【導(dǎo)讀】畢業(yè)設(shè)計是一個綜合性較強的實踐環(huán)節(jié)，是對學(xué)生三年的學(xué)習(xí)效果的檢驗。本題目要求學(xué)生完成柴油發(fā)動機配氣機構(gòu)的設(shè)計。通過該題目的設(shè)計加強學(xué)生對相關(guān)知識的深入了解并鍛煉學(xué)生的機構(gòu)設(shè)計的動手能力。力，善于應(yīng)用新技術(shù)、新工藝、新材料。用水平、計算機應(yīng)用水平、科技寫作能力、口頭表達能力等。1．氣門組裝配圖1張(1號圖)。[3]汽車工程手冊編委會．汽車工程手冊：設(shè)計篇[M]．北京：人民交通出版社，[9]夏天．捷達王與都市先鋒轎車維修手冊[M]．北京：北京理工大學(xué)出版社，氣門配氣機構(gòu)由氣門組、氣門傳動組、凸輪軸傳動機構(gòu)三部分組成。搖臂、搖臂座、搖臂軸、調(diào)整螺釘?shù)冉M成。凸輪軸與曲軸之間的傳動機構(gòu)與柴油。195B型柴油機采用齒輪傳動，柴油機曲軸與凸輪軸的傳動比為2：。吸入新鮮空氣和排除燃燒廢氣。計是否合理有密切關(guān)系。且還決定了高速運轉(zhuǎn)時柴油機的工作可靠性、耐久性。

　　

【正文】 門頭部的某些部位產(chǎn)生很大的附加應(yīng)力，這個應(yīng)力分成徑向應(yīng)力和切向應(yīng)力，如徑向應(yīng)力過大，造成圓周方向裂紋，切向應(yīng)力過大，造成徑向裂紋，如裂紋不斷擴大即可整塊金屬從氣門頭部碎落下來。 （二）預(yù)防措施 ① 避免鍛造裂紋。馬氏體鋼，高碳馬氏體鋼，奧氏體鋼它們的鍛造溫度區(qū)域和鍛造性能各不相同，導(dǎo)熱性也有很大差別，因此必須認(rèn)真實驗，嚴(yán) 格掌握，特別是用電鍍加熱尤其注意。 ② 選用高溫強度特別是蠕變強度的材料 ③ 提高裝配時氣門錐面與氣門座的位置精度 ④ 采用合理的圖輪廓線等設(shè)計方法，防止氣門落座時過大的沖擊和反跳。 此外，當(dāng)在氣門錐面堆焊鈷基合金時，要嚴(yán)格控制堆焊 溫度，避免局部過熱，過熱后的鈷基合金，硬度顯著降低，晶粒粗大，耐磨迅速下降并在過熱區(qū)的邊界處產(chǎn)生很大的應(yīng)力，在氣門工作時易產(chǎn)生裂紋。堆焊層不能太薄并需消除堆焊層材料與母材交接處的殘余應(yīng)力。 七、氣門彈簧的設(shè)計 氣門彈簧的設(shè)計要求： （ 1）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；（ 2）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： 對于排氣門 )( m i n arr o pnp ppFP ?? 式中 —minnpP 在氣門關(guān)閉時最小的彈簧 力，（ N）； —ropF 喉口的面積， 2mm ； rP 及 Pa — 排氣管的壓力和在進氣時氣缸內(nèi)的壓力，（ kpa） 柴油機的 壓差為 ~ 兆帕。 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— 儲備系數(shù)（對柴油機機械離心式調(diào)速器時，去K=~,對化油器式發(fā)動機取 K=~； 2jnpP — 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， N。 氣門 彈簧的作用： （ 1）氣門關(guān)閉時，確保氣門和氣門座的閉合密封。 （ 2）氣門開啟時，使氣門準(zhǔn)確的隨凸輪運動。 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。 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 ~ 范圍內(nèi)，彈簧旋繞比 dD/2 一般為 6~9（ 2D 為彈簧的中徑） 上圖為 195 柴油機的氣門彈簧工作圖 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 度見下表： 材料 最高工作溫度（co ） 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 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 CC 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 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。 氣門彈簧的有關(guān)計算： 已知：凸輪軸的轉(zhuǎn)速 ?? np nn 轉(zhuǎn) / 分，和凸輪軸的角速度sradwx /115? ，進氣門的最大升程 mmhxn ，進氣門喉口直徑 mmdrop ? ，圓 弧 凸 輪 線 的 尺 寸 ： ,7,1 3 8,15 m a x210 mmhmmrmmrmmr T ???? mmrhra r a x0 ???? ， 搖臂的尺寸： mmlxn 46? ， ,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， 1?? =35 兆帕 kpan 1500?? 。 （ 1） 彈簧的最大彈力 ： rxrnxnnp lwalkmP /2m a x ? N448 32/10*293*46***19532?? 式中 K=—— 彈簧儲備系數(shù)； nrmrrnpknkn mmlmmmmM 39。2)ln)((31 ????? =130+ 407531 ? =195 —— 換氣到氣門 一邊的氣門機構(gòu)總重量 rmm =130g —— 氣門的質(zhì)量， npm = nnpnnp mm .. ? =55+20=75g —— 氣門彈簧的質(zhì)量（外彈簧及內(nèi) 彈簧 ），按結(jié)構(gòu)要求取 : )3/( 2239。 rnrnnn llmm ? =120* )*3/(*1 2 0 22 =120g—— 搖臂質(zhì)量。 （ 2）彈簧最小的彈力： rrrnrnnp llrrKMP /)( 220m in ??? =195** 62 10*293 ? / =239N （ 3）彈簧的剛度： C= 2RRnKM ? =195** 2293 * 610? / = n/m （ 4） 彈簧變形： 1） 預(yù)壓縮變形量： )( 20min rrf ?? rRnll / =（ ） * = 2） 總變形量： m a xm inm a x Rnhff ?? =+ = （ 5）內(nèi)、外彈簧之間的負(fù)荷分配： 1） 內(nèi)彈簧： m a a x. nnpnnp PP ? =*448 = * m inm in. ??? npnnp PP N 2） 外彈簧： NPPP nnpnpnnp 9 5 64 4 8m a a xm a x. ????? NPPP nnpnpnnp 5 3 9m i i nm i n. ????? （ 6）內(nèi)外彈簧的剛度： m a xm a x. / fPc npnnp ?=291* 33 10*?? = mKNfPcnnpnnp /**??? ?? mKNcc nnp /. ???? 根據(jù)以求得的值 ： m a a a x nnpnnpnp PPP ?? m i i nm i n nnpnpnnp PPP ?? （ 7）彈簧的尺寸： A、 彈簧鋼絲直徑 : mmnnp 4. ?? mmnnp 3. ?? B、 彈簧的平均直徑： 28. ?nDnp mmD nnp 19. ? C、 彈簧的工作圈數(shù)： *10*269*8 ** 3643 .m a x. m a x4 .. ??? ?nnpnnp nnpnp DPfGi ? *10*145*8 ** . 3643 .m a x. m a x4 . ????nnpnnp nnppn DPfGi ? 式中 G=—— 鋼絲剪切彈性模量 D、 彈簧總?cè)?shù) : ????? pnnn ii ????? pnnn ii F、 氣門全開時彈簧的長度 : m i n...m i n ??? npnnpnnn iiL ? =*+*= m i n...m i n ??? npnnpnnn iiL ?=*+*= mmLL n inm in ?? G、 氣門關(guān)閉時彈簧的長度： a xm in0 ????? knhLL mm H、 自由彈簧的長度： a xm in. ????? fLL nn mm m a xm in. fLL nn ?? =+= I、 彈簧的最大和最小應(yīng)力： 1） 內(nèi)彈簧 3 . .m a x.`m a x8nnpnnpnP npB Dk ??? ? = 59510** 10*19*145* 93 9 ???兆帕 3 . .m a x.`m a x8nnpnnpnP npB Dk ??? ? = 31810** 10*19** 93 9 ???兆帕 式中 39。Bk = 在 BnpBnpD .. /? =19/= 時確定的， 2） 外彈簧 3 . .m a x.`m a x8nnpnnpnP npB Dk ??? ? = 48 * 10*28*26 9*8 93 9 ?? ?兆帕 3 . .m a x.`m a x8nnpnnpnP npB Dk ??? ? = 25 910** 10*28* 3*8 93 9 ?? ?兆帕 式中 39。Bk = 在 BnpBnpD .. /? =28/= 時確定。 M、 平均應(yīng)力和應(yīng)力幅： 1） 內(nèi)彈簧 2/)( m inm a x ??? ??T =（ 595+318） /2= 兆帕