汽油发动机挺柱的设计机器材料应用资料

1、摘要随着科学技术的不断发展，发动机装置在各种车型中的应用越来越广泛。发动机就 好比是人的心脏，而挺柱就好比心脏中的血管，它们交相辉映，相辅相成。本文对汽油 发动机的结构和工作原理进行了描述和分析，着重阐述和分析了发动机挺柱的结构、作 用、材料和工作原理。交代了挺柱在汽油发动机气门组所起到的作用，有哪些优点、缺 点，在工作中表现出来的特性，并且对几种不同类型的挺柱进行了比较说明，分析它们 有哪些相同点和区别。尤其对液压系统挺柱进行了重要阐述，对其今后的发展和市场前 景进行了调查分析，在此基础上得出重要结果，并发表了自己的看法。关键词： 发动机 气门 挺柱 阀AbstractApplication

2、 in being equipped with with science and technology uninterrupted growth , engine in various motorcycle type is more and more broad. The engine is just like the heart being person right away , post is just like that blood vessel in the heart , they shine by reflected glory , complement each other bu

3、t quite right away. The main body of a bookhas been carried out on petrol enginestructure and operating principle expounding being describing and being analysing, weight and has analysed an engine standing post structure , effect , material and operating principle. And have given orders about straig

4、ht of post effect arriving at in what petrol engine air valve group gets up , which merit , shortcoming to have had, before the middle working behaviour from come out characteristic property, have been in progress to straight of post being unlike a type several kinds comparing the identical point ex

5、plaining.Key words ： Engine valve tappet valve目录第一章 挺柱在发动机里的位置及重要性 1第一节发动机的基本特性及液压传动的发展史 1第二节 配气机构的组成与工作情况 2第二章挺柱的作用及类型 3第一节挺柱的作用及种类 3第二节整体式挺柱 3第三节滚轮式挺柱 3第四节液压挺柱 4第三章挺柱的旋转 8第一节挺柱旋转的目的 8第二节挺柱旋转的措施 8第四章普通挺柱的检修 10第一节 普通挺柱的修理 10第二节 液压挺柱的维修 10第五章挺柱的材料及应用软件 11第六章挺柱的应用前景及其结论 12结束语 13谢词 14参考文献 15第一章 挺柱在发动机里

6、的位置及重要性第一节 发动机的基本特性及液压传动的发展史发动机作为我们机器最重要的机械组成部分，其重要性也是很显然的，这里就不用 做更多的说明了， 而作为发动机起到关键作用的配气机构对发动机的景象却是更为的大 了，其功用配气机构是进、排气管道的控制机构，它按照气缸的工作顺序和工作过程的 要求，准时地开闭进、 排气门、向气缸供给可燃混合气(汽油机) 或新鲜空气(柴油机) 并及时排出废气。另外，当进、排气门关闭时，保证气缸密封。进饱排净，四行程发动 机都采用气门式配气机构。新鲜空气或可燃混合气被吸入气缸愈多，则发动机可能发出 的功率愈大。新鲜空气或可燃混合气充满气缸的程度，用充气效率hv 表示。

7、hv 越高，表明进入气缸的新气越多，可燃混合气燃烧时可能放出的热量也就越大，发动机的功率 越大。液压传动和气压传动称为流体传动，是根据 17 世纪帕斯卡提出的液体静压力传动 原理而发展 起来的一门新兴技术 ，1795 年英国约瑟夫?布拉曼(Joseph Braman,1749-1814) ，在伦敦用水作为工作介质 , 以水压机的形式将其应用于工业上 ,诞 生了世界上第一台水压机。 1905年将工作介质水改为油 , 又进一步得到改善。第一次世界大战 (1914-1918) 后液压传动广泛应用 ,特别是 1920年以后,发展更为迅 速。液压元件大约在 19 世纪末 20 世纪初的 20年间, 才开

8、始进入正规的工业生产阶段。 1925 年维克斯 (F.Vikers) 发明了压力平衡式叶片泵 , 为近代液压元件工业或液压传动 的逐步建立奠定了基础。 20 世纪初康斯坦丁 ?尼斯克 (G?Constantimsco) 对能量波动传 递所进行的理论及实际研究 ;1910 年对液力传动 ( 液力联轴节、液力变矩器等 )方面的贡 献，使这两方面领域得到了发展。第二次世界大战 (1941-1945) 期间,在美国机床中有 30%应用了液压传动。应该指出 , 日本液压传动的发展较欧美等国家晚了近 20 多年。在 1955 年前后 , 日本迅速发展 液压传动 ,1956 年成立了“液压工业会”。近 20

9、30 年间，日本液压传动发展之快，居 世界领先地位。液压传动有许多突出的优点，因此它的应用非常广泛，如一般工。业用的塑料加工 机械、压力机械、机床等；行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等；钢 铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等；土木水利工程用的防洪闸门及堤坝 装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等；发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等等；船舶 用的甲板起重机械(绞车)、船头门、舱壁阀、船尾推进器等；特殊技术用的巨型天线 控制装置、测量浮标、升降旋转舞台等；军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、 飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等。第二节 配气机构的组成与工作情况

10、一、气门驱动组 气门驱动组是从正时齿轮开始至推动气门动作的所有零件。主要由正时齿轮、凸轮 轴、气门挺柱、推杆、调整螺钉和锁紧螺母、摇臂、摇臂轴、摇臂轴支架等组成。其功 用是定时驱动气门使其开闭。（图 2-2 ）气门工作过程：（1） 气门打开：曲轴通过正时齿轮驱动凸轮轴旋转，使凸轮轴上的凸轮凸起部分通 过挺柱、推杆、调整螺钉，推动摇臂摆转，摇臂的另一端便向下推开气门，同时使弹簧 进一步压缩。（2） 气门关闭：当凸轮的凸起部分的顶点转过挺柱以后，气门在其弹簧张力的作用 下，开度逐渐减小，直至最后关闭，进气或排气过程即告结束。特点：A、气门行程大，结构较复杂，燃烧室紧凑。 （ 凸轮轴下置式 ）B、进

11、气阻力小，燃烧室结构紧凑，气流搅动大，能达到较高的压缩比，目前国产 的汽车发动机都采用气门顶置式配气机构。C、曲轴与凸轮轴传动比为 2:1 。二、气门组 主要由气门锁片、气门弹簧座、气门弹簧、气门、气门导管、气门座等组成。其功 用主要是维持气门的关闭。（图 2-3 ）图 2-3 气门组图 2-2 气门驱动组第二章挺柱的作用及类型第一节 挺柱的作用及种类挺柱的作用是将凸轮的推力传给推杆或气门。 它安装在气缸体或气缸盖上相应处镗 出的导向孔中，常用镍铬合金铸铁或冷激合金铸铁制造。挺柱常用的型式有：整体式挺 柱、滚轮式挺柱和液压挺柱（见图 3-1 ）。图 3-1 挺柱第二节 整体式挺柱整体式挺柱以一

12、个整体零件的形式传递运动，它是为轻型气缸设计的，常见的形式 有菌形挺、平面挺杆和筒形挺杆三种，如图 3.48 所示。机械挺柱为桶形，取消了原有 垫片调节式机械挺柱配气机构中的垫片， 取而代之是将机械挺柱的内腔中心一体成型一 凸台，直接与气门杆顶端相抵，其厚度相当于原有垫片的厚度，即挺柱变成了整体式， 同样可以达到对气门间隙的调整，保证发动机的正常工作运转。因此本结构减少了原有 结构的零件数量，降低了加工难度，更容易保证质量，降低成本。第三节 滚轮式挺柱滚轮式挺柱与整体式挺柱很相似，如图 3.3 所示，区别在于下部装有滚轮，通过滚 轮在凸轮轴上滚动而不是滑动，降低了摩擦力，而且载荷分配更均匀，主

13、要用于高压缩 比的柴油发动机和赛车发动机上。以上两种挺柱的发动机都必须有调整气门间隙的措施。 气门间隙解决了材料热膨胀 对气门工作的影响，但在发动机工作时发生撞击而产生噪声。为了解决这一矛盾，有些发动机采用了液压挺柱图 3-3 滚轮式挺柱第四节 液压挺柱液压挺柱外形及结构由挺柱体、油缸、柱塞、球形阀、压力弹簧等组成。如图 3-4 挺柱体外圆柱面上有一环形油槽，油槽内有一进油孔与低压油腔相通，背面上有一 键形槽将低压油腔与柱塞上部相通。油缸外圆与挺柱体内导向孔配合，内孔则与柱塞配 合，两者都有相对运动。油缸底部的压力弹簧把球形阀压靠在柱塞底部的阀座上，当球 阀关闭柱塞的中间孔时可将挺柱分成上部的

14、低压油腔和下部的高压油腔。 当球形阀开启 后，则成为一个通腔。液压挺柱与凸轮的接触面为平面，为了使其在工作中旋转以减小磨损，液压挺柱中 心线与凸轮的对称中心线错位 1.5mm，同时凸轮在轴向倾斜 0.002 0.02mm，使挺柱在 工作过程中能绕其轴线微微转动。图 3-4 液压挺柱当凸轮基圆与挺柱接触时，压力弹簧使挺柱顶面和凸轮轮廓线保持紧密接触，油缸 下端面与气门杆尾部紧密接触，因此没有气门间隙。且挺柱体上的环形油槽与缸盖上的 斜油孔对齐，来自气缸盖油道的润滑油经量油孔、斜油孔和环形油槽流入挺柱体内的低 压油腔，并经挺柱背面上的键形槽进入柱塞上方的低压油腔。当凸轮按图示方向转过基圆使凸起部分

15、与挺柱接触时，挺柱体和柱塞向下移动，高 压油腔中的润滑油被压缩，油压升高，加上压力弹簧的作用，使球阀紧压在柱塞下端的 阀座上，这时高压油腔与低压油腔被分隔开。由于液体的不可压缩性，整个挺柱如同一 个刚体一样下移打开气门。此时，挺柱体环形油槽已离开了进油的位置，停止进油。当挺柱到达下止点后开始上行时，由于仍受到气门弹簧和凸轮两方面的顶压，高压 油腔继续封闭，球阀也不会打开，液压挺柱仍可认为是一个刚体，直至气门完全关闭时 为止。此时凸轮重新转到基圆与挺柱接触位置，气缸盖油道中的压力油又重新进入挺柱 的低压油腔。同时，挺柱无凸轮的压力，高压油腔内的压力油和压力弹簧一起推动柱塞 上行，高压油腔油压下降

16、。从低压油腔来的压力油推开球阀进入高压油腔，使两腔连通 充满润滑油。这时挺柱顶面仍和凸轮紧贴，气门间隙得到补偿。在气门受热膨胀时，柱塞和油缸作轴向相对运动，高压油腔中的油液可经过油缸与 柱塞间的缝隙挤入低压油腔，使挺柱自动“缩短”，保证气门关闭紧密。当气门冷却收 缩时，压力弹簧将液压缸向下推动， 而使柱塞与挺柱体向上移动， 高压油腔内压力下降， 球阀打开，低压油腔油液进入高压油腔，挺柱自动“伸长”，保证配气机构无间隙。故 使用液压挺柱时，可以不预留气门间隙，也不需调整气门间隙。采用液力挺柱，既消除了配气机构中的间隙，减小了各零件的冲击载荷和噪声，同 时凸轮轮廓可设计得比较陡一些， 使气门开启和

17、关闭速度更快， 以减小进气、 排气阻力， 改善发动机的换气特性，提高发动机的性能现代汽车发动机配气机构中，普遍采用液压 挺柱技术。液压挺柱一方面可以自动消除气门间隙，降低由于磨损造成气门间隙过大出 现的气门异响。另一方面也可以使发动机在运转过程中始终保持良好的气门间隙，保证 气门的气密性，增加发动机稳定工作时间。一、液压挺柱工作原理 液压一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、无 件和液压油。动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中 的油泵，它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞 泵。执行元件 （ 如液压缸和液压马

18、达 ） 的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载 作直线往复运动或回转运动。 控制元件 （ 即各种液压阀 ） 在液压系统中控制和调节液体 的压力、流量和方向。根据控制功能的不同，液压阀可分为村力控制阀、流量控制阀和 方向控制阀。压力控制阀又分为益流阀 （ 安全阀 ） 、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流 量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、 梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例 控制阀。 辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、压力表、油位油温计 等。 液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、

19、乳化液和合成型液压 油等几大类。液压的原理是由两个大小不同的液缸组成的，在液缸里充满水或油。充水的叫“水 压机”；充油的称“油压机”。两个液缸里各有一个可以滑动的活塞，如果在小活塞上 加一定值的压力，根据帕斯卡定律，小活塞将这一压力通过液体的压强传递给大活塞， 将大活塞顶上去。设小活塞的横截面积是 S1，加在小活塞上的向下的压力是 F1。于是， 小活塞对液体的压强为 P=F1/SI, 能够大小不变地被液体向各个方向传递”。大活塞所 受到的压强必然也等于 P。若大活塞的横截面积是 S2，压强 P 在大活塞上所产生的向上 的压力 F2=PxS2 ,截面积是小活塞横截面积的倍数。从上式知，在小活塞上

20、加一较小的 力，则在大活塞上会得到很大的力，为此用液压机来压制胶合板、榨油、提取重物、锻 压钢材等。谈到液压挺柱，我们有必要说明一下它的工作原理。液压挺柱的工作主要依靠机油 压力、挺柱体与座孔间隙、气门杆与挺柱间隙及挺柱内止回球阀。液压挺柱刚开始工作 时，由于腔内无油压，故挺柱柱塞处在最底部，挺柱与气门间隙较大，气门产生短时异 响。随着发动机的运转，在机油压力的作用下，挺柱内柱塞腔内充注油液，柱塞下行， 挺柱有效工作长度增加，气门间隙减小。由于挺柱内柱塞所产生的力较小，不能产生压 缩气门弹簧的力量，所以当挺柱与气门间隙达到很小时，挺柱不再运动。同时又因挺柱 内止回球阀的作用，挺柱柱塞腔内的油压

21、不能迅速排出，使得柱塞保持在原位不动并维 持原有长度形成刚性， 从而推动气门打开。 随着发动机的运转， 气门间隙保持一定间隙， 消除了气门异响。制动的工作原理：制动装置由制动踏板、制动主缸、制动轮缸、车轮制动器、制 动滚、管路等组成。当踏下制动踏板时，活塞推动主缸向前移动。使缸内制动液产生压 力，将油经油管压入各制动轮缸。 这时轮缸活塞向外张开， 推动制动蹄片与制动鼓接触， 产生制动作用。二、液压挺柱的异响在了解了液压挺柱的工作原理后，我们再来分析它的异响。（ 一） 单一挺柱异响 这种故障多是单一液压挺柱工作不良或气门杆弯曲造成的， 如果响声过大，还会造成发动机怠速工作时运转不平稳。在诊断这种

22、故障时我们可采用 真空表检查发动机怠速运转时进气系统的真空度和用气缸压力表检查发动机气缸压力 的方法，当真空表摆幅大于 5kPa 或气缸单缸压力过低或过高时，说明该缸进气挺柱或 排气挺柱存在故障。（ 二） 所有挺柱异响 这种故障的原因多在于机油压力过低或液压挺柱油路堵塞。 由于油压过低，不能及时向挺柱充油，挺柱内的油压就会逐渐下降，挺柱与气门间隙随 之增大，形成异响。对于此类故障，应用机油压力表检查机油压力，一般发动机怠速运 转时油压应大于 150 kPa，2500rmin 时应大于 250kPa，小于 600kPa（油压过高会造成 发动机高速运转时气门关闭不严 ） 。当然，除了检查发动机机油

23、压力，还应检查液压挺 柱的上油情况，以防油路堵塞。（三）冷车起动时响一段时间，热车后正常，由于发动机停止运转时间过长。气门弹 簧压迫挺柱内腔机油缓慢泄漏，挺柱有效工作长度变短，从而使气门出现异响。随着发 动机的运转，机油不断充注到挺柱，挺柱恢复有效工作长度，异响消失。一般情况下， 发动机冷起动后 1-3s 内气门异响是正常的，如果异响时间大于 10s 就属于故障了。其 主要原因是使用的机油粘度过大，如冬季应选用 10W30级别的机油，若用了 15W40级别 的，气门异响时间就会长一些。因为液压挺柱充油孔很小，如果机油粘度过大，将造成 充油时间过长。只有当发动机热机、机油粘度下降后异响才会消失。

24、（ 四） 液压挺柱异响时响时停 造成液压挺柱异响时响时停的原因一般不是液压挺 柱单独故障，此时应着重检查摇臂轴、摇臂及凸轮轴是否严重磨损。若磨损严重会出现 气门间隙忽大忽小，调节气门间隙很慢的液压挺柱是不能及时补充快速的间隙变化的。（ 五） 半液压挺柱异响 鉴于液压挺柱调节气门间隙的大小是有限的，有些发动机 的液压挺柱采用了半调整半液压状态，即装配时需人工调整好气门间隙，随着运转产生 的磨损间隙，再由液压挺柱来消除。因此，在装配时液压挺柱必须按要求进行标准初始 间隙调整，否则便会导致气门异响或气门关闭不严的故障。第三章挺柱的旋转第一节 挺柱旋转的目的旋转的目的：使挺柱磨损均匀。在挺柱工作时，由

25、于受凸轮侧向推力的作用会引起挺柱与导管之间单面磨损，又因挺柱底面与凸轮固定不变地在一处接触，也会造成磨损不均匀。第二节 挺柱旋转的措施旋转的措施： 挺柱底部工作面多制成球面， 而且把凸轮制成锥形。 这样，在工作时， 由于凸轮与挺柱的接触点偏离挺柱轴线，当挺柱被凸轮顶起上升时，接触点的摩擦力使 其绕本身轴线转动，以达到磨损均匀的目的。经过对上面挺柱结构的设计和分析，我们对挺柱的基本情况已经有的了解，那么它 的工作情况又是怎么样的呢？有以下几点：（ 一） 当气门关闭时，机油经挺柱体和柱塞上的油孔压进柱塞腔 A内，并推开单向阀 充入挺柱体腔内。柱塞便在挺柱体腔内油压及弹簧的作用下上行，与气门推杆压紧

26、。但 此压力远小于气门弹簧张力，气门不会被打开只是消除了整个配气机构中的间隙。与此 同时，挺柱体腔 B 内油液也已充满，单向阀在碟形弹簧作用下关闭。（二）气门的开启：当凸轮转到工作面使挺柱上推时，气门弹簧张力便通过推杆作用 在柱塞上，由于单向阀已关闭，柱塞便推压挺柱体柱腔内油液使压力升高，而液体具有 不可压缩性，挺柱便像一个整体一样推动气门开启。此过程中，由于挺柱体腔内油压较 高，在柱塞与挺柱体的间隙处，将有少许油液泄漏而使“挺柱缩短”。由于气门开启过程中，挺柱体腔内的油液会有少量泄漏，而且油液并非刚性，所以 挺柱工作时会被微量压缩，从而使气门开启持续角稍有减小，一般减小量只有几度凸轮 转角。

27、但当柱塞与挺柱体配合处磨损过甚、泄油过多时，配气相位将明显减小。（三）气门的关闭：当凸轮转到非工作面时，解除了对推杆的推力，使挺柱腔内油压 降低。于是，主油道的油压将再次推开单向阀，向挺柱体腔内充油，以补充工作时的泄 漏，并且此油压又和弹簧一起使柱塞上推，如此始终保持了配气机构无间隙传力。（ 四） 若气门、推杆热膨胀，挺柱回落后向挺柱体腔内的补油过程便会减少补油量 （工 作过程中 ）或使挺柱体腔内的油液从柱塞与挺柱体间隙中泄漏一部分 （停车时 ）。从而使 挺柱自动“缩短”；因此可不留气门间隙而仍能保证气门关闭。相反，若气门、推杆冷 缩，则向挺柱体腔内的补油过程，便会增加补油量 （工作过程中 ）

28、 或在柱塞弹簧作用下将 柱塞上推，吸开单向阀向挺柱体腔内补油 （停车时 ） ，从而使挺柱自动“伸长”，因此仍 能保持配气机构无间隙。第四章 普通挺柱的检修第一节 普通挺柱的修理普通挺柱多为由冷激铸铁材料制成的筒式挺柱。 其缺点是底面的冷激层极易产生疲 劳磨损；此外，因挺柱运动的特殊性，加之润滑条件较差或其他原因使挺柱运动阻滞， 造成底部的不均匀磨损，导致挺柱底部对凸轮的反磨效应加剧，在不长的行驶里程内使 凸轮早期磨耗而报废。检修普通挺柱时，应注意：1. 挺柱底部出现疲劳剥落时，立即更换。2. 底部出现环行光环，该光环说明磨损不均匀，应尽早更换新件。3. 底部出现檫伤划痕时，应更换。挺柱的圆柱面

29、部分与导孔的配合间隙一般为 0.03-0.10mm. 如果超过 0.12mm时，应 视情更换挺柱或导孔支架。装有衬套的结构可更换衬套。在检查调整气门间隙时，就应该检查挺柱的转动阻力。检查时，食指与拇指捏住挺 柱转动应自如无晃动感。必要时，可取出挺柱检查底部磨损状况。第二节 液压挺柱的维修检修液压挺柱时应注意：液压挺柱与承孔的配合间隙一般为 0.01-0.04mm，逾期后 应换挺柱。发动机总成修理时，如气门出现开启高度不足时，一般应更换挺柱。有条件时，可 按照原厂规定在液压实验太上，将规定的压力施加与液压挺柱上方的圆座上，检查液压 挺住的柱塞向下滑移规定的距离所需的时间，此时间过短，即发动机维护

30、时，出现气门 开度不足时，可专用的工具排完液压挺柱内渗入的空气，恢复气门的最大升程。使用液力挺柱的发动机应注意以下问题：1）对润滑油的压力和滤清质量要求较严格。当润滑油压力过低时，补油能力下降， 气门间隙大；2）液力挺柱拆洗后，装机前必须人工排气，否则起动困难；3）冷机或停放时间长时，起动后有短暂气门响声，这是正常现象。4）结构复杂，加工精度要求高5）磨损后无法调整间隙只得更换10电子科技大学毕业论文（设计）汽油发动机挺柱的设计机器材料应用第五章挺柱的材料及应用软件对于挺柱的材料我们可以简单的说一下， 挺柱的材料应碳钢、 合金钢、合金铸铁等。对于钢的属性要做到很好的把握， 挺柱作为传动力的部件

31、， 要重要研究其承受载荷、 强磨檫和冲击载荷的条件。在铸铁中，铸件中碳是主要合金元素，在铸铁中或者以化合物（ Fe3C）形态存在， 或者以结晶型碳（石墨）形态存在，使铸铁的各种性能发生很大变化。所以铸铁就有几 种性质存在了。（1）白口铸铁，在白口铸铁中，除微量的碳溶于铁素外，大部分碳以化合物形态存在，因其断口呈银白色，故称白口铸铁。（2）普通灰口铸铁（简称灰口铸铁）是石墨呈片状存在的铸铁。因其断口显灰暗 而得名。它在机械制造业中占有重要地位，其产量占铸铁总产量的80%以上。普通灰口铸铁适合制作气门配件里的各部分零件。可锻铸铁，可椴铸铁是石墨呈团絮状存在的铸铁。由于这种铸铁具有较高的强度和 一定的塑性，所以它做挺住较为恰当。球