柴油機(jī)氣門(mén)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、柴油機(jī)氣門(mén)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)氣門(mén)是燃燒室的組成部分，又是氣體進(jìn)、出燃燒室的通道，在工作中要承受極大的交變和沖擊載荷及高溫、高速燃?xì)獾臎_刷與腐蝕作用，工況極為苛刻。氣門(mén)設(shè)計(jì)的合理與否不僅與發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有關(guān)，還與整機(jī)的可靠性和氣門(mén)的使用壽命密切相關(guān)。氣門(mén)設(shè)計(jì)中除應(yīng)進(jìn)行詳盡的強(qiáng)度和剛度計(jì)算外，還應(yīng)考慮氣流的通過(guò)能力、氣門(mén)與氣門(mén)座的密封、氣門(mén)的材料及冷卻、潤(rùn)滑與磨損等。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)柴油機(jī)氣門(mén)設(shè)計(jì)的實(shí)際狀況，結(jié)合柴油機(jī)氣門(mén)的制造及配套情況，談一下筆者的認(rèn)識(shí)。氣門(mén)屬配氣機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵基礎(chǔ)件，如圖1所示其主要結(jié)構(gòu)包括盤(pán)外圓、盤(pán)錐圓、盤(pán)部厚度、頸部、桿部及鎖夾槽等部分。1、 盤(pán)外圓D為了獲得最佳容積效率，氣門(mén)頭部直

2、徑通常是越大越好，但因受燃燒時(shí)間的限制，進(jìn)氣門(mén)直徑為氣缸直徑的4248%。即=56.764.8mm取用60mm。一般來(lái)說(shuō)，考慮到吸氣作用，進(jìn)氣門(mén)直徑要比排氣門(mén)大1520%,以改善充氣效率，即：=4851mm，取用50mm通常允許氣門(mén)頭部外圓伸出已精加工的氣門(mén)座之外約0.51.0mm，氣門(mén)盤(pán)外圓通常為氣口直徑的1.15倍。這樣可以使氣門(mén)座有足夠的寬度以利于氣門(mén)頭的傳熱。2、 錐面角度氣門(mén)頭部的密封錐度有和兩種，較大錐角可提高氣門(mén)頭部邊緣的剛度，保證其門(mén)追繳面與底座良好的自動(dòng)對(duì)中作用和密封面的較大比壓，利于輾壓積碳。大多數(shù)氣門(mén)設(shè)計(jì)都采用錐面角，實(shí)踐證明錐面角不但能提供良好的密封性，而且能夠滿(mǎn)足氣門(mén)

3、座合的耐磨性要求，錐面積碳比較厚的柴油機(jī)，一般都用錐面角，由此可以獲得較好的座合和較高的座合壓力而不必減少密封面積，這樣積碳就容易被壓扁或擦掉。氣門(mén)與氣門(mén)座合面寬約為1.53.0mm，氣門(mén)座圈的錐角應(yīng)比氣門(mén)密封錐角略大 （如圖2），這可形成一條較窄的座合面密封帶，提高座合壓力，限制積碳層厚度，改善熱傳導(dǎo)。氣門(mén)錐面寬度一般盤(pán)外圓的0.050.12倍，即=37.2mm。取4mm。3、 盤(pán)部厚度H為保證氣門(mén)頭部有足夠的剛度和盡可能輕的質(zhì)量，在設(shè)計(jì)中應(yīng)合理選取盤(pán)厚H尺寸，據(jù)資料表明，本設(shè)計(jì)中的爆發(fā)壓力為7.6MPa，氣門(mén)盤(pán)紙部厚度H為其徑的0.1倍即可滿(mǎn)足剛度要求。即H=0.1=6mm。4、 頸部過(guò)渡

4、錐角和過(guò)渡半徑R氣門(mén)頸部過(guò)渡錐角和過(guò)渡半徑R的大小對(duì)氣流有很大的影響，錐角應(yīng)保證氣流的圓滑過(guò)渡，但更重要的是能夠保證氣門(mén)頸部表面各處的應(yīng)力分布均勻。一般來(lái)說(shuō)，排氣門(mén)的過(guò)渡角及過(guò)渡半徑R比進(jìn)氣門(mén)要大些。R尺寸按（0.20.5）計(jì)算。值一般為，另外在均布?jí)毫ο?，氣門(mén)頭的變形主要發(fā)生在盤(pán)外緣，在H一定情況下，氣門(mén)頭的剛性主要取決于和R的大小。R=（0.20.5）=12-30mm，進(jìn)氣門(mén)取R=24mm，排氣門(mén)取R=20mm。取=，排氣門(mén)取=5、 桿部直徑d氣門(mén)桿部直徑主要是根據(jù)排氣門(mén)的耐久性要求確定，進(jìn)氣門(mén)頭部直徑與桿部直徑的比值一般為（4.55.5）：1，為方便氣缸蓋加工，進(jìn)排氣門(mén)導(dǎo)管直徑一般是相同

5、的，進(jìn)排氣門(mén)也通常采用相同的桿部公稱(chēng)尺寸，在實(shí)際設(shè)計(jì)中氣門(mén)直徑一般按等選取。常用的氣門(mén)桿部與導(dǎo)管的配合間隙:進(jìn)氣門(mén)為0.040.08mm，排氣門(mén)為0.050.09mm。由于氣門(mén)與導(dǎo)管之間的間隙將影響氣門(mén)桿與氣門(mén)頭圓滑過(guò)渡處的氣門(mén)強(qiáng)度，因此最小間隙應(yīng)選擇為使氣門(mén)桿在導(dǎo)管中沒(méi)有卡住的危險(xiǎn)，氣門(mén)桿與導(dǎo)管之間的間隙，應(yīng)是指在最高工作溫度下，能夠保留潤(rùn)滑油膜，間隙增大促使氣門(mén)桿部溫度提高和積碳，這些都會(huì)使?jié)櫥Ч陆?，并?dǎo)致節(jié)氣門(mén)干部的擦傷與磨損。設(shè)計(jì)中取d=12mm.6、 氣門(mén)頸部形狀設(shè)計(jì)7、 鎖夾槽在氣門(mén)桿端部，自搖臂傳來(lái)的偏心壓力和氣門(mén)與搖臂的摩擦力是氣門(mén)桿部產(chǎn)生彎曲應(yīng)力，慣性載荷與氣門(mén)彈簧力疊加

6、的作用加上氣體壓力，容易造成氣門(mén)鎖夾槽薄弱斷面處疲勞強(qiáng)度儲(chǔ)備不足。氣門(mén)鎖夾槽的設(shè)計(jì)方式有錐槽、方槽和圓弧槽三種。其中圓弧槽又可分為單道、雙道及多道圓弧槽，單道圓弧槽的結(jié)構(gòu)形式實(shí)際上可適用于任何桿徑的氣門(mén)，這種設(shè)計(jì)與錐槽和方槽相比的主要優(yōu)點(diǎn)是圓弧槽減少額缺口的敏感性；雙道槽的圓弧形面具有較低的缺口敏感性，而且兩槽能產(chǎn)生附加的抗剪力；多道槽（34道）設(shè)計(jì)形式出具有雙道圓弧槽的優(yōu)點(diǎn)外，還便于在裝配時(shí)使鎖夾和鎖夾槽相互對(duì)接，而不單是用于夾緊氣門(mén)桿，這種夾鎖裝置靠槽與鎖夾的凹、凸緣之間的接觸面來(lái)支撐氣門(mén)，是氣門(mén)處于旋轉(zhuǎn)的自由狀態(tài)，而不受鎖夾和鎖帽組裝的制約，這類(lèi)鎖夾要表面淬硬，而且氣門(mén)桿的鎖夾槽表面也要完全淬硬，以保證鎖夾槽與鎖夾的凹、凸緣接觸面的耐磨性要求。對(duì)于有些機(jī)型，還要在氣門(mén)桿靠近鎖夾槽處車(chē)出一道環(huán)槽，安裝彈簧卡圈，當(dāng)氣門(mén)桿自鎖夾槽處斷裂時(shí)，卡圈被氣門(mén)導(dǎo)管擋住，氣門(mén)不致掉入氣缸中?？ㄈΠ疾鄣奈恢媚鼙ＷC氣門(mén)的下落量只比氣門(mén)最大升程大12mm即可。8、 氣門(mén)總長(zhǎng)及桿部焊縫位置氣門(mén)桿部長(zhǎng)度取決于氣缸蓋和氣門(mén)彈簧的設(shè)計(jì)，一般總希望短些，以便降低發(fā)動(dòng)機(jī)的總高度，通常氣門(mén)桿部長(zhǎng)度為進(jìn)氣門(mén)盤(pán)外圓的2.53.5倍，或者為氣缸直徑的1.