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

畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 配氣機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 姓 名: 所屬院校： 專 業(yè): 班 級(jí): 學(xué) 號(hào): 指導(dǎo)教師： 配氣機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)【內(nèi)容摘要】 氣門(mén)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(kāi)啟和關(guān)閉進(jìn)、排氣門(mén)，完成換氣過(guò)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(mén)關(guān)閉要嚴(yán)密可靠；氣流阻力要?。唤Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單拆裝方便。 氣門(mén)配氣機(jī)構(gòu)由氣門(mén)組、氣門(mén)傳動(dòng)組、凸輪軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三部分組成。氣門(mén)組主要由：氣門(mén)、閥座、氣門(mén)導(dǎo)管、氣門(mén)彈簧和連接鍵組成，195B型柴油機(jī)采用不帶閥殼氣門(mén)組氣門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉是靠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)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(mén)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. 配氣機(jī)構(gòu)控制發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣過(guò)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. 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(cè)繪、制圖：楊尚俊 說(shuō)明書(shū)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、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.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.7 5、凸輪軸的定位方式.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)的要求.102、 凸輪基圓設(shè)計(jì).111 基圓半徑的確定.132 凸輪位置的確定.133 配氣相位與凸輪的作用角.144 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).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)算.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 與長(zhǎng)度按照下面的公式確定.187、挺柱頭部球面支座的設(shè)計(jì).198、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).205、推桿穩(wěn)定性安全系數(shù)的確定.206、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.21五、搖臂的設(shè)計(jì)1、搖臂的工作原理.222、搖臂的結(jié)構(gòu).223、搖臂比.224、搖臂潤(rùn)滑.225、搖臂的定位.236、搖臂的材料.237、搖臂與氣門(mén)桿頂面間接觸應(yīng)力的計(jì)算.23六、氣門(mén)組的設(shè)計(jì)1、氣門(mén)的設(shè)計(jì).25 1）氣門(mén)設(shè)計(jì)的基本要求.25 2)氣門(mén)的工作條件分析.25 3）氣門(mén)材料的選擇.26 4）氣門(mén)頭的設(shè)計(jì).27 5）氣門(mén)桿的設(shè)計(jì).292、氣門(mén)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì).303、氣門(mén)座圈的設(shè)計(jì).304、氣門(mén)導(dǎo)管的設(shè)計(jì).325、氣門(mén)的主要損壞形式和預(yù)防措33七、氣門(mén)彈簧的設(shè)計(jì)1、氣門(mén)彈簧的設(shè)計(jì)要求.342、氣門(mén)彈簧的作用.353、氣門(mén)彈簧的工作條件.354、氣門(mén)彈簧的結(jié)構(gòu).355、氣門(mén)彈簧的選材.356、氣門(mén)彈簧特性曲線與氣門(mén)慣性力曲線的配合.367、氣門(mén)彈簧的有關(guān)計(jì)算.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.38 4）彈簧變形.38 5）內(nèi)、外彈簧之間的負(fù)荷分配.39 6）內(nèi)外彈簧的剛度.39 7）彈簧的尺寸.40 8、提高氣門(mén)彈簧疲勞強(qiáng)度的措施.42參考文獻(xiàn).43致謝.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(guò)程，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的工作循環(huán)次序，定時(shí)地開(kāi)啟和關(guān)閉進(jìn)、排氣門(mén)，不斷的用新鮮的氣體來(lái)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 進(jìn)、排氣門(mén)的時(shí)間足夠大，泵氣損失小，配氣正時(shí)恰當(dāng)，在排氣過(guò)程中能較好的排出廢氣，進(jìn)氣過(guò)程中能吸入較多的新鮮空氣，因而使發(fā)動(dòng)機(jī)具有較高的充量系數(shù)和合適的扭矩特性。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(mén)座處的通過(guò)截面以及確定喉口流通截面開(kāi)始。氣閥處的流通截面積根據(jù)氣體不可壓縮連續(xù)流動(dòng)的條件確定，也即在額定轉(zhuǎn)速I情況，氣門(mén)最大升程時(shí)，按氣門(mén)座截面處假設(shè)的平均速度來(lái)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(mén)布置在氣缸上可能性的限制。進(jìn)氣門(mén)的數(shù)值應(yīng)大于下列規(guī)定的范圍： 采用氣門(mén)頂置式：， 則可以得到：， 根據(jù)柴油機(jī)的195B的結(jié)構(gòu)，選擇=36mm,排氣門(mén)的氣道喉口的直徑，通常取得比進(jìn)氣門(mén)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(mén)的流通截面為： 式中a氣門(mén)頭斜面角（現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)上，a=45度); 氣門(mén)的升程，它的取值一般是氣門(mén)頭的25%左右，氣門(mén)頭的直徑是40.mm，則： =10mm所以: = =10（35*COS45+10*Sin45*Cos45) =865mm對(duì)進(jìn)行校核： Frop=（1.11.2）Fxn=(1.11.2)x865=(951.51038) 取1000mm喉口的直徑為：= x10 =36mm 喉口的直徑經(jīng)過(guò)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(lái)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(dòng)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(dòng)機(jī)，不必將支承軸頸設(shè)計(jì)的過(guò)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(dòng)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材料： 195B柴油機(jī)經(jīng)過(guò)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(hào)：19501018 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)生軸向竄動(dòng)。為防止由此引起的對(duì)配氣定時(shí)的不良影響，需要采用軸向定位措施。對(duì)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（24）（mm） 上式中的Ro是凸輪的基圓半徑，由表可知：Ro=14.5 Db=2Ro（24） =2x14.5（24）=（2527）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0.020.03mm，范圍內(nèi)，軸向間隙為0.010.25mm。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、凸輪軸的計(jì)算： 根據(jù)氣門(mén)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=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(mén)作用到凸輪上的最大的力為：Prmax=+/4（Pr）Ln/Lr+Mr（r1r2） =239+3.14*/4x（0.4450.1）xx46/32+374xx（13814.5）x=2539牛頓注： 式中的=36mm為排氣門(mén)的直徑 =42mm為進(jìn)氣門(mén)的直徑 0.445兆帕，是由指示功圖而確定 =0.1兆帕 Mr=（+/3）x（/+99=374g =/3=120x/3x=81g凸輪軸的彎曲量： Y=0.8 =0.0003mm式中 E=2.2*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(lái)?。?-軸的外徑軸的外徑，選取時(shí)要考慮利用軸的外徑向凸輪供給潤(rùn)滑油和保持軸具有足夠的剛度。 擠壓應(yīng)力： =0.418 =255兆帕 式中 ： =25mm凸輪的寬度 二、凸輪的設(shè)計(jì)雖然瞬時(shí)的打開(kāi)和關(guān)閉氣門(mén)能夠獲得最大的時(shí)間截面，但是這樣做會(huì)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(dòng)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(dòng)機(jī)功率、扭矩、轉(zhuǎn)速、燃油消耗量、怠速和啟動(dòng)等各方面的性能要求。2) 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。3) 加速度不宜過(guò)大，并應(yīng)連續(xù)變化。4) 具有恰當(dāng)?shù)臍忾T(mén)落座速度，以免氣門(mén)和氣門(mén)座的過(guò)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(guò)大的振動(dòng)。6) 工作時(shí)噪聲較小。7) 應(yīng)使氣門(mén)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(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)： 凸輪型線從基圓開(kāi)始繪制，從保證配氣機(jī)構(gòu)有足夠剛性的條件出發(fā)選擇它的基圓半徑R，其值在R=（1.52.5）x 范圍。1 基圓半徑：R=(1.52.5)x10=1525 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)氣提前角進(jìn)氣滯后角排氣提前角排氣滯后角2 凸輪的布置：（進(jìn)排氣的夾角） =90+1/4（47-21+49-19） =1043 配氣相位與凸輪的作用角： =0.5（180 式中分別為進(jìn)排氣的提前開(kāi)啟角、進(jìn)排氣的滯后關(guān)閉角。 =0.5（180 = =4 凸輪頂部的圓弧半徑： = =14.5 =8.3 = =138 為了保證氣門(mén)的間隙，凸輪的背面部分的半徑加工的比小一個(gè)間隙 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=（0.250.35）mm，而排氣門(mén)則=（0.350.50）mm。半徑為r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(dòng)規(guī)律推動(dòng)傳動(dòng)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(dòng)，保證工作表面的磨損時(shí)很均勻的挺柱的軸線相對(duì)于凸輪的軸線的偏移量為13，而195B柴油機(jī)的偏移量為2mm。對(duì)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(jiǎn)單，質(zhì)量輕。對(duì)于高速發(fā)動(dòng)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(guò)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(duì)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45鋼，凸輪表面淬火處后，硬度為BRC5465。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)力按下式計(jì)算： 上式中：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(zhǎng)度（mm）； 作用在凸輪上的最大力矩 = =39.36 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，依據(jù)平面挺柱的凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)可知，挺柱與凸輪的接觸點(diǎn)偏移量e與挺柱速度成正比： 因此，如挺柱端面直徑， 由發(fā)動(dòng)機(jī)的總體布置決定，則確定挺柱的最大速度（時(shí)，必須保證凸輪與平面挺柱不產(chǎn)生干涉，為此滿足 5、 凸輪與挺柱間接觸應(yīng)力的計(jì)算： 平面挺柱接觸應(yīng)力的計(jì)算： 式中： F作用在凸輪上的力（kgf）; 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）； 分別為凸輪材料與挺柱材料的泊松比； 分別為凸輪材料與挺柱材料的彈性模量（kgf/mm）以上或當(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(guò)查表可知:碳鋼：2.0x（kgf/） 如使并將此值代入公式中澤可以簡(jiǎn)化： 5.67x6、 挺柱導(dǎo)向面直徑 與長(zhǎng)度按照下面的公式確定： =(0.150.20）D （mm） =（0.150.20）*95 =(14.2519) 取 16mm 式中 D氣缸直徑(mm） =（3.03.5） （mm） =（3.03.5)*16 =(4859)mm 根據(jù)195的結(jié)構(gòu)取=58mm 挺柱導(dǎo)向面直徑與挺柱孔間的徑向間隙一般在0.020.08mm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，球面支座半徑應(yīng)比推桿的球頭半徑略大，但與也不應(yīng)相差過(guò)大，否則將使接觸應(yīng)力劇增，一般，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。 防止的方法：1、改善潤(rùn)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(rùn)滑油；（2）采用具有特殊添加劑的潤(rùn)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(dòng)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。2、 表面蝕點(diǎn) 發(fā)生的主要原因：點(diǎn)蝕是金屬的疲勞過(guò)程。 預(yù)防的措施：1、改善潤(rùn)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。3、 表面磨損 凸輪磨損有兩種情況：（1）是一個(gè)緩慢的拋光過(guò)程，最后形成一個(gè)硬而光滑的摩擦表面。這種拋光的過(guò)程常開(kāi)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(huì)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(dòng)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(dòng)從凸輪軸傳至頂置氣門(mén)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： 它是一個(gè)細(xì)長(zhǎng)桿，在工作時(shí)容易發(fā)生縱向彎曲，它是配氣機(jī)構(gòu)中剛度薄弱的環(huán)節(jié)。在195B型柴油機(jī)上是采用冷拔無(wú)縫鋼管（或鋁制空心管）制造。采用冷拔無(wú)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(zhǎng)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(zhǎng)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： = 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； 推桿的外徑 空心推桿的孔徑 L推桿的長(zhǎng)度 =2.5x/4 式中 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)，在如下的范圍： （1）、高功率輕型發(fā)動(dòng)機(jī)，=2.53 (2)、汽車拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)。高速船用發(fā)動(dòng)機(jī)，=35 （3）、固定式和船用發(fā)動(dòng)機(jī)=466、 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： = 180 式中 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 推桿的球頭半徑（mm） 挺柱球面支座的半徑（mm）對(duì)于各種用途發(fā)動(dòng)機(jī)的許用接觸應(yīng)力如下： (1)汽車拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)，=150200（2）固定式和船用發(fā)動(dòng)機(jī)，=100120五、搖臂的設(shè)計(jì)1、搖臂的工作原理： 搖臂是推桿和氣門(mén)之間的傳動(dòng)件，它是推桿傳來(lái)的力改變方向后作用于氣門(mén)尾部以推開(kāi)氣門(mén)。 2、搖臂的結(jié)構(gòu)： 搖臂的幾何尺寸決定于氣門(mén)和凸輪軸的相對(duì)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(zhǎng)、短臂之分，長(zhǎng)短之比成為搖臂比，其值在1.6左右。長(zhǎng)臂推動(dòng)氣門(mén)的桿端，短臂端螺孔中裝有氣門(mén)間隙調(diào)節(jié)螺釘和鎖緊螺母，氣門(mén)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(rùn)滑： 搖臂依靠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(rùn)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(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)，從而保證各搖臂相對(duì)氣門(mén)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(kāi)，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QT602搖臂在與氣門(mén)的尾部接觸時(shí)既有滾動(dòng)又有滑動(dòng)，所以對(duì)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(mén)桿頂面間接觸應(yīng)力的計(jì)算： 式中 氣門(mén)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(mén)頂面間的許用接觸應(yīng)力：。搖臂斷面A-A中的總應(yīng)力為： （如圖） =400 式中 氣門(mén)上的最大作用力； 氣門(mén)側(cè)搖臂計(jì)算斷面的斷面模數(shù)； 氣門(mén)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： =420式中 氣門(mén)上的最大作用力； 氣門(mén)側(cè)搖臂計(jì)算斷面的斷面模數(shù)； 氣門(mén)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)力的許用值如下： （1）鑄鐵： （2）鍛造碳鋼： （3）鍛造合金鋼： (4) 鑄鋼： （5）輕合金：對(duì)于195B柴油機(jī)選擇（4）式中的。 六、氣門(mén)組的設(shè)計(jì)一、氣門(mén)的設(shè)計(jì)：1、 氣門(mén)設(shè)計(jì)的基本要求：1 材料方面： 氣門(mén)的工作溫度是確定氣門(mén)材料的主要因素。在氣門(mén)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(mén)錐面多屬磨損摩擦，因此進(jìn)氣門(mén)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(mén)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面。排氣門(mén)是氣門(mén)組中 的高溫零件，氣門(mén)頭部75%左右的熱量經(jīng)氣門(mén)座導(dǎo)出，25%的熱量經(jīng)氣門(mén)導(dǎo)管導(dǎo)出，因此，氣門(mén)的設(shè)計(jì)應(yīng)與氣缸蓋的設(shè)計(jì)密切配合，氣門(mén)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(zhǎng)度，適當(dāng)減小氣門(mén)桿與導(dǎo)管的間隙，以減低氣門(mén)的溫度。4 氣門(mén)室配氣機(jī)構(gòu)從凸輪開(kāi)始的整個(gè)運(yùn)動(dòng)鏈中的末端零件。它的運(yùn)動(dòng)受到凸輪廓線、挺柱、搖臂、氣門(mén)彈簧等零件特性的制約，因此氣門(mén)的設(shè)計(jì)還必須從整個(gè)配氣結(jié)構(gòu)來(lái)考慮分析，要避免氣門(mén)在落座時(shí)承受過(guò)大的沖擊和振動(dòng)，因?yàn)樵谶@些機(jī)械負(fù)荷也是造成氣門(mén)及氣門(mén)座磨損的原因之一。2、氣門(mén)的工作條件分析： 氣門(mén)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(mén)，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(mén)工作時(shí)承受落座沖擊負(fù)荷及燃?xì)鈮毫o以的靜負(fù)荷，這種靜負(fù)荷一般在4左右，而沖擊負(fù)荷一般為11.6左右；氣門(mén)的工作溫度：進(jìn)氣門(mén)約為200450度，而排氣門(mén)則可達(dá)650850度，甚至更高，下面是195 B柴油機(jī)的排氣門(mén)的溫度場(chǎng)。3、 氣門(mén)材料的選擇： 氣門(mén)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(mén)桿部與端面的耐磨等因素。而且進(jìn)、排氣門(mén)的對(duì)材料的要求也是不同。因?yàn)檫M(jìn)氣門(mén)的溫度要低一些，排氣門(mén)的溫度要高些。就195B發(fā)動(dòng)機(jī)的選材：進(jìn)氣門(mén)的材料用40Cr；排氣門(mén)的材料用40Cr9Si2。氣門(mén)選擇材料的方法：（1）馬氏體鋼 一般氣門(mén)中采用鐵素體合金鋼，氣碳含量在0.350.80%之間，經(jīng)淬火后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(dòng)性好，在工作溫度超過(guò)650的排氣門(mén)上廣泛應(yīng)用，如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)荷和機(jī)械負(fù)荷高，因而對(duì)氣門(mén)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(mén)，這是一種頭部采用奧氏體鋼，桿部采用馬氏體鋼的氣門(mén)?？捎媚Σ梁富蜷W光焊來(lái)堆焊。堆焊氣門(mén)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(lái)考慮：1）界面處應(yīng)在氣門(mén)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；焊接的部位以選在氣門(mén)全開(kāi)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(mén)，其最高工作溫度允許達(dá)870。國(guó)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(mén)。 國(guó)產(chǎn)常用氣門(mén)鋼的化學(xué)成分以及機(jī)械性能見(jiàn)下表： 除表列的氣門(mén)鋼之外，我國(guó)還試制了新的氣門(mén)鋼種，如TF3,奧氏體鋼，這種鋼在機(jī)械性能和耐磨性能方面超過(guò)了4Cr10Si2Mn從而逐步形成了國(guó)產(chǎn)排氣門(mén)鋼系列。 當(dāng)氣門(mén)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(qián)先把氣門(mén)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(guò)分削弱氣門(mén)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(mén)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(mén)和增壓柴油機(jī)進(jìn)氣門(mén)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(mén)頭的設(shè)計(jì)： （1）氣門(mén)頭部的形狀： 氣門(mén)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(mén)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(mén)的使用期限。因此根據(jù)不同發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)采用平底型氣門(mén)。因?yàn)檫@種氣門(mén)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(hào)在各類柴油機(jī)得到了廣泛的運(yùn)用。下圖是平底型氣門(mén)的示意圖： （2）氣門(mén)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(mén)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(mén)的布置，氣道之間冷卻水套的設(shè)計(jì)以及氣門(mén)受熱和冷卻的均勻性等因素。綜上的條件195B柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)、排氣門(mén)的直徑42和36mm。（3）氣門(mén)錐面斜角： 在氣門(mén)開(kāi)啟初期及接近關(guān)閉時(shí)，氣門(mén)錐面斜角的大小對(duì)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(mén)與氣門(mén)座之間的單位壓力隨斜角的增加而增大，而氣門(mén)與氣門(mén)座之間的相對(duì)滑移則隨斜角的減小人減小，因此氣門(mén)的確定必須根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的綜合情況而定，對(duì)于195柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門(mén)斜角都是度。（）氣門(mén)頭部厚度及錐面寬度：氣門(mén)頭部厚度的設(shè)計(jì)，主要是從氣門(mén)的剛度來(lái)考慮，氣門(mén)在燃燒壓力的作用下會(huì)引起變形，變形過(guò)大會(huì)使氣門(mén)的密封性下降，錐面磨損加劇。由于頭部厚度對(duì)氣門(mén)的剛度影響比頸部圓弧要大得多，因此當(dāng)需要增加氣門(mén)剛度時(shí)首先考慮增加頭部的厚度。如果還受到氣門(mén)質(zhì)量的限制，則常用適當(dāng)減小頸部圓弧半徑來(lái)得到彌補(bǔ)。厚度與氣門(mén)頭部的外徑有一定的比例，一般（）（是氣門(mén)頭部的直徑）柴油機(jī)的頭部厚度：（）進(jìn)氣門(mén)；（）（）排氣門(mén)；氣門(mén)錐面的寬度與厚度有關(guān)，一般（91.05）。當(dāng)度時(shí)，（）對(duì)于柴油機(jī)的氣門(mén)錐面寬度b=（0.91.05）*4.5=（4.054.725）mm 進(jìn)氣門(mén)（上式中T取4.5）b=（0.91.05）*4=(3.64.2)mm排氣門(mén)（上式中T取4.0）。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(mén)的大部分熱量是通過(guò)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(mén)的工作溫度就較低，但氣門(mén)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，且接觸壓力較大，會(huì)加速氣門(mén)的磨損，因此需綜合這兩個(gè)方面的因素來(lái)選取氣門(mén)密封帶的寬度，其寬度一般取1.53.0, 19