【導(dǎo)讀】本次設(shè)計(jì)的485柴油機(jī)主要用于輕型載貨車(chē)。啟和關(guān)閉進(jìn)排氣門(mén)，以保證氣缸排出廢氣和吸進(jìn)新鮮空氣。構(gòu)的設(shè)計(jì)在發(fā)動(dòng)機(jī)整體設(shè)計(jì)上占有相當(dāng)重要的作用。然吸氣式柴油機(jī)可以提高新鮮空氣的進(jìn)氣量，降低氣缸的熱負(fù)荷，增加氣缸的耐久性和使用壽命。氣門(mén)的驅(qū)動(dòng)采用凸輪軸一挺柱一推。桿一搖臂一氣門(mén)機(jī)構(gòu)。凸輪軸布置形式是下置式，采用的是整體式。凸輪軸，這樣的凸輪軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工精度高，能有良好的互換性。的設(shè)計(jì)，以及凸輪軸的設(shè)計(jì)。編寫(xiě)Matlab程序，計(jì)算得到挺柱升。程表，繪出挺柱升程、速度、加速度曲線(xiàn)。

　　

【正文】 C/min nD22e 5x 262 式中七 彈簧鋼絲直徑 （ mm)。 Dle 彈簧中徑 （ mm)。 一般認(rèn)為彈簧自振 頻率與發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸最高工作轉(zhuǎn)速之比應(yīng)大于 10,這 樣設(shè)計(jì)的彈簧則是安全的。即 / 、? ^= = 10 n 1300 e max 因此設(shè)計(jì)的外彈簧是安全的。第七章凸輪軸與氣門(mén)傳動(dòng)件的設(shè)計(jì) 167。 167。 1. 正確配置各缸進(jìn)、排氣凸輪的位置以實(shí)現(xiàn)配氣正時(shí)，保證發(fā)動(dòng)機(jī)的正 常運(yùn)轉(zhuǎn)。 2. 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī) 總體布置的要求以及允許的彎曲變形 ， 合理地確定其支承 的軸頸數(shù)、軸頸大小和凸輪軸的最小直徑尺寸。 35 3. 確定恰當(dāng)?shù)牟牧虾蜔崽幚矸椒ǎ蛊渚哂凶銐虻捻g性和剛度又在凸輪 和支撐軸徑的表面具有合適的硬度，確保具有良好的耐磨性 [2]。 167。 一、凸輪外形設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求： 凸輪外形設(shè)計(jì)的任務(wù)是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能要求選擇適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞€(xiàn)， 編制依凸輪轉(zhuǎn)角為自變量的挺柱升程表，以作為加工凸輪的依據(jù)，同時(shí)計(jì)算 出挺柱或氣門(mén)運(yùn)動(dòng)的一些重要參數(shù) ， 如速度、加速度、慣性力、時(shí)間面積等， 以便對(duì)配氣機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析 和比較[16_18]。 一個(gè)良好的配氣凸輪，既應(yīng)使發(fā)動(dòng)機(jī)具有良好的充氣性能，又要能保證 配氣機(jī)構(gòu)工作安全可靠。具體要求可歸結(jié)為如下幾點(diǎn) ： 1. 具有合適的配氣相位。它能照顧到發(fā)動(dòng)機(jī)功率、扭距、轉(zhuǎn)速、燃油消 耗率、怠速和啟動(dòng)等方面性能的要求。 2. 為使發(fā)動(dòng)機(jī)具有良好的充氣性能，因而時(shí)間面積值應(yīng)盡可能大一些。 3. 加速度不宜過(guò)大，并應(yīng)連續(xù)變化。 4. 具有恰當(dāng)?shù)臍忾T(mén)落座速度，以免氣門(mén)和氣門(mén)座的過(guò)大磨損和損壞。 5. 應(yīng)使配氣機(jī)構(gòu)在所有工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都能平穩(wěn)工作，不產(chǎn)生脫離現(xiàn)象 和過(guò)大的振動(dòng)。 6. 工作時(shí)噪 聲較小。 7. 應(yīng)使氣門(mén)彈簧產(chǎn)生共振的傾向達(dá)到最小程度。 8. 應(yīng)使配氣機(jī)構(gòu)各傳動(dòng)零件受力和磨損較小 ， 工作可靠，使用期限長(zhǎng)。 上述這些要求往往相互矛盾 ， 必須根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的具體要求 ， 抓住主要矛 盾，協(xié)調(diào)各種因素，妥善解決。 在本次 485 柴油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中釆用的是多項(xiàng)式高次方凸輪的設(shè)計(jì) 方案。 二、凸輪軸的傳動(dòng)設(shè)計(jì)主要遵循以下原則： 36 1. 正確配置各進(jìn)排氣凸輪的位置以實(shí)現(xiàn)配氣正時(shí)，保證發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn) 轉(zhuǎn)。 2. 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的總體布置的要求以及允許的彎曲變形，合理的確定其支 承的軸頸數(shù)、軸頸大小和凸輪軸的最小直 徑尺寸。 3. 確定恰當(dāng)?shù)牟牧虾蜔崽幚矸椒?，使其既有足夠的韌性和剛性，又在凸 輪和支承軸頸的表面具有合適的硬度，保證具有良好的耐磨性 [1]。 三、凸輪軸尺寸參數(shù)的確定 ％ 。 = 七 +(1? 2) (mm) 最小直徑八： dh =( ? )D (mm) 其中， D 為缸徑 ， D=85mm =( ? )x85= ? 本次設(shè)計(jì)中取 db=23mm 廠(chǎng)。=23+(1 ?2)=+=13mm 理論基圓半徑： 式中氣門(mén)冷間隙 J = (」 ____ ___ u mm,取 s = 6mm r039。 = /*0 + — =13+^^=13+= i 2. 凸輪寬度 b b =( ? ) r。 =^~13 (mm) 取 b =12mm 3. 挺住最大有效升程 hTmiX 決定于 氣 門(mén) 最大 升 程和 氣 門(mén)驅(qū) 動(dòng) 機(jī)構(gòu) 傳 動(dòng)比 /，由于 ,=? ， 37 本 次設(shè)計(jì)取 f= 因此A=9/= 4. 支承軸頸 本次設(shè)計(jì)選擇的是整體式凸輪軸，在裝配時(shí)是將凸輪軸從機(jī)體的一端插 入的，因?yàn)檩S承又往往是整體式薄壁軸瓦 ， 所以為了使凸輪軸能通過(guò)軸瓦內(nèi) 孔而將支承軸頸的半徑制成比凸輪軸中心至凸輪頂端距離大 ? (mm)。 在本次 485 柴油機(jī)的設(shè)計(jì)中，根據(jù)柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè) ， 取凸輪軸支承軸頸 為 2x(13++)=40mm。 凸輪軸支承軸數(shù)的選擇與其彎曲剛度和加工工藝 性有很大關(guān)系。全支承凸輪軸有很好的彎曲剛度，因而有可能減小軸的直徑 , 但 因凸輪的基圓半徑常不能隨之減小，所以減小軸直徑的好處不大，另外支 承軸頸加多，使加工工藝復(fù)雜，成本提高。目前絕大多數(shù)凸 輪軸都是每?jī)筛? 設(shè)置一個(gè)支承。因此，本設(shè)計(jì)凸輪軸的支承軸頸數(shù)確定為 3個(gè)。 5. 凸輪作用角彡的選取決定于發(fā)動(dòng)機(jī)的性能要求，并應(yīng)與發(fā)動(dòng)機(jī)氣流通 道的形狀和斷面尺寸相適應(yīng)。但選擇最佳配氣相位和凸輪作用角目前尚無(wú)公 式可循 ， 一般根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)或者統(tǒng)計(jì)資料選取。實(shí)際上選定了配氣相位角后 即可算出凸輪作用角： 進(jìn)氣凸輪： 其中 V】一一進(jìn)氣提前開(kāi)啟角，本設(shè)計(jì)取、=21176。 。 v2一一進(jìn)氣滯后關(guān)閉角，本設(shè)計(jì)取 ％=53176。 。 排氣凸輪： 彡 = (180 176。 + /、 + //2) 其中一一排氣提前開(kāi)啟角，本設(shè)計(jì)取//,=53176。 。 //2一一排氣滯后關(guān)閉角，本設(shè)計(jì)取 39。=21176。 。 因此，進(jìn)排氣凸輪作用角一樣，即： = (180o+53176。 +21o)=127176。 同名夾角為 ： /y = ^~=90。 2x4 本次設(shè)計(jì)的 485 柴油機(jī)的發(fā)火順序?yàn)?1 一 3— 4一 2。因此，第三缸的進(jìn)氣 凸輪在第一缸進(jìn)氣凸輪后 90176。 凸輪轉(zhuǎn)角處，第四缸的38 進(jìn)氣凸輪在第三缸進(jìn)氣 凸輪后 90176。 凸輪轉(zhuǎn)角處，第二缸的進(jìn)氣凸輪在第四缸進(jìn)氣凸輪后 90176。凸輪轉(zhuǎn) 角 處。 異名夾角為：39 y/ = 90 176。 +(//1//2i/|+i/2) = 90o+(5 3o21o21o+53o)=106176。 4 4 所以同一氣缸的進(jìn)、排氣凸輪之間的夾角為： ^=106。 四、凸輪的設(shè)計(jì) 本次凸輪的設(shè)計(jì)按高次多項(xiàng)式型凸輪設(shè)計(jì)，所設(shè)計(jì)凸輪為對(duì)稱(chēng)凸輪 。 多項(xiàng)高次方凸輪系由多項(xiàng)式高次方曲線(xiàn)組成，它的升程曲線(xiàn)二階導(dǎo)函數(shù) 為連續(xù)函數(shù)，即保證正負(fù)加速度連續(xù)圓滑過(guò)渡。以基本工作段起點(diǎn)作為計(jì)算 起點(diǎn)，對(duì)應(yīng) 0=0,挺柱升程 amp。 =0。為了計(jì)算方便，以無(wú)因次量 ^=11作為 自變量 ( 為工作段半包角 ）， 挺柱工作段始點(diǎn)挺柱最大升程處 =0；工作段終點(diǎn)處 0 = 2^。，對(duì)應(yīng) =一 1。 本設(shè)計(jì)凸輪升程曲線(xiàn)的表達(dá)式為： W) = C0 + cpPP + cqpq + cjir + csps 式中 c。、 c, aq cr 待定系數(shù)； p、 q、 r、 s 待冪指數(shù)。 C0=。 Cp=(Htmaxxsxrxq+Qx(sxr+sxp+rxqsrq+l))/((sp)x(qp)x(rp))。 Cq=(Htmaxxsxrxp+Qx(sxr+sxp+rxpSrp+l))/((Sq)x(rq)x(pq))。 Cr=(Htmaxxsxqxp+Qx(sxq+sxp+qxpsqp+l))/((sr)x(qr)x(pr))。 Cs=(_Htmaxxrxpxq+Qx(rxp+rxq+qxpqrp+l))/((qs)x(ps)x(rs))。 由于凸輪 的對(duì)稱(chēng)性， p、 q、 r, s 均為偶數(shù)，并且 pqrs， 為了使負(fù)加 速度極值點(diǎn)出現(xiàn)在最大升程處，幕指數(shù) p必為 2, — 般取 q=2n, r=2n+m, s=2n+2m, m, n 為正整數(shù)，常取 n=3, 4, 5, 6,? ， m=2, 4, 6, 8。 本設(shè)計(jì)中選取 n=5, m=6,則 q=10， r=16， s=22。 將上述數(shù)據(jù)代入得： 升程曲線(xiàn)關(guān)系式 ： Hl=Co+CpX(()/())2+Cqx(()/( 40 xpi/180))10+Crx(()/())16+Csx((l)/( Pi/180))22。 速度曲線(xiàn)關(guān)系式 ： Vl=l/()x(2xCpx(()/())+10xCqx((8 )/())9+16xCrx(()/(80))15+22x Csx(()/())21)。 加速度曲線(xiàn)關(guān)系式 ： Al=l/()2x(2xCp+90xCqx(()/(0))8+16 xl5xCrx(()/())14+22x21xCsx((l)/( xpi/180))20)； 利用上述曲線(xiàn)關(guān)系式，編寫(xiě) Matlab 程序進(jìn)行運(yùn)算 ， 得出凸輪升程、速度、 加速度的相關(guān)數(shù)據(jù)和曲線(xiàn)， 挺柱升程、速度、加速度曲線(xiàn)如圖 71, 程序和 凸輪升程、速度、加速度的數(shù)據(jù)附后。 Camshaft angle (rad) 圖 71 挺柱升程、速度、加速度曲線(xiàn) 41 167。 一、挺柱的結(jié)構(gòu)型式 挺柱的任務(wù)是按凸輪的運(yùn)動(dòng)規(guī)律推動(dòng)傳動(dòng)機(jī)件，同時(shí)承受凸輪的側(cè)向壓 力。挺柱主要有兩大類(lèi)：平面挺柱與滾子挺柱。 在本次 485 柴油機(jī)的設(shè)計(jì) 中采用平面挺柱，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕， 適合高速發(fā)動(dòng)機(jī)，但要保證其接觸表面的耐磨性。 二、導(dǎo)向面直徑 、長(zhǎng)度 \的確定： =(? )D=(? )X85=? 17 (nun) 本設(shè)計(jì)取 d r =16mm Lr =(? ) = (? )X 16=48? 56 (mm) 本設(shè)計(jì)取 Lr =50mm 167。 一、推桿 推桿的作用是把凸輪的運(yùn)動(dòng)從凸輪軸傳至頂置氣門(mén)。它是一個(gè)細(xì)長(zhǎng)桿， 是整個(gè)配氣機(jī)構(gòu)中剛度 較薄弱的環(huán)節(jié)。本次設(shè)計(jì)中采用冷撥無(wú)縫鋼管制造。 根據(jù)柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)，本設(shè)計(jì)中取推桿外徑為9mm。 二、搖臂 1. 搖臂的設(shè)計(jì)要求 (1) 搖臂與氣門(mén)桿頂具有較大的接觸面積； (2) 搖臂圓弧接觸面與氣門(mén)桿頂面之間具有較小的相對(duì)滑動(dòng)速度。 (3) 搖臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求在最輕的重量下具有最好的強(qiáng)度和剛度，一般 釆用 T字型 [1]。 2. 搖臂的結(jié)構(gòu)確定 根據(jù)設(shè)計(jì)原則 ， 首先，搖臂的結(jié)構(gòu)我們采用 T 字型。其次，為了改善搖 臂與氣門(mén)桿頂端及推桿及接觸面間的潤(rùn)滑，在搖臂圓弧接觸面的上部脊背上 設(shè)計(jì)一條小溝 ， 使?jié)櫥捅阌诹飨蛲?桿的球面支座。 42 3. 搖臂比的確定 根據(jù)設(shè)計(jì)原則氣門(mén)的搖臂比不能過(guò)大，一般在 ? 之間。 綜合考慮氣缸蓋的結(jié)構(gòu)和氣缸蓋和配氣機(jī)構(gòu)的裝配問(wèn)題 ， 我們?cè)谠O(shè)計(jì)中 取搖臂比為 。 4. 搖臂的材料的選擇 由于搖臂為兩個(gè)運(yùn)動(dòng)件的連接部件 ， 承受較大的沖擊所以需要較大的硬 度和較高的沖擊韌性。 所以，在設(shè)計(jì)中我們采用沖擊韌性較高的球墨鑄鐵。 另外，與氣門(mén)桿頂端接觸的搖臂頭部一般為圓柱形表面 ， 工作時(shí)該表面 在氣門(mén)桿頂端面上既有滾動(dòng)又有滑動(dòng)，故表面必須淬硬，以求耐磨。 結(jié)論 此次設(shè)計(jì)的 485 柴油機(jī)屬于中小功率高速柴油機(jī)，主要用于農(nóng)用、輕型 載重汽車(chē)用、工程機(jī)械用等，設(shè)計(jì)力求：體積小、重量輕、使用維修方便等。 從本次設(shè)計(jì)的 485 柴油機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算的性能參數(shù)來(lái)看，其總體性能良好、 工作可靠，動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性好，通過(guò)綜合考慮，所選總體參數(shù)能夠滿(mǎn)足柴油 機(jī)總體性能的要求。 配氣機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，采用兩氣門(mén)完成配氣，即每缸進(jìn)、排氣門(mén)各一個(gè)。 氣門(mén)彈簧采用雙氣門(mén)彈簧。氣門(mén)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是凸輪軸一挺柱一推桿一搖臂一氣 門(mén)機(jī)構(gòu)。這很好的保證了氣門(mén)在規(guī)定的時(shí)刻開(kāi)啟和關(guān)閉，并且開(kāi)啟時(shí)氣流流 暢，關(guān)閉時(shí)能封住缸內(nèi)的高壓氣體。凸輪形線(xiàn)的設(shè)計(jì)使用 MATLAB 編程計(jì) 算高次多項(xiàng)式函數(shù)凸輪，獲得了比較理想的凸輪型線(xiàn)及挺柱升程、速度和加 速度運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn) ，其運(yùn)動(dòng)規(guī)律連續(xù)，不會(huì)引起慣性的突變 ， 可以減少配氣機(jī)構(gòu) 產(chǎn)生跳動(dòng)或振動(dòng)的傾向，改善了工作質(zhì)量，也增加了配氣機(jī)構(gòu)及整機(jī)的使用 壽命，具有較好的綜合性能 ， 是一個(gè)比較成功的設(shè)計(jì)。參考文獻(xiàn) [1] 柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)編輯委員會(huì) .柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)（中冊(cè) ） .北京：中43 國(guó)農(nóng)業(yè) 機(jī)械出版社 ， 1984: 9, 63, 124 [2] 楊連生 .內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) .北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社， 1981: 259 [3] 陳家瑞，張建文 .汽車(chē)構(gòu)造（上冊(cè) ） .第二版 .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2021： 89,121 [4] 周龍保 ， 高宗英 .內(nèi)燃機(jī)學(xué) .第二版 .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2021: 156 [5] 侯洪生 ，董國(guó)耀 .機(jī)械工程圖學(xué) .北京：科學(xué)出版社， 2021: 39 [6] 機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)編輯委員會(huì) .機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè) .北京 ： 農(nóng)業(yè)機(jī)械出 版社， 2021: 125 [7] 徐清富 .中外汽車(chē)構(gòu)造圖冊(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)分冊(cè) .長(zhǎng)春：吉林科學(xué)技術(shù)出版社 ， 2021： 78 [8] 朱仙鼎 .中國(guó)內(nèi)燃機(jī)工程師手冊(cè) .上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 ，2021: 232,288 [9] 符錫候 ， 楊杰民 .車(chē)輛用柴油機(jī)總體設(shè)計(jì) .上海：上海交通大學(xué)出版社 ， 1992:95 [10] 魏春源 .當(dāng)今世界汽車(chē)發(fā)展的幾大趨勢(shì) [J].北京：汽車(chē)專(zhuān)家，2021(1):3336 [11] 蔣德明 .內(nèi)燃機(jī)原理 .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1988:89 [12] 伯納德查 .柴油機(jī)參考書(shū) [13] 里卡多公司柴油機(jī)的設(shè)計(jì)與研制 [14] BOSCH 汽車(chē)工程手冊(cè) [15] 王蘭美 .機(jī)械制圖 .北京 ： 高等教育出版社， 2021:76 [16] 濮良貴，紀(jì)明剛 .