配氣機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

摘 要?dú)忾T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(dòng)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；氣流阻力要小；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單拆裝方便。型柴油機(jī)采用型柴油機(jī)采用下置式傳動(dòng)形式，由凸輪、挺柱、推桿、型柴油機(jī)采用齒輪傳動(dòng)，柴油機(jī)曲軸與凸輪軸的傳動(dòng)比為2：1.配氣機(jī)構(gòu)控制發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣過程,直接影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，是衡量發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性的指標(biāo)之一.目 錄概述1、配氣機(jī)構(gòu)的功用 62、配氣機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要63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72凸輪軸的結(jié)構(gòu) 73、凸輪軸的選材 74凸輪軸的支承軸頸軸承的材料 75、凸輪軸的定位方76、凸輪軸的最小尺寸定位方式 77凸輪軸的熱處理工藝 88凸輪軸的損壞形式 89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102、凸輪基圓設(shè)計(jì) 11① 基圓半徑的確13② 凸輪位置的確13③ 配氣相位與凸輪的作用14④ 凸輪頂部的圓弧半14三、挺柱的設(shè)計(jì)1、挺柱的結(jié)構(gòu) 102、挺柱的材料 153、平面挺柱導(dǎo)向面與導(dǎo)向孔之間擠壓應(yīng)力的計(jì)164平面挺柱的最大速度 165凸輪與挺柱間接觸應(yīng)力的計(jì)算 176、挺柱導(dǎo)向面直徑dr

與長(zhǎng)度L

按照下面的公式確定 18r7、挺柱頭部球面支座的設(shè)19r8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 202推桿的材料 203推桿的結(jié)構(gòu)形式 204尺寸設(shè)計(jì) 5推桿穩(wěn)定性安全系數(shù)的確定 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 五、搖臂的設(shè)計(jì)…………1搖臂的工作原………………..…………….…. 22…………………2搖臂的結(jié)構(gòu) 22………………3搖臂比 22…4搖臂潤(rùn)………….....................................……..….. 22…………5、搖臂的定位 236搖臂的材料 237搖臂與氣門桿頂面間接觸應(yīng)力的計(jì)23六、氣門組的設(shè)計(jì)…………1氣門的設(shè)……………..................... 25…………1）氣門設(shè)計(jì)的基本要25氣門的工作條件分25氣門材料的選26氣門頭的設(shè)27氣門桿的設(shè)29…2、氣門旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)……………..... 30…………3、氣門座圈的設(shè)……….................. 30……4、氣門導(dǎo)管的設(shè)………………….................. 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………………........ 34………2、氣門彈簧的作………………...... 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35…6、氣門彈簧特性曲線與氣門慣性力曲線的配367氣門彈簧的有關(guān)計(jì)算 37彈簧的最大彈37彈簧最小的彈38彈簧的剛38彈簧變38內(nèi)、外彈簧之間的負(fù)荷分39內(nèi)外彈簧的剛39彈簧的尺408、提高氣門彈簧疲勞強(qiáng)度的措42參考文獻(xiàn).43參考文獻(xiàn)……………..........致謝 43概 述1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(duì)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 ② 振動(dòng)、噪聲較小，并且工作可靠和耐磨。③ 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊。④ 為了減輕慣性負(fù)荷，使配氣機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)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

frop 開始。氣I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。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，氣門布置在氣缸上可能性的限制。進(jìn)氣門數(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hF kh kd rocossiacosa

式中a—?dú)忾T頭斜面角（現(xiàn)代發(fā)動(dòng)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： hk所以:

fkn

=Fkn hkn*cosasinacos2a=10π（35*COS45+10*Sin45*Cos45)=865mm對(duì)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/3.14 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：一定規(guī)律運(yùn)轉(zhuǎn)。它的軸頸數(shù)目，軸頸的直徑、和凸輪軸的最小直徑尺寸。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)：195B3、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(dòng)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)45鋼就可以滿足要求了。5、凸輪軸的支承軸頸軸承的材料：195B輪軸軸承座孔內(nèi)，它的型號(hào)：195—01018內(nèi)徑外徑寬度前端404727后端2835266、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)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：mRo是凸輪的基圓半徑，由表可知：Ro=14.5Db=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：支承軸頸的磨損。凸輪表面的磨損、刮傷和點(diǎn)蝕。10、凸輪軸的計(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(dòng)零件的質(zhì)量Mkn=115g， Mn=75g Mr=0/Mmr=0和凸輪的尺寸Htmax=7mm 搖臂的尺寸：Lr=46 L=32 凸輪軸的角速度ω=115rad/sP=239d=36mm。從排氣門作用到凸輪上的最大的力為：Prmax=[

+π d

/4（Pr—p"）]Ln/Lr+Mrw2（r1—r2）Pnpmin n r x=[239+3.14*0.33/4x（0.445—0.1）x106x46/32+374x1152x（138—14.5）x106=2539牛頓注：式中的da

=36mm為排氣門的直徑d =42mm為進(jìn)氣門的直徑baP 0.445兆帕，是由指示功圖而確定rp'≈

=0.1兆帕r 0Mr=（mk+

/3）x（lr/

)2+99=374gn np n rm''=m l2/3l2=120x462/3x322=81gn k kn r凸輪軸的彎曲量：Y=0.8

Pt

a2b2

2417*262*692El(d44)p =0.0003mm

2.2*105*95*(324104)式中 E=2.2*105兆帕——鋼的彈性模量;L=a+b=26+70=96mm---凸輪軸跨距長(zhǎng)度根據(jù)結(jié)構(gòu)總體布置來取：02r22*14.5232mm軸的外徑0 10mm——軸的外徑，選取時(shí)要考慮利用軸的外徑向凸輪供給潤(rùn)滑油和保持p軸具有足夠的剛度。擠壓應(yīng)力： 0.418 P Ercm rmax n1=0.418 0.002417*2.2*106/0.025*0.0572=255兆帕式中 ： bn=25mm—凸輪的寬度二、凸輪的設(shè)計(jì)1、凸輪的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該滿足以下的要求：量、怠速和啟動(dòng)等各方面的性能要求。為使發(fā)動(dòng)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。加速度不宜過大，并應(yīng)連續(xù)變化。具有恰當(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。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(dòng)。工作時(shí)噪聲較小。應(yīng)使氣門彈簧產(chǎn)生共振的傾向達(dá)到最小程度。應(yīng)使配氣機(jī)構(gòu)各傳動(dòng)零件受力和磨損較小，工作可靠，使用期長(zhǎng)。上述這些要求往往相互矛盾，必須根據(jù)發(fā)動(dòng)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(jiǎn)單的凸輪線形。2、凸輪的基圓設(shè)計(jì)：n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)選它的基圓半徑R，其值在R=（1.5~2.5）x n① 基圓半徑：R=(1.5~2.5)x10=15~25 對(duì)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(cè)可以得到：進(jìn)氣提前角

19 0進(jìn)氣滯后角排氣提前角排氣滯后角

49 047 021 0② （進(jìn)排氣的夾角）9001ra4=90+1/4（47-21+49-19）=104③ 配氣相位與凸輪的作用角：1Φ=0.5（1801

a)2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。1Φ=0.5（1801

a) =0.5*1080190210=1100④ 凸輪頂部的圓弧半徑：cosr r2 =0

hr

* 1cospo7* cos620=14.5— 1cos620=8.3a(r0

hr

r)mm2r2a2r22racosr 1

0

2 oracosa2

po=14.5214.5278.322*a*cosa /2(r=0

racosa)2=1380為了保證氣門的間隙，凸輪的背面部分的半徑r0

k加工的比rk

小一個(gè)間隙s:rn

rso o

s值中包括了配氣機(jī)構(gòu)的溫度間隙及彈性變形量。對(duì)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的r1的圓弧或者與直線（r1=∽）定半徑的圓弧連接。三、挺柱的設(shè)計(jì)1、挺柱的結(jié)構(gòu)：1~3195B柴油2mm。195B高速發(fā)動(dòng)機(jī)也是比較適合的。2、挺柱的材料：295B20部堆焊合金，熱處理的硬度≧HBC5545BRC54~65。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k

按下式計(jì)算：max k maxkgf/max dl2rdl——挺柱導(dǎo)向面直徑（mm；——在凸輪的計(jì)算位置是，挺柱插入導(dǎo)向孔中的長(zhǎng)度（mm；mm a ——作用在凸輪上的最大力矩m6mk m axkgf /mm2m ax d l2 6*448=16*6.52

kgf/mm24、平面挺柱的最大速度：

=39.36

kgfmm2平面挺柱最大速度受限于推柱端面直徑D ，依據(jù)平面挺柱的凸輪機(jī)tr構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)可知，挺柱與凸輪的接觸點(diǎn)偏移量e 與挺柱速度v 成正比：rv ewre d nrd 因此，如挺柱端面直徑Dr

35mm，由發(fā)動(dòng)機(jī)的總體布置決定，則確定挺柱的dht最大速度（

max時(shí)，必須保證凸輪與平面挺柱不產(chǎn)生干涉，為此滿足d

D B2ht

t a max

2 2e (D /2)2aB/22max t (35/2)2 214 /2 306.25 81 ~ 2 224.25 ~ 2

~ 2 ~14/s5、凸輪與挺柱間接觸應(yīng)力的計(jì)算：平面挺柱接觸應(yīng)力 的計(jì)算：r 0565 FBr 1u2 1u2B E r E e r e 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；—凸輪與挺柱底面間的接觸線寬度（u u—分別為凸輪材料與挺柱材料的泊松比；e rE E—分別為凸輪材料與挺柱材料的彈性模量（kgf/mm）e r以上ue或ur0.270.30。彈性模量經(jīng)過查表可知:碳鋼：2.0x104（kgf/m如使u u 0.30并將此值代入公式中澤可以簡(jiǎn)化： r r

F 1 1

kgf /mm2B E Er e0.592 4.6 1 1 p*18 2.0*104 2.0*104 5.67x1066、挺柱導(dǎo)向面直徑d與長(zhǎng)度L按照下面的公式確定：r rd=(0.15~0.20）D （mm）r=（0.15~0.20）*95=(14.25~19) 取16mm式中 D—?dú)飧字睆?mm）L=（3.0~3.5）dr =（3.0~3.5)*16=(48~59)mm

（mm）195的結(jié)構(gòu)取dr

=58mm0.02~0.08mm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r也不應(yīng)相差過大，否則將使接觸應(yīng)力劇增，一般1rr2

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(rùn)滑情況惡化引起的。1（1（2）（3）使凸輪與挺柱的接觸面光潔度盡可能的高一些；2（1）盡量減（2）增加凸輪的剛度;(3采用彈性模量較小的但有34、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(rùn)滑；2、降低接觸應(yīng)力；34、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。三、表面磨損（1）（2）則在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)即可將凸輪定磨平。推桿的設(shè)計(jì)1、推桿的功能：把凸輪的運(yùn)動(dòng)從凸輪軸傳至頂置氣門處，完成發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣。2、推桿的材料： 45鋼。3、推桿的結(jié)構(gòu)形式：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）4、尺寸設(shè)計(jì)：根據(jù)195B柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)，它的長(zhǎng)設(shè)計(jì)為291mm ，外徑9mm，球頭徑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：P 2Ejkgfrp l23.142*E*1.19*106= 2.5x105kgf式中：P—作用于推桿上的臨界力；E—推桿材料的彈性模量；JJ d 64 f

d2m 3.14/6494 1.19

mm2d —推桿的外徑fd —空心推桿的孔徑m

Pn p Pp=2.5x105/46.25x105式中 t

—作用在推桿上的最大作用力對(duì)于各種用途的發(fā)動(dòng)機(jī)，np

在如下的范圍：（1np

=2.5~3(2)np

=3~5、固定式和船用發(fā)動(dòng)機(jī)np

=4~66、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 12 PE2rr r p m1 2 1 12mEm =180kgf/ 式中 pp

—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/mm2r—推桿的球頭半徑（mm）1r—挺柱球面支座的半徑（mm）2對(duì)于各種用途發(fā)動(dòng)機(jī)的許用接觸應(yīng)力如下：r 汽車拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)， =150~200kgf/mm2r（2）/mm2r五、搖臂的設(shè)計(jì)1、搖臂的工作原理：尾部以推開氣門。2、搖臂的結(jié)構(gòu)：TI字型的斷面。195B字型搖臂斷面。3、搖臂比：搖臂有長(zhǎng)、短臂之分，長(zhǎng)短之比成為搖臂比，其值在1.6左右。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(rùn)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(dòng)，從而保證各195B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)算：

PE2 3 e mr r2

kgf/420

2.5x105E2m82kfg/式中 Pr

—?dú)忾T桿頂面上的最大作用力（kg；R—搖臂敲擊部分的球面半徑mm； r搖臂與氣門頂面間的許用接觸應(yīng)力：r

kfg/mm2。搖臂斷面A-A中的總應(yīng)力為：（如圖） P

Pcos

kgf/mm G W FA A1800*5 1800*cosa 1W 25A =400

kgf/式中 Pr

—?dú)忾T上的最大作用力；W —?dú)忾T側(cè)搖臂計(jì)算斷面的斷面模數(shù)；aF—?dú)忾T側(cè)搖臂斷面的面積；AA1—從計(jì)算斷面重心到作用力的垂直距離A2A-A斷面B_B中的總應(yīng)力： Pa

Pco

kgf/mm G W FA A1900*5 1900*cosaW 1W25A =420

kgf/式中 Pr

—?dú)忾T上的最大作用力；W —?dú)忾T側(cè)搖臂計(jì)算斷面的斷面模數(shù)；aF—?dú)忾T側(cè)搖臂斷面的面積；AA1—從計(jì)算斷面重心到作用力的垂直距離A2A-A上述應(yīng)力c

的許用值

如下：c（1）

2.5kgf /mm2r

10kgf /mm2

20kgf /mm 2r(4)r

5kgf /mm2（5）輕合金：

2.0kgf /mm2r195B柴油機(jī)選擇式中的r

5kgf /mm2。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：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)方面要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便，且頸部形狀也要恰當(dāng)，以便減少氣體的流動(dòng)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75%的熱量經(jīng)氣門導(dǎo)管導(dǎo)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(dòng)鏈中的末端零件2、氣門的工作條件分析：氣門室發(fā)動(dòng)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4kgf/

2左右，而沖擊負(fù)荷一般11.6kgf/

2左右；氣門的工作溫度：進(jìn)氣門約為200~450度，而排氣650~850195B柴油機(jī)的排氣門的溫度場(chǎng)。3、氣門材料的選擇：195B40Cr40Cr9Si2。（1）氣碳含量在0.35~0.80%之間，經(jīng)淬火后可得到馬氏體組織以上耐磨的要求，這6500c的排氣門上廣泛4crsi2.、4Cr10Si2Mn等。但在強(qiáng)化程度較高的發(fā)動(dòng)機(jī)上，由于熱負(fù)荷（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8700c4Cr14NiW2Mo型載重汽車的柴油機(jī)排氣門。國(guó)產(chǎn)常用氣門鋼的化學(xué)成分以及機(jī)械性能見下表：TF—3,4Cr10Si2Mn從而逐步形成了國(guó)產(chǎn)排氣門鋼系列。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)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(huì)影響到氣門的195B柴氣門頭部的直徑：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4236mm。氣門錐面斜角：的大小對(duì)于氣體的流的確定必須根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的綜合情況而定，對(duì)195Ｂ柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門斜角都是４５度。（４）氣門頭部厚度及錐面寬度：圓弧半徑來得到彌補(bǔ)。厚度Ｔ與氣門頭部的外徑有一定的比例，一般Ｔ＝（０．１０～０．１２）Ｄ（Ｄ是氣門頭部的直徑）１９５Ｂ柴油機(jī)的頭部厚度４）——進(jìn)氣門；（０．１０～０．１２）＊３６＝（３．６～４．３２）ｍｍ——排氣門；氣門錐面的寬度ｂ與厚度Ｔ有關(guān)，一般ｂ＝（０．9～１．1.05）Ｔ。當(dāng)＝４５度時(shí)，ｂ＝（０．９～１．５）Ｔ對(duì)于１９５ Ｂ柴油機(jī)的氣門錐面寬度mm ——進(jìn)氣門（上式中T取4.5）b（0.9~1.05）*4=(3.6~4.2)mm——排氣門（T4.0。注意提醒的是并不是所有的b都參與了密封真正起到密封的是一條位于寬度b中間附近的密封帶密封帶的寬度b小得多氣門的大部分熱量是通過這條密封帶傳出去的，密封帶較寬則傳熱的效果就較好，氣門的工作溫度就較低但氣門的密封性就較差。反之，密封帶太窄，雖然密封性較好，但散熱不良，接觸壓力較大會(huì)加速氣門的磨損因此需綜合這兩個(gè)方面的因素來選取氣門密封帶的寬度，其寬度一般取 1.5~3.0,195B柴油機(jī)的密封帶寬度，經(jīng)過查表是2.3mm。5、氣門桿的設(shè)計(jì)：氣門桿的結(jié)構(gòu)：氣門桿通常是做成實(shí)心的，但是為了減輕質(zhì)量，對(duì)于高速發(fā)動(dòng)機(jī)，它195B桿。氣門桿頸：氣門桿頸的選擇決定也排氣所需的耐久性增加桿頸有利于氣門的熱量逸散桿頸的選擇還決定于它在導(dǎo)管中運(yùn)動(dòng)時(shí)側(cè)向力的大小氣門通過凸輪挺柱和搖臂來驅(qū)動(dòng)時(shí)桿部受到的側(cè)向力就比較小氣門桿頸加大會(huì)引起質(zhì)量的增加，工作時(shí)的慣性力增加，落座時(shí)沖擊負(fù)荷增加的一系列問題。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，氣門桿頸可取頭部外徑的（16~25）%。考慮到加工和維修的方便，一般進(jìn)排氣門桿頸取相等195B柴油機(jī)的氣門桿直頸（16~2% *42（6.72~10.5mmL:L=（2.5~3.5）D，D部直徑。195BL=（2.5~3.5）*42=（105~147）mm氣門桿表面的熱處理工藝：要經(jīng)過淬火處理，要求的硬度不小于HRC50。才能滿足其工作條件。氣門桿與彈簧的鎖緊：為了防止氣門彈簧和氣門鎖夾斷裂時(shí)氣門落入氣缸而引起嚴(yán)重的事1~2mm195B合圖:1—?dú)忾T 2—鎖夾 3—彈簧座 4—?dú)忾T彈簧二、氣門旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)：氣門旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的作用：座及導(dǎo)管的導(dǎo)熱性。氣門旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的形式：有兩種結(jié)構(gòu)形式：一、松開式旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，二、強(qiáng)制式旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。195B型柴油機(jī)采用的是下置強(qiáng)制式旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。如圖:它在工作時(shí)氣門的旋轉(zhuǎn)時(shí)通過蓋盤、氣門彈簧、彈簧上座和鎖夾來查、傳遞的。注意事項(xiàng)：旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速除了取決于結(jié)構(gòu)因素外，還受到蝶形彈簧特性的影響，一般的講，蝶形彈簧剛度增大則轉(zhuǎn)速下降，反之，轉(zhuǎn)速增加。195B型柴6~8deg，或者在發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)速時(shí)，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速在20~25rpm時(shí)間不要旋轉(zhuǎn)，否則會(huì)加劇氣門錐面的磨損。三、氣門座圈的設(shè)計(jì)：200~300—2195BQT62—2。:以一般材料鑄造的汽缸蓋，當(dāng)氣門座不能滿足耐沖氣門座圈的結(jié)構(gòu)：氣門座圈是一個(gè)金屬環(huán)狀，它是通過壓入氣缸蓋的，從而使排氣門溫度增高，實(shí)驗(yàn)表明，排氣門裝有座圈時(shí)，氣門溫度可能增高40~65195B的。序號(hào) 氣門座圈外徑（mm） 過盈量（mm）125~600.05~0.10250~750.075~0.125375~100（6）hV的設(shè)計(jì)：0.10~0.15H=（8~15）%xD=（0.08~0.15）x40=（3.2~6）mmV=（1.7~2.5）%*D=（0.017~0.025）*40=（0.68~1）mm上式中D是氣門座圈的內(nèi)徑；氣門斜角：0氣門座圈的斜角常設(shè)計(jì)得比氣門斜角大（0.5~1）c，這樣就可使氣門和氣門座的外邊緣在理論上形成先接觸提高它們的密封壓力，并使壓力更均勻地分布。195B柴油機(jī)的斜角也是按照此公式計(jì)算的。但是值得注意的，千萬不能是出，從而加速錐面的燒損和侵蝕。四、氣門導(dǎo)管的設(shè)計(jì)：195B柴油機(jī)就是用的這種材料。入燃燒室中，因此，要求導(dǎo)管在潤(rùn)滑條件較差的情況下能耐磨。6大，以致有礙于氣體的排出。如圖：導(dǎo)管外徑與氣缸蓋導(dǎo)管孔德間隙選擇：一般選擇其過盈量為導(dǎo)管的0.003~0.005倍。0.005~0.010.008~0.012195B柴油機(jī)的間隙：10*（0.005~0.01）=（0.05~0.1）mm。氣門表面的強(qiáng)化處理：1、滾壓 2、滲鋁 3、鍍鉻 4、化 5、表面淬火。五、氣門的主要損壞形式和預(yù)防措施（一）排氣門的燒損一、排氣門的燒損的原因：① 材料的高溫耐蝕性不夠② 壞，造成錐面局部溫度升高，促使氣門材料燒損。③ 頭部變形，因而造成氣門漏氣。二、預(yù)防的措施：① 響。② 在氣門錐面堆焊基合金。③ 的熱積蓄。④ 降低氣門的工作溫度。⑤ 采用氣門選裝機(jī)構(gòu)。（二）氣門斷裂(一)氣門斷裂的主要原因：① 頸部的鍛造裂紋沒有消除② 部產(chǎn)生彎曲應(yīng)力。③ 大，或發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度過高④ 氣門材料熱處理不當(dāng)，致使材料強(qiáng)度過低。⑤ 氣門在導(dǎo)管內(nèi)卡住，活塞與氣門相碰撞⑥ 鎖夾槽處過渡處圓角太小，甚至留有切削裂紋（二）預(yù)防措施由于氣門的斷裂是設(shè)計(jì)和加工工藝兩個(gè)方面的原因，因此需針對(duì)損壞原因加以解決。設(shè)計(jì)的合理性應(yīng)通過必要的措施與計(jì)算，對(duì)氣門的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及受力進(jìn)行分析來考核。工藝方面主要是應(yīng)嚴(yán)格控制熱加工、熱處理的規(guī)范以及機(jī)械加工的精度。（三）氣門頭部裂紋和碎落（一）主要原因：出來。高溫疲勞，由于氣門座圈變形，當(dāng)氣門落座之后在氣缸壓力作用下使氣擴(kuò)大即可整塊金屬從氣門頭部碎落下來。（二）預(yù)防措施①避免鍛造裂紋。馬氏體鋼，高碳馬氏體鋼，奧氏體鋼它們的鍛造溫度區(qū)域和鍛造性能各不相同，導(dǎo)熱性也有很大差別，因此必須認(rèn)真實(shí)驗(yàn)，嚴(yán)格掌握，特別是用電鍍加熱尤其注意。② 選用高溫強(qiáng)度特別是蠕變強(qiáng)度的材料③ 提高裝配時(shí)氣門錐面與氣門座的位置精度④ 采用合理的圖輪廓線等設(shè)計(jì)方法，防止氣門落座時(shí)過大的沖擊和反跳。七、氣門彈簧的設(shè)計(jì)1、氣門彈簧的設(shè)計(jì)要求：（1）要使氣門在氣門座上嚴(yán)密的配合和在挺柱沿著基圓r0

運(yùn)動(dòng)的整挺柱和凸輪要保證不變的運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系。要保證氣門嚴(yán)密配合：對(duì)于排氣門P F (p"p)npmin rop r a式中 P —在氣門關(guān)閉時(shí)最小的彈簧力（；npminF m（kpa）

ropP"Pa—排氣管的壓力和在進(jìn)氣時(shí)氣缸內(nèi)的壓力，r柴油機(jī)的壓差為0.02~0.03兆帕。在氣門機(jī)構(gòu)零件之間運(yùn)動(dòng)學(xué)的關(guān)系保證在：P KPnp jn式中 K—儲(chǔ)備系數(shù)（對(duì)柴油機(jī)機(jī)械離心式調(diào)速器時(shí)，K=1.28~1.52,對(duì)化油器式發(fā)動(dòng)機(jī)取K=1.33~1.66；Pjn2p—在挺柱負(fù)加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，換算到氣門一邊的機(jī)構(gòu)慣性力，N。2、氣門彈簧的作用：氣門關(guān)閉時(shí)，確保氣門和氣門座的閉合密封。氣門開啟時(shí)，使氣門準(zhǔn)確的隨凸輪運(yùn)動(dòng)。3、氣門彈簧的工作條件：氣門彈簧承受高頻交變載荷，工況惡劣，故需精心設(shè)計(jì)，才能使其高的疲勞強(qiáng)度，制造上應(yīng)保證一定的精度并盡力避免各種缺陷。4、氣門彈簧的結(jié)構(gòu)：氣門彈簧通常采用圓柱螺旋壓縮彈簧。目前在大多數(shù)柴油機(jī)上都是d2.5~5.55mmD2

/d

為彈簧的中徑）2上圖為195柴油機(jī)的氣門彈簧工作圖5、氣門彈簧的選材：氣門彈簧材料一般為碳素彈簧鋼絲III組65mn彈簧鋼195B柴油機(jī)的氣門彈簧用的就是冷拉鋼絲。因?yàn)槔淅摻z有較高的抗拉強(qiáng)度（鋼絲的直徑越小，強(qiáng)度就越高，成本低廉，但是抗應(yīng)力—溫度松弛能力較差，使用與中等負(fù)荷的3mm左右的鋼絲，它們的彈性極限大致相同，小于此直徑的，冷拉鋼絲最高工作溫度（最高工作溫度（oc）65Mn彈簧鋼絲120油淬火—回火碳素彈簧鋼絲15050CrVA彈簧鋼絲2106、氣門彈簧特性曲線與氣門慣性力曲線的配合：在設(shè)計(jì)時(shí)首先作出氣門升程曲線和發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速時(shí)的加速度曲（實(shí)際慣性力應(yīng)與加速度方向相反、由氣門運(yùn)動(dòng)規(guī)律測(cè)試表明，實(shí)際的氣門慣p2線上的c`C2。1

p后，在氣門升程曲線右方作出彈簧曲線方程，并在方程曲1C3、C0等點(diǎn)引水平線盒垂直線，將水平線上截得的彈簧長(zhǎng)度量到對(duì)應(yīng)P2

、P作出適當(dāng)1的調(diào)整，以來滿足要求。7、氣門彈簧的有關(guān)計(jì)算：已知：凸輪軸的轉(zhuǎn)速

0.5np

1100/分，和凸輪軸的角速度115rad/shx xn

mm

rop

32.5mm，圓弧凸輪線的尺寸： r0

r1l

r246mm

hTmax

7mm,ar0

h rrmax 2

13.2mm， 搖臂的尺寸：xn

，l 32mm, 挺柱的升r程、速度和加速度曲線圖。彈簧的材料采用彈簧鋼， =35兆帕1 1500kpa。n（1）彈簧的最大彈力：Pnpmax

km alxn

w2/lr195*1.4*12.18*46*2932*103/32448式中 K=1.4——彈簧儲(chǔ)備系數(shù)；1 lM mkn kn

m3

(mr

m )( r )2m'mr lnm n=130+175403=195——換氣到氣門一邊的氣門機(jī)構(gòu)總重量m =130g —— 氣門的質(zhì)量，rmm =m

m =55+20=75g （外彈簧及內(nèi)np np.n

np.n彈簧，按結(jié)構(gòu)要求取: m'n

ml2n

2)rn=120*120*52.62/(3*52.62)=120g——搖臂質(zhì)量。彈簧最小的彈力：P KM

(rr)l2/lnpmin

rn 0 2 rn r r=195*1.4*2932*106/33.5=239N彈簧的剛度：C=M

K2Rn R=195*1.4*2932*106/33.5彈簧變形：

=21.6kn/m1）預(yù)壓縮變形量：f (rmin

r)l /l2 Rn r=（15-8.5）*52.6/33.52）總變形量：

=10.2mmf f hmax min Rnmax=10.2+8.92=19.12mm內(nèi)、外彈簧之間的負(fù)荷分配：內(nèi)彈簧：P 0.35P =0.35*448=156.8Nnp.nmax np.nmax

Pnp.n

0.35Pnpmin

0.35*23983.65NPnp.nmax

Pnp

Pnp.n

448156.8291.2NPnp.nmin

Pnp

Pnp.n

23983.65155.35N內(nèi)外彈簧的剛度：cnp.n

P /npmax

=291*103/19.12*103=14.06KN/mmaxcnp.n

Pnp.n

/fmax

156.8*103/19.12*1037.58KN/mcc 14.067.5821.64KN/mnp.n根據(jù)以求得的值：P P Pnpmax np.nmax np.nmaxP P Pnpmin npnmin np.nmin彈簧的尺寸：A、彈簧鋼絲直徑: 4mm np.n np.n、彈簧的平均直徑： 28 Dnp.n

19mmC、彈簧的工作圈數(shù)：G4i

fmax

8.3*0.364*1.912

5.6p.n

8Pnp.n

D3np.n

8*269*106*2.83G4i

.fmax

8.3*0.244*1.912

6.6pn 8Pnp.nmax

D3np.n

8*145*106*1.93式中 G=8.3——鋼絲剪切彈性模D、彈簧總?cè)?shù):i inn

25.627.6i inn

26.628.6F、氣門全開時(shí)彈簧的長(zhǎng)度:L i

i

=7.6*3.6+5.6*0.3=29.1mmnmin

p.n

minL i

i

=8.6*2.4+6.6*0.3=22.6mmnmin

p.n

minLmin

Ln

29.1mmG、氣門關(guān)閉時(shí)彈簧的長(zhǎng)度：L L0 min

hkn

29.18.9238.02mmH、自由彈簧的長(zhǎng)度：L

Ln

fmax

29.119.1248.22mmL L f =22.6+19.12=41.72

nmin

max、 彈簧的最大和最小應(yīng)力：1）內(nèi)彈簧 k

8 DPnp.nmaxnp.n

=1.17

8*145*19*109

595兆帕max

B 3np.n8

3.14*2.43*1098*77.4*19*109max

k`B

Pnp.nmax3np.n

np.n

=1.17

3.14*2.43