤器部件组成的总成。其主要作用是滤除将要进入气缸的空气中有害杂质，以减少气缸、活塞、活塞环、气门及气门座的早期磨损。延长发动机的使用寿命使发动机燃油燃烧充分，进而确保发动机功率的有效发挥和使用寿命的延长，同时降低对环境的污染。目前大多数汽车发动机使用一种质量小、成本低、更换方便、滤清效率高的纸质滤芯干式空气滤清器，一般每行驶5000公里清洁一次。

8、清洁时，应取出滤芯轻轻拍打端面，用压缩空气由里向外吹，以清除滤芯上的尘土，切勿用汽油或水洗刷。每行驶25000公里必须更换纸质滤芯。空气滤清器的分类按结构分为：单级、多级（含双级）按过滤程度分为：粗滤清器、精滤清器按杂质滤除方式分为：惯性式、油浴式、过滤式按滤料式特性分为：干式、湿式机油滤清器位于发动机润滑系统中。它的上游是机油泵，下游是发动机中需要润滑的各零部件。其作用是对来自油底壳的机油中有害杂质进行滤除，以洁净的机油供给曲轴、连杆、凸轮轴、增压器、活塞环等运动副，起到润滑、冷却、清洗作用，从而延长这些零部件的寿命，机油滤清器按结构分有可换式、旋装式、离心式。目前大多数轿车发动机使用的是旋

9、装式机油滤清器，这种滤清器是不可拆洗的一次性滤清器，当更换润滑油时必须同时更换机油滤清器，更换机油及机油滤清器的周期，一般也是5000公里。 燃油滤清器有柴油滤清器、汽油滤清器和天然气滤清器三类。其作用是滤除发动机燃油气系统中的有害颗粒和水份，以保护油泵油嘴、缸套、活塞环等，减少磨损，避免堵塞。目前大多数发动机上装的都是一次性不可拆洗式的纸质滤芯汽油滤清器，更换周期一般为1万公里。 中国的汽车工业起步于20世纪50年代，但在80年代之前的30多年时间里，其投资、生产和消费都处于中央计划的严格控制之下，中国汽车市场亦完全游离于世界汽车市场之外，汽车工业的发展相对缓慢，1971年产量仅为10万辆。

10、20世纪80年代的改革开放政策，为中国汽车工业的快速发展提供了良好的条件，1992年汽车年产量首次突破100万辆。2001年中国加入WTO后，中国汽车工业的发展显著加速，汽车年产量在2002、2003和2004年相继突破300、400和500万辆大关。2007年中国汽车工业持续保持快速增长态势，2007年汽车年产量增长超过20%，达888万辆。预测2008年我国汽车产量将突破1000万辆，增长幅度在15%左右。 2000-2007年我国汽车产量增长变化情况（数据来源：慧聪研究 汽车事业部根据中国汽车工业协会数据整理）经过最近几年我国汽车产销量的高速增长,我国汽车保有量也在高速增长。我国庞大的汽

11、车保有量，为我国汽车配件企业提供了一个广阔的汽车售后维修和保养市场。2001年我国民用汽车保有量为1802万辆,2002年民用汽车保有量增长至2053万辆，2007年民用汽车保有量增长至4234万辆，同比增长15%。据公安部交管局消息,，截止至2008年6月底，全国机动车保有量为1.66亿辆，其中汽车保有量达6122.18万辆，与2007年相比增加425.40万辆，增长7.47%；摩托车8886.64万辆，与2007年比，增加176.98万辆，增长2.03%。在未来几年，我国汽车以及机动车的保有量将继续保持快速增长势头，年均增长率将超过10%。2001-2007年我国民用汽车保有量增长情况（数

12、据来源：慧聪研究 汽车事业部根据中国汽车工业协会数据整理） 继2009年我国成为当年世界最大汽车市场后，2010年又实现了32%的增长，销量达到1806万辆，成为有史以来世界最大的汽车市场。2005-2010年中国汽车产量趋势图 2000年以来，我国汽车零部件产业在整个汽车工业中的比重逐年增加。2005年国内汽车零部件市场规模约为5800亿元，其中国内整车配套市场约为3650亿元，售后市场950亿元，出口额为1200亿元。2005年，汽车零部件行业实现工业总产值4115亿元，占汽车工业总产值的34.8%；实现销售收入4035亿元，占汽车工业总销售收入（11896亿元）的33.9%；利润总额23

13、6亿元，占汽车工业利润总额（526.2亿元）的44.9%。2007年前11个月汽车业利润高达1309亿元，远高于中国39个工业行业的588亿元的效益平均值，汽车行业利润的增长也有零部件很大一部分的贡献；2007年前11个月汽车零部件行业的效益增长达到69%，高于整车行业的效益增长，其利润总额与整车相比，仅差70亿元，达到整车行业的87%。 经过近10年的发展，我国制造水平明显提高，部分企业已经具备自主开发和系统供货的能力，达到了为商用车配套完整零部件体系、为轿车配套一般零部件体系的水平。但零部件产业在汽车工业中35%到36%的比重，相较于国际60%到70%水平仍然较低。零部件行业的需求变化将对

14、钢铁、有色金属、橡胶、塑料、纺织、皮革、玻璃、电子等产业及设备产业都有很大的带动作用，同时还会波及石油、金融等行业。有数据统计，汽车工业所波及的行业超过34个，波及效果达到3一5倍。 2005年、2006年、2007年我国汽车零部件总产值分别突破4000亿元、5000亿元、7000亿元，2006年、2007年的增长幅度分别超过了30%、40%。可见，近几年来我国汽车零部件产业的发展保持了一个高速增长的态势。全国零部件市场规模2010年将达到1.3万亿元。2005-2010年我国汽车零部件工业总产值（数据来源：慧聪研究 汽车事业部根据中国汽车工业协会数据整理）同时通过上数据的对比，随着汽车产量的

15、增长，拉动汽车零部件产量增长。中汽协认为，2011年车市政策重心将向节能减排和新能源汽车倾斜。然而，要发展节能减排，我们研究滤清器是有必要的，汽车的寿命很大程度上取决于其心脏发动机的寿命。因为滤清器问题被召回的汽车时有发生：长安铃木2010年02月05日至2010年05月05日期间生产的车型：奥拓 型号：SC7103/SC7103A在长时间恶劣道路条件下使用，部分汽油滤清器支架总成存在脱焊的隐患。导致汽油滤清器悬空，再经长时间使用，连接汽油滤清器的燃油软管可能产生疲劳裂纹，从而可能发生漏油的隐患召回。2010年10月29日梅赛德斯奔驰（MERCEDES BENZ）汽车公司将召回部分2011年款

16、M级W164型、GL级X164型、E级W212型、R级V251型车辆，这些汽车的燃油滤清器O型圈可能没有得到正确的润滑。润滑不良会导致燃油滤清器渗漏等等。所以，我们研究汽车滤清器的意义重大，从而可以更好减少汽车尾气对空气的污染，同时有效地保护汽车的心脏发动机。2 空气滤清器设计方案的确定 2.1 空气滤清器的作用和要求 2.1.1 空气滤清器的作用空气滤清器位于发动机进气系统中，它是由一个或几个清洁空气的过滤器部件组成的总成。其主要作用是滤除将要进入气缸的空气中有害杂质，以减少气缸、活塞、活塞环、气门及气门座的早期磨损。同时也可以有效地减少汽车尾气有害气体的排放。 2.1.2 空气滤清器的要求

17、空气滤清器的主要设计要求：（1）流动阻力小，滤清器压力降要小，不至于对发动机的充气系数产生严重影响；（2）滤清效率要高；（3）有良好的进气消声，特别是对低频噪音的消除效果好，能有效的消除压力波动。一般滤清器主要由滤芯（或滤网）和壳体（或骨架）构成。由滤芯上的无数微小间隙或小孔构成气体的流通面积，因此，当混入气体中的杂质尺寸大于这些微小间隙或小孔时，被阻隔从气体中滤清出来。由于不同的气压系统有着不同的要求，而要完全滤清混入气体中的杂质是不可能的，有时也是不必苛求的。因此对滤清器的要求应根据具体情况来定，基本要求只要包括： (1) 能满足对过滤精度的要求空气滤滤清器的过滤精度是指气体通过滤清器时，

18、滤芯能够滤除的最小杂质颗粒度的大小，以其直径的公称尺寸（以mm为单位）表示，颗粒度越小，滤清器的过滤精度越高。一般将滤清器分为四类：粗的（d0.1mm），普通的（d0.01mm），精的（d0.005mm），特精的（d0.001mm），不同的液压系统对滤清器的要求如表（2.1.2）所示表2.1.2各种气压系统的过滤精度要求系统类别润滑系统传动系统随机系统特殊要求系统压力（Map）0257070150210350颗粒度0.10.0250.050.0250.0050.0050.001 (2)能满足液压系统对过滤能力的要求滤清器的过滤能力是指在一定的压差下，允许通过滤清器的最大流量。一般采用滤清器的有

19、效过滤面积（滤芯上能通过空气的总面积）来表示。对滤清器过滤能力的要求，应结合滤清器在系统中的安装位置来确定。（1）滤清器材料应具有一定的机械强度，保证在一定的工作压力下不会因气压差的作用而受到破坏。（2）在一定的工作温度下，应保持性能稳定；有足够耐久性。（3）有良好的抗腐性能力。（4）结构尽量简单，尺寸紧凑。（5）便于清洗维护，便于更换滤芯。（6）造价低廉。空气滤清器最基本的技术参数是空气流量，简称流量，单位以每小时立方米计，他表示允许通过空气滤清器的最大空气流量，一般空气滤清器许用流量越大，则外形尺寸及滤芯的面积越大，相应容纳灰尘的容积也越大。选择空气滤清器的基本原则：空气滤清器的额定空气流

20、量必须大于发动机在额定转速及额定功率下的空气流量，及发动机的最大进气量。同时，在安装空间允许前提下，适当采用大容量和大流量空气滤清器是必要的，这有助于减小空气滤清器的阻力，增大储尘能力和延长保养周期。发动机在额定转速额定负荷下最大进气量与下列因素有关：发动机的排量发动机的额定转速发动机的吸气形式。由于增压器的作用，增压器发动机的进气量远大于自然吸气型增压机型的额定功率。额定程度越高或采用增压中冷型，则发动机的额定功率越大，进气量也越大 2.2 滤清器的选择根据主机厂对滤清器的基本要求，选择滤清器时主要考虑以下性能指标： 2.2.1 工作压力的选择不同结构形式的滤清器允许的工作压力不同，因此选择

21、时考虑到它的最高工作压力。如气压回路的滤清器对油液流动来说是一种阻力，因而气体通过滤芯时，必然要出现压力下降。所谓压降特性是指滤清器进出口两端的压力差与其通过流量，工作时间以及过滤介质的通道形状和尺寸等因素的关系，其中更具实际意义的是压差与工作时间的关系，其特性如图（.2.1）所示图2.2.1-1某过滤介质的压降-时间特性曲线随着滤清器工作时间的延长过滤介质逐渐被污垢堵塞，压降逐渐增加，当达到一定的工作时间后，压差是增长速度急剧加快，迅速使过滤介质破裂。图中曲线的拐点表示过滤介质严重堵塞，压差急剧增长，开始的时间这点的压差称为饱和压差，并将此值作为滤清器堵塞报警信号，预告应当更换过滤元件了。滤

22、清器的最大允许压差略高于饱和压差，而低于过滤介质是破裂压差。为了减少系统的能量损耗，滤清器的压降尽量减小，其最大压差通常由制造厂家根据过滤介质的强度和元件的结构给定，一般为（0.150.35）pa。 2.2.2 额定工作压力额定工作压力是滤清器工作时允许的最大压力，它主要取决于滤清器外壳的材料，主机厂内燃系统的要求，工作压力为2.95Kpa。 2.2.3 过滤精度过滤精度是指滤清器对各种不同尺寸的污染物的滤除能力，用绝对过滤精度、过滤比和过滤效率来评定。绝对过滤精度是指通过过滤芯的最大坚硬球状颗粒的尺寸，它反应了过滤材料中最大的通孔尺寸，以表示，它可以用实验的方法进行确定。过滤比（值）是指滤清

23、器上游气体单位容积中大于某给定尺寸颗粒与下游气体单位面积中大于同一尺寸的颗粒数之比，即对于某一尺寸x的颗粒来说，其过滤比的表达式为 （式2-1）式中-上游气体中大于某一尺寸x 的颗粒浓度-下游气体中大于某一尺寸x 的颗粒浓度以上式可以看出，愈大过滤颗粒越高，当过滤比的数值达到75时，即被认为是滤清器的绝对过滤精度。过滤比能够确切的反映滤清器对不同尺寸颗粒污染物的过滤能力，已被国际标准化采纳作评定，滤清器过滤精度的性能指标。 2.2.4 过滤效率过滤效率，可以通过下式由过滤比值直接算出来 （式2-2）滤清器对某一尺寸的颗粒（杂质）的过滤效率定义为 （式2-3）式中-过滤的单位体积的气体中所含某一

24、尺寸颗粒数目。-过滤后的单位体积的气体中所含某一尺寸颗粒数目。在使用过程中，随着杂质在滤清器中的沉淀，滤清器对某一尺寸颗粒的过滤效率将逐渐提高。因此滤清器的过滤效率是指新滤清器而言的。 2.2.5 额定过滤流量额定过滤流量是指一定压差下允许的最大流量，可以通过下式计算 （式2-4）式中-滤芯的通气能力系数（）的值大小取决于滤芯的材料和结构，常用的滤芯的K值为：网式滤芯 线隙式滤芯 纸式滤芯 烧结式滤芯 -烧结颗粒的平均直径-滤清器的有效过滤面积，即滤芯上工作液体的过流断面面积（）-滤清器的允许压差 2.2.6 纳垢容量滤芯的纳垢容量是指在一定的试验条件下，当滤芯压差达到规定的极限值时，截留的污

25、染物总量，滤芯的纳垢容量欲大其使用寿命愈长。滤芯的纳垢容量与滤芯的尺寸或过滤面积，以及过滤介质的结构参数有关。为提高纳垢容量，可采取以下措施： （1）增大过滤面积，如图（2.6-1）所示，为纳垢容量增大倍数与过滤面积增大为4，由于流量密度降低纳垢容量的增大倍数大约为57倍。图2.2.6-1纳垢容量与过滤面积的关系（2）改进滤材结构增大孔间隙度，采用孔径由上游侧向下游逐渐减小的梯度孔径纤维结构，粗径纤维用细孔纤维的预过滤，可提高滤芯的纳垢容量。根据以上的性能比较，选择纸式滤清器，它具有以下特点：结构与线隙式相同，但滤芯为波纹的酚醛树脂或木浆微孔滤纸制成的纸芯，为增大过滤面积，纸芯常制成波纹状。

26、压力损失约为（0.10.4）pa。过滤精度高，但堵塞后无法清洗，必须更换纸芯。常用于精过滤。 3.1 滤清器的材料的选择和尺寸的设计滤清器由壳体、滤芯和其它附件组成，选择材料时应根据系统要求分别选择。根据主机厂发动机系统的要求设计选材料，从而使得发动机系统能够更好的运转同时能够延长其工作时间及寿命。 3.1.1 壳体部件设计 受压部件最小厚度确定：把主滤芯看作是一个受内压的圆筒，大部人材料用08号钢，则可根据GB150-1998钢制压力容器得；计算壁厚 ；Pc计算压力，0.003MPa;Di筒体内径，145mm;t设计温度许用应力，查表3.1.1-2 得 113MPa;焊接接头系数，1计算可得

27、计算壁厚为0.0035mm;壁厚附加量C=C1+C2;C1钢板厚度负偏差，钢板或钢管的厚度负偏差按钢材标准的规定。当钢材的厚度负偏差不大于0.25mm，且不超过名义厚度的6时，负偏差可忽略不计。查表3.1-1得C1=0。C2腐蚀裕量，为防止容器元件由于腐蚀、机械磨损而导致厚度削弱减薄，应考虑腐蚀裕量，具体规定如下：（a）对有腐蚀或磨损的元件，应根据预期的容器寿命和介质对金属材料的腐蚀速率确定腐蚀裕量。（b）容器各元件受到的腐蚀程度不同时，可采用不同的腐蚀裕量。（c）介质为压缩空气、水蒸汽或水的碳素钢或低合金钢制容器，腐蚀裕量不小于1mm。同时考虑成本，本身产品也经过了防锈处理，可以不考虑腐蚀裕

28、量，可以取小1mm。 则壁厚附加量C=0+0.8=0.8；总壁厚= +C=0.0035+0.8=mm 取0.8mm.表3.1.1-1表3.1.1-2由于筒体和滤芯有一定的温度和压力的限制，如选用一般材料加工则强度够，应采用锻件加工，后热处理、调质，满足一定的强度承受压力，表面进行镀锌处理，达到美观效果。选筒体的高度为530mm，选内径318.4mm为，壁厚为0.8mm，出气口外径为104mm，进气口外径为131.6mm。 3.1.1.1 主壳体设计 用型号为B-0.8-GB708-8808 -P-GB710-88的钢板(厚度为1mm，等级为B，拉延级别为P，表面质量为级，08号镇静钢)，此钢的

29、查表12得抗拉强度为275410MPa,能满足设计要求。具体设计结构如图3.1.1.1-1所示图3.1.1.1-1 主壳体 3.1.1.2 进气管 、出气管设计进气系统管路通道的最小截面积的直径的确定：V=1.27Q/D2 m/s式中：V气流平均速度，一般在1828m/s，取23 m/s. Q一额定空气流量1400*1.3=1778m3/hD一进气系统管路通道的最小截面积的直径mm即可求出D=112.6mm，取130mm。进、出气口直径一般不小于发动机进气口直径为加工、设计方便将其出气口、进气口的直径分别设为104、130mm；为使叶片环高度尽量小，体积尽量小产少成本，通常将进气口设在靠近壳体

30、端面；空气滤清器外壳直径及长度一般保证壳体与滤芯间的间隙为30mm左右，则壳体内径=（145+1+30）2=352mm，1mm是滤芯翻边的厚度，应主机厂要求空滤器壳体和空滤器盖由具有一定强度的金属板冲压件焊接组成。参阅有关国标资料选定进气管，出气管都用型号为B-0.8-GB708-8808 -P-GB710-88的钢板(厚度为0.8mm，等级为B，拉延级别为P，表面质量为级，08号镇静钢)，此钢的查表12得抗拉强度为275410MPa,完全能承受滤清器工作时产生的最大压力，其结构见图3.1.1.2-1和图3.1.1.2-2：图3.1.2-1进气管图3.1.1.2-2出气管表3.1.1.2-1

31、3.1.1.3 封盖的设计 用的钢板型号同壳体的一样为B-1.0-GB708-8808 -S-GB710-88；为了使橡胶密封圈更好的接触，密封性更好，由于主壳体直径比较大，为了使得封盖强度增强，将封盖冲向下2mm深度的圆环；同时在出气口处要留8mm距离与出气管焊接；具体的尺寸、形状要求如图3.1.3所示；图3.1.1.3 -1封盖 3.1.1.4 叶片环设计（粗滤器设计） 空气滤清器用粗滤器的主要型式： (1)帽式粗滤器：结构型式见图3.1.1.4-1，它主要适用于小缸径农用内燃机的空气滤清器，具有结构紧凑、自动排尘的特点 (2)盆式粗滤器：结构型式见图3.1.1.4-2，它适用于拖拉机等农

32、业机械用内燃机空气滤清器，占用空间较大，没有自动排尘的功能，需手工清除积尘盆内的灰尘。 (3)叶片环式粗滤器：结构型式见图3.1.1.4-3，工作原理：进入空滤器的空气被迫经过特定形状的旋流叶片后，获得较大动能并产生绕中心旋转的强烈旋流。杂在空气中的较大颗粒的灰尘、水滴在离心力的作用下被甩到外壳内侧在自身重量和下行气流的推动下很快沉落到底盖上。如气流流速和旋转速度配音恰当，粗滤效率可达90% 以上。这样就可太大减轻主滤芯负担，使空滤器保持低阻力和较长的使用寿命 因此叶片的角度与形状、粗滤器气流的流速及组织有规律的流向， 及千方百计提高粗游器滤清效率都是设计者要考虑的重要问题。它适用于大小型内燃

33、机空气滤清器，但用于大型内燃机较多，由于其安装在空气滤清器中，所以不额外占用空间，可以根据需要安装自动排尘装置，在柴油机工作脉冲的作用下从排尘袋排出，是车载内燃机空气滤清器理想的粗滤器。 (4)切向进气式粗滤器：结构型式见图3.1.1.4-4，它适用于小缸径农用内燃机空气滤清器，占用空间小，加工工艺性较好，装有自动排尘装置。 (5)旋流管式粗滤器：结构型式见图3.1.1.4-5，它适用于工作环境恶劣的大型工程机械用内燃机空气滤清器，它加工工艺要求高，粗滤效率在几种粗滤器中最高，具有自动排尘装置，是工程机械空气滤清器理想的粗滤器。图3.1.1.4-1帽式粗滤器 图3.1.1.4-2 盆式粗滤器

34、图3.1.1.4-3叶片环式粗滤器 图3.1.1.4-4 切向进气式粗滤器图3.1.1.4-5旋流管式粗滤器空气滤清器粗滤器的技术指标：见表 3.1.1.4-1 表3.1.1.4-1 现代柴油机对空气滤清器提出了很高的要求，以保证柴油机可靠地工作，尽可能少地消耗柴油机的功率。选择空气滤清器最主要的问题是(1)滤清效率要高；(2)额定空气流量时原始阻力要低。前者直接影响柴油机的寿命和可靠性，后者直接影响柴油机的动力性和经济性。另外还要求有存储或排空灰尘的结构、很强的自动排尘能力、外形尺寸小和维修保养尽可能简单。气滤清器因装有粗滤效率较高的叶片环粗滤器，故纸质主滤芯的使用寿命大大延长综合以上情况，

35、此次设计的双联空气滤清器采用带叶片环粗滤器的双级纸质空气滤清器是理想的选择。从表3.1.1.4-1我们可以看出，带叶片环粗滤器的双级纸质空气滤清器的总成阻力要求295kPa，粗滤效率80，而主机厂要求要求在额定流量1400m3 h时，总成阻力30kPa，粗滤效率99.5。从要求的指标来看，比国家标准要高出不少。问题的关键是总成阻力和粗滤效率是一对矛盾，总成阻力越高，相应来说，粗滤效率越高，反之亦然，对于这样的空气滤清器指标来说，叶片环设计的好坏，直接影响空气滤清器总成的性能。叶片环的结构型式见图3.1.1.4-6，考虑到加工工艺，叶片角度采用不变角度。对叶片环的设计而言，主要利用以下二个公式：

36、式中F气流通道面积；Q一发动机额定空气流量； Vt一切向气流速度；叶片的角度；D一叶片环外径；d叶片环内径；n一叶片环叶片数；e一叶片环叶片厚度；其中叶片的角度 、切向气流速度 、气流通道面积F等参数是决定叶片环粗滤器性能的主要参数。(1)叶片的角度（锐角）从公式(1)、公式(2)，得到公式(3)；考虑到注塑工艺的要求，取 n=22 、e=15mm；而柴油机额定空气流量、主滤芯外径和叶片环外径为已知量，即 Q=1400m3 h、d=243 mm、D=316 mm，将这些数值代入公式(3)，得到以下关系式(4)：tg=36.22/Vt查阅国内外有关资料， Vt=l828ms，考虑到阻力值要求比部

37、颁标准高，取较小值 =20ms：经计算，d=28.9在推荐值=25一30的范围。经计算，=28.9在推荐值=2530的范围，可取29。其结构见图3.1.1.4-6：图3.1.1.4-6经过试验，总成阻力为2.8kPa、 L一粗滤效率为99.8。从结果得知，阻力符合要求，现在的主要问题是阻力值小于。如果原始阻力大于2.95KPa，要降低阻力，可以从增大叶片角度，降低切向流速来着手， 但叶片角度到底多大，大了以后，对粗滤效率的影响有多大，可以通过从试验来验证。(2)叶片环叶片高度 b(近似计算) 式中，h一般取 56mm， (3)叶片环高度 L ，其主要参数如下所示:图3.1.1.4-7式中 c、

38、a根据零件具体尺寸，取 510 mm 通过以上的计算，叶片环的基本尺寸就已确定， 虽然叶片环的角度、V1与推荐值有较大的差距， 但设计计算仍是有意义的，如果我们按部标，阻力小 于等于2.95kPa、粗滤效率大于等于 99.5，计算时取 V1=23 ms，则=29，根据表2的试验，叶片环 采用29叶片角就完全能满足要求，可见设计的角度,虽需试验验证其计算的适用性，但至少给了一个 大致的范围，对我们优化设计起了积极的作用。按一般的设计程序： A：根据经验或类比假定V1、n、e ，求出 F； B：已知主滤芯外径，确定 d，求出 D； C：按上述已确定的参数，重新验算参数。如按此程序计算，由于不确定参

39、数较多，验算较为繁复，且空气滤清器结构参数会频繁变化，按本文的方法，先确定空气滤清器的外径(事实上空气滤清 器外径如要变化，受很多因素的制约)，找出V1、的关系式，对计算而言较为简单。 3.1.2 滤芯滤材的选择滤芯由实现过滤作用的滤材和保护滤材的支撑层所构成，一般制成圆筒形，气体由外向内选择性通过滤材流动，滤芯是过滤器的关键部件。过滤性能主要取决于滤芯的结构参数和滤芯特性，应采用深度型滤材，它的作用是直接阻截，又有吸附作用，过滤作用发生在整个深度范围内，纳垢容量大，但被滤除的污染物不容易被清洗掉，所以只能一次性使用。 空气滤清器性能的好坏，首先是与它采用的滤料所有关，同时也与滤清器本身的结构

40、及滤芯的加工关。 对空滤器滤料的要求首先是透气性好，以保证滤芯的流动阻力小，其次是孔隙度适当，以保证有足够的过滤效率和过滤细度 这两项要求是相互矛盾的，滤芯就是这一对矛盾的统一体。可以采用不同的滤料 满足不同要求的空滤器的需要。车用干式空滤器用得最广泛的滤料是树脂处理的微孔滤纸。滤纸的纸浆经过丝光化处理，纤维卷曲柔软，使制成的滤纸多孔而疏松。现代造纸技术还可采用皮革纤维、植物单纤维、合成化学纤维等多种原料选配，与术浆一起得到任意的孔径分布和所要求的技术条件。此外，滤纸经过树脂处理，不但增强了滤纸本身的机械强度，也提高了滤纸的抗水性 因此，微孔滤纸成为车用空滤器最可靠和用得最广泛的滤材。当今世界

41、上生产空气滤纸的主要厂家有美国HOLINGSWORTHVOSz公司、德国GESsNER公司和意大利BOSS0公司 表3.1.2-1列出他们的典型空气滤纸的技术水平，可以说当前这3家公司的空气滤纸产品代表着世界水平。表3.1.2-1典型空气滤纸的技术水平这种性能优良的滤纸具有下列几种滞留灰粒的机理；筛分太于过滤介质孔径的灰粒被滞留在滤纸的表面，从而被分离出去。沉淀与截留 由于灰粒的质量及其几何形状的不同，它们碰撞在纤维的壁上。如果灰粒在小于或等于其直径范围的间隙中通过时它就会被不规则纤维壁截留下来。渗滤小灰粒根据布郎运动，在流动介质中作不规则游动 因此，当它们游近纤维构成的微孔时，受分子力的作用

42、而被截留下来。撞击撞击的结果也是分子力的作用。由于纤维孔大小不均，以及灰粒质量的作用，这些灰粒就不会随着气流的路线前进，而碰在纤维上，并紧紧地粘住。由于滤纸具有以上的过滤机理，使它能对比它的孔径小得多的灰粒也能很好地截留。对平均孔径为4m的滤纸来说，其滤清效率可达999% ；对平均孔径为100m的滤纸来说，其滤清效率仍达99 %(采用AC纽灰作为试验灰尘)滤芯设计选择：本方法规定了内燃机空气滤清器纸质滤清的技术要求，实验方法和检验规则，适用于体积流量为1400m3/h以下的内燃机空气滤清器纸质滤清（以下简称滤芯）；技术要求： （1）滤芯应按照经规定程序批准的产品图样和技术文件制造 （2）在额定

43、空气体积流量下，滤芯的原始阻力应不大于0.30KPa （3）在额定空气体积流量下，滤芯的原始滤清效率应不低于99.5% （4）在额定空气体积流量下，滤芯的容灰量应符合下列要求：C0.02A 式中：C滤芯容灰量，即在达到规定的实验终止条件时，被滤芯滤除试验灰尘的数量，单位为g；滤芯容灰量实验的终止条件规定为下述条件之一（以先达到者为准）；a滤芯阻力增加1KPa；滤芯滤清效率下降到99.0%（按重量计）。0.02单位面积滤纸容灰量，单位为g/cm2 A滤纸实际有效过滤面积，单位为cm2A=2b(H-2h)n式中： b滤纸折宽，单位为cm； H滤芯高，单位为cm； h滤芯端盖翻边高，单位为cm; n

44、滤纸折数 滤芯结构见表1对要求热固化的滤纸应进行热固化处理，使其具有良好的抗水性。滤芯所用的金属应经防锈处理。滤纸的折距应均匀，其不均匀度在滤芯外径上的最大折距不得大于名义折距的1.5倍；最小折距不得小于名义折距的0.5倍。滤纸折数的允差；滤纸折数少于50折的，允差为2折；滤纸折数为50折100折的，允差为3折；滤纸折数多于100折的，允差为4折。滤芯端盖内孔直径尺寸偏差应符合GB/T1804中C级上偏差的规定滤芯两端面的平行度公差应符合表3.1.2-2规定，平行度公差测量位置在距滤芯内孔直径10mm的环面上滤芯应清洁，内外表面应无污垢和杂质表3.1.2-2滤芯结构简图及两端面的平行度/mm滤

45、纸质量是保证滤清器性能的关键。滤纸一般进行树脂处理，使其具有耐水性，具体数据参看表3.1.2-33.1.2-3滤纸的参考指标在我国南方沿海或多雾的地区相对湿度较大(80%),在过滤器的选型上一般要增加实际处理气体的富裕量(应增加11 5倍)。滤筒滤纸要选用带聚酯20%以上的防水型滤纸,美国-7406拉强度大、挺度高的防水型进口滤纸 ，这次设计首选。 滤清器的结构参数确定 空滤器的结构尺寸由需要吸入的空气流量和用途决定，为了有更大的接触面积，一般将其设计成圆筒状并将其折边，结构见图2.1.2-1图2.1.2-1不同的使用条件下的单位滤芯面积及容质量如表3.2-4，它可以作为选择滤清器尺寸的参考。

46、表3.1.2-4 滤清器单位滤纸面积及容质量表面积的计算由计算得，当滤芯内外径关系为D=2d时，可获得最大表面积，可按公式：A=2bHn（表3.1.2.4中选择重负荷，则对应滤芯面积可取4895100cm2,由于总成额定空气流量为1400m3/h，即需要总的滤芯表面积=4895100*1400/106=68530.14cm2）；询问厂里有经验的老师傅可初选n滤纸折数=2103，b滤纸折宽=45mm。则68530.14*100=2*45*H*210，可求出H=362.59mm,则取518mm。滤网选择：由以上可得出滤芯的外径，内径分别为241mm，145mm。即所需滤网的面积=3.14*241*

47、518=391991.32mm2考虑到滤网的通风性，保护性，经久耐用性再结合实际选择了0.8镀锌钢板网，其结构尺寸见图2.1.2-2：图2.1.2-2 3.1.3 中心管设计为保证整个滤芯的稳定性，使上、下两个端盖的平行度、同轴度在一定范围内，将中心管做成由8mm间距为10mm，均布在钢板（B-0.5-GB708-88/08-II-P-GB710-88）上，起到一个均匀加强筋的作用。还要镀上0.0050.010厚的锌，其具体形状见图3.1.3-1所示；图3.1.3-1 3.1.4 主滤芯夹条设计滤芯夹条是用来夹持滤纸两头交接处，同时有一定角度，型号B-0.5-GB708-88/08-II-P-

48、GB710-88，一般都是用60。其结构如图3.1.4-1图3.1.4-1 3.1.5 滤芯上、下端盖设计查中华人民共和国国家标准 冷轧钢板和钢带的尺寸外形重量及允许偏差（GB708-88）及热轧普通薄钢板详细资料，热轧普通薄板俗称黑铁皮，因钢板表面呈云彩蓝玄色而得名。 （1）主要用途 主要用于制造对名义品质请求不高，不需深冲加工的制品，如透风管道、机械外罩、开关箱、文件柜等，也常用作焊管和冷弯型钢的坯料。普遍用于各产业部分。 （2）材质的牌号与化学成分 契合GB700-88碳素结构钢化学成分的规定和GB700-79（普通碳素结构钢技巧前提）的规定。 （3）力学性能 符合GB700-88的规定

49、和GB700-79（普通碳素结构钢技术条件）的规定。 （4）钢板规格、尺寸与生产单位 钢板尺寸相符GB709规定（附板材类之后）。厚度订货组距：0.5-0.6，0.7-0.8，0.9-1.0，12-1.25，1.4-1.5，1.75-2和2.5-4(mm)。 生产单位：首钢、昆明钢铁公司、天津轧钢一厂、沈阳薄板厂、长春薄板厂、汉口薄板厂、柳州钢厂、杭州钢铁厂、衡阳轧钢厂、江西钢厂和南京钢铁厂等。综合以上原因，主滤芯上、下端盖都选择B-0.7-GB708-88/08-II-S-GB710-88型号的钢板，然后通过冲压成型，其结构如图3.1.5-1所示；上端盖下端盖图3.1.5-1 3.1.6 主

50、滤芯密封圈设计由于滤清器是压力容器应选择材料为橡胶，其结构设计如下：图3.1.6-1为了使密封胶密封性更好，一般将密封胶做成半圆曲面，底面直接用胶水粘在滤芯上端盖。密封圈耐压性能好，可在50Mpa以上的压力下工作，随着压力的增大，可以增加压力环的数目，耐久性也很好，当其长期工作磨损而产生渗透时，可以调整压盖，压紧补偿。缺点是安装空间大，摩擦阻力大，安装密封圈时，应使唇边朝向气体一方，用螺纹压盖压紧。3.1.7 拉杆设计上端盖和壳体通过拉杆螺母扭紧，有一定的预紧力，同时受到工作力的作用。初选直径为10mm，阶梯直径为12mm，螺纹部分长为90mm，总长为614mm。紧螺栓连接强度计算：当滤清器工

51、作时，拉杆承受预紧力和工作拉力，由机械设计得;F2=F0+F=F0+(Cb/(Cb+Cm)F；F2螺栓的总拉力；F0螺栓预紧力，用5.6性能等级的螺栓。表3.1.7-1表3.1.7-2由上表得12.3KN；F工作拉力，为3000Pa3.140.1432=192.6N；(Cb/(Cb+Cm)螺栓的相对刚度，无垫片取0.25（一般设计时，可根据垫片材料不同使用下列推荐数据：金属垫片（或无垫片）0.20.3；皮革垫片0.7；铜皮石棉垫片0.8；橡胶垫片0.9.）；即F2=12.4926KN考虑到螺栓总拉力的作用下可能需要补充拧紧，故讲总拉力增加30%已考虑扭转切应力的影响，于是螺栓危险截面的拉伸强度

52、条件为ca=1.3F2/(3.14d2/4)=0.2069MPa;由于选用的是Q235钢，其屈服强度为=235MPa左右大于ca=0.2069MPa，符合要求；其结构尺寸见图3.1.7-1：图3.7-1图3.1.7-13.1.8 防尘袋空气滤清器工作过程中，为了能使吸进去的部分粉尘能够及时的排出，在上端盖部件外边缘上设计一个开口，同时又要防止粉尘、颗粒从这个开口大量的进入滤清器或进入发动机中，开口设计上端盖部件边缘的同时开口也要在主滤芯外部。并且开口也不宜过大，一般为30-40mm。同时防尘袋设计出口端作为扁型，并开1-2mm的小缝，以能够排除一定量的粉尘，可以有效地延长空气滤清器的寿命。汽车

53、用胶橡胶I-1HG-543-67型号,其结构如图3.1.8-1图3.1.8-14.1 滤清器的性能验算4.1.1 理论法在气压和润滑系统中，滤清器的作用是控制系统空气的污染度在关键元件所允许的范围内，以保证系统工作可靠性和元件的使用寿命。系统的空气污染度和所采用的滤芯精度与侵入系统的污染物数量等诸多因素有关，要想精确地分析系统空气污染度与各因素之间的关系，必须建立过滤过程的数学模型，但因涉及因素较多，推导过程十分复杂。为了研究主要因素对过滤过程的影响，需将实际系统简化，并假设：污染物的侵入全部集中在气缸处，并且侵入率保持不变；过程中滤清器下游气体的容积与上游相比很少，因而，可以认为上游气体（主

54、要为气管内气体）的容积。简化过滤系统如图4.1.1-1所示。假设系统开始工作时，气体具有一定的初始污染颗粒浓度。 图4.1.1-1简化的过滤系统1. 气缸 2. 滤清器系统工作后，污染物以一定的侵入率R进入系统气体。当上游气体以一定的流量流经滤清器时，一部分污染物被滤清器滤除，未被滤除的污染物通过滤清器后，又回到滤清器上游。根据污染物数量的平衡关系，对于任一瞬间，上游油液中大于同一尺寸的颗粒数，再减去被过滤的大于同一尺寸的颗粒数，即 (式5-1)其中某一瞬间滤清器上游气体中大于某一给定尺寸的初始颗粒浓度（即单位容积气体中的颗粒数）。-滤清器上游气体中大于同一给定尺寸的初始颗粒浓度。滤清器下游气

55、体中大于同一给定尺寸的颗粒浓度。-系统内的气体容积。-污染物的浸入率，即单位时间内进入系统气体中的大于同一给定尺寸的颗粒数。-流经滤清器的流量。时间。按照过滤比的定义,将式（5-1）中的代换为并解方程，最后得到过滤系统：,将式（5-1）中的Nu代换为N并解方程，最后得到过滤系统污染控制的一般方程式： （式5-2） 方程（式5-2）反映了在过滤过程中，滤清器下气体液污染度Ned随时间的变化规律，可用图（式5-2）描述,由曲线可知过滤过程中滤清器下游气体随过滤时间而增长,最终达到一个稳定值。实验时间并不长，只需要几分钟，另式（式5-2）中时趋向无穷大，可得到过滤是滤清器下游油液浓度稳定值的表达式为

56、: （式5-3）应指出，以上分析是在一定假设和理想的条件下进行的，实际的过滤系统往往受到一些其他因素的影响。使滤清器性能下降 ，如有以下有两种情况：（1）流量脉动对过滤性能的影响实际系统中，由于阀的转换，气压缸的往复动作，以及高压气体突然卸载等原因，经常引起系统内的流量脉动，有时出现瞬时流量冲击，试验表明，在流量脉动的影响下，滤清器对颗粒污染物的过滤能力显著下降，使原来被滤芯吸附的一些污染颗粒可能又被冲刷到下游。因此，每出现一次流量脉动下游气体中将增加一些附加的污染颗粒，如果仅产生一次流量脉动，则增加的附加颗粒很快被滤除，因而流量脉动的影响随即消失，如连续出现流量脉动，且后一次脉动产生在前一次

57、脉动的影响之前，则油液中由于流量脉动产生的 附加污染颗粒将逐渐增加，使系统气体的污染度增大。流量脉动对系统气体污染度的影响与流量脉动的频率和幅值有关，随着脉动频率和幅值增加，过滤的有效精度显著下降。（2）旁通泄漏对过滤性能的影响若滤清器滤芯与壳体之间密封严密，或滤芯有裂纹和 破损等缺陷，或旁通泄漏阀在正常情况下关闭不严，则将有部分未经过滤掉的颗粒使下游气体污染度增加，从而降低滤清器的有效过滤性能。对于有旁通阀泄漏的情况，设流经过滤的总流量,不经过滤泄漏流量,此时，滤清器的有效过滤比可用下式计算: 式中 -过滤的有效过滤比 -滤清器无旁通泄漏时的过滤比 -旁通流量比由上式可知，当无旁通泄漏时。=

58、0; =当有旁通泄漏时，值愈小，滤清器的有效过滤比愈大。4.2.1 实验法4.2.1.1 实验方法和内容目前，世界各国已经普遍采用国际标准ISO4572评定“气压滤芯过滤性能的多次通过法”，实验内容包括确定滤芯，对不同尺寸的过滤比（值）堵塞过程的压差特性以及纳垢容量。多次通过法模拟滤清器在气压系统中的实际工况，污染物不断侵入系统气体，并不断被滤清器滤除，而未能滤除的颗粒物又回到气缸，并再次通过滤清器。 图4.2.1-1多次通过实验系统简图1气泵 2 气缸 3 流量计 4 上游取样阀 5 压差表 6 被试滤清器 7 下游取样阀如图（5-3）为多次通过实验的系统简图，实验时流量调至被测滤清器的额定

59、流量，并保持稳定。连续向油箱注入实验粉尘，通过压差表监测滤清器的压差，按一定的时间间隔同时从上游和下游取样，用自动颗粒计数器按给定的颗粒尺寸进行记数，直到滤芯压差达到规定的极限值为止。为适应高精度滤清器性能评定的需要，以及由于试验粉尘的改变和自动颗粒计数器新校准方法的采用，近年来对ISO4572进行了修改和完善，修改后多次通过试验法采用新的标准号ISO16889。4.2.1.2 过滤比的评定ISO16889规定采用在线颗粒记数的方法，要求每隔相等的时间间隔（/min）同时从上，下游取样进行在线颗粒记数，直到滤芯达到压差规定的极限值为止，记录试验总的时间。将总试验的时间分为10等份，计算每个等份时间内各个颗粒尺寸范围的上游和下游颗粒浓度的平均值，并计算相应的过滤比，然后计算10个等份时间的颗粒浓度平均值和总的平均过滤比。如表4.2.1-1所示为某过滤多次通过的实验结果