【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。對與 295B 柴油機的是 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)力的計算 ： 最大擠壓應(yīng)力 maxk 按下式計算： ? ?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)平面挺柱的凸輪機構(gòu)運動學(xué)可知，挺柱與凸輪的接觸點偏移量 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)動機的總體布置決定，則確定挺柱的最大速度（ ?max?ddht 時，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)力的計算： 平面挺柱接觸應(yīng)力 r? 的計算： ???????? ????eerrrEuEuBF22 110565?? 式中： F— 作用在凸輪上的力（ kgf） 。 Ρ — 凸輪廓線瞬時曲率半徑（ 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： 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）盡量減輕配氣機構(gòu)的往復(fù)運動質(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 發(fā)生的主 要原因：點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）是一個緩慢的拋光過程，最后形成一個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，頂端不會被磨平。（ 2）隨著時間逐漸或迅速磨損下去，直至影響發(fā)動機的性能。不正常的迅速磨損 ，嚴重者則在幾個小時內(nèi)即可將凸輪定磨平。 四、 推桿的設(shè)計 推桿的功能： 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。 推桿的材料： 45 鋼。 推桿的結(jié)構(gòu)形式： 它是一個細長桿，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 195B 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。 尺寸設(shè)計： 根據(jù) 195B 柴油機的結(jié)構(gòu)，它的長設(shè)計為 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 對于各種用途的發(fā)動機， pn 在如下的范圍： （ 1）、高功率輕型發(fā)動機， pn =~3 (2)、汽車拖拉機發(fā)動機。高速船用發(fā)動機， pn =3~5 （ 3）、固定式和船用發(fā)動機 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)力的計算： 接觸應(yīng)力按下面的公式計算： 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） 對于各種用途發(fā)動機的許用接觸應(yīng)力 ??r? 如下： (1)汽車拖拉機發(fā)動機， ??r? =150~200? ?2/mmkgf （ 2）固定式和船用發(fā)動機， ??r? =100~120? ?2/mmkgf 五、氣門組的設(shè)計 一、氣門的設(shè)計： 氣門設(shè)計的基本要求： 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，因此在選擇材料時候必須考慮化學(xué)腐蝕（主要是硫和磷）的性能。進氣門錐面多屬磨損摩擦，因此進氣門側(cè)重耐磨。 ② 機構(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阻力，增加其進氣沖量。在保證足夠的強度、剛度和耐磨性的前提下的重量選擇。 ③ 盡可能的降低熱負荷，是氣門設(shè)計的一個重要方面 。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)計應(yīng)與氣缸蓋的設(shè)計 密切配合，氣門座周圍必須加強冷劑，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 氣門室配氣機構(gòu)從凸輪開始的整個運動鏈中的末端零件 。它的運動受到凸輪廓線、挺柱、搖臂、氣門彈簧等零件特性的制約，因此氣門的設(shè)計還必須從整個配氣結(jié)構(gòu)來考慮分析，要避免氣門在落座時承受過大的沖擊和振動，因為在這些機械負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)動機的重要零件之一。工作時需要承受較高的機械負荷和熱負荷，尤其是排氣門，由于經(jīng)常高溫燃氣的沖刷，因而易于產(chǎn)生漏氣。腐蝕與燒損等現(xiàn)象，工作條件也更為嚴酷。氣門工作時承受落座沖擊負荷及燃氣壓力給以的靜負荷，這種靜負荷一般在 4 2/mmkgf 左右，而沖擊負荷一般為 2/mmkgf 左右；氣門的工作溫度：進氣門約為 200~450 度，而排氣門則可達 650~850 度，甚至更高，下面是 195 B 柴油機的排氣門的溫度場。 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、排氣門的對材料的要求也是不同。因為進氣門的溫度要低一些，排氣門的溫度要高些。就 195B 發(fā)動機的選材：進氣門的材料用 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 械性能加工性好，滑動性好，在工作溫度超過 650 c0 的排氣門上廣泛應(yīng)用，如 4crsi2.、 4Cr10Si2Mn 等。但在強化程度較高的發(fā)動機上，由于熱負荷和機械負荷高，因而對氣門錐面的耐磨、耐腐蝕性能提出更高的要求，這時，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)計的關(guān)鍵是正確地焊接部位。應(yīng)從以下兩個方面來考慮： 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附近的熱點較 遠； 2）耐熱性較差的桿部材料不要受到高溫燃氣的侵蝕；焊接的部位以選在氣門全開時界面與導(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。它的高溫強度好，耐腐蝕性好、奧氏體鋼用做高功率柴油機的排氣門，其最高工作溫度允許達 870 c0 。國產(chǎn)奧氏體鋼 4Cr14NiW2Mo 廣泛用作機車和大型載重汽車的柴油機排氣門。 國產(chǎn)常用氣門鋼的化學(xué)成分以及機械性能見下表：