發(fā)動(dòng)機(jī)可變配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)畢業(yè)

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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）

發(fā)動(dòng)機(jī)可變配氣裝置設(shè)計(jì)

摘要

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要組成部分，它根據(jù)氣缸的工作次序，定時(shí)開關(guān)進(jìn)、排氣門，保證氣缸吸入新鮮空氣和排除廢氣。本研究主要針對(duì)小型汽車上使用的汽油機(jī)進(jìn)行配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，并對(duì)配氣機(jī)構(gòu)中的凸輪進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)獲得充分的空氣供給。

配氣機(jī)構(gòu)由氣門組、氣門傳動(dòng)組、凸輪軸傳動(dòng)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(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可分為機(jī)械和液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。195B型柴油機(jī)采用下置式傳動(dòng)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(dòng)機(jī)構(gòu)與柴油機(jī)的型式、凸輪軸與曲軸的相對(duì)位置、氣門傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的型式等有關(guān)，一般有齒輪傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)。195B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。

本次配氣機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，主要包括凸輪、凸輪軸、推桿、搖臂、挺柱、氣門組、氣門彈簧的材料、結(jié)構(gòu)的選擇，尺寸的確定以及相關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算。還包括了各個(gè)零件的熱加工方法、損壞形式以及預(yù)防方法。最終介紹了現(xiàn)代配氣機(jī)構(gòu)的可變技術(shù)，有利于節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)。

配氣機(jī)構(gòu)控制著發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣的過程，它直接影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，是衡量發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性的標(biāo)準(zhǔn)之一。

關(guān)鍵詞發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)；凸輪軸；氣門組；可變技術(shù)

I

AbstractAbstract

AutomobileEngineValveisanimportantpartoftheengine,itisbasedontheworkorderofthecylinder,timerswitchintakeandexhaustvalvestoensurethatthecylindersbreathefreshairandExhaustair.Thisstudyfocusedontheuseofsmallcarsgasolineenginevalvetraindesign,andvalvetraincammotionanalysistoensurethattheenginegetadequateairsupply.

Valvesetbythevalve,thevalvetransmissiongroup,camshaftdrivemechanismconsistsofthreeparts.ValveGroupconsistsof:valves,valveseats,valveguides,valvespringsandlinkagescomposition,195Bdieselenginewithoutusingtheopeningandclosingvalvevalvehousingvalvegroupisachievedbythedrivemechanism,thedrivemechanismcanbedividedintomechanicalandhydraulicactuators.195B-typedieselenginemountedundertheformoftransmission,cam,tappet,pushrod,rockerarm,rockerseat,rockershafts,adjustingscrewsandothercomponents.Type,positionofthecamshaftrelativetothecrankshaft,andothertypesoftransmissionanddieselenginecamshaftandcrankshaftbetweenavalvedrivemechanism,generallyageartransmissionandchaindrive.195Bdieselenginegeartransmission,dieselenginecrankshaftandcamshaftgearratioof2:1.

Thedesignoftheairdistributionorganization,mainlyincludingthecam,thecamshaft,thepushrod,therockerarm,thequitepillar,thevalvegroup,thevalvespringmaterial,thestructurechoice,thesizedeterminationaswellasthecorrelationdatacomputation.Alsoincludesthevariouspartsofthethermalprocessingmethods,damageformsandpreventivemeasures.Finally,thevariabletechnologyofmodernairdistributionmechanismisintroduced,whichisconducivetoenergyconservation,emissionreductionandenvironmentalprotection.

Valvecontrolstheengineintakeandexhaustprocess,whichdirectlyaffectsengineperformance,isonemeasureofthereliabilityoftheengine.

KeywordsEngineValve；Camshaft；ValveGroup；VariableTechnology

II

目錄

摘要IAbstractII第1章緒論1

1.1選題目的和意義11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.3設(shè)計(jì)研究的主要內(nèi)容2第2章配氣機(jī)構(gòu)、凸輪、挺柱3

2.1配氣機(jī)構(gòu)32.2凸輪的設(shè)計(jì)32.3凸輪軸的設(shè)計(jì)52.4設(shè)計(jì)挺柱62.5本章小結(jié)8第3章設(shè)計(jì)推桿、搖臂、氣門組9

3.1設(shè)計(jì)推桿93.2設(shè)計(jì)搖臂93.3設(shè)計(jì)氣門組113.4本章小結(jié)17第4章設(shè)計(jì)氣門彈簧以及現(xiàn)代配氣機(jī)構(gòu)的可變技術(shù)18

4.1設(shè)計(jì)氣門彈簧184.2現(xiàn)代配氣機(jī)構(gòu)的可變技術(shù)234.3本章小結(jié)24結(jié)論26本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）位與持續(xù)期(VET)兩類；可變氣門升程主要是改變了氣門開啟的最大升程，依照氣門正時(shí)與持續(xù)期的變化狀況又可分為可變氣門升程與正時(shí)(VLT)和氣門升程單獨(dú)可變兩類[7]。

1.3設(shè)計(jì)研究的主要內(nèi)容

本文研究的是195B型號(hào)柴油機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)采用的是單頂置凸輪軸配氣機(jī)構(gòu)。

主要內(nèi)容有：

1）學(xué)習(xí)把握發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理、配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)分析的基本理論與方法，完成資料的收集。

2）配氣機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)。分析發(fā)動(dòng)機(jī)在各種工況下的配氣結(jié)構(gòu)外特性的變化規(guī)律，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境條件、設(shè)計(jì)要求，選擇適合的結(jié)構(gòu)和材料。

3）查找相關(guān)資料了解學(xué)習(xí)配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的流程，主要包括進(jìn)、排氣門的設(shè)計(jì)，氣門彈簧的設(shè)計(jì)，以及凸輪軸的設(shè)計(jì)，完成配氣機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

4）運(yùn)用CATIA建立各零部件的三維模型。

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第2章配氣機(jī)構(gòu)、凸輪、挺柱

第2章配氣機(jī)構(gòu)、凸輪、挺柱

2.1配氣機(jī)構(gòu)

1）配氣機(jī)構(gòu)的功用

作用關(guān)于配氣機(jī)構(gòu)的：完成換氣過程的必要是配氣機(jī)構(gòu)；它是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸的工作循環(huán)次序，從而定時(shí)的開啟和關(guān)閉進(jìn)氣和排氣門，并且用新鮮的氣體來排出汽缸內(nèi)上一循環(huán)的廢氣[8]。2）設(shè)計(jì)配氣機(jī)構(gòu)的要求

（1）進(jìn)、排氣門的開啟的時(shí)間足夠長(zhǎng)，且泵氣損失要小，配氣正時(shí)要恰當(dāng)；然后在排氣過程中能較好的排出排盡廢氣，進(jìn)氣過程中能夠吸入較多的新鮮空氣，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)具有較好較高的充量系數(shù)和適合的扭矩特性。

（2）發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的工作具有可靠性且耐磨、振動(dòng)、噪聲較小。

（3）為減輕慣性負(fù)荷，所以配氣機(jī)構(gòu)零件的質(zhì)量要盡可能小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊。

圖2-1配氣機(jī)構(gòu)

2.2凸輪的設(shè)計(jì)

1）凸輪的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的要求

（1）首先要具有適合的配氣相位。保證它能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)功率、扭矩、轉(zhuǎn)速、燃油消耗量和啟動(dòng)等各方面的性能要求。

（2）為了能使發(fā)動(dòng)機(jī)有良好的換氣充氣性能，所以時(shí)間面積值應(yīng)盡可能大一些。（3）加速度不宜過大，而且不應(yīng)當(dāng)連續(xù)變化。

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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)（4）要具有適合恰當(dāng)?shù)臍忾T落座速度，用以避免氣門和氣門座之間的過度磨（5）配氣機(jī)構(gòu)在工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)應(yīng)當(dāng)平穩(wěn)工作，而且不產(chǎn)生脫離現(xiàn)象和過大的振動(dòng)等不良現(xiàn)象。

（6）應(yīng)當(dāng)控制氣門彈簧產(chǎn)生共振的傾向在最小程度范圍內(nèi)。

（7）合理安排結(jié)構(gòu)使配氣機(jī)構(gòu)各傳動(dòng)零件的磨損要小，且工作可靠，使用時(shí)間長(zhǎng)且工作時(shí)的噪聲要小。

由于上述這些應(yīng)滿足設(shè)計(jì)的要求往往相互矛盾，所以必需根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的具體實(shí)際狀況，抓住出現(xiàn)的主要矛盾，協(xié)調(diào)各方面因素，合理解決安全問題。2）凸輪基圓的設(shè)計(jì)

（1）基圓半徑

錯(cuò)誤！未找到引用源。(2-1)

取基圓半徑為14.5mm。

（2）凸輪寬度

錯(cuò)誤！未找到引用源。(2-2)

取凸輪寬度為12mm。

（3）凸輪作用角錯(cuò)誤！未找到引用源。的選取決定于發(fā)動(dòng)機(jī)的性能要求，并應(yīng)與發(fā)動(dòng)機(jī)氣流通道的形狀和斷面尺寸相適應(yīng)。但選擇最正確配氣相位和凸輪作用角目前尚無(wú)公式可循，一般根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)或者統(tǒng)計(jì)資料選取。實(shí)際上選定了配氣相位角后即可算出凸輪作用角。

進(jìn)氣凸輪作用角：

錯(cuò)誤！未找到引用源。

錯(cuò)誤！未找到引用源。

(2-3)

式中，錯(cuò)誤！未找到引用源。取錯(cuò)誤！未找到引用源。。

排氣凸輪作用角：

錯(cuò)誤！未找到引用源。

錯(cuò)誤！未找到引用源。

(2-4)

4

第2章配氣機(jī)構(gòu)、凸輪、挺柱

式中，錯(cuò)誤！未找到引用源。取錯(cuò)誤！未找到引用源。。

同名夾角：

錯(cuò)誤！未找到引用源。

(2-5)

發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)火順序?yàn)?—3—4—2。因此，第三缸的進(jìn)氣凸輪在第一缸進(jìn)氣凸輪后90°凸輪轉(zhuǎn)角處，第四缸的進(jìn)氣凸輪在第三缸進(jìn)氣凸輪后90°凸輪轉(zhuǎn)角處，其次缸的進(jìn)氣凸輪在第四缸進(jìn)氣凸輪后90°凸輪轉(zhuǎn)角處，。

異名夾角：

錯(cuò)誤！未找到引用源。錯(cuò)誤！未找(2-6)

所以同一氣缸的進(jìn)、排氣凸輪之間的夾角為106°。

到引用源。

2.3凸輪軸的設(shè)計(jì)

1）凸輪軸的設(shè)計(jì)要求及結(jié)構(gòu)

（1）正確配置各缸進(jìn)、排氣凸輪的位置以實(shí)現(xiàn)配氣正時(shí)，保證發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

（2）根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)總體布置的要求以及允許的彎曲變形，合理地確定其支承的軸頸數(shù)、軸頸大小和凸輪軸的最小直徑尺寸。

（3）確定恰當(dāng)?shù)牟牧虾蜔崽幚矸椒?，使其具有足夠的韌性和剛度又在凸輪和支撐軸徑的表面具有適合的硬度，確保具有良好的耐磨性[9]。2）凸輪軸支撐軸頸數(shù)目

本次設(shè)計(jì)選擇的是整體式凸輪軸，在裝配時(shí)是將凸輪軸從機(jī)體的一端插入的，由于軸承又往往是整體式薄壁軸瓦，所以為了使凸輪軸能通過軸瓦內(nèi)孔而將支承軸頸的半徑制成比凸輪軸中心至凸輪頂端距離大0.25～0.5(mm)。

凸輪軸支承軸數(shù)的選擇與其彎曲剛度和加工工藝性有很大關(guān)系。全支承凸輪軸有很好的彎曲剛度，因而有可能減小軸的直徑，但因凸輪的基圓半徑常不能隨之減小，所以減小軸直徑的好處不大，另外支承軸頸加多，使加工工藝繁雜，成本提高。由于選擇的柴油機(jī)是單缸四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，所以不必選用過多的支承軸頸，只用將凸輪軸的前后端各設(shè)計(jì)一個(gè)支承軸頸就已經(jīng)足夠了，所以該軸頸數(shù)目為2個(gè)。3）確定凸輪軸的選材

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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)考慮到凸輪軸要承受一定的機(jī)械強(qiáng)度，所以必需要有足夠的強(qiáng)度和韌性，在此同時(shí)還應(yīng)當(dāng)具有一定的耐磨性，才足以保證能讓發(fā)動(dòng)機(jī)在正常的工況下工作，一般凸輪軸材料選擇碳鋼，45鋼就可以滿足設(shè)計(jì)要求了。4）凸輪軸定位方式

本設(shè)計(jì)采用的定位方式是軸向定位。5）凸輪軸的熱處理工藝及損壞形式

熱處理工藝：a滲碳；b機(jī)械加工；c高頻淬火（回火）；d機(jī)械加工；損壞形式：（1）支承軸頸的磨損。（2）凸輪表面的磨損、點(diǎn)蝕和刮傷等。6）凸輪軸的最小直徑

最小直徑錯(cuò)誤！未找到引用源。：

錯(cuò)誤！未找到引用源。(2-7)

最小直徑取錯(cuò)誤！未找到引用源。。取凸輪軸的長(zhǎng)度為483mm。當(dāng)支承軸頸間距離較大、凸輪上受力較大和轉(zhuǎn)速較高等狀況時(shí)取上限值。凸輪軸支承軸頸與軸承孔的徑向間隙范圍一般在0.02~0.03mm，軸向間隙的范圍為0.01~0.25mm。

圖2-2凸輪軸

2.4設(shè)計(jì)挺柱

1）挺柱的材料、結(jié)構(gòu)及其功用

挺柱的材料：采用低碳鋼，在底部堆焊合金；采用鑄鐵，在底部使用冷激；采用球墨鑄鐵制造，它的摩擦表面要經(jīng)過熱處理來提高硬度，然后精磨。而且要注意的是，挺柱的材料、底面硬度它們是和凸輪的表面硬度相匹配的。本設(shè)計(jì)應(yīng)用20鋼制造且底部要堆焊合金，它的熱處理的硬度最小要為HBC55。

挺柱的結(jié)構(gòu)：挺柱主要有兩大類：平面挺柱與滾子挺柱。一般采用的是平面挺柱，它的特點(diǎn)是質(zhì)量輕且結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。并且對(duì)于高速發(fā)動(dòng)機(jī)也是比較適用的。

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第2章配氣機(jī)構(gòu)、凸輪、挺柱

挺柱的功用：它是通過凸輪的運(yùn)動(dòng)來推動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，與此同時(shí)還要承受凸輪的側(cè)向壓力，特別是挺柱的底面，由于和凸輪表面之間接觸的面積小，導(dǎo)致接觸應(yīng)力很大，從而造成表面磨損很大，甚至出現(xiàn)刮傷，所以挺柱側(cè)面和底面的耐磨性要求較高。一般選取的形狀是筒型，由于這種結(jié)構(gòu)一來可以減輕質(zhì)量，從而使他的往復(fù)慣性力減小到適合的標(biāo)準(zhǔn)；二來呢也保證了凸輪軸在旋轉(zhuǎn)時(shí)，避免了挺柱底面所受的偏心切向力使挺柱發(fā)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象，從而保證工作表面使其磨損均勻。對(duì)于挺柱軸線相對(duì)于凸輪的軸線的偏移量的范圍為1~3mm，選取的偏移量為2mm。2）確定挺柱的導(dǎo)向面直徑錯(cuò)誤！未找到引用源。和它的長(zhǎng)度

錯(cuò)誤！未找到引用源。(2-8)

取錯(cuò)誤！未找到引用源。錯(cuò)誤！未找到引用源。；

錯(cuò)誤！未找到引用源。(2-9)

取錯(cuò)誤！未找到引用源。；注意挺柱的導(dǎo)向面直徑和挺柱孔之間的徑向間隙應(yīng)不超過0.02~0.08mm的范圍內(nèi)。

3）挺柱的主要損壞形式和預(yù)防方法

主要損壞形式：

（1）表面刮傷，產(chǎn)生的原因是凸輪和挺柱之間的潤(rùn)滑狀況惡化引起的。（2）表面點(diǎn)蝕，產(chǎn)生的原因是金屬的點(diǎn)蝕，金屬的疲乏過程。

（3）表面磨損，包含兩種狀況：凸輪的磨損是一個(gè)緩慢的拋光過程，最終形成了一個(gè)光滑且堅(jiān)硬的摩擦表面。凸輪輪廓線零加速度的位置往往是拋光過程開始的位置，它終止于凸輪輪廓線的頂端之前，而且頂端不會(huì)被磨平。還有一種不正常的迅速磨損，它是隨著時(shí)間逐漸或者迅速磨損，最終影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，甚至嚴(yán)重的則會(huì)在幾個(gè)小時(shí)后將凸輪頂端磨平。

預(yù)防方法：

預(yù)防刮傷的方法：（1）改善潤(rùn)滑：要適當(dāng)適時(shí)的給凸輪和挺柱面間隙供給黏度、溫度和用量均勻適合的潤(rùn)滑油；使用填有特別添加劑的潤(rùn)滑油；提高凸輪和挺柱之間接觸面的光亮度。（2）降低接觸應(yīng)力：減少配氣機(jī)構(gòu)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量；增加凸輪的剛度；使用硬度、強(qiáng)度較高，彈性模量小的金屬作為凸輪和挺柱的材料。（3）對(duì)表面進(jìn)行磷化處理。（4）選擇恰當(dāng)適合的化學(xué)成分和金相組織的材料作為凸輪、挺柱。（5）使用導(dǎo)熱性好的材料。

預(yù)防表面點(diǎn)蝕的方法，（1）改善潤(rùn)滑的條件，使其恰到好處；（2）降低接觸面之間

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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的接觸應(yīng)力；（3）減小剩余應(yīng)力；（4）使用熱導(dǎo)性較好的材料；（5）應(yīng)當(dāng)盡量減少材料內(nèi)部的氣泡、夾渣等缺陷；（6）提高材料抗腐蝕能力和疲乏強(qiáng)度[9]。

圖2-3挺柱

2.5本章小結(jié)

本章首先進(jìn)行了配氣機(jī)構(gòu)的介紹，對(duì)凸輪軸進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，包括凸輪基圓半徑、凸輪寬度、凸輪作用角等主要數(shù)據(jù)，計(jì)算了挺柱的導(dǎo)向面直徑錯(cuò)誤！未找到引用源。和它的長(zhǎng)度。還介紹了凸輪、挺柱的結(jié)構(gòu)以及材料的選擇以及損壞與保護(hù)。

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第3章設(shè)計(jì)推桿、搖臂、氣門組

第3章設(shè)計(jì)推桿、搖臂、氣門組

3.1設(shè)計(jì)推桿

1）推桿的功用、材料及其結(jié)構(gòu)形式

材料：45#鋼；

結(jié)構(gòu)形式：推桿是一個(gè)修長(zhǎng)桿，它在工作過程很簡(jiǎn)單發(fā)送縱向彎曲，也是配氣機(jī)構(gòu)中剛度薄弱的位置。對(duì)于195B柴油機(jī)往往采用冷拔無(wú)縫鋼管（或鋁制空心管）制造的推桿。由于這樣可以減輕推桿的質(zhì)量，并且減小往復(fù)的慣性力；為了減輕推桿質(zhì)量并提高縱向彎曲應(yīng)力和剛度，還可以采用縮短推桿的長(zhǎng)度的方法來實(shí)現(xiàn)。

功用：推桿將凸輪的運(yùn)動(dòng)通過凸輪軸傳遞給頂置氣門，最終完成發(fā)動(dòng)機(jī)配氣。2）推桿的尺寸

根據(jù)柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)，查得195B型柴油機(jī)，推桿的長(zhǎng)為291mm，它的外徑為9mm，球頭的半徑為4.5mm。

圖3-1推桿

3.2設(shè)計(jì)搖臂

1）搖臂的材料、結(jié)構(gòu)和工作原理

搖臂的材料：搖臂使用的材料是鑄鋼，由于搖臂在于氣門尾部接觸時(shí)既要有滾動(dòng)又要有滑動(dòng)，所以材料的性能要求是耐磨。并且為了防止部件磨損影響正常的配氣相位，所以該表面必需要求經(jīng)過淬火處理工藝。

搖臂的結(jié)構(gòu)：由氣門和凸輪軸的相對(duì)位置決定搖臂的幾何尺寸。為了讓結(jié)構(gòu)的剛性較好并且使結(jié)構(gòu)的質(zhì)量減輕，才出現(xiàn)了T字型的或者I字型的斷面。本設(shè)計(jì)采用的是T字型的搖臂端面。

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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)搖臂的工作原理：搖臂作為推桿和氣門之間的傳動(dòng)件，它的作用是推桿傳過來的力改變方向后作用在氣門的尾部位置用以推開氣門。2）搖臂的潤(rùn)滑、搖臂比和搖臂的定位

搖臂的潤(rùn)滑：搖臂是依靠搖臂軸的支撐才能在搖臂支座上，搖臂上面鉆有專門的油孔，且搖臂軸是中空型的，機(jī)油的滾動(dòng)是由支座油道經(jīng)過搖臂軸的內(nèi)腔潤(rùn)滑到搖臂襯套，潤(rùn)滑完畢由搖臂上的油道流出，然后滴落在搖臂的兩端進(jìn)行潤(rùn)滑。

搖臂的比：搖臂分為長(zhǎng)、短臂兩類，長(zhǎng)短之比叫做搖臂比，一般搖臂比在1.3~1.8之間。其中，長(zhǎng)臂取46mm，長(zhǎng)臂是用來推動(dòng)氣門的桿端，短臂取32mm，短臂處的螺孔中安裝有氣門間隙調(diào)理螺釘和鎖緊螺母，并且氣門間隙調(diào)理螺釘?shù)那蝾^還與推桿上的凹球端頭處接觸。在設(shè)計(jì)中取搖臂比為1.43。

搖臂的定位：搖臂軸上的兩個(gè)搖臂之間裝有搖臂彈簧，它的作用是防止搖臂軸向竄動(dòng)，保證各個(gè)搖臂的相對(duì)氣門桿的正確位置。本設(shè)計(jì)采用的是用搖臂的支座將兩個(gè)搖臂分開，而且要在兩邊緣的地方用卡簧將它鎖緊。

3）計(jì)算搖臂與氣門桿頂面之間的間接接觸應(yīng)力錯(cuò)誤！未找到引用源。(3-1)

式中：錯(cuò)誤！未找到引用源。是氣門桿的頂面上最大作用力kgf；r是搖臂的敲擊部分的球面半徑mm。

搖臂與氣門桿頂面的許用接觸應(yīng)力為：錯(cuò)誤！未找到引用源。。

圖3-2搖臂兩斷面截面

圖中搖臂的斷面A-A中的總應(yīng)力是：錯(cuò)誤！未找到引用源。(3-2)式中：錯(cuò)誤！未找到引用源。錯(cuò)誤！未找到引用源。是氣門上最大作用力；錯(cuò)誤！未找到引用源。是位于氣門側(cè)搖臂斷面的模數(shù)；錯(cuò)誤！未找到引用源。是位于氣門側(cè)搖臂斷面的面積；錯(cuò)誤！未找到引用源。錯(cuò)誤！未找到引用源。是斷面重心到作用力之間的垂直距離；錯(cuò)誤！未找到引用源。錯(cuò)誤！未找到引用源。是作用力的垂線和斷面A-A之間的夾角。

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第3章設(shè)計(jì)推桿、搖臂、氣門組

圖中搖臂的斷面B-B中的總應(yīng)力是：

錯(cuò)誤！未找到引用源。(3-3)式中：錯(cuò)誤！未找到引用源。是氣門上最大作用力；錯(cuò)誤！未找到引用源。是位于氣門側(cè)搖臂斷面的模數(shù)；錯(cuò)誤！未找到引用源。是位于氣門側(cè)搖臂斷面的面積；錯(cuò)誤！未找到引用源。是斷面重心到作用力之間的垂直距離；錯(cuò)誤！未找到引用源。是作用力的垂線和斷面B-B之間的夾角。

本設(shè)計(jì)選擇鑄鋼材料，它的許用應(yīng)力值為錯(cuò)誤！未找到引用源。。所以設(shè)計(jì)滿足強(qiáng)度條件。

圖3-3搖臂

3.3設(shè)計(jì)氣門組

1)設(shè)計(jì)氣門

（1）設(shè)計(jì)氣門的基本要求：

氣門的結(jié)構(gòu)方面：要在保證有足夠的強(qiáng)度、剛度和耐磨性的條件下選擇重量較輕的材料，設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單、加工便利，而且它的頸部的形狀也必需適合，用來減少氣體的滾動(dòng)阻力。

氣門的材料方面：氣門的材料取決于氣門的工作溫度，溫度是影響它的選擇材料的主要因素。在所有工作溫度的范圍內(nèi)氣門的材料應(yīng)當(dāng)具有足夠的強(qiáng)度、韌性和硬度。由于排氣門經(jīng)常簡(jiǎn)單發(fā)生腐蝕性的磨損，所以在選擇材料的時(shí)候要考慮材料的化學(xué)性質(zhì)即是否有抗腐蝕的性能；而進(jìn)氣門經(jīng)常發(fā)生金屬摩擦磨損，所以進(jìn)氣門選擇材料的時(shí)候要考慮材料應(yīng)當(dāng)具有良好的耐磨性。

配氣機(jī)構(gòu)的氣門是從凸輪運(yùn)動(dòng)開始的整個(gè)運(yùn)動(dòng)鏈的最終一環(huán)也就是末端零件。凸輪的輪廓線、搖臂、挺柱和氣門彈簧等的特性都制約著它的運(yùn)動(dòng)，所以設(shè)計(jì)氣門

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第3章設(shè)計(jì)推桿、搖臂、氣門組

預(yù)防措施：

（1）預(yù)防排氣門燒損的措施：選擇在高溫下耐腐蝕性好的材料。應(yīng)考慮柴油中含硫、重油中含釩的影響。在氣門錐面堆焊基合金。適當(dāng)?shù)脑黾託忾T頭部厚度，借以減少氣門在工作時(shí)的變形和在頭部邊緣的熱積蓄。改善冷卻水道的布置，適當(dāng)?shù)脑黾託忾T座圈的接觸高度，以利充分散熱，降低氣門的工作溫度。采用氣門選裝機(jī)構(gòu)。

（2）預(yù)防氣門斷裂的措施：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。

（3）預(yù)防氣門頭部出現(xiàn)裂紋破碎的措施：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)域和鍛造性能各不一致，導(dǎo)熱性也有很大區(qū)別，因此必需認(rèn)真試驗(yàn)，嚴(yán)格把握，特別是用電鍍加熱特別注意。選用高溫強(qiáng)度特別是蠕變強(qiáng)度的材料提高裝配時(shí)氣門錐面與氣門座的位置精度。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。此外，當(dāng)氣門錐面堆焊鈷基合金時(shí)，要嚴(yán)格控制堆焊溫度，避免局部過熱，過熱后鈷基合金硬度顯著降低，晶粒粗大，耐磨迅速下降并在過熱區(qū)的邊界處產(chǎn)生很大的應(yīng)力，在氣門工作時(shí)易產(chǎn)生裂紋。堆焊層不能太薄并需消除堆焊層材料與母材交接處的剩余應(yīng)力。

圖3-5氣門組

3.4本章小結(jié)

本章首先確定了推桿的尺寸，確定搖臂比并對(duì)搖臂所受應(yīng)力進(jìn)行了校核，滿足應(yīng)力條件。主要對(duì)氣門組進(jìn)行了設(shè)計(jì)，通過計(jì)算氣門頭部直徑、斜角、厚度、寬度和氣門口直徑設(shè)計(jì)出氣門的頭部，進(jìn)而設(shè)計(jì)氣門桿和氣門導(dǎo)管。并介紹了氣門的加強(qiáng)方法。

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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第4章設(shè)計(jì)氣門彈簧以及現(xiàn)代配氣機(jī)構(gòu)的可變技術(shù)

4.1設(shè)計(jì)氣門彈簧

1）氣門彈簧的設(shè)計(jì)要求與工作條件

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)，才能使其長(zhǎng)期可靠地工作。氣門彈簧一旦斷裂便會(huì)造成嚴(yán)重的發(fā)動(dòng)機(jī)事故。氣門彈簧的設(shè)計(jì)往往受到尺寸上的限制，因此氣門彈簧應(yīng)有合理的結(jié)構(gòu)與尺寸，彈簧材料應(yīng)有較高的疲乏強(qiáng)度，制造上應(yīng)保證一定的精度并盡力避免各種缺陷。2）氣門彈簧的材料選擇、結(jié)構(gòu)及其作用

（1）氣門彈簧的作用：

保證氣門自動(dòng)回位關(guān)閉而密封；保證氣門與氣門座的座合壓力；吸收氣門在開啟和關(guān)閉過程中傳動(dòng)零件所產(chǎn)生的慣性力，以防止各種傳動(dòng)件彼此分開而破壞配氣機(jī)構(gòu)正常工作。

（2）氣門彈簧的結(jié)構(gòu)：氣門彈簧尋常采用圓柱螺旋壓縮彈簧。目前在大多數(shù)柴油機(jī)上都是一個(gè)氣門裝兩個(gè)氣門彈簧，它既可充分利用空間，減小彈簧高度尺寸，又易保證彈簧所需要的彈簧力，并且在一個(gè)彈簧萬(wàn)一斷裂時(shí)，也有可能在一定時(shí)間內(nèi)防止氣門落入氣缸。采用雙彈簧時(shí)，內(nèi)、外彈簧的螺旋方向應(yīng)相反。此外，由于兩個(gè)彈簧的自振率不同，可以相反阻尼作用，從而減少共振危險(xiǎn)。氣門彈簧鋼絲直徑d大多在2.5~5.55mm范圍內(nèi)，彈簧旋繞比錯(cuò)誤！未找到引用源。錯(cuò)誤！未找到引用源。一般為6~9（錯(cuò)誤！未找到引用源。為彈簧的中徑）。

（3）氣門彈簧的材料選擇：氣門彈簧在應(yīng)的工作溫度下承受交變載荷，為使彈簧能長(zhǎng)期的可靠工作，要求彈簧材料不僅具有良好的機(jī)械性能，而且應(yīng)有足夠的抗應(yīng)力溫度松弛的能力，在工作中不致產(chǎn)生過大的彈力消失現(xiàn)象。一般認(rèn)為彈簧力小于名義值的85%以下時(shí)，彈簧就已經(jīng)失效，不能繼續(xù)使用，這是決定彈簧使用期限的一個(gè)重要因素，在彈簧設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)彈簧的工作溫度和應(yīng)力大小合理的選擇彈簧材料。氣門彈簧材料一般為碳素彈簧鋼絲、65Mn和50CrVA彈簧鋼絲等。本設(shè)計(jì)氣門彈簧材料選用油淬火-回火狀態(tài)的碳素彈簧鋼絲，它的優(yōu)點(diǎn)是熱穩(wěn)定性好，可適用于較高的工作溫度。3）計(jì)算氣門彈簧的相關(guān)數(shù)據(jù)

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第4章設(shè)計(jì)氣門彈簧以及現(xiàn)代配氣機(jī)構(gòu)的可變技術(shù)

（1）彈簧中徑D2的選取

在本次設(shè)計(jì)中，采用雙氣門彈簧，其內(nèi)彈簧中徑為：

D2i=(0.4～0.7)d?=(0.4～0.7)×32=12.8～22.4(mm)(4-1)32=19.2～28.8(mm)(4-2)D2e=(0.6～0.9)d?=(0.6～0.9)×

式中d?是氣口直徑(mm)本設(shè)計(jì)中d?=32mm。取D2i=18mm，D2e=26mm（2）彈簧預(yù)緊力P1的確定

氣門關(guān)閉時(shí)，彈簧預(yù)緊力要保證氣門與氣門座的良好密封。由于進(jìn)、排氣門的彈簧一致，參考柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)，得預(yù)緊力P1的公式：

?2Pd1=12(kgf)(4-3)1?1.54式中d1為進(jìn)氣口直徑(cm)。

在確定作用于氣門上的力P2時(shí)，考慮彈簧特性需與發(fā)動(dòng)機(jī)氣門慣性力曲線相適應(yīng)，參考柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)，P1=(0.4～0.65)P2，作用于進(jìn)氣門上的力P2=2.5P1。

設(shè)計(jì)彈簧時(shí)，考慮到彈簧的最大彈力需有一定的裕量，本設(shè)計(jì)中彈簧最大彈力依照P1=18kgf計(jì)算，則

P2=2.5P1=45kgf(4-4)

（3）內(nèi)外彈簧載荷的分派

內(nèi)外彈簧載荷的分派比例一般為1:2.0到1:2.5。本設(shè)計(jì)中內(nèi)外彈簧的載荷分派如下：彈簧最大彈力P2(kgf)：內(nèi)彈簧P21=15kgf，外彈簧P22=30kgf。（4）彈簧鋼絲直徑的確定彈簧計(jì)算的基本公式

??8PD2K2

(kgf/mm)(4-5)3?d38PD2nf?(mm)(4-6)4Gd式中P是彈簧力（kgf）；D2是彈簧中徑（mm）；D是彈簧鋼絲直徑（mm）；n是彈簧有效圈數(shù)；G是彈簧材料切變模量；f是彈簧變形量（mm）；?是斷面切應(yīng)力（kgf/mm2）；K是曲度系數(shù)，考慮鋼絲橫切面上切應(yīng)力分布不均勻影響的系數(shù)。

鋼絲直徑d可按公式(4-5)計(jì)算，彈簧的最大工作切應(yīng)力應(yīng)小于或等于材料的許用應(yīng)力，為便于計(jì)算，將公式改寫成如下形式：

??D22?83(4-7)KC??P219

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)式中???是材料的許用切用力（kgf/mm2）。

內(nèi)彈簧鋼絲直徑的確定：彈簧材料選用65Mn彈簧鋼絲，假設(shè)內(nèi)彈簧鋼絲直徑約為2.2～2.5mm，查柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)表得彈簧的抗拉強(qiáng)度σb=165(kgf/mm2)：許用切應(yīng)力????165?0.3?49.5kfg/mm2，查柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)表13-25得旋繞比C=7.0；將上述數(shù)據(jù)代入式（4-7），

D8得KC3?1069；根據(jù)di?2i，得d=2.47mm，圓整到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的鋼絲直

C?徑：di=2.5mm。

外彈簧鋼絲直徑的確定：

彈簧材料選用65Mn彈簧鋼絲，假設(shè)外彈簧鋼絲直徑約為3.5mm，查柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)表13-24得彈簧的抗拉強(qiáng)度σb=150(kgf/mm2)：許用切應(yīng)力

?????1500.?3kfg/mm452，查柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)表13-25得旋繞比C=7.4；將上述數(shù)

據(jù)代入式（5-3）

D8得KC3?1014；由de?