畢業(yè)設(shè)計(jì)__配氣機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)講解

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1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 配氣機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 姓 名 : 所屬院校： 專 業(yè) : 班 級 : 學(xué) 號 : 指導(dǎo)教師： 配氣機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 【內(nèi)容摘要 】 氣門配氣機(jī)構(gòu)是四沖程柴油機(jī)所特有的機(jī)構(gòu)， 它是按照發(fā)動機(jī) 的點(diǎn)火次序和各缸工作循環(huán)的要求，定時(shí)開啟和關(guān)閉進(jìn)、排氣門，完成換氣過程。因此

2、配氣機(jī)構(gòu)要滿足：進(jìn)、排氣的定時(shí)和準(zhǔn)確；氣門關(guān)閉要嚴(yán)密可靠；氣流阻力要?。唤Y(jié)構(gòu)簡單拆裝方便。 氣門配氣機(jī)構(gòu)由氣門組、 氣門傳動組、 凸輪軸傳動機(jī)構(gòu)三部分 組成。氣門組主要由：氣門、閥座、氣門導(dǎo)管、氣門彈簧和連接鍵組 成， 195B 型柴油機(jī)采用不帶閥殼氣門組氣門的開啟和關(guān)閉是靠傳動 機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的，傳動機(jī)構(gòu)可分為機(jī)械和液壓傳動機(jī)構(gòu)。 195B 型柴油 機(jī)采用下置式傳動形式，由凸輪、挺柱、推桿、搖臂、搖臂座、搖臂軸、調(diào)整螺釘?shù)冉M成。凸輪軸與曲軸之間的傳動機(jī)構(gòu)與柴油機(jī)的型式、凸輪軸與曲軸的相對位置、 氣門傳動機(jī)構(gòu)的型式等有關(guān)， 一般有齒輪傳動和鏈傳動。

3、 195B 型柴油機(jī)采用齒輪傳動，柴油機(jī)曲軸與凸輪軸的傳動比為 2：1. 配氣機(jī)構(gòu)控制發(fā)動機(jī)進(jìn)排氣過程 , 直接影響著發(fā)動機(jī)的性能，是衡量發(fā)動機(jī)可靠性的指標(biāo)之一 . 本組 成 員：楊尚俊 寇志奎 伍立 資料 準(zhǔn) 備：楊尚俊 寇志奎 伍立 測繪、制圖：楊尚俊 說明書定制：寇志奎 伍立 校 審：楊尚俊 寇志奎 伍立 目錄 概述 1、配氣機(jī)構(gòu)的功用  ??????????????????  .?? ............??? .? .? .6 2

4、、配氣機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求  ????????????????  ..??? ........ ??? . ?.6 3、配氣機(jī)構(gòu)計(jì)算參數(shù)的確定 ???????????? .???????? ...?. ...7 一、凸輪軸的設(shè)計(jì)： 1、凸輪軸的設(shè)計(jì)要求 ?????????? ... ???????????? ...?? ... ?..7 2、凸輪軸的結(jié)構(gòu) ????????????? ... ?????????????? ...? ... ?7 3、凸輪軸的選材 ??????????????????????? .. ?????? 7 4、

5、凸輪軸的支承軸頸軸承的材料 ??? ???? ..?? 7 5、凸輪軸的定位方式 ??????????????? ..?? ???????? .?7 6、凸輪軸的最小尺寸定位方式 .7 7、凸輪軸的熱處理工藝 8 8、凸輪軸的損壞形式 8 9、凸輪軸的計(jì)算 9 二、凸輪的設(shè)計(jì) 1、凸輪設(shè)計(jì)的要求 ??????????????????? .?? ?? .10 2、凸輪基圓設(shè)計(jì) ???????????????????? ?..?? .11 ① 基圓半徑的確定 . 13 ② 凸輪位置的確定 13 ③ 配氣相位與凸輪的作用角 .14

6、 ④ 凸輪頂部的圓弧半徑 14 三、挺柱的設(shè)計(jì) 1、挺柱的結(jié)構(gòu) ??????????????????????????? ..?.?. ?.10 2、挺柱的材料 ????????????????????????????? ..? 15 3、平面挺柱導(dǎo)向面與導(dǎo)向孔之間擠壓應(yīng)力的計(jì)算 16 4、平面挺柱的最大速度 16 5、凸輪與挺柱間接觸應(yīng)力的計(jì)算 17 、挺柱導(dǎo)向面直徑 d r 與長度 Lr 按照下面的公式確定 18 6 ........................

7、 7、挺柱頭部球面支座的設(shè)計(jì) ......................................................................................... 19 8、凸輪和挺柱的主要損壞形式及其預(yù)防 ............................................................ 19 四、推桿的設(shè)計(jì) 1、推桿的功能 ????????????? ............. ?????????? .????? 20 2、推桿的

8、材料 ??????????? .??????? ....?? ................................ ?. ?.20 3、推桿的結(jié)構(gòu)形式 ..................................................................................................................20 4、尺寸設(shè)計(jì) .....................................................................................

9、................................................ 20 5、推桿穩(wěn)定性安全系數(shù)的確定 .................................................................................... 20 6、推桿球頭與挺柱球面支座，推桿球頭與搖臂調(diào)節(jié)螺釘球面支 座間接觸應(yīng)力的計(jì)算 ...........................................................................................

10、............................... 21 五、搖臂的設(shè)計(jì) 1、搖臂的工作原理 ?????????????????? ..????? .?.???? 22 2、搖臂的結(jié)構(gòu) ??????????????????? .??? ..????????? .22 3、搖臂比 ???????????????? .......................... ?? ..... ????? ...??? .22 4、搖臂潤滑 ???????????????? ...............

11、...................... ?? ..?..???? 22 5、搖臂的定位 .............................................................................................................................. 23 6、搖臂的材料 ...............................................................................................

12、................................ 23 7、搖臂與氣門桿頂面間接觸應(yīng)力的計(jì)算 ........................................................... 23 六、氣門組的設(shè)計(jì) 1、氣門的設(shè)計(jì) ??????????????????????? ..................... ???? 25 1）氣門設(shè)計(jì)的基本要求 ...........................................................

13、...................................... 25 2)氣門的工作條件分析 ................................................................................................. 25 3）氣門材料的選擇 ........................................................................................................... 26

14、 4）氣門頭的設(shè)計(jì) ................................................................................................................. 27 5）氣門桿的設(shè)計(jì) ................................................................................................................. 29 2、氣門旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) ????????????

15、????? .....??????? 30 3、氣門座圈的設(shè)計(jì) ????????????????????? .................. ??? 30 4、氣門導(dǎo)管的設(shè)計(jì) ??????????????????? .................. ????? 32 5、氣門的主要損壞形式和預(yù)防措 ??????????????????? 33 七、氣門彈簧的設(shè)計(jì) 1、氣門彈簧的設(shè)計(jì)要求 ?????????????????? ........ ?????? 34 2、氣門彈簧的作用 ?????????

16、??????????????? ......??? 35 3、氣門彈簧的工作條件 ????????????????????? ......... ?? 35 4、氣門彈簧的結(jié)構(gòu) ????????????????????? ...... ? ..?? ....... ? 35 5、氣門彈簧的選材 ?????????????????? ................. ?? ..? ....... ? 35 6、氣門彈簧特性曲線與氣門慣性力曲線的配合 ??? ..?? .?.... ?? 36 7、氣門彈簧的有關(guān)計(jì)算 ???????????????

17、 ..?? ........................ ?? 37 1）彈簧的最大彈力 ....................................................................................................... 37 2）彈簧最小的彈力 ...................................................................................................... 38 3）彈簧的剛度 ..........

18、..................................................................................................... 38 4）彈簧變形 . 38 ...................................................................................................................... 5）內(nèi)、外彈簧之間的負(fù)荷分配 ...........................

19、................................................. 39 6）內(nèi)外彈簧的剛度 .................................................................................................. . 39 7）彈簧的尺寸 ..............................................................................................................

20、 40 8、提高氣門彈簧疲勞強(qiáng)度的措施 42 ........................................................................... 參考文獻(xiàn) ???????????????????????????????????.......... .43 致謝 ????????????? .....................................................................................?????

21、?? 43 配氣機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 概述 1、配氣機(jī)構(gòu)的功用：是完成換氣過程，根據(jù)發(fā)動機(jī)氣缸的工作循環(huán)次序，定時(shí)地開啟和關(guān)閉進(jìn)、排氣門，不斷的用新鮮的氣體來氣缸內(nèi)上一循環(huán)的的廢氣。 2、配氣機(jī)構(gòu)的要求： 對于一個(gè)正常工作的配氣機(jī)構(gòu)應(yīng)該具有如下的要求： ① 進(jìn)、排氣門的時(shí)間足夠大，泵氣損失小，配氣正時(shí)恰當(dāng)，在排氣過程中能較好的排出廢氣， 進(jìn)氣過程中能吸入較多的新鮮空氣， 因而使發(fā)動機(jī)具有較高 的充量系數(shù)和合適的扭矩特性。 ② 振動、噪聲較小，并且工作可靠和耐磨。 ③ 結(jié)構(gòu)簡單、緊湊。 ④ 為了減輕慣性負(fù)荷，使配氣

22、機(jī)構(gòu)運(yùn)動零件的質(zhì)量減到最小。 3、配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算參數(shù)確定： 從確定氣門座處的通過截面  Fxn  以及確定喉口流通截面  f  rop  開始。氣 閥處的流通截面積根據(jù)氣體不可壓縮連續(xù)流動的條件確定， 也即在額定轉(zhuǎn)速況，氣門最大升程時(shí)，按氣門座截面處假設(shè)的平均速度來確定。  I 情 已知：氣缸直徑 D=95， 氣道喉口的最帶直徑，在氣缸直徑 D，配氣機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)方案以及燃燒是 的形式都已給定的情況下，氣門布

23、置在氣缸上可能性的限制。進(jìn)氣門 drop 的 數(shù)值應(yīng)大于下列規(guī)定的范圍： 采用氣門頂置式： drop ( 0 . 35 ~ 0 . 52 ) D ， 則可以得到： drop (33 .25 ~ 44 .9) ，根據(jù)柴油機(jī)的 195B 的結(jié)構(gòu)，選擇 drop =36mm, 排 氣門 的氣 道喉 口的 直 徑， 通常 取得 比進(jìn) 氣門 的氣道喉 口直 徑小10%~~20%，氣閥升程 h 時(shí)，某研究瞬間具有圓錐密封面之氣門的流通截面為： F k n h k nd r o *pc o as s i na c o 2sa 式中 a—?dú)忾T頭 斜面角（

24、現(xiàn)代發(fā)動機(jī)上， a=45 度); hkn 氣門的升程，它的取值一般是氣門頭的 25%左右，氣門頭的直徑是 40.mm， 則： h k n=10mm 所以 : fkn = Fkn hkn drop * cos a sin a cos 2 a =10π（35*COS45+10*Sin45*Cos45) =865mm 對 drop 進(jìn)行校核： ∵ Frop=（1.1~1.2） Fxn=(1.1~1.2)x865=(951.5~1038) 取 1000mm 喉口的直徑為： drop = 4Frop / 3.

25、14 x10 =36mm ∴喉口的直徑經(jīng)過檢驗(yàn)取值正確。 一、凸輪軸的設(shè)計(jì) 1、凸輪軸設(shè)計(jì)的要求： 1）正確的設(shè)計(jì)進(jìn)排氣凸輪的位置，實(shí)現(xiàn)配氣正時(shí)，使柴油機(jī)正確的按照一定規(guī)律運(yùn)轉(zhuǎn)。 2）從柴油機(jī)的總體布局來設(shè)計(jì)凸輪的允許彎曲變形，合理的計(jì)算出支撐它的軸頸數(shù)目，軸頸的直徑、和凸輪軸的最小直徑尺寸。 3）選擇合理的材料和熱處理工藝，使它不僅有足夠的剛度與韌性，而且要使凸輪和支撐軸的表面有合理的硬度，具有較好的耐磨性。 2、凸輪軸的結(jié)構(gòu)： 195B 柴油機(jī)是小功率柴油機(jī)， 可以采用整體式凸輪軸， 它的結(jié)構(gòu)較緊湊，這種結(jié)構(gòu)都是將凸輪軸從

26、機(jī)體一端插入的， 所以將它的兩個(gè)支撐軸頸加工的尺寸大小是不同， 前端的支撐軸頸尺寸大， 后端的小些， 而且前端軸頸的尺寸必須大于凸輪軸的高度，這樣便于安裝。軸頸上安裝滑動軸承。 3、凸輪軸支承軸頸的數(shù)目： 由于該柴油機(jī)是單缸四沖程發(fā)動機(jī)，不必將支承軸頸設(shè)計(jì)的過多，只是 將凸輪軸的前后端各設(shè)計(jì)一個(gè)就已經(jīng)足夠了，所以將該軸頸數(shù)目為 2 個(gè)。 4、凸輪軸的選材： 因?yàn)橥馆嗇S要承受一定的機(jī)械強(qiáng)度，必須要有足夠的強(qiáng)度和韌性，同時(shí) 還應(yīng)具有一定的耐磨性， 才能讓發(fā)動機(jī)在正常的工況下工作， 選擇碳鋼， 一般選擇 45 鋼就可以滿足要求了。 5、凸輪軸的支承軸頸軸承的

27、材料： 195B 柴油機(jī)經(jīng)過查表得知， 采用鐵基粉末冶金， 它是將它直接安裝在凸輪軸軸承座孔內(nèi)，它的型號： 195— 01018 內(nèi)徑 外徑 寬度 前端 40 47 27 后端 28 35 26 6、凸輪軸的定位方式： 定位的原因 : 由于汽車的上下坡或者在加速的時(shí)候，都可能使凸輪軸發(fā) 生軸向竄動。為防止由此引起的對配氣定時(shí)的不良影響， 需要采用軸向定位措施。 對也 195B 型柴油機(jī)的采用的是軸向定位方式。 7、凸輪軸的最小直徑確定： 凸輪軸的最小尺寸可以按照下面的公式： Db=2Ro—（ 2~4）（

28、mm） 上式中的 Ro 是凸輪的基圓半徑，由表可知： Ro=14.5 Db=2Ro—（ 2~4） =2x14.5—（ 2~4）=（25~27） 當(dāng)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，支承軸頸間距離較大、凸輪上受力較大時(shí)取上限值。 凸輪軸支承軸頸與軸承孔德徑向間隙一般在 0.02~0.03mm，范 圍內(nèi) ，軸 向間 隙為0.01~0.25mm。 8、凸輪軸的熱處理工藝： a 滲碳； b 滲碳； c 機(jī)械加工； d 高頻淬火（回火）； f 機(jī)械加工； 9、凸輪軸的損壞形式： （1）支承軸頸的磨損。 （2）凸輪表面的磨損、刮傷和點(diǎn)蝕。 10、凸輪軸

29、的計(jì)算： 根據(jù) 氣 門彈 簧和 配氣 的 計(jì) 算 的： 配氣 機(jī)構(gòu) 運(yùn) 動零 件的 質(zhì)量 Mkn=115g ， Mn=75g Mr=0/ Mmr=0 和 Mn=120g ，凸輪的尺寸 Ro=14.5mm ，R1=138 R2=8.3mm Htmax=7mm 搖 臂 的 尺 寸 ： Lr=46 L=32 凸 輪 軸 的 角 速 度 ω =115rad/s 彈簧的最小彈力是 P=239 牛頓，進(jìn)氣么的喉口直徑 d=36mm 。 從排氣門作用到凸輪上的最大的力為： Prmax=[ Pnp min + π d n2 /4 （Pr — p"r ）]Ln

30、/Lr+Mr w2x （ r1 —r2 ） =[239+3.14*  0.33 /4x （0.445  —0.1  ）x 10 6 x46/32+374x  1152 x （ 138  —14.5  ） x 10  6 =2539  牛頓 注： 式中的 d a =36mm 為排氣門的直徑 d ba =42mm 為進(jìn)氣門的直徑 Pr 0.445 兆帕，是由指示功圖而確定 pr ≈

31、 p0 =0.1 兆帕 Mr= （ mnk + mnp /3 ）x （ l nr / lr ) 2 +99=374g mn = mk l kn2 /3 lr2 =120x 462 /3x 322 =81g 凸輪軸的彎曲量： Ptmax a2b2 2417* 262 * 692 Y=0.8 El (d p4 0.8 p4 ) 2.2 * 105 * 95* (324 104 ) =0.0003mm 式中 E=2.2* 105 兆帕——鋼的彈性模量 ;

32、 L=a+b=26+70=96mm--- 凸輪軸跨距長度 根據(jù)結(jié)構(gòu)總體布置來?。? 2r0 2 2 * 14.5 2 32mm 軸的外徑 --- p 10mm——軸的外徑，選取時(shí)要考慮利用軸的外徑向凸輪供給潤滑油和保持 軸具有足夠的剛度。 擠壓應(yīng)力： cm 0.418 Pr m a xE / bn r1 =0.418 0.002417* 2.2 * 106 / 0.025* 0.0572 =255 兆帕 式中 ：bn =25mm —凸

33、輪的寬度 二、凸輪的設(shè)計(jì) 雖然瞬時(shí)的打開和關(guān)閉氣門能夠獲得最大的時(shí)間截面， 但是這樣做會使零件產(chǎn)生很大的慣性力。 因此在設(shè)計(jì)配氣機(jī)構(gòu)時(shí)選用這樣的凸輪型線， 使它保證可以有足夠的氣缸沖量的同時(shí)，同時(shí)也保證運(yùn)動零件的慣性力數(shù)值在允許的范圍內(nèi)。 1、凸輪的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該滿足以下的要求： 1) 具有合適的配氣相位。它能照顧到發(fā)動機(jī)功率、扭矩、轉(zhuǎn)速、燃油消耗量、怠速和啟動等各方面的性能要求。 2) 為使發(fā)動機(jī)具有良好的充氣性能，因而時(shí)間面積值應(yīng)盡可能大些。 3) 加速度不宜過大，并應(yīng)連續(xù)變化。 4) 具有恰

34、當(dāng)?shù)臍忾T落座速度，以免氣門和氣門座的過度磨損和損壞。 5) 應(yīng)使配氣機(jī)構(gòu)在所有工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都在平穩(wěn)工作，不產(chǎn)生脫離現(xiàn)象和過大的振動。 6) 工作時(shí)噪聲較小。 7) 應(yīng)使氣門彈簧產(chǎn)生共振的傾向達(dá)到最小程度。 8) 應(yīng)使配氣機(jī)構(gòu)各傳動零件受力和磨損較小，工作可靠，使用期長。 上述這些要求往往相互矛盾，必須根據(jù)發(fā)動機(jī)的具體情況要求，抓住主 要矛盾，協(xié)調(diào)各種因素，妥善解決。 凸輪線性通常根據(jù)所選的線型形成規(guī)律做出， 這樣保證制造比較簡單的凸輪線形。 2、凸輪的基圓設(shè)計(jì)： 凸輪型線從基圓開始繪制， 從保證配氣機(jī)構(gòu)有足夠剛性的條件出發(fā)選擇 它的

35、基圓半徑 R，其值在 R= （1.5~2.5 ）x hn max 范圍。 ① 基圓半徑： R=(1.5~2.5)x10=15~25 對與 195B 柴油機(jī)取 14.5mm 。 105B 柴油機(jī)的配氣相位角根據(jù)手冊可以得到： 進(jìn)氣提前角 190 進(jìn)氣滯后角 490 排氣提前角 0 47 排氣滯后角 210 ② 凸輪的布置：（進(jìn)排氣的夾角） 9001 r a 4 =90+1/4 （47-21+49-19 ） =104 ③ 配氣相位與凸輪的作用角： Φ =

36、0.5 （180 a1 a2 ) 式中分別為進(jìn)排氣的提前開啟角、進(jìn)排氣的滯后關(guān)閉角。 Φ =0.5 （180 a1 a2 ) = 0.5 * 1080 190 210 = 1100 ④ 凸輪頂部的圓弧半徑： r r0 hr max * cos po 2 1 cos po = 7 * cos 620 =14.5 cos 620 — 1 =8.3 a (r0 hr max r2 ) mm

37、 ro2 a 2 r22 2roa cos po r1 2 r r2 a cosa po 0 2 2 2 = 14.5 14.5 7 8.3 2 * a * cosa / 2(r0 r2 a cosa) =138 為了保證氣門的間隙，凸輪的背面部分的半徑 r0 加工的比 rk 小一個(gè)間隙 s: rn ro so s 值中包括了配氣機(jī)構(gòu)的溫度間隙及彈性變形量。對于進(jìn)氣 s = （0.25~0.35 ）mm ，而排氣門則 s = （0.35~0.50 ）mm 。半徑為 r

38、 的 圓與半徑為 r1 的圓弧或者與直線（ r1= ∽）的接合，可以按拋物線或者按某給定半徑的圓弧連接。 三、挺柱的設(shè)計(jì) 1、挺柱的結(jié)構(gòu)： 挺柱的功能是按凸輪的運(yùn)動規(guī)律推動傳動機(jī)構(gòu)， 同時(shí)承受凸輪的側(cè)向壓力。特別是挺柱的底面， 由于和凸輪表面接觸的面積很小， 接觸應(yīng)力很大， 表面磨損很大，甚至可能刮傷，因此挺柱側(cè)面以及底面要求耐磨。形狀是筒型，這種結(jié)構(gòu)可以減輕它的質(zhì)量， 從而達(dá)到減小它的往復(fù)慣性力。 它的這種結(jié)構(gòu)同時(shí)也保證凸輪軸在旋轉(zhuǎn)時(shí)， 挺柱底面所受的偏心切向力使挺柱產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動， 保證工作表面 的磨損時(shí)很均勻的挺柱的軸線相對

39、于凸輪的軸線的偏移量為 1~3，而 195B 柴油機(jī)的偏移量為 2mm。 對于 195B 柴油機(jī)采用的是平面挺柱，它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕。對于高速發(fā)動機(jī)也是比較適合的。 2、挺柱的材料： 挺柱一般用的是低碳鋼底部堆焊合金， 或者鑄鐵底部采用冷激， 或球墨鑄鐵制造，其摩擦表面應(yīng)經(jīng)過熱處理提高硬度后精磨。 挺柱的材料和底面的硬度是和凸輪軸材質(zhì)及凸輪表面的硬度相匹配的。對與 295B 柴油機(jī)的是 20 鋼制造，底部堆焊合金，熱處理的硬度≧ HBC55。凸輪軸的材料為

40、45 鋼，凸輪表面淬火處后，硬度為 BRC54~65。 3、平面挺柱導(dǎo)向面與導(dǎo)向孔之間擠壓應(yīng)力的計(jì)算 ： 最大擠壓應(yīng)力 kmax 按下式計(jì)算： k 6mm a xkgf / mm2 m a x dr l 2 上式中： dl ——挺柱導(dǎo)向面直徑（ mm）； L——在凸輪的計(jì)算位置是，挺柱插入導(dǎo)向孔中的長度（ mm）； m m a x——作用在凸輪上的最大力矩 k m a x 6 m m a x kgf / m m2 d r l 2 = 6* 448 kgf / mm2 16* 6.52

41、 =39.36 kgf 2 m m 4、平面挺柱的最大速度： 平面挺柱最大速度受限于推柱端面直徑 D t ，依據(jù)平面挺柱的凸輪機(jī) 構(gòu)運(yùn)動學(xué)可知，挺柱 與凸 輪的 接觸 點(diǎn)偏移量 e 與挺柱速 度 vr 成正 比： v r ew e  d  nr d 因此，如挺柱端面直徑 Dr 3

42、5mm ， 由發(fā)動機(jī)的總體布置決定，則確定挺柱的 dht 最大速度（ d max時(shí)，必須保證凸輪與平面挺柱不產(chǎn)生干涉，為此滿足 2 2 dht max emax Dt a B d 2 2 e ( D t / 2) 2 a B / 2 2 m a x ( 35 / 2 ) 2 2 2 14 / 2 1 ~ 2 306 .25 81 1 ~ 2 224 .25 1 ~ 2 13 ~ 14 m / s

43、 5、凸輪與挺柱間接觸應(yīng)力的計(jì)算： 平面挺柱接觸應(yīng)力 r 的計(jì)算： F r 0 5 6 5 B 1 ur2 1 ue2 Er Ee 式中： F—作用在凸輪上的力（ kgf）; Ρ—凸輪廓線瞬時(shí)曲率半徑（ mm）； B—凸輪與挺柱底面間的接觸線寬度（ mm）； ue ur —分別為凸輪材料與挺柱材料的泊松比； Ee Er —分別為凸輪材料與挺柱材料的彈性模量（ kgf/mm ）

44、 以上 ue 或 ur 當(dāng)使用的材料為鑄鐵可取做 0.27，材料為鋼材是取 0.30。 彈性模量經(jīng)過查表可知 :碳鋼： 2.0x104 （kgf/ mm2 ） 如使 ur ue 0.30 并將此值代入公式中澤可以簡化： r 0565 F kgf / m m 2 1 1 B E e E r 0.592 4.6 1 1 p * 18 2.0 * 10 4 2.0 * 10 4 5.67x106 6、

45、挺柱導(dǎo)向面直徑 dr 與長度 Lr 按照下面的公式確定： d r =(0.15~0.20）D （ mm） =（ 0.15~0.20）*95 =(14.25~19) 取 16mm 式中 D—?dú)飧字睆?(mm） Lr =（ 3.0~3.5） dr （mm） =（3.0~3.5)*16 =(48~59)mm 根據(jù) 195 的結(jié)構(gòu)取 d r =58mm 挺柱導(dǎo)向面直徑與挺柱孔間的徑向間隙一般在 0.02~0.08mm的范圍內(nèi)。 7、挺柱頭部球面支座的設(shè)計(jì)： 挺柱頭部加工有凹形的球面支座，它是支撐推桿球頭的。在這種球頭與球面

46、 支座的配合副中， 為了再兩者之間形成楔形油膜， 球面支座半徑 r2 應(yīng)比推桿的球 頭半徑略大，但 r2 與 r1 也不應(yīng)相差過大，否則將使接觸應(yīng)力劇增，一般 r2 r1 0.2 ~ 0.3mm ，如圖： 8、凸輪和挺柱的主要損壞形式及其預(yù)防： 一、表面刮傷 刮傷的原因：由于凸輪和挺柱讓潤滑情況惡化引起的。 防止的方法： 1、改善潤滑：（1）保證在凸輪與挺柱面間經(jīng)常供給黏度、成分、溫度和數(shù)量均勻合適的潤滑油； （2）采用具

47、有特殊添加劑的潤滑油； （3）使凸輪與挺柱的接觸面光潔度盡可能的高一些； 2、降低接觸應(yīng)力：（ 1）盡量減輕配氣機(jī)構(gòu)的往復(fù)運(yùn)動質(zhì)量； （2）增加凸輪的剛度 ;(3)采用彈性模量較小的但有較高硬度和強(qiáng)度的金屬作為凸輪和挺柱的材料。 3、表面磷化處理。 4、凸輪、挺柱的化學(xué)成分及其金相組織的選擇適當(dāng)。 5、采用熱導(dǎo)性好的材料。 二、表面蝕點(diǎn) 發(fā)生的主要原因：點(diǎn)蝕是金屬的疲勞過程。 預(yù)防的措施： 1、改善潤滑； 2、降低接觸應(yīng)力； 3、降低殘余應(yīng)力；4、材料的化學(xué)成分和金相組織； 4、采用熱導(dǎo)性好的材料 6、材料內(nèi)部應(yīng)盡量減少氣泡。夾渣等缺陷。 7、提高材料的抗疲勞強(qiáng)度和抗腐蝕能力

48、。三、表面磨損 凸輪磨損有兩種情況：（1）是一個(gè)緩慢的拋光過程，最后形成一個(gè)硬而光滑的摩擦表面。這種拋光的過程常開始于凸輪廓線零加速度 的位置，而止于凸輪廓線的頂端之前，頂端不會被磨平。 （ 2）隨著時(shí)間逐漸或迅速磨損下去，直至影響發(fā)動機(jī)的性能。不正常的迅速磨損，嚴(yán)重者則在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)即可將凸輪定磨平。 四、推桿的設(shè)計(jì) 1、推桿的功能： 把凸輪的運(yùn)動從凸輪軸傳至頂置氣門處，完成發(fā)動機(jī)的配氣。 2、推桿的材料： 45 鋼。 3、推桿的結(jié)構(gòu)形式： 它是一個(gè)細(xì)長桿， 在工作時(shí)容易發(fā)生縱向彎曲， 它是配氣機(jī)構(gòu)

49、中剛度薄弱的環(huán)節(jié)。在 195B 型柴油機(jī)上是采用冷拔無縫鋼管（或鋁制空心管）制造。采用冷拔無縫鋼管可減輕它的質(zhì)量， 減小往復(fù)慣性力。 此外，縮短推桿的長度是減輕質(zhì)量，提高縱向彎曲應(yīng)力和整個(gè)配氣機(jī)構(gòu)剛度的有效辦法。 4、尺寸設(shè)計(jì)： 根據(jù) 195B 柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)，它的長設(shè)計(jì)為 291mm ，外徑 9mm，球頭半徑 4.5mm。才可以滿足其要求。 5、推桿穩(wěn)定性安全系數(shù)的確定 推桿的縱向彎曲按下列計(jì)算： Prp  2 Ej l 2  k g f 3.142 * E*1.19* 106 = 3302 2.5x

50、105 kgf 式中： P—作用于推桿上的臨界力； E—推桿材料的彈性模量； J—推桿中央橫斷面的慣性力； J 2 dm2 d f 64 3.14 / 64 9 4 54 1.19 x10 6 m m2 d f —推桿的外徑 dm —空心推桿的孔徑 L—推桿的長度 P xp n p P p =2.5x105 /4 6.25x105 式中 Pt —作用在推桿上的最大作用力 對于各種用途的發(fā)動機(jī)， np 在如下的

51、范圍： （1）、高功率輕型發(fā)動機(jī)， np =2.5~3 (2)、汽車拖拉機(jī)發(fā)動機(jī)。高速船用發(fā)動機(jī)， np =3~5 （3）、固定式和船用發(fā)動機(jī) np =4~6 6、推桿球頭與挺柱球面支座，推桿球頭與搖臂調(diào)節(jié)螺釘球面支座間 接觸應(yīng)力的計(jì)算： 接觸應(yīng)力按下面的公式計(jì)算： 1 2 2 1 r 0.3383 Pp Em r r 2 1 2 5 2 1 1 0.3383 2.5x10 Em 4.5 5 = 1

52、80 kgf / mm2 式中 p p —作用于推桿上的最大作用力（ kgf） Em—挺柱與推桿兩種材料的平均彈量 kgf / mm2 r1 —推桿的球頭半徑（ mm） r2 —挺柱球面支座的半徑（ mm） 對于各種用途發(fā)動機(jī)的許用接觸應(yīng)力 r 如下： (1)汽車拖拉機(jī)發(fā)動機(jī)， r =150~200 kgf / mm2 （ 2）固定式和船用發(fā)動機(jī)， r =100~120 kgf / mm2 五、搖臂的設(shè)計(jì) 1、搖臂的工作原理： 搖臂是推桿和氣門之間的傳動件， 它是推

53、桿傳來的力改變方向后作用于氣門尾部以推開氣門。 2、搖臂的結(jié)構(gòu)： 搖臂的幾何尺寸決定于氣門和凸輪軸的相對位置。 為了獲得較輕的質(zhì)量剛性好的結(jié)構(gòu)，往往才有 T 字型的或者 I 字型的斷面。 195B 柴油機(jī)采用的就是 T 字型搖臂斷面。 3、搖臂比： 搖臂有長、短臂之分，長短之比成為搖臂比，其值在 1.6 左右。 長臂推動氣門的桿端， 短臂端螺孔中裝有氣門間隙調(diào)節(jié)螺釘和鎖緊螺母， 氣門間隙調(diào)節(jié)螺釘?shù)那蝾^與推桿上端凹球端頭 接觸 ， 195B 柴油 機(jī)的 搖臂 比：46/32=1..43。 4、搖臂潤滑： 搖臂依靠

54、搖臂軸支撐在搖臂支座上， 搖臂上鉆有油孔，搖臂軸為中空型，機(jī)油由支座油道經(jīng)搖臂軸內(nèi)腔潤滑到搖臂的襯套， 然后從搖臂上油道上流出， 滴落在搖臂兩端進(jìn)行潤滑。 5、搖臂的定位 ： 搖臂軸上兩搖臂間裝有搖臂彈簧，一防止搖臂軸向竄動，從而保證各搖臂相對氣門桿的確定位置。在 195B 柴油機(jī)上，采用的是用搖臂支座將兩個(gè)搖臂分開，并且在兩邊緣處用卡簧將其鎖緊。 6、搖臂的材料： 所采用的材料是 QT60—2 搖臂在與氣門的尾部接觸時(shí)既有滾動又有滑動，所以對材料的要求是要耐磨， 為了防止磨損影響正常的配氣相位， 故該表面要求淬火熱處理的工藝。 7、搖臂與氣門桿頂面間接觸應(yīng)力的計(jì)

55、算： r 3 PeEm2 2 0.338 2 kgf / mm r 2.5x105 Em2 0.3383  82 420 kfg/ mm2 式中 Pr —?dú)忾T桿頂面上的最大作用力（ kgf ）； R—搖臂敲擊部分的球面半徑（ mm）； 搖臂與氣門頂面間的許用接觸應(yīng)力： r 450 kfg/ mm2 。 搖臂斷面 A-A 中的總應(yīng)力為： （如圖） P a P cosa1

56、 G WA FA kgf / mm2 1800* 5 1800* cosa1 WA 25 =400 kgf / mm2 式中 Pr —?dú)忾T上的最大作用力； Wa —?dú)忾T側(cè)搖臂計(jì)算斷面的斷面模數(shù)； FA —?dú)忾T側(cè)搖臂斷面的面積； A1—從計(jì)算斷面重心到作用力的垂直距離 A2—作用力的垂直線與計(jì)算斷面 A-A 的夾角； 斷面 B_B 中的總應(yīng)力： P a P c o as1 G WA kgf / mm2 FA 1900*

57、5 1900* cosa1 WA 25 =420 kgf / mm2 式中 Pr —?dú)忾T上的最大作用力； Wa —?dú)忾T側(cè)搖臂計(jì)算斷面的斷面模數(shù)； FA —?dú)忾T側(cè)搖臂斷面的面積； A1—從計(jì)算斷面重心到作用力的垂直距離 A2—作用力的垂直線與計(jì)算斷面 A-A 的夾角； 上述應(yīng)力 c 的許用值 c 如下： （1）鑄鐵： r  2 .5 kgf / mm 2 （2）鍛造碳鋼： r 10 kgf / mm 2 （3）鍛造合金鋼： r  20 kgf / mm 2

58、 (4) 鑄鋼： r 5 kgf / mm 2 （ 5）輕合金：r2.0kgf / mm 2 對于 195B 柴油機(jī)選擇（ 4）式中的 r 5 kgf / mm 2 。 六、氣門組的設(shè)計(jì) 一、氣門的設(shè)計(jì)： 1、氣門設(shè)計(jì)的基本要求： ① 材料方面： 氣門的工作溫度是確定氣門材料的主要因素。 在氣門工作溫度范圍內(nèi)材料應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度。韌性和表面硬度。由于排氣呢錐面磨損常為腐蝕磨損，因此在選擇材料時(shí)候必須考慮化學(xué)腐蝕（主要是硫和磷）的性能。進(jìn)氣門錐面多屬磨損摩擦，因此進(jìn)氣門側(cè)重耐磨。 ② 機(jī)構(gòu)方面

59、 要求結(jié)構(gòu)簡單、加工方便，且頸部形狀也要恰當(dāng)，以便減少氣體的流動阻力，增加其進(jìn)氣沖量。在保證足夠的強(qiáng)度、剛度和耐磨性的前提下的重 量選擇。 ③ 盡可能的降低熱負(fù)荷，是氣門設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面 。排氣門是氣門組中的高溫零件， 氣門頭部 75%左右的熱量經(jīng)氣門座導(dǎo)出， 25%的熱量經(jīng)氣門導(dǎo)管導(dǎo)出，因此，氣門的設(shè)計(jì)應(yīng)與氣缸蓋的設(shè)計(jì)密切配合，氣門座周圍必須加強(qiáng)冷劑，并使溫度盡量均勻。此外，如結(jié)構(gòu)允許，盡量增加導(dǎo)管的長度，適當(dāng)減小氣門桿與導(dǎo)管的間隙，以減低氣門的溫度。 ④ 氣門室配氣機(jī)構(gòu)從凸輪開始的整個(gè)運(yùn)動鏈中的末端零件 。它的運(yùn)動受到凸輪廓線、挺柱、搖臂、氣門彈簧

60、等零件特性的制約，因此氣門的設(shè)計(jì)還必須從 整個(gè)配氣結(jié)構(gòu)來考慮分析， 要避免氣門在落座時(shí)承受過大的沖擊和振動， 因?yàn)樵谶@些機(jī)械負(fù)荷也是造成氣門及氣門座磨損的原因之一。 2、氣門的工作條件分析： 氣門室發(fā)動機(jī)的重要零件之一。工作時(shí)需要承受較高的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷，尤其是排氣門，由于經(jīng)常高溫燃?xì)獾臎_刷，因而易于產(chǎn)生漏氣。腐蝕與燒損等現(xiàn)象，工作條件也更為嚴(yán)酷。氣門工作時(shí)承受落座沖擊負(fù)荷及燃 氣壓力給以的靜負(fù)荷， 這種靜負(fù)荷一般在 4 kgf / mm 2 左右，而沖擊負(fù)荷一般 為 11.6kgf / mm 2 左右；氣門的工作溫度：進(jìn)氣門約為 200~450 度，而排氣

61、 門則可達(dá) 650~850 度，甚至更高，下面是 195 B 柴油機(jī)的排氣門的溫度場。 3、氣門材料的選擇： 氣門材料的選擇必須考利到它的工作溫度、 腐蝕、沖擊載荷以及氣門桿部與端面的耐磨等因素。 而且進(jìn)、排氣門的對材料的要求也是不同。 因?yàn)檫M(jìn)氣門的溫度要低一些，排氣門的溫度要高些。就 195B 發(fā)動機(jī)的選材：進(jìn)氣門的材料 用 40Cr；排氣門的材料用 40Cr9Si2。 氣門選擇材料的方法：（ 1）馬氏體鋼 一般氣門中采用鐵素體合金鋼，氣碳含量在 0.35~0.80%之間，經(jīng)淬火后

62、可得到馬氏體組織以上耐磨的要求，這 種材料的機(jī)械性能加工性好， 滑動性好，在工作溫度超過 6500 c 的排氣門上廣泛 應(yīng)用，如 4crsi2.、 4Cr10Si2Mn 等。但在強(qiáng)化程度較高的發(fā)動機(jī)上，由于熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷高，因而對氣門錐面的耐磨、耐腐蝕性能提出更高的要求，這時(shí)，可 采用堆焊氣門， 這是一種頭部采用奧氏體鋼， 桿部采用馬氏體鋼的氣門。 可用摩擦焊或閃光焊來堆焊。 堆焊氣門設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是正確地焊接部位。 應(yīng)從以下兩個(gè)方面來考慮： 1）界面處應(yīng)在氣門頭部應(yīng)力區(qū)之外并離頸部頂圓弧中點(diǎn)附近的熱點(diǎn)較遠(yuǎn)； 2）耐熱性較差的桿部材料不要受到高溫燃?xì)獾那治g；焊接的部位以選在

63、 氣門全開時(shí)界面與導(dǎo)管下端相齊或略高為宜。 （2）奧氏體鋼 這類鋼在常溫和工作溫度下基本上全是奧氏體組織， 不能淬硬。它的高溫強(qiáng)度好，耐腐蝕性好、奧氏體鋼用做高功率柴油機(jī)的排氣門， 其最高工作溫度允許達(dá) 870 0 c 。國產(chǎn)奧氏體鋼 4Cr14NiW2Mo 廣泛用作機(jī)車和大 型載重汽車的柴油機(jī)排氣門。 國產(chǎn)常用氣門鋼的化學(xué)成分以及機(jī)械性能見下表：

64、 除表列的氣門鋼之外，我國還試制了新的氣門鋼種，如 TF—3,奧氏體鋼，這種鋼在機(jī)械性能和耐磨性能方面超過了 4Cr10Si2Mn 從而逐步形成了國產(chǎn)排氣門鋼系列。 當(dāng)氣門錐面僅耐磨蝕及耐磨性不能滿足需要時(shí)可采用堆焊。 堆焊錢先把氣門錐面加工出半圓形環(huán)槽，槽的深度由實(shí)驗(yàn)選定，注意不要過分削弱 氣門本體強(qiáng)度，然后再堆焊金屬焊上。焊接方法有手工焊、等離子焊高頻冷凝焊等。為了使奧氏體鋼氣門桿端面耐磨也可采用堆焊或焊上一小段馬氏體鋼。用作柴油機(jī)排氣門和增壓柴油機(jī)

65、進(jìn)氣門堆焊的材料，目前多數(shù)是鉆基硬質(zhì)合金，其材料成分： 4、氣門頭的設(shè)計(jì)： （1）氣門頭部的形狀： 氣門頭部的形狀除了影響氣體的流通特性之外，還會影響到氣門的剛度、重量、導(dǎo)熱性能以及制造成本等，同時(shí)也關(guān)系到氣門的使用期限。因此根 據(jù)不同發(fā)動機(jī)的不同情況進(jìn)行具體的分析，然后確定合理的方法。根據(jù) 195B 柴油發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)采用平底型氣門。 因?yàn)檫@種氣門的結(jié)構(gòu)簡單、 工藝性好、 受熱面小，具有一定的剛度， 基本上式滿足進(jìn)排去的要求。 這種型號在各類柴油機(jī)得到了廣泛的運(yùn)用。下圖是平底型氣

66、門的示意圖： （ 2）氣門頭部的直徑： 增大進(jìn)、排氣流通截面是減少進(jìn)、排氣阻力，提高進(jìn)氣量的途徑，同 時(shí)氣門頭部直徑的選擇還要考慮到燃燒室的形狀， 氣缸蓋進(jìn)、排氣門的布置， 氣 道之間冷卻水套的設(shè)計(jì)以及氣門受熱和冷卻的均勻性等因素。綜上的條件 195B 柴油發(fā)動機(jī)的進(jìn)、排氣門的直徑 42 和 36mm。（ 3）氣門錐面斜角： 在氣門開啟初期及接近關(guān)閉時(shí)，氣門錐面斜角 的大小對于氣體的流 通斷面有較大的影響。這時(shí)的流通斷面大致與斜角 的余弦成正比。此外，氣門與氣門座之間的單位壓力隨斜角的增加而增大， 而氣門與氣門座之間的相對滑移則隨斜角的減小人減小，因此氣門 的確定必須根據(jù)發(fā)動機(jī)的綜合情況而定，對 于 195Ｂ柴油發(fā)動機(jī)的氣門斜角都是４５度。 （４）氣門頭部厚度及錐面寬度： 氣門頭部厚度Ｔ的設(shè)計(jì)， 主要是從氣門的剛度來考慮， 氣門在燃燒壓力的作用下會引起變形， 變形過大會使氣門的密封性下降， 錐面磨損加劇。 由于 頭部厚度Ｔ對氣