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第5章 配气机构设计第一节 配气机构的形式及评价第二节 配气机构运动学和凸轮形线设计第三节 配气机构动力学第四节 配气机构主要零件设计要点第五节 可变配气机构第一节 配气机构形式及评价一、配气机构的设计要求基本要求：气缸换气良好，气门通过能力大，气门开启时面值大，气门开口面积大且快开快关。惯性力负荷磨损 振动噪声。二、配气机构形式1、下置凸轮轴侧置气门2、下置凸轮轴顶置气门3、顶置凸轮轴顶置气门1、下置凸轮轴侧置气门：可靠，但充气系数小，抗爆性差，HC排放多，趋于淘汰。2、下置凸轮轴顶置气门：充气系数大，但零件多，质量大，刚性差。3、顶置凸轮轴顶置气门：动力性能好，但传动链长。三、每缸气门数：一般一进一排；现在有：二进二排；三进二排；二进一排四、凸轮轴的传动：齿轮（正时）传动；链条传动；齿带传动。最近出现了各种配气定时可调的内燃机，使之能在更宽的范围内保持较为有利的配气定时。第2节 配气机构运动学和凸轮形线一、凸轮设计与机构运动学：配气凸轮外形决定气门的通过能力和构件加速度变化规律。一般设计过程：从动件加速度规律从动件运动规律凸轮外形生产中，配气凸轮外形都是用靠模机床加工的，而凸轮靠模往往是用展成法制造的。2、 凸轮挺柱的运动规律：凸轮升程丰满系数1.等加速减速凸轮这种凸轮存在冲击性惯性负荷，甚至“飞脱”2、 复合正弦凸轮：用一个正半波大幅短周期正弦曲线和一个负1/4波小幅长周期正弦曲线组成半作用角的挺柱加速度曲线。3.高次多项式凸轮：为得到高阶光滑，提出高次多项式凸轮。各待定系数和幂指数根据边界条件计算。二.气门间隙与缓冲段设计：由于存在气门间隙等因素，所以需设计缓冲段。缓冲段主要参数： 高度：0.150.3mm速度：0.0060.025mm/()包角：1540缓冲段形线的形式：（）等加速等速型（）余弦型三、有关配气凸轮机构的一些几何问题：确定了挺柱的运动规律（升程表）后，凸轮外形设计就算完成。之后必须进行几何校核。1.凸轮外形的曲率半径及接触点偏心量：凸轮与平底挺柱配对工作时有2.凸轮副的润滑特性 根据动态液体润滑理论，在接触处应有尽可能大的液体润滑有效速度，以便建立足够的油膜厚度。液体润滑有效速度为： 式中， 和 分别为接触点处凸轮表面和挺柱表面沿滑动方向的绝对速度； 为接触点的绝对速度。 第三节 配气机构动力第4节 配气机构主要零件设计要点一、凸轮相对位置的确定1、异缸同名凸轮夹角：异缸同名凸轮夹角为相应气缸点火间隔角的一半。2、同缸异名凸轮夹角：=(进、排气凸轮工作段半包角之和气门重叠角)/2=90+(e1-e2+i2-i1)/43、活塞位于压缩上止点时排气凸轮相对于挺柱轴线的夹角(180排气半包角排气提前角)/2=135+e2/4-e1/4二、各零件设计1、挺柱对于平面挺柱，应注意其材料与凸轮材料相异，形成合理的摩擦副，并应注意其底平面最小半径的设计计算。大缸径发动机常采用滚子挺柱。为了消除气门间隙，可采用液压挺柱，如书中图示了各种形式的液压挺柱。形状：高速机常采用菌形、杯形。液压挺柱：可自动补偿气门机构的间隙，从而减轻冲击噪声。滚轮挺柱：可减小挺柱直径，同时减小摩擦损失，提高机械效率。推杆推杆主要用于下置凸轮轴顶置气门结构中，要求有足够的刚度，重量轻，直线度有要求。为保证压杆稳定性常采用空心钢管结构，并焊接装配球头摇臂应在最小质量下保证必要的强度和尽可能高的刚度。常用钢材锻造或高强度铸铁铸造，有些轿车汽油机用钢板冲压。摇臂或摆臂与凸轮的接触可以是滑动摩擦，也可用滚轮。摇臂或摆臂的支承轴及轴的支座必须有足够的刚度，否则会使整个机构的固有频率下降。气门组（1）气门：功用：燃烧室的组成部分，是气体进、出燃烧室通道的开关，承受冲击力、高温冲击、高速气流冲击。工作条件：A、进气门570K670K，排气门1050K1200K。B、头部承受气体压力、气门弹簧力等，C、冷却和润滑条件差，D、被气缸中燃烧生成物中的物质所腐蚀。性能：强度和刚度大、耐热、耐腐蚀、耐磨进气门570K670K（铬钢或铬镍钢）排气门1050K1200K（硅铬钢）气门及气门座边缘烧伤：原因：局部高温一变形一密封破坏一漏气一烧伤；冷却系故障，冷却不足；喷油定时不当，内燃机超负荷；涡轮增压器故障使供气量减少；进气节流，低压缩比汽油机使用高辛烷值汽油。气门颈部处折断原因：1材料高温强度不足，加工缺陷蛔刀痕、头部热缴时头部与柠嫁接时等)；校直引起过大的纵、横向裂纹气门头部的结构形式平顶式结构简单，制造方便，吸热面积小，质量也较小，进、排气门都可采用。凸顶式（球面顶）适用于排气门，因为其强度高，排气阻力小，废气的清除效果好，但球形的受热面积大，质量和惯性力大,加工较复杂。凹顶式（喇叭顶）凹顶头部与杆部的过渡部分具有一定的流线形，可以减少进气阻力，但其顶部受热面积大，故适用于进气门，而不宜用于排气门。（2） 气门锥角1） 定义：气门锥面与顶平面的夹角称气门锥角。2） 气门锥角的作用：就象锥形塞子可以塞紧瓶口一样，能获得较大的气门座合压力，以提高密封性和导热性；气门落座时有自动定位作用；避免气流拐弯过大而降低流速；气门落座时能挤掉接触面的沉积物，即有自洁作用。3） 进、排气门锥角的大小：进气门锥角较小，多用300。因锥角越小，进气通道截面越大，进气量越多。排气门锥角较大，通常为450。因锥角越大，气门头部边缘的厚度大，不易变形。排气门热负荷较大而用较大的锥角，以加强散热和避免受热变形。且锥角越大，座合压力越大，自洁作用越大。3） 气门头部直径：气门头部直径越大，气门口通道截面就越大，进、排气阻力就越小。通常进气门头部直径大于排气门。另外，排气门稍小些，还不易变形。 h1h2气门:进大，排小密封锥角一般为30度（进）或45度（排）研磨密封，密封带宽为12mm工作温度：进气门为300500，排气门为600800材料：进气门为40Cr、38CrSi、4Cr9Si2; 排气门为马氏体耐热钢、奥氏体耐 热钢。气门座：气门座：气缸盖的进、排气道与气门锥面相结合的部位。作用：1.靠其内锥面与气门锥面的紧密贴合密封气缸。2.接受气门传来的热量。气门座圈：以较大过盈量镶嵌在气门座上的圆环。镶嵌式气门座特点：优点：提高气门座的使用寿命，便于更换。缺点：导热性差，加工精度高，脱落时易造成严重事故。气门导管作用：为气门的运动导向，保证气门直线运动兼起导热作用。工作条件：工作温度较高，约500K。润滑困难，易磨损。材料：用含石墨较多的铸铁，能提高自润滑作用。加工方法：外表面加工精度较高内表面精绞装配：气门杆与气门间隙0.050.12mm。气门弹簧：功用：保证气门的回位。材料：高锰碳钢、铬钒钢。圆柱等螺距弹簧，不等距弹簧凸轮轴：支承：多为全支承材料：低碳钢或低碳合金钢、中碳钢或中碳合金钢、合金铸铁、球墨铸铁等。应与从动件配对且耐磨。也有采用组合结构的。作用：驱动和控制各缸气门的开启和关闭，使其符合发动机的工作顺序、配气相位和气门开度的变化规律等要求。工作条件：承受气门间歇性开启的冲击载荷。凸轮轴的轴向定位：作用：为了防止凸轮轴在工作中产生轴向窜动和承受斜齿轮产生的轴向力。第五节 可变气门机构常规气门机构的配气正时和气门升程不变，不能灵活控制配气，达不到工作过程的优化。正时和升程变化可达到以下目的：1）在全转速范围内获得最大可能的全负荷转矩。2）部分负荷时减小进气门升程，提高进气流速，改善燃烧。3）优化配气，获得内部E