【文章內(nèi)容簡介】 表面應(yīng)經(jīng)過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 BRC54~65。 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 maxk 按下式計(jì)算： ? ?22m a xm a x /6 mmk g fldmkr? 上式中： ld —— 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)向孔中的長度（ mm）； maxm —— 作用在凸輪上的最大力矩 ? ?22m a xm a x /6 mmk g fldmkr? = ? ?22 /*16 448*6 mmk g f = 2mmkgf 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 tD ，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 rv 成正比： ?ddeewvnrr?? 因此，如挺柱端面直徑 mmDr 35? ， 由發(fā)動(dòng)機(jī)的總體布置決定，則確定挺柱的最大速度（ ?max?ddht 時(shí)，必須保證凸輪與平面挺柱不產(chǎn)生干涉，為此滿足 ? ? 22m a xm a x 22 ?????? ?????????? BaDedd tht? ? ?22m a x 2/)2/( BaDe t ??? ? ? ? ?? ?? ?? ? sm /14~132~2~2~12/142)2/35( 22????????? 凸輪與挺柱間接觸應(yīng)力的計(jì)算： 平面挺柱接觸應(yīng)力 r? 的計(jì)算： ???????? ????eerrrEuEuBF22 110565?? 式中： F— 作用在凸輪上的力（ kgf） 。 Ρ — 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）； eu ru — 分別為凸輪材料與挺柱材料的泊松比； eE rE — 分別為凸輪材料與挺柱材料的彈性模量（ kgf/mm） 以上 eu 或 ru 當(dāng)使用的材料為鑄鐵可取做 ，材料為鋼材是取 。 彈性模量經(jīng)過查表可知 :碳鋼： 410 （ kgf/ 2mm ） 如使 ?? er uu 并將此值代入公式中澤可以簡化： ? ?2/110 5 6 5 mmk g fEEBFerr???????? ?? ?? ???????? ??44 10*110*118*p ? 610 挺柱導(dǎo)向面直徑 rd 與長度 rL 按照下面的公式確定： rd =(~） D （ mm） =（ ~） *95 =(~19) 取 16mm 式中 D— 氣缸直徑 (mm） rL =（ ~） rd （ mm） =（ ~)*16 =(48~59)mm 根據(jù) 195 的結(jié)構(gòu)取 rd =58mm 挺柱導(dǎo)向面直徑與挺柱孔間的徑向間隙一般在 ~ 的范圍內(nèi)。 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 2r 應(yīng)比推桿的球頭半徑略大，但 2r 與 1r 也不應(yīng)相差過大，否則將使接觸應(yīng)力劇增，一般 mmrr ~ ?? ，如圖： 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滑情況惡化引起的。 防止的方法： 改善潤滑：（ 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)量均勻合適的潤滑油；（ 2）采用具有特殊添加劑的潤滑油；（ 3）使凸輪與挺柱的接觸面光潔度盡可能的高一些； 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。 表面磷化處理。 凸輪、挺柱的化學(xué)成分及其金相組織的選擇適當(dāng)。 采用熱導(dǎo)性好的材料。 二、 表面蝕點(diǎn) 發(fā)生的主 要原因：點(diǎn)蝕是金屬的疲勞過程。 預(yù)防的措施： 改善潤滑； 降低接觸應(yīng)力； 降低殘余應(yīng)力；材料的化學(xué)成分和金相組織； 采用熱導(dǎo)性好的材料 材料內(nèi)部應(yīng)盡量減少氣泡。夾渣等缺陷。 提高材料的抗疲勞強(qiáng)度和抗腐蝕能力。 三、 表面磨損 凸輪磨損有兩種情況：（ 1）是一個(gè)緩慢的拋光過程，最后形成一個(gè)硬而光滑的摩擦表面。這種拋光的過程常開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) 推桿的功能： 把凸輪的運(yùn)動(dòng)從凸輪軸傳至頂置氣門處，完成發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣。 推桿的材料： 45 鋼。 推桿的結(jié)構(gòu)形式： 它是一個(gè)細(xì)長桿，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(gè)配氣機(jī)構(gòu)剛度的有效辦法。 尺寸設(shè)計(jì)： 根據(jù) 195B 柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)，它的長設(shè)計(jì)為 291mm ，外徑 9mm，球頭半徑 。才可以滿足其要求。 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： ? ?k g flEjPrp 22?? =26233010*** E x? 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； ? ?2264 mf ddJ ?? ? ? ?26445964/mmx??? fd — 推桿的外徑 md — 空心推桿的孔徑 L— 推桿的長度 pxpp PPn ? = 510 /4 x? 式中 tP — 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)， pn 在如下的范圍： （ 1）、高功率輕型發(fā)動(dòng)機(jī)， pn =~3 (2)、汽車拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)。高速船用發(fā)動(dòng)機(jī)， pn =3~5 （ 3）、固定式和船用發(fā)動(dòng)機(jī) pn =4~6 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： 32212 ???????? ??rrEP mpr? 322551???????? ??mEx = 180? ?2/mmkgf 式中 p — 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 ? ?2/mmkgf 1r — 推桿的球頭半徑（ mm） 2r — 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 ??r? 如下： (1)汽車拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)， ??r? =150~200? ?2/mmkgf （ 2）固定式和船用發(fā)動(dòng)機(jī)， ??r? =100~120? ?2/mmkgf 五、氣門組的設(shè)計(jì) 一、氣門的設(shè)計(jì)： 氣門設(shè)計(jì)的基本要求： ① 材料方面： 氣門的工作溫度是確定氣門材料的主要因素。在氣門工作溫度范圍 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)氣門錐面多屬磨損摩擦，因此進(jìn)氣門側(cè)重耐磨。 ② 機(jī)構(gòu)方面 要求結(jié)構(gòu)簡單、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，是氣門設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面 。排氣門是氣門組中 的高溫零件，氣門頭部 75%左右的熱量經(jīng)氣門座導(dǎo)出， 25%的熱量經(jīng)氣門導(dǎo)管導(dǎo)出，因此，氣門的設(shè)計(jì)應(yīng)與氣缸蓋的設(shè)計(jì) 密切配合，氣門座周圍必須加強(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)管的長度，適當(dāng)減小氣門桿與導(dǎo)管的間隙，以減低氣門的溫度。 ④ 氣門室配氣機(jī)構(gòu)從凸輪開始的整個(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、氣門彈簧等零件特性的制約，因此氣門的設(shè)計(jì)還必須從整個(gè)配氣結(jié)構(gòu)來考慮分析，要避免氣門在落座時(shí)承受過大的沖擊和振動(dòng)，因?yàn)樵谶@些機(jī)械負(fù)荷也是造成氣門及氣門座磨損的原因之一。 氣門的工作條件分析： 氣門室發(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，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 2/mmkgf 左右，而沖擊負(fù)荷一般為 2/mmkgf 左右；氣門的工作溫度：進(jìn)氣門約為 200~450 度，而排氣門則可達(dá) 650~850 度，甚至更高，下面是 195 B 柴油機(jī)的排氣門的溫度場(chǎng)。 氣門材料的選擇： 氣門材料的選擇必須考利到它的工作溫度、腐蝕、沖擊載荷以及氣門桿部與端面的耐磨等因素。而且進(jìn)、排氣門的對(duì)材料的要求也是不同。因?yàn)檫M(jìn)氣門的溫度要低一些，排氣門的溫度要高些。就 195B 發(fā)動(dòng)機(jī)的選材：進(jìn)氣門的材料用 40Cr；排氣門的材料用 40Cr9Si2。 氣門選擇材料的方法：（ 1）馬氏體鋼 一般氣門中采用鐵素體合金鋼，氣碳含量在 ~%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 650 c0 的排氣門上廣泛應(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，這是一種頭部采用奧氏體鋼，桿部采用馬氏體鋼的氣門?？捎媚Σ梁富蜷W光焊來堆焊。堆焊氣門設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是正確地焊接部位。應(yīng)從以下兩個(gè)方面來考慮： 1）界面處應(yīng)在氣門頭部應(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全開時(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，其最高工作溫度允許達(dá) 870 c0 。國產(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。 國產(chǎn)常用氣門鋼的化學(xué)成分以及機(jī)械性能見下表：