【文章內(nèi)容簡介】 簧 9 圖 氣門彈簧鎖緊圖 氣門的主要損壞形式和預(yù)防措施 （ 1）排氣門的燒損原因 a. 材料的高溫耐蝕性不夠。 b. 燃燒殘渣沉積在錐面，不能自行排出，使氣門與氣門座之間的導(dǎo)熱性變壞，造成錐面局部溫度升高，促使氣門材料燒損。 c. 氣門座由于熱應(yīng)力或裝配不當(dāng)產(chǎn)生扭曲，在高溫和氣體壓力作用下氣門頭部變形，因而造成氣門漏氣。 ： a. 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。 b. 在氣門錐面堆焊基合金。 c. 適當(dāng)?shù)脑黾託忾T頭部厚度，借以減少氣門在工作時的變形和在頭部邊緣的熱積 蓄。 d. 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。 e. 采用氣門選裝機構(gòu)。 氣門彈簧的設(shè)計 氣門彈簧的設(shè)計要求 要使氣門在氣門座上嚴(yán)密的配合和在挺柱沿著基圓 0r 運動的整個周期內(nèi)保持氣門關(guān)閉狀態(tài)密封；在挺柱帶有負(fù)加速度時，在氣門、挺柱和凸輪要保證不變的運動學(xué)關(guān)系。要保證氣門嚴(yán)密配合： )( m in arropnp ppFP ?? （ ） 式中 ， minnpP 是在氣門關(guān)閉時最小的彈簧力， ropF 為喉口的面積， rP 及 Pa 是排氣管的壓力和在進(jìn)氣時氣缸內(nèi)的壓力，柴油機的壓差為 錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。 。 在氣門機構(gòu)零件之間運動學(xué)的關(guān)系保證在： 2jnpnp KPP ? （ ） 式中 ， K 為儲備系數(shù)（對柴油機機械離心式調(diào)速器時，取 K= ,對化油器式發(fā)動機取 K= ； 2jnpP 是在挺柱有負(fù)加速運動時，換算到氣門一邊的機構(gòu)慣性力。 10 彈簧介紹 （ 1）氣門彈簧的作用 氣門關(guān)閉時，確保氣門和氣門座的閉合密封 ,氣門開啟時，使氣門準(zhǔn)確的隨凸輪運動。 （ 2）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，才能使其長期可靠地工作。氣門彈簧 一旦斷裂會造成嚴(yán)重的發(fā)動機事故。氣門彈簧的設(shè)計常常受到尺寸上的限制，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)有較高的疲勞強度，制造上應(yīng)保證一定的精度并盡力避免各種缺陷。 （ 3）氣門彈簧的結(jié)構(gòu) 氣門彈簧通常采用圓柱螺旋壓縮彈簧。目前在大多數(shù)柴油機上都是一個氣門裝兩個氣門彈簧，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，并且在一個彈簧萬一斷裂時，也有可能在一定時間內(nèi)防止氣門落入氣缸。采用雙彈簧時，內(nèi)、外彈簧的螺旋方向應(yīng)相反。此外，由于兩個彈簧的自振率不相同，可以相反阻尼作用，從而減少共 振危險。氣門彈簧鋼絲直徑 d 大多在（ ） mm 范圍內(nèi)，彈簧旋繞比 dD/2 一般為 6 9（ 2D 為彈簧的中徑）。 （ 4）氣門彈簧的選材 氣門彈簧在應(yīng)的工作溫度下承受交變載荷，為使彈簧能長期的可靠工作，要求彈簧材料不僅具有良好的機械性能，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，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重要因素，在彈簧設(shè)計時應(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（ I、 II、 III 組）、 65mn 和 50CrVA 彈簧鋼絲等。 碳素彈簧鋼絲有冷拉和油催化 — 回火兩種狀態(tài)。對于 195B 柴油機的氣門彈簧用的就是冷拉鋼絲。因為冷拉鋼絲有較高的抗拉強度（鋼絲的直徑越小，強度就越高），成本低廉，但是抗應(yīng)力 — 溫度松弛能力較差，使用與中等負(fù)荷的發(fā)動機使用，對于油淬火— 鋼絲的強度與鋼 絲直徑關(guān)系不大，與冷拉鋼絲相比較，直徑在 3mm 左右的鋼絲，它們的彈性極限大致相同，小于此直徑的，冷拉鋼絲強度高，反之，油催化 — 回火鋼絲強度高。油淬火 — 回火鋼絲的優(yōu)點在于熱穩(wěn)定性較好，可適應(yīng)用較高工作溫度。對于各種彈簧材料適用的最高工作溫度見表 。 表 各彈簧材料最高工作溫度表 11 材料 最高工作溫度（ ℃ ） 碳素彈簧鋼絲和 65Mn 彈簧鋼絲 120 油淬火 — 回火碳素彈簧鋼絲 150 50CrVA 彈簧鋼絲 210 （ 5）氣門彈簧特性曲線與氣門慣性力曲線的配合 在設(shè)計時首先作出氣門升程曲線和發(fā)動 機最高轉(zhuǎn)速時的加速度曲線，將加速度的坐標(biāo)乘以配氣機構(gòu)在氣門端的總當(dāng)量質(zhì)量即得到氣門慣性力曲線（實際慣性力應(yīng)與加速度方向相反）、由氣門運動規(guī)律測試表明，實際的氣門慣性力變化如下圖虛線所示的情況，在從正慣性力過渡到負(fù)慣性力的波動最大，最易發(fā)生系統(tǒng)的脫落，彈簧力應(yīng)超過氣門系數(shù)振動時的慣性力，并且有一定的余量。在初步選定了 2p 和 1p 后，在氣門升程曲線右方作出彈簧曲線方程，并在方程曲線上的 C C C3 、 C0 等點處引水平線和垂直線，將 水平線上截得的彈簧長度量到對應(yīng)的垂直線上，在慣性力圖上（圖 ） 得到彈簧力曲線，彈簧力至少要比慣性力大 30%，在慣性力從正變負(fù)區(qū)域彈簧力的儲備量還應(yīng)更大一些，此時可對 2P 、 1P 作出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以來滿足要求。 圖 彈簧慣性力 氣門彈簧的有關(guān)計算 已知：凸輪軸的轉(zhuǎn)速 0. 5 11 00 / m inpnn n r?? ，和凸輪軸的角速 sradwx /115? ，進(jìn)氣門的最大升程 max mm? ，進(jìn)氣門喉口直徑 mmdrop ? ，圓弧凸輪線的尺寸：0 1 2 m a x18 , 138 , 6 , 7 ,Tr m m r m m r m m h m m? ? ? ? 0 m a x 2 r h r mm? ? ? ?，搖臂的尺寸：46xnl mm? ， ,32mmlr ? 挺柱的升程、速度和加速度曲線圖。彈簧的材料采用彈簧鋼， 12 1?? =35 aMp 錯誤 !未找到引用源。 ， 1500 an Kp? ? 。 彈簧的最大彈力 2m a x /np xn rn x rP km al w l? 236N? （ ） 式中 ， xnm 為單面氣門機構(gòu)總重量， a 為挺柱升程 , /mrll為搖臂比 , xw 為凸輪軸角速度。 彈簧最小的彈力： 2m in 0 2( ) /n p xn rn r rP km r r l l??? =149N （ ） 彈簧預(yù)壓縮變形量： )( 20min rrf ?? /mrll = （ ） 式中， 0r 為凸輪基圓半徑， 2r 為凸輪頂部半徑。 內(nèi)、外彈簧之間的負(fù)荷分配： 內(nèi)彈簧： . m a x . m a 70 .8np n npP P N?? . m in m 44 .7np n npP P N?? （ ） 式中， . maxnpnP 為內(nèi)彈簧最大壓力， . minnpnP 為內(nèi)彈簧最小壓力。 外彈簧： . m a x m a x . m a x 16 w np np nP P P N? ? ? . m in m in . m in w np np nP P P N? ? ? （ ） 式中， . maxnpwP 為外彈簧最大壓力， . minnpwP 為外彈簧最小壓力。 彈簧的尺寸： a、 彈簧鋼絲直徑 ：外彈簧鋼絲直徑 4w mm? ? ，內(nèi)彈簧鋼絲直徑 mmnnp 3. ?? 。 b、 彈簧的平均直徑：外彈簧平均直徑 . 28Dnpw? ，內(nèi)彈簧平均直徑 . 19np nD mm? 。 c、 彈簧的工作圈數(shù)： 13 4 . m a x. 3. m a x . 5 .68 np npn np n np nGfi PD??? 4 . m a x3. m a x .. 6 . 68 n p npw np n np nGfi PD??? （ ） 式中， G= 是鋼絲剪切彈性模量， npD 為彈簧直徑， .npn? 為最大變形量。 d、 彈簧總?cè)?shù) : 2 pnii? ? ? 2 pnii? ? ? （ ） e、 氣門全開時彈簧的長度 : m in . . . m in n n np n p nL i i m m?? ? ? ? m in . . . m in 22 .6n n n np n p nL i i m m?? ? ? ? （ ） f、 自由彈簧的長度： . m in m a x nL L f? ? ?mm . m in m a x nL L f? ? ?mm （ ） 搖臂的設(shè)計 搖臂的工作原理 搖臂是推桿和氣門之間的傳動件，它是推桿傳來的力改變方向后作用于氣門尾部以推開氣門。 搖臂的幾何尺寸決定于氣門和凸輪軸的相對位置。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。 195 柴油機采用的就是 T 字型搖臂斷面。 搖臂比： 搖臂有長、短臂之分，長短之比成為搖臂比，其值在 左右。長臂推動氣門的桿端，短臂端的螺孔中裝有氣門間隙調(diào)節(jié)螺釘和鎖緊螺母，氣門間隙調(diào)節(jié)螺釘?shù)那蝾^與推 桿上端的凹球端頭接觸，根據(jù) 195 柴油機的外形結(jié)構(gòu)確定其搖臂比為46/32=。 搖臂潤滑：搖臂依靠搖臂軸支撐在搖臂支座上，搖臂鉆有油孔，搖臂軸為中空型，機油由支座油道經(jīng)搖臂軸內(nèi)腔潤滑到搖臂的襯套，然后從搖臂上油道上流出，滴落在搖臂兩端進(jìn)行潤滑。 搖臂的定位：搖臂軸上兩搖臂間裝有搖臂彈簧，防止搖臂軸向竄動，從而保證各 14 搖臂相對氣門桿的確定位置。在 195 柴油機上，采用的是用搖臂支座將兩個搖臂分開，并且在兩邊緣處用卡簧將其鎖緊。 搖臂的材料：所采用的材料是 QT60— 2 搖臂在與氣門的尾部接觸時既有滾動又有滑動， 所以對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。 搖臂與氣門桿頂面間接觸應(yīng)力的計算 2320 .3 3 8 rmr PEr? ? 420? ? ?2/mmkfg （ ） 式中， rP 為氣門桿頂面上的最大作用力， r 為搖臂敲擊部分的球面半徑； 搖臂與氣門頂面間的許用接觸應(yīng)力： ? ? 450?r? ? ?2/mmkfg 。 搖臂斷面總應(yīng)力為： AAG FaPW aP 1c os???? ?? =400? ?2/mmkgf （ ） 式中， rP 為氣門上的最大作用力， aW 為氣門側(cè)搖臂計算斷面的 斷面模數(shù)， AF — 氣門側(cè)搖臂斷面的面積。 上述應(yīng)力 c? 的許用值 ??c? 如下：鑄鐵 ? ? 2/ mmkgfr ?? ，鍛造碳鋼 ? ? 2/10 mmkgfr ?? ，鍛造合金鋼： ? ? 2/20 mmkgfr ?? ，鑄鋼： ? ? 2/5 mmkgfr ?? ，輕合金： ? ? 2/ mmkgfr ?? 。 對于 195 柴油機選擇 ? ? 2/5 mmkgfr ?? 。 推桿的設(shè)計 推桿的功能結(jié)構(gòu)形式 推桿是把凸輪的運動從凸輪軸傳至頂置氣門處，完成發(fā)動機的配氣。 推桿是一個細(xì)長桿材料為 45 號鋼，在工作時容易發(fā)生縱向彎曲，它是配氣機構(gòu)中剛度薄弱的環(huán)節(jié)。在 S195 型柴油機上是采用冷拔無縫鋼管（或鋁制空心管）制造。采用冷拔無縫鋼管可減輕它的質(zhì)量，減小往復(fù)慣性力。此外，縮短推桿的長度是減輕質(zhì)量，提高縱向彎曲應(yīng)力和整個配氣機構(gòu)剛度的有效辦法。 15 尺寸設(shè)計 根據(jù) 195 柴油機的結(jié)構(gòu)，擬取它的長度設(shè)計為 291mm ，外徑 9mm，球頭半徑。 （ 1） 推桿校核 推桿的縱向彎曲按下列計算： ? ?kgfl EjPrp 22?? 10kgf?? （ ） 式中， P 為作用于推桿上的臨界力， E 為推桿材料的彈性模量， J 推桿中央橫斷面的慣性力； ? ?2264 mf ddJ ?? ? 10 mm?? （ ） 式中， fd 為推桿的外徑， md 為空心推桿的孔徑。 pxpp PPn ? 10??