【正文】 m in m a x nL L f? ? ?mm . m in m a x nL L f? ? ?mm （ ） 搖臂的設(shè)計(jì) 搖臂的工作原理 搖臂是推桿和氣門(mén)之間的傳動(dòng)件，它是推桿傳來(lái)的力改變方向后作用于氣門(mén)尾部以推開(kāi)氣門(mén)。 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? 。 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。 ， 1500 an Kp? ? 。 圖 彈簧慣性力 氣門(mén)彈簧的有關(guān)計(jì)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(mén)的最大升程 max mm? ，進(jìn)氣門(mén)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。 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(mén)彈簧特性曲線與氣門(mén)慣性力曲線的配合 在設(shè)計(jì)時(shí)首先作出氣門(mén)升程曲線和發(fā)動(dòng) 機(jī)最高轉(zhuǎn)速時(shí)的加速度曲線，將加速度的坐標(biāo)乘以配氣機(jī)構(gòu)在氣門(mén)端的總當(dāng)量質(zhì)量即得到氣門(mén)慣性力曲線（實(shí)際慣性力應(yīng)與加速度方向相反）、由氣門(mén)運(yùn)動(dòng)規(guī)律測(cè)試表明，實(shí)際的氣門(mén)慣性力變化如下圖虛線所示的情況，在從正慣性力過(guò)渡到負(fù)慣性力的波動(dòng)最大，最易發(fā)生系統(tǒng)的脫落，彈簧力應(yīng)超過(guò)氣門(mén)系數(shù)振動(dòng)時(shí)的慣性力，并且有一定的余量。油淬火 — 回火鋼絲的優(yōu)點(diǎn)在于熱穩(wěn)定性較好，可適應(yīng)用較高工作溫度。對(duì)于 195B 柴油機(jī)的氣門(mén)彈簧用的就是冷拉鋼絲。 氣門(mén)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。 （ 4）氣門(mén)彈簧的選材 氣門(mén)彈簧在應(yīng)的工作溫度下承受交變載荷，為使彈簧能長(zhǎng)期的可靠工作，要求彈簧材料不僅具有良好的機(jī)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(guò)大的彈力 消失現(xiàn)象。此外，由于兩個(gè)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(xiǎn)。目前在大多數(shù)柴油機(jī)上都是一個(gè)氣門(mén)裝兩個(gè)氣門(mén)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(gè)彈簧萬(wàn)一斷裂時(shí)，也有可能在一定時(shí)間內(nèi)防止氣門(mén)落入氣缸。氣門(mén)彈簧的設(shè)計(jì)常常受到尺寸上的限制，因此氣門(mén)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(qiáng)度，制造上應(yīng)保證一定的精度并盡力避免各種缺陷。 （ 2）氣門(mén)彈簧的工作條件 氣門(mén)彈簧承受高頻交變載荷，工況惡劣，故需精心設(shè)計(jì)，才能使其長(zhǎng)期可靠地工作。 在氣門(mén)機(jī)構(gòu)零件之間運(yùn)動(dòng)學(xué)的關(guān)系保證在： 2jnpnp KPP ? （ ） 式中 ， K 為儲(chǔ)備系數(shù)（對(duì)柴油機(jī)機(jī)械離心式調(diào)速器時(shí)，取 K= ,對(duì)化油器式發(fā)動(dòng)機(jī)取 K= ； 2jnpP 是在挺柱有負(fù)加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，換算到氣門(mén)一邊的機(jī)構(gòu)慣性力。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 氣門(mén)彈簧的設(shè)計(jì) 氣門(mén)彈簧的設(shè)計(jì)要求 要使氣門(mén)在氣門(mén)座上嚴(yán)密的配合和在挺柱沿著基圓 0r 運(yùn)動(dòng)的整個(gè)周期內(nèi)保持氣門(mén)關(guān)閉狀態(tài)密封；在挺柱帶有負(fù)加速度時(shí)，在氣門(mén)、挺柱和凸輪要保證不變的運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系。 d. 改善冷卻水道的布置，適當(dāng)?shù)脑黾託忾T(mén)座圈的接觸高度，以利充分散熱，降低氣門(mén)的工作溫度。 b. 在氣門(mén)錐面堆焊基合金。 ： a. 選擇在高溫下耐腐蝕性好的材料。 b. 燃燒殘?jiān)练e在錐面，不能自行排出，使氣門(mén)與氣門(mén)座之間的導(dǎo)熱性變壞，造成錐面局部溫度升高，促使氣門(mén)材料燒損。如圖 柴油機(jī)的鎖緊的組合圖。 （ 5）氣門(mén)桿與彈簧的鎖緊 為了防止氣門(mén)彈簧和氣門(mén)鎖夾斷裂時(shí)氣門(mén)落入氣缸而引起嚴(yán)重的事故，可以在氣門(mén)鎖夾槽的下部增加一段凹槽，然后嵌入彈簧圈，凹槽的位置應(yīng)能保證氣門(mén)的下落量只比氣門(mén)最大升程大 1 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 4）氣門(mén)桿表面的熱處理工藝 要經(jīng)過(guò)淬火處理，要求的硬度不小于 HRC50。 （ ） 根據(jù) 195 型柴油機(jī)選取氣門(mén)桿直徑 9d? mm?？紤]到加工和維修的方便，一般進(jìn)排氣門(mén)桿的頸部取相等。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，氣門(mén)桿的頸部可取頭部外徑的（ 16 錯(cuò)誤 !未找到引用源。氣門(mén)通過(guò)凸輪挺柱和搖臂來(lái)驅(qū)動(dòng)時(shí)，桿部受到的側(cè)向力就比較小。 （ 2）氣門(mén)桿頸 氣門(mén)桿的頸部選擇決定也排氣所需的耐久性，增加桿的頸部有利于氣門(mén)的熱量逸 8 散。 , S195 柴油機(jī)的密封帶寬度， 經(jīng)過(guò)查表是 。 取 b 為 注意提醒的是，并不是所有的 b 都參與了密封，真正起到密封的是一條位于寬度 b 中間附近的密封帶，密封帶的寬度 b 小得多，氣門(mén)的大部分熱量是通過(guò)這條密封帶傳出去的，密封帶較寬則傳熱的效果就較好，氣門(mén)的工作溫度就較低，但氣門(mén)的密封性就較差。 氣門(mén)錐面的寬度 b 與厚度 T 有關(guān)，一般當(dāng) 45???時(shí)： ( ~ )bT? （ ） 式中， b 為氣門(mén)錐面的寬度。 S195 柴油機(jī)氣門(mén)的頭部厚度： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。厚度Ｔ與氣門(mén)頭部的外徑有一定的比例，一般 錯(cuò)誤 !未找到引用源。由于頭部厚度Ｔ對(duì)氣門(mén)的剛度影響比頸部圓?。乙蟮枚?，因此當(dāng)需要增加氣門(mén)剛度時(shí)首先考慮增加頭部的厚度。 。這時(shí)的流通斷面大致與斜角 ? 的余弦成正比。綜上的條件 195 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)、排氣門(mén)的直徑都取 36mm。圖 是平底型氣門(mén)的示意圖。因?yàn)檫@種氣門(mén)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好、受熱面小，具有一定的剛度， 圖 平底型氣門(mén) 基本上式滿(mǎn)足進(jìn)排去的要求。因此根據(jù)不同發(fā)動(dòng)機(jī)的不同情況進(jìn)行具體的分析，然后確定合理的方法。國(guó)產(chǎn)奧氏體鋼 4Cr14NiW2Mo 廣泛用作機(jī)車(chē)和大型載重汽車(chē)的柴油機(jī)排 氣門(mén)。 （ 2） 奧氏體鋼 這類(lèi)鋼在常溫和工作溫度下基本上全是奧氏體組織，不能淬硬。堆焊氣門(mén)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是正確地焊 6 接部位。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(mén)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(mén)，這是一種頭部采用奧氏體鋼，桿部采用馬氏 體鋼的氣門(mén)。氣門(mén)選擇材料的方法： （ 1） 馬氏體鋼 一般氣門(mén)中采用鐵素體合金鋼，含碳量在 錯(cuò)誤 !未找到引用源。而且進(jìn)、排氣門(mén)的對(duì)材料的要求也是不同。甚至更高，下面是 195 柴油機(jī)的排氣門(mén)的溫度場(chǎng)。錯(cuò)誤 !未找到引用源。 450186。氣門(mén)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(mén)的工作溫度：進(jìn)氣門(mén)約為 200186。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(mén)，由于經(jīng)常高溫燃?xì)獾臎_刷，因而易于產(chǎn)生漏氣。在保證足夠的強(qiáng)度、剛度和耐磨性的前提下的重量選擇。進(jìn)氣門(mén)錐面多屬磨損摩擦，因此進(jìn)氣門(mén)側(cè)重耐磨。韌性和表面硬度 。 5 第 2 章 配氣機(jī)構(gòu)零部件設(shè)計(jì) 氣門(mén) 氣門(mén)設(shè)計(jì)的基本要求 （ 1） 材料方面 氣門(mén)的工作溫度是確定氣門(mén)材料的主要因素。 （ 3）對(duì) S195 型柴油機(jī)曲軸連桿機(jī)構(gòu)模型 運(yùn)用 ADAMS 多體動(dòng)力學(xué) 軟件 進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真。主要內(nèi)容如下： 4 （ 1）通過(guò)對(duì)配氣機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)的分析與計(jì)算、配氣機(jī)構(gòu)桿構(gòu)受力的分析與計(jì)算，建立 S195 型柴油 機(jī)曲軸連桿機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型。 本文研究?jī)?nèi)容 本文主要對(duì)配氣機(jī)構(gòu)的個(gè)零件的形狀和尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，得到個(gè)零件圖的詳細(xì)尺寸，再通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件即 Proengineer 進(jìn)行三維的實(shí)體建模，得到個(gè)零件的三維圖，將各個(gè)零件裝配到一起，得到配氣機(jī)構(gòu)的裝配圖。隨著柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的提高，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)充氣性能的差別越來(lái)越大，這主要是由兩部分因素引起的，一是當(dāng)轉(zhuǎn)速提高，吸氣沖程時(shí)間縮短，進(jìn)排氣管壓力波的動(dòng)態(tài)響應(yīng)增大；另外一方面氣門(mén)發(fā)生脫離和反跳，破壞 了正常的靜態(tài)充氣性能。在動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，考慮彈性變形，把配氣機(jī)構(gòu)看成彈性系統(tǒng)，主要由下列指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)凸輪型線：（ 1）氣門(mén)的動(dòng)態(tài)加速度峰值：根據(jù)單質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)模型或多質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)模型計(jì)算出最大加速度峰值和第一個(gè)負(fù)加速度峰谷，以及落座后的氣門(mén)動(dòng)態(tài)響應(yīng)。但當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速上升時(shí)，配氣機(jī)構(gòu)的彈性變形會(huì)引起氣門(mén)的劇烈振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)破壞氣門(mén)的正常工作，產(chǎn)生飛脫和反跳，這不僅加劇了柴油機(jī)的振動(dòng)、噪聲和零件間的磨損，還會(huì)使充氣效率下降，為了解決靜態(tài)設(shè)計(jì)的不足，人們提出了動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的方法 [19~25]。設(shè)計(jì)凸輪 時(shí)，應(yīng)避免凸輪曲率半徑過(guò)小，否則會(huì)導(dǎo)致接觸應(yīng)力過(guò)大，使凸輪出現(xiàn)過(guò)早磨損。其絕對(duì)值越小，凸輪軸的高速動(dòng)態(tài)性能越好。（ 2）靜態(tài)加速度峰值。 用計(jì)算機(jī)輔助配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)分析 在靜態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，將配氣機(jī)構(gòu)看作絕對(duì)剛體，不考慮它在運(yùn)動(dòng)時(shí)的彈性變形，用該方法設(shè)計(jì)凸輪型線，主要用以下三項(xiàng)指標(biāo)來(lái)判別其好壞：（ 1）靜態(tài)充氣性能。 再將模型導(dǎo)入 ADAMS軟件進(jìn)行多體動(dòng)力學(xué)計(jì)算， 3 流行的多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論中的拉格朗日方程方法，建立系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程?？紤]到該模型進(jìn)行仿真分析時(shí)的可視化效果，各機(jī)構(gòu)模型均按照實(shí)際結(jié)構(gòu)建立。 設(shè)計(jì)內(nèi)容 氣門(mén) 凸輪式配氣是目前內(nèi)燃機(jī)上應(yīng)用最廣泛的配氣形式 ,本文采用的柴油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)為下置凸輪軸式、滾輪隨動(dòng)件、叉型搖臂雙氣門(mén)配氣機(jī)構(gòu)，主要由凸輪軸、滾輪、推桿、挺柱、搖臂、氣門(mén)墊塊、氣門(mén)、氣門(mén)座等部件組成。我國(guó)的多媒體仿真 技術(shù)正處于起步和發(fā)展時(shí)期，清華大學(xué)、北京大學(xué)、華中理工大學(xué)和一些部隊(duì)院校已開(kāi)始了有關(guān)這方面的研究。在國(guó)防工業(yè)領(lǐng)域，建成了不同類(lèi)型的半實(shí)物仿真系統(tǒng)。采用仿真技術(shù)，可以在計(jì)算機(jī)內(nèi)對(duì)內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品的部件裝配并進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真，由仿真運(yùn)行可校核部件運(yùn)動(dòng)軌跡，及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)中部件干涉隱患；對(duì)部件裝配進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真，可校核機(jī)構(gòu)受力情況；根據(jù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)約束及保證性能最優(yōu)的目標(biāo)進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，可最大限度地滿(mǎn)足性能要求，對(duì)設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)和修正。 1940～ 1950 年航空、航天和原子能技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了仿真技術(shù)的進(jìn)步。 20 世紀(jì)初仿真技術(shù)已得到應(yīng)用。多自由度質(zhì)量模型具有比單 自由度質(zhì)量模型更為真實(shí)反映實(shí)際機(jī)構(gòu)狀況的優(yōu)點(diǎn)，利用多自由度質(zhì)量模型能精確地研究各傳動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和受力情況，也能分析氣門(mén)彈簧的振動(dòng)情況 [5~10]。它是將機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化成由一個(gè)質(zhì)點(diǎn)、彈簧及阻尼器組成的系統(tǒng)，它把機(jī)構(gòu)的質(zhì)量簡(jiǎn)化到一個(gè)質(zhì)點(diǎn)上，把機(jī)構(gòu)的彈性等加到一個(gè)等剛度無(wú)質(zhì)量的彈簧上，阻尼等效到阻尼器上，該 2 模型具有簡(jiǎn)單、方便等特點(diǎn)，可以滿(mǎn)足一般的低、中速柴油機(jī)的要求，但由于把質(zhì)量和剛度都等效到一個(gè)點(diǎn)上，不能求出機(jī)構(gòu)各部件的運(yùn)動(dòng)和受力情況，不能判斷機(jī)構(gòu)零件之間是否發(fā)生飛脫，也無(wú)法得知彈簧的振動(dòng)情況。 為了準(zhǔn)確研究配氣機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)性能，了解氣門(mén)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)規(guī)律， 在機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)仿真分析方面，目前已采用了多種 分析模型。 柴油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)現(xiàn)狀 過(guò)去的配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，只單一研究凸輪，而沒(méi)有考慮其他零部件產(chǎn)生的影響。計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)的出現(xiàn)為設(shè)計(jì)人員的工作帶來(lái)了巨大的變化，其極大的緩解了傳統(tǒng)手工制圖設(shè)計(jì)存在的勞動(dòng)量大、不易修改等缺點(diǎn)，促進(jìn)了設(shè)計(jì)工作的改革以及工作效率的提高?，F(xiàn)代社會(huì)分工中，設(shè)計(jì)工作是一項(xiàng)各行業(yè)都需要的重要工作，其對(duì)行業(yè)的發(fā)展、各項(xiàng)工作的開(kāi)展都有著重要的積極。在發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲法規(guī)的日益嚴(yán)格的今天，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣閥門(mén)的運(yùn)動(dòng)分析是很有意義的。同時(shí)，進(jìn)排氣閥門(mén)噪聲也是發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲的主要來(lái)源之一。為配氣機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供便利。 Simulation 目 錄 摘要 ………………………………………………………………………………… Ⅰ Abstract ………………………………………………………………………………… Ⅱ 第 1 章 緒論 ………………………………………………………………………………