頂置式四缸內(nèi)燃機(jī)凸輪配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動仿真
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凸輪軸dwg
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彈簧壓冒dwg
氣門dwg
頂置式四缸內(nèi)燃機(jī)凸輪配氣機(jī)構(gòu)裝配圖dwg
頂置式四缸內(nèi)燃機(jī)凸輪配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動仿真開題報(bào)告doc
頂置式四缸內(nèi)燃機(jī)凸輪配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動仿真說明書doc
內(nèi)容摘要
該設(shè)計(jì)是我在學(xué)校的最后一個設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過程運(yùn)用到了很多的知識，PROE的使用，凸輪的設(shè)計(jì)，軸的應(yīng)力計(jì)算，氣門頂桿的設(shè)計(jì)，以及對整體裝配的理解，尤其是運(yùn)動仿真那一塊，是我的薄弱環(huán)節(jié)，同時在設(shè)計(jì)過程中，由于很多的事情耽擱了，造成了后期時間緊，同時工作量巨大的結(jié)果，這是自己的一個不足。對于知識的利用與融會貫通，基礎(chǔ)知識不扎實(shí)，在設(shè)計(jì)過程中體現(xiàn)了出來，不過通過同學(xué)，老師的幫助，終于是克服了種種困難，使圖形得以完成。
工作大致內(nèi)容：任務(wù)書，開題報(bào)告，翻譯，模型設(shè)計(jì)，計(jì)算說明以及最后的運(yùn)動仿真。
運(yùn)用到的知識非常之多，PROE由于之前不怎么熟悉，所以剛接手的時候非常迷茫，后來通過同學(xué)，老師的指導(dǎo)，使自己熟悉了怎么運(yùn)用，同時對于四沖程機(jī)構(gòu)有了進(jìn)一步的了解。
通過這次設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)了自己很多的不足，在不足中得以成長，同時也認(rèn)識到應(yīng)該合理分配時間，分清什么重要的事先做，做事得有調(diào)理。
關(guān)于配氣機(jī)構(gòu)在生活中的應(yīng)用，非常廣泛，在現(xiàn)代社會中越來越多的人開車，對于車子的安全性能進(jìn)一步加強(qiáng)，因此配氣機(jī)構(gòu)的合理性以及科學(xué)性更是重中之重。
目錄
概述
1配氣機(jī)構(gòu)的功用 ……………………………………………… …………………3
2配氣機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求 ………………………………………… ……………… 4
3配氣機(jī)構(gòu)計(jì)算參數(shù)的確定 ………………………………………… …………… 5
1凸輪軸的設(shè)計(jì)：
1凸輪軸的設(shè)計(jì)要求 …………………………………………………………………6
2凸輪軸的選材 ………………… …………………………………………………… 7
3凸輪軸的結(jié)構(gòu) ……………………………… ………………………………………… 8
4凸輪軸的支承軸頸軸承的材料 …………………… 9
5凸輪軸的定位方式 ………………………………………………………………… 10
6凸輪軸的最小尺寸定位方式 11
7凸輪軸的熱處理 11
8凸輪軸的磨損形式 12
9凸輪軸的計(jì)算13
10凸輪軸強(qiáng)度校核計(jì)算14
2氣門組的設(shè)計(jì)
21氣門的設(shè)計(jì) ………………………………… …………………… ……… 18
211氣門設(shè)計(jì)的基本要求 20
212氣門的工作條件分析 22
213氣門材料的選擇 23
214氣門頭的設(shè)計(jì) 24
215氣門桿的設(shè)計(jì) 25
22氣門旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) ………………… …………………………………………26
23氣門座圈的設(shè)計(jì) ………………………………………………………………26
24氣門導(dǎo)管的設(shè)計(jì) ………………………………………………………………28
25氣門的主要損壞形式和預(yù)防措 ………………………………………………29
3氣門彈簧的設(shè)計(jì)
31氣門彈簧的設(shè)計(jì)要求 ……………………………………………………………30
32氣門彈簧的作用 ………………………………………………………………………31
33氣門彈簧的工作條件 ……………………………………………………………31
34氣門彈簧的結(jié)構(gòu) ………………………………………………………………31
35氣門彈簧的選材 …………………………………………………………31
36氣門彈簧特性曲線與氣門慣性力曲線的配合 ……………………32
37氣門彈簧的有關(guān)計(jì)算 ………………………………………………33
371彈簧的最大彈力 33
372彈簧最小的彈力 34
373彈簧的剛度 34
374彈簧變形 34
375內(nèi)、外彈簧之間的負(fù)荷分配 35
376內(nèi)外彈簧的剛度 35
377彈簧的尺寸 36
378提高氣門彈簧疲勞強(qiáng)度的措施 …… … ……… …………… …37
4凸輪軸配氣機(jī)構(gòu)建模設(shè)計(jì)………………………………………………………… 37
41工作裝置零件建模 ………………………………………………………… ………38
42氣門的建模 ………………… ………………………………………………… … 38
43彈簧壓帽的生成 ……………………………… ……………………………………… 40
44箱體的生成 …………… ……… ……… ……………… 42
45裝配部件的裝配生成 ……………………………………………………………… 43
5凸輪軸配氣機(jī)構(gòu)仿真設(shè)計(jì)………………………………………………………… 44
51概述 ………………………………………………………… ………… ……………45
52凸輪配氣結(jié)構(gòu)的機(jī)械運(yùn)動仿真 ………………… …………………… … 46
6參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………………………47
7致謝 ………………………………………… …48
頂置式四缸凸輪配氣機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
概述
1、配氣機(jī)構(gòu)的作用：它是完成換氣過程，根據(jù)發(fā)動機(jī)氣缸的工作循環(huán)次序，定時地開啟和關(guān)閉進(jìn)、排氣門，不斷地用新鮮的氣體來交換氣缸內(nèi)上一循環(huán)的的廢氣。氣門的布置型式方式有頂置式和側(cè)置式，如圖1-1所示：
2、配氣機(jī)構(gòu)的要求：
對于一個正常工作的配氣機(jī)構(gòu)具有如下的要求：
① 振動、噪聲較小，且工作可靠和耐磨。
② 進(jìn)、排氣門的時間充足，泵氣損失小，配氣正時恰當(dāng)，在排氣過程中能較好的排出廢氣，進(jìn)氣過程中能吸入較多的新鮮空氣，因而使發(fā)動機(jī)具有較高的充量系數(shù)和合適的扭矩特性。
③ 結(jié)構(gòu)簡單、緊湊。
④ 為了減輕慣性負(fù)荷，使配氣機(jī)構(gòu)運(yùn)動零件的質(zhì)量減到最小。
3、配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算參數(shù)確定：
從確定氣門座處的通過截面 以及確定喉口流通截面 開始。氣閥處的流通截面積根據(jù)氣體不可壓縮連續(xù)流動的條件確定，也即在額定轉(zhuǎn)速I情況，氣門最大升程時，按氣門座截面處假設(shè)的平均速度來確定。
已知：氣缸直徑D=95，
氣道喉口的最大直徑D，配氣機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)方案以及燃燒是的形式都已給定的情況下，氣門布置在氣缸上可能性的限制。進(jìn)氣門 的數(shù)值應(yīng)大于下列規(guī)定的范圍：
采用氣門頂置式： ， 則可以得到： ， 根據(jù)柴油機(jī)的195B的結(jié)構(gòu)，選擇 =36mm,
排氣門的氣道喉口的直徑，通常取得比進(jìn)氣門的氣道喉口直徑小10%~~20%，氣閥升程h時，具有圓錐密封面之氣門的流通截面為：
式中a—?dú)忾T頭斜面角（現(xiàn)代發(fā)動機(jī)上，a=45度); 氣門的升程，取值一般是氣門頭的25%左右，氣門頭的直徑是40mm，
則： =10mm
∴喉口的直徑經(jīng)校核取值正確。
1凸輪軸的設(shè)計(jì)
凸輪軸的布置型式：
1、下置：凸輪軸正時齒輪直接與曲軸正時齒輪嚙合。
2、中置：推桿短，要加入中間傳動裝置。
3、上置：凸輪軸通過搖臂或直接來驅(qū)動氣門，要用惰輪、皮帶、鏈條，及張緊裝置。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，用于高速強(qiáng)化的轎車發(fā)動機(jī)。Step2系統(tǒng)彈出如圖所示“測量結(jié)果”對話框，在該對話框中進(jìn)行下列操作。
（1） 選取圖形類型：單擊“圖形類型”區(qū)域中的 ，從彈出的下拉列表中選擇“測量與時間”。
（2） 創(chuàng)建一個測量：單擊創(chuàng)建測量圖標(biāo) ，系統(tǒng)彈出如圖5214所示的“測量定義”對話框，在該對話框中進(jìn)行下列操作。
a 鍵入測量名字：在該對話框中的名字文本框中鍵入測量名字“舉升臂連接軸速度與時間關(guān)系”。
b 選擇測量類型：單擊“類型”區(qū)域中的 ，從彈出的下拉列表中選擇“速度”。
c 選取測量點(diǎn)：選取模型中的凸輪軸。
d 選取評估方法：單擊“評估方法”區(qū)域中的 ，從彈出的下拉列表中選擇“每一時間步距”。
e 單擊“確定”按鈕系統(tǒng)立即將新建測量添加到如圖8213
f 所示的“測量結(jié)果”對話框中。仿真效果如圖8214所示：
6參 考 文 獻(xiàn)
專著：
【1】付白學(xué)馬彪藩旭峰現(xiàn)代汽車電子技術(shù)，20083
【2】史紹熙柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊北京：中國農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社，1984
【3】UTOCAD 2004簡明教程，科學(xué)出版社。2004
【4】建新內(nèi)燃機(jī)理論與設(shè)計(jì)北京：人民交通出版社，2009
【5】 李澄，吳天生，聞百橋機(jī)械制圖北京：高等教育出版社，2003
【6】孝達(dá)金屬工藝學(xué) 北京：高等教育出版社，1997
【7】華大年，華志宏，呂靜平連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)上海：上海科技技術(shù)出版社，1995
【8】吳宗澤機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003
【9】http://wwwqutoedcation/com/carcare/intro/htm
7致 謝
本論文的能夠順利的完成，灌注了齊導(dǎo)師誨人不倦的關(guān)懷、指導(dǎo)和教誨，他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神。從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成，齊從謙老師給我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。
在設(shè)計(jì)過程中，這個也是我在校期間最后的一個設(shè)計(jì)，感謝所有幫助過我，并且和我一起努力，克服一個個難題，相信在今后的道路中，我們也能一直像現(xiàn)在這樣面對困難。
同時也由于自身原因，在設(shè)計(jì)過程中，經(jīng)常由于工作而耽誤，導(dǎo)致了無法如期完成設(shè)計(jì)，但是在導(dǎo)師的幫助下，我也盡自己最大的努力將這個設(shè)計(jì)完成，這其中傾注了導(dǎo)師太多太多的精力。最后，由衷地向所有在校園曾經(jīng)關(guān)心和幫助過我老師和同學(xué)表示最誠摯的謝意！
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文） 頂置式四缸內(nèi)燃機(jī)凸輪配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 及運(yùn)動仿真 nd 部 機(jī)械系 專業(yè)班級 機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動化 學(xué)生姓名 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 完 成 日 期 2012 年 3 月 內(nèi)容摘要 該設(shè)計(jì)是我在學(xué)校的最后一個設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過程運(yùn)用到了很多的知識， 使用，凸輪的設(shè)計(jì)，軸的應(yīng)力計(jì)算，氣門頂桿的設(shè)計(jì)，以及對整體裝配的理解，尤其是運(yùn)動仿真那一塊，是我的薄弱環(huán)節(jié)，同時在設(shè)計(jì)過程中，由于很多的事情耽擱了，造成了后期時間緊，同時工作量巨大的結(jié)果，這是自己的一個不足。對于知識的利用與融會貫通，基礎(chǔ)知識不扎實(shí)，在設(shè)計(jì)過程中體現(xiàn)了出來，不過通過同學(xué)，老師的幫助，終于是克服了種種困難，使圖形得以完成。 工作大致內(nèi)容：任務(wù)書，開題報(bào)告，翻譯，模型設(shè)計(jì)， 計(jì)算說明以及最后的運(yùn)動仿真。 運(yùn)用到的知識非常之多， 于之前不怎么熟悉，所以剛接手的時候非常迷茫，后來通過同學(xué)，老師的指導(dǎo)，使自己熟悉了怎么運(yùn)用，同時對于四沖程機(jī)構(gòu)有了進(jìn)一步的了解。 通過這次設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)了自己很多的不足，在不足中得以成長，同時也認(rèn)識到應(yīng)該合理分配時間，分清什么重要的事先做，做事得有調(diào)理。 關(guān)于配氣機(jī)構(gòu)在生活中的應(yīng)用，非常廣泛，在現(xiàn)代社會中越來越多的人開車，對于車子的安全性能進(jìn)一步加強(qiáng)，因此配氣機(jī)構(gòu)的合理性以及科學(xué)性更是重中之重。 目錄 概 述 ……………………………………………… …… ............……… .… .… 3 ………………………………………… . .……… ........……… . 4 ……………………………… .………… ………… ...… . 5 1 凸輪軸的設(shè)計(jì)要求 …………………………...……………………………… ...……...… 6 2 凸輪軸的選材 ………………… ……………..……………………………… …… ...…... 7 3 凸輪軸的結(jié)構(gòu) ……………………………… ………………………….. .....……………… 8 4 凸輪軸的支承軸頸軸承的材料 .. ..........................……… ..............………… ..… 9 5 凸輪軸的定位方式 ……………………………………… ..…… ....…………………… 凸輪軸的最小尺寸定位方式 ................................................................................... 11 7 凸輪軸的熱處理 . ................................................................................................................... 凸輪軸的磨損形式 . .............................................................................................................. 12 9 凸輪軸的計(jì)算 ..........................................................................................................................0 凸輪軸強(qiáng)度校核計(jì)算 ............................................................................................................ 氣門組的設(shè)計(jì) 門的設(shè)計(jì) ………………………………… …………………… .............. .....……… 18 門設(shè)計(jì)的基本要求 ................................................................................................ 氣門的工作條 件分析 ................................................................................................ 氣門材料的選擇 .......................................................................................................... 氣門頭的設(shè)計(jì) ................................................................................................................. 24 門桿的設(shè)計(jì) ................................................................................................................門旋轉(zhuǎn)機(jī) 構(gòu)的設(shè)計(jì) ………………… ……………………… .....………………… 26 門座圈的設(shè)計(jì) ……………………………………………………… ................……… 26 門導(dǎo)管的設(shè)計(jì) ………………………………………………… ................…………… 28 門的主要損壞形式和預(yù)防措 ……………………………………………… 29 3 氣門彈簧的設(shè)計(jì) 門彈簧的設(shè)計(jì)要求 …………………………………………… ........……………… 30 門彈簧的作用 ……………………………………………………………… ......……… 31 門彈簧的工作條件 ……………………………………………………… .........…… 31 門彈簧的結(jié)構(gòu) …………………………………………………… ......… ..…… .......… 31 門彈簧的選材 ……………………………………………… .................…… ..… .......… 31 門彈簧特性曲線與氣門慣性力曲線的配合 ……… ..…… .… ....…… 32 門彈簧的有關(guān)計(jì)算 …………………………………… ..…… ........................…… 33 簧的最大彈力 . ................................................................................................... 彈簧最小的彈力 . ...................................................................................................彈簧的剛度 .............................................................................................................. 彈簧變形 ..................................................................................................................... 內(nèi)、外彈簧之間的負(fù)荷分配 . .......................................................................... 內(nèi)外彈簧的剛度 .................................................................................................. 彈簧的尺寸 ............................................................................................................. 提高氣門彈簧疲勞強(qiáng)度的措施 .. ......…… … ……… …………… … 37 氣機(jī)構(gòu)建模設(shè)計(jì) … ……………………………………………………… ....... .作裝置零件建模 …………………………...……………………………… . ..……..… 38 門的建模 ………………… ……………..…………………………………… ...…... 38 簧壓帽的生成 ……………………………… ……………………….. .....……………… 40 體的生成 .. ..........................……… .…… ……… ……… … .............………… ..… 42 配部件的裝配生成 ……………………………………… ..…… ..………………… 氣機(jī)構(gòu)仿真設(shè)計(jì) ………………………………………………………… ....述 …………………………...……………………………… . ..………… . ..………… .…. 45 輪配氣結(jié)構(gòu)的機(jī)械運(yùn)動仿真 ………………… ……………..……… ...…... 46 …………………………………………… ……………………………………… .......... 致謝 ……………………………… ...................................................................................………… … 48 頂置式四缸凸輪配氣機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 概述 1、 配氣機(jī)構(gòu)的作用：它是完成換氣過程，根據(jù)發(fā)動機(jī)氣缸的工作循環(huán)次序，定時地開啟和關(guān)閉進(jìn)、排氣門，不斷地用新鮮的氣體來交換氣缸內(nèi)上一循環(huán)的的廢氣 。氣門的布置型式方式有頂置式和側(cè)置式，如圖 1 圖 1門的布置型式方式 2、配氣機(jī)構(gòu)的要求： 對于一個正常工作的配氣機(jī)構(gòu)具有如下的要求： ① 振動、噪聲較小，且工作可靠和耐磨。 ② 進(jìn)、排氣門的時間充足，泵氣損失小，配氣正時恰當(dāng)，在排氣過程中能較好的排出廢氣，進(jìn)氣過程中能吸入較多的新鮮空氣，因而使發(fā)動機(jī)具有較高的充量系數(shù)和合適的扭矩特性。 ③ 結(jié)構(gòu)簡單、緊湊。 ④ 為了減輕慣性負(fù)荷，使配氣機(jī)構(gòu)運(yùn)動零件的質(zhì)量減到最小。 3、 配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的 計(jì)算參數(shù)確定： 從確定氣門座處的通過截面 及確定喉口流通截面 始。氣閥處的流通截面積根據(jù)氣體不可壓縮連續(xù)流動的條件確定，也即在額定轉(zhuǎn)速 門最大升程時，按氣門座截面處假 設(shè)的平均速度來確定。 已知：氣缸直徑 D=95， 氣道喉口的最大直徑 D，配氣機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)方案以及燃燒是的形式都已給定的情況下，氣門布置在氣缸上可能性的限制。進(jìn)氣門 數(shù)值應(yīng)大于下列規(guī)定的范圍： 采用氣門頂置式： Dd r ， 則可以得到：)dr 根據(jù)柴油機(jī)的 195擇 36排氣門的氣道喉口的直徑，通常取得比進(jìn)氣門的氣道喉口直徑小 10%~~20%，氣閥升程 有圓錐密封面之氣門的流通截面為： ? ?nF k n 2c i nc ?? ? 式中 a— 氣門頭斜面角（現(xiàn)代發(fā)動機(jī)上， a=45度 ); 門的升程，取值一般是氣門頭的 25%左右，氣 門頭的直徑是 則： 10以 : ? ?nF k n 2c i nc ?? ? =10π（ 35*0*=865 行校核： ∵ .2)038) 取 1000口的直徑為： 143 ./4 =36喉口的直徑經(jīng)校核取值正確。 凸輪軸的布置型式： 1、 下置：凸輪軸正時齒輪直接與曲軸正時齒輪嚙合。 2、 中置：推桿短，要加入中間傳動裝 置。 3、 上置：凸輪軸通過搖臂或直接來驅(qū)動氣門，要用惰輪、皮帶、鏈條，及張緊裝置。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，用于高速強(qiáng)化的轎車發(fā)動機(jī)。 1、 凸輪軸設(shè)計(jì)的要求： 1） 從柴油機(jī)的總體布局來設(shè)計(jì)凸輪的允許彎曲變形，合理的計(jì)算出支撐它的軸頸數(shù)目，軸頸的直徑、和凸輪軸的最小直徑尺寸。 2）選擇合理的材料和熱處理工藝，使它不僅有足夠的剛度與韌性，而且要使凸輪和支撐軸的表面有合理的硬度，具有較好的耐磨性。 3）正確的設(shè)計(jì)進(jìn)排氣凸輪的位置，實(shí)現(xiàn)配氣正時，使柴油機(jī)正確的按照一定規(guī)律運(yùn)轉(zhuǎn)。 2、 凸輪軸的 結(jié)構(gòu)： 195B 柴油機(jī)是小功率柴油機(jī)，它的結(jié)構(gòu)較緊湊，這種結(jié)構(gòu)都是將凸輪軸從機(jī)體一端插入的，所以將它的兩個支撐軸頸加工的尺寸大小是不同，前端的支撐軸頸尺寸大，后端的小些，而且前端軸頸的尺寸必須大于凸輪軸的高度，這樣便于安裝。軸頸上安裝滑動軸承。 3、 凸輪軸的選材： 因?yàn)橥馆嗇S要承受一定的機(jī)械強(qiáng)度，必須要有足夠的強(qiáng)度和韌性，同時還應(yīng)具有一定的耐磨性，才能讓發(fā)動機(jī)在正常的工況下工作，選擇碳鋼，一般選擇 45鋼就可以滿足要求了。 4、 凸輪軸的支承軸頸軸承的材料： 195得知，采用鐵基粉末冶金，它的型號： 195— 01018 內(nèi)徑 外徑 寬度 前端 40 47 27 后端 28 35 26 5、 凸輪軸的定位方式： 定位的原因 :由于汽車的上下坡和在加速的過程中，都可能使凸輪軸發(fā)生軸向的竄動。為了防止由此引起的對配氣定時的不良影響，需要采用軸向定位措施。對于 195 6、 凸輪軸的最小直徑確定： 凸輪軸的最小尺寸可以按照下面的公式： （ 2~4）（ 上式中的 ，由表可知： b=2（ 2~4） =（ 2~4） =（ 25~27） 當(dāng)轉(zhuǎn)速較高時，支承軸頸間距離較大、凸輪上受力較大時取上限值。 凸輪軸支承軸頸與軸承孔德徑向間隙一般在 圍內(nèi)，圖 6 圖 6凸輪軸 8、凸輪軸的損壞形式： （ 1） 支承軸頸的磨損。 （ 2）凸輪表面的磨損、刮傷和點(diǎn)蝕 。 9、凸輪軸的熱處理 工藝： a 滲氮； b 滲碳； c 機(jī)械加工； d 機(jī)械加工； f 高頻淬火（回火）； 10、凸輪軸的計(jì)算： 根據(jù)氣門彈簧和配氣的計(jì)算：配氣機(jī)構(gòu)運(yùn)動零件的質(zhì)量 15g， 5g ，凸輪尺寸 38 搖臂尺寸： 6 L=32 凸輪軸的角速度ω =115s 彈 簧的最小彈力是 P=239牛頓，進(jìn)氣么的喉口直徑 d=36 從排氣門作用到凸輪上的最大的力為： 2（ " ]r+ =[239+4x（ x 610 2+374x 215 x（ 138— x 610? =2539 牛頓 注： 式中的6 2進(jìn)氣門直徑 帕，是由指示功圖而確定 '0p=帕 ） x（ 2) +99=374g 'nm=2120x 246 /3x 232 =81g 凸輪軸的彎曲量： Y=032(*95*10*6* 445224422m a x ??? =中 E=510 兆帕 —— 鋼彈性模量 ; L=a+b=26+70=96 根據(jù)結(jié)構(gòu)總體布置來?。? 22 0 ???? 0?? —— 軸的外徑，則選取時要考慮利用軸的外徑向凸輪供給潤滑油和保持軸具有足夠的剛度。 擠壓應(yīng)力： ? ?1m a x /4 1 8.0 ? = ?0 5 7 0* 0 2 4 1 =255兆帕 式中 ： 5凸輪的寬度 結(jié)合凸輪軸的計(jì)算數(shù)據(jù)，作出如下的軸的彎矩扭矩圖 根據(jù)凸輪軸可知其危險截面為軸承一所在支點(diǎn)處截面，根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況，可知該凸輪軸為傳動軸，主要承受扭矩。則按扭矩強(qiáng)度條件計(jì)算?？紤]還受有不大的彎矩，則用降低許用扭矩切應(yīng)力的方法予以考慮 軸的扭矩強(qiáng)度條件為： ? ?? ??? 5 0 0 0 0 式中： T? — 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為 Ｔ — 軸所受的扭矩，單位為 ； 軸的抗扭截面系數(shù)，單位為 n — 軸的轉(zhuǎn)速，單位為 r/ Ｐ — 軸傳遞的功率，單位為ＫＷ； d— 計(jì)算截面處軸的直徑，單位為 ?T? — 許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為? ?T? 值為２５－４５ 而通過對軸的計(jì)算， ＝ ? ? ?T? ,故軸的扭轉(zhuǎn)條件符合要求。 進(jìn)行校核時，通常只校核凸輪軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面）的強(qiáng)度，由此軸的彎扭圖可知，其危險截面為軸承一所在支點(diǎn)處截面，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)書中式（ 15 及上表中的數(shù)值，并取 ，軸的計(jì)算應(yīng)力 22() ?? ＝ 2231 8 1 7 0 0 ( 0 . 3 1 9 2 0 0 0 )0 . 1 6 5???7?0? 以選定的軸的材料是４５號鋼，調(diào)制處理。由表 15得 ? ?1??＝ 60 安全。 凸輪軸的扭轉(zhuǎn)變形用每米長的扭轉(zhuǎn)角 ? 來表示 ? ＝4115 . 7 3 1 0 I??? ??? ?式中：Ｔ — 軸所受的扭矩，單位為 N Ｇ — 軸的材料的剪切彈性模量，單位為 對于鋼材，Ｇ＝ 軸截面的極慣性矩，單位為 對于圓軸， Ｌ — 階梯軸受扭轉(zhuǎn)作用的長度，單位為 m. ??? , — 分別代表階梯軸第 ? 段上所受的扭矩、長度和極慣性矩，單位同前 Ｚ — 階梯軸受扭轉(zhuǎn)作用的軸段數(shù) 綜合上式計(jì)算出 ； ??? 為軸每米長的允許扭轉(zhuǎn)角，與軸的使用均合有關(guān)，對于一般的傳動軸，可取 ??? ＝ m/)(? ；對于精密傳動軸可取 ??? ＝? ? m/? 。對于精度要求不高的軸， ??? 可大于 m/)(1 ? 。顯然對于本設(shè)計(jì)中所涉及的軸為一般的傳動軸， ?? ??? ，符合扭轉(zhuǎn)剛度要求。 綜上所述，設(shè)計(jì)的軸滿足工作要求。 2、 氣門的設(shè)計(jì) ： 1、 氣門設(shè)計(jì)的基本要求 ： ① 材料方面 ： 氣門的工作溫度是決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，韌性以及表面硬度。由于排氣門錐面磨損通常為腐蝕磨損，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(jìn)氣門錐面多屬磨損摩擦，因此進(jìn)氣門側(cè)重于耐磨。 ② 機(jī)構(gòu)方面 要求結(jié)構(gòu)簡單、便于加工，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(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)的一個重要方面 。排氣門是氣門組中 的高溫零件， 25%的熱量經(jīng)氣門導(dǎo)管導(dǎo)出，氣門頭部 75%左右的熱量經(jīng)氣門座導(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。 ④ 氣門室配氣機(jī)構(gòu)從凸輪開始的整個運(yùn)動鏈中的末端零件 。它的運(yùn)動受到凸輪廓線、挺柱、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?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。 2、 氣門的工作條件分析 ： 氣門室發(fā)動機(jī)的重要零件之一。工作時需要承受較高的機(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 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/ 右，而沖擊負(fù)荷一般為 ；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。 3、 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)動機(jī)的選材：進(jìn)氣門的材料用 40氣門的材料用 40 氣門選擇材料的方法：（ 1）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 國產(chǎn)奧氏體鋼4泛用作機(jī)車和大型載重汽車的柴油機(jī)排氣 門。 （ 2） 馬氏體鋼 一般氣門中采用鐵素體合金鋼，氣碳含量在 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，滑動性好，在工作溫度超過 650 排氣門上廣泛應(yīng)用，如 44。但在強(qiáng)化程度較高的發(fā)動機(jī)上，由于熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)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?焊或閃光焊來堆焊。堆焊氣門設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是正確地焊接部位。應(yīng)該從以下兩個方面來考慮： 1）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界面與導(dǎo)管下端相齊或略高為宜； 2）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)。 國產(chǎn)常用氣門鋼的化學(xué)成分以及機(jī)械性能見下表： 當(dāng)氣門錐面僅耐磨蝕及耐磨性不能滿足需要時可采用堆焊。堆焊錢先把氣門錐面加工出半圓形環(huán)槽，槽的深度由實(shí)驗(yàn)選定，注意不要過分削弱氣門本體強(qiáng)度，然后再堆焊金屬焊上。焊接方法有手工焊、等離子焊高頻冷凝焊等。為了使奧氏體鋼氣門桿端面耐磨也可采用堆焊或焊上一小段馬氏體鋼。用作柴油機(jī)排氣門和增壓柴油機(jī)進(jìn)氣門堆焊的材料，目前多數(shù)是鉆基硬質(zhì)合金，其材料成分： 4、 氣門頭的設(shè)計(jì) ： （ 1）氣門頭部的形狀： 氣 門頭部的形狀除了影響氣體的流通特性之外，還會影響到氣門的剛度、重量、導(dǎo)熱性能以及制造成本等，同時也關(guān)系到氣門的使用期限。因此根據(jù)不同發(fā)動機(jī)的不同情況進(jìn)行具體的分析，然后確定合理的方法。根據(jù) 195B 柴油發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)采用平底型氣門。因?yàn)檫@種氣門的結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好、受熱面小，具有一定的剛度，基本上式滿足進(jìn)排去的要求。這種型號在各類柴油機(jī)得到了廣泛的運(yùn)用。下圖是平底型氣門的示意圖： （ 2） 氣門錐面斜角： 在氣門開啟初期及接近關(guān)閉時，氣門錐面斜角 ? 的大小對于氣體的流通斷面有較大的影響。這時的流通斷面大致與斜角 ? 的余弦成正比。此外，氣門與氣門座之間的單位壓力隨斜角的增加而增大，而氣門與氣門座之間的相對滑移則隨斜角的減小人減小，因此氣門 ? 的確定必須根據(jù)發(fā)動機(jī)的綜合情況而定，對于 195Ｂ柴油發(fā)動機(jī)的氣門斜角都是４５度。 （ 3）氣門頭部的直徑： 增大進(jìn)、排氣流通截面是減少進(jìn)、排氣阻力，提高進(jìn)氣量的途徑，同時氣門頭部直徑的選擇還要考慮到燃燒室的形狀，氣缸蓋進(jìn)、排氣門的布置，氣道之間冷卻水套的設(shè)計(jì)以及氣門受熱和冷卻的均勻性等因素。綜上的條件 195氣門的直徑 42和 36 （４）氣門頭部厚度及錐面寬度： 氣門頭部厚度Ｔ的設(shè)計(jì)，主要是從氣門的剛度來考慮，氣門在燃燒壓力的作用下會引起變形，變形過大會使氣門的密封性下降，錐面磨損加劇。由于頭部厚度Ｔ對氣門的剛度影響比頸部圓?。乙蟮枚?，因此當(dāng)需要增加氣門剛度時首先考慮增加 頭部的厚度。如果還受到氣門質(zhì)量的限制，則常用適當(dāng)減小頸部圓弧半徑來得到彌補(bǔ)。厚度Ｔ與氣門頭部的外徑有一定的比例，一般 （０．１０～０．１２）＊３６＝（３．６～４．３２）ｍｍ —— 排氣門； Ｔ＝（０．１０～０．１２）Ｄ （Ｄ是氣門頭部的直徑） １９５Ｂ柴油機(jī)的頭部厚度：（０１．０～０．１２）＊４６＝４．２～５．０４） —— 進(jìn)氣門； 氣門錐面的寬度ｂ與厚度Ｔ有關(guān)，一般ｂ＝（０． 9～１． 。當(dāng) ? ＝４５度時，ｂ＝（０．９～１ ．５）Ｔ 對于１９５ Ｂ柴油機(jī)的氣門錐面寬度 b=（ * —— 進(jìn)氣門（上式中 T 取 b=（ *4=(.2) 排氣門（上式中 注意事項(xiàng)：并不是所有的 正起到密封的是一條位于寬度封帶的寬度 門的大部分熱量是通過這條密封帶傳出去的，密封帶較寬則傳熱的效果就較好，氣門的工作溫度就較低，但氣門的密封性就較差。反之，密封帶太窄，雖然密封性較好，但散熱不良，且接觸壓力較 大，會加速氣門的磨損，因此需綜合這兩個方面的因素來選取氣門密封帶的寬度，其寬度一般取 195過查表是 5、 氣門桿的設(shè)計(jì) ： （ 1）氣門桿的結(jié)構(gòu)： 氣門桿通常是做成實(shí)心的，但為了減輕質(zhì)量，對于高速發(fā)動機(jī)，它的溫度很高，將氣門桿做成空心，并在排氣門桿內(nèi)充油金屬鈉進(jìn)行冷卻以降低熱負(fù)荷，于 195B 柴油機(jī)為了考慮到它的成本問題，于是就直接將它設(shè)計(jì)成實(shí)心氣門桿。 （ 2）氣門桿長度 L: 氣門桿長度決定于氣缸蓋和氣門彈簧的設(shè)計(jì)，一般總希望 短些，以便降低發(fā)動機(jī)的總高度，減小氣門的質(zhì)量，通常 L=（ D， D 是氣門的頭部直徑。195B 柴油機(jī)的 L=（ *42=（ 105~147） 3） 氣門桿頸：氣門桿頸的選擇決定也排氣所需的耐久性，增加桿頸有利于氣門的熱量逸散。桿頸的選擇還決定于它在導(dǎo)管中運(yùn)動時側(cè)向力的大小。氣門通過凸輪挺柱和搖臂來驅(qū)動時，桿部受到的側(cè)向力就比較小。氣門桿頸加大會引起質(zhì)量的增加，工作時的慣性力增加，落座時沖擊負(fù)荷增加的一系列問題。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，氣門桿頸可取頭部外徑的（ 16~25） %?？紤]到加工和維修的方便，一 般進(jìn)排氣門桿頸取相等。 195B 柴油機(jī)的氣門桿直頸：（ 16~25） % *42=（ （ 4）氣門桿表面的熱處理工藝： 要經(jīng)過淬火處理，要求的硬度不小于 能滿足其工作的條件。 （ 5）氣門桿與彈簧的鎖緊： 為了防止氣門彈簧和氣門鎖夾斷裂時氣門落入氣缸從而引起嚴(yán)重的事故，可以在鎖夾槽的下部增一凹槽，然后嵌入彈簧圈，凹槽的位置應(yīng)能保證氣門的下落量只比氣門最大升程大 1~2可以。如下圖 195 B 柴油機(jī)的鎖緊的組合圖 : 1— 氣門 2— 鎖夾 3— 彈簧座 4— 氣門彈簧 二、 氣門旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) ： （ 1） 氣門旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的作用： 讓氣門在工作過程中產(chǎn)生均勻、緩慢的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，使氣門溫度均勻也可將錐面及氣門桿上的積碳檫掉，以改善氣門桿的潤滑條件，從而改善氣門座及導(dǎo)管的導(dǎo)熱性。 （ 2） 氣門旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的形式： 有兩種結(jié)構(gòu)形式：，一、強(qiáng)制式旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 二、松開式旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)強(qiáng)制式旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。 195B 型柴油機(jī)采用的是下置強(qiáng)制式旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。如圖 : 它在工作時氣門的旋轉(zhuǎn)時通過蓋盤、氣門 彈簧、彈簧上座和鎖夾來傳遞的。 （ 3）注意事項(xiàng)： 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速除了取決于結(jié)構(gòu)因素外，還受到蝶形彈簧特性的影響，一般的講，蝶形彈簧剛度增大則轉(zhuǎn)速下降，反之，轉(zhuǎn)速增加。在其他氣門啟閉時間不要旋轉(zhuǎn)，否則會加劇氣門錐面的磨損。 三、 氣門座圈的設(shè)計(jì) ： （ 1） 氣門座圈的作用 : 以一般材料鑄造的汽缸蓋，當(dāng)氣門座不能滿足耐沖擊、耐腐蝕和熱硬度時，為延長氣門和氣門座的使用期限，就需要采用氣門座。 （ 2）氣門材料：氣門溫度工作溫度一般在 200~300 度之間，對座圈材料的要求為：熱膨脹系數(shù)與氣缸蓋材料接近，在工作溫度下有一定的強(qiáng)度、硬度和耐蝕性，并有較好的導(dǎo)熱性和切削性能。常用的座圈材料為合金鑄鐵，球墨鑄鐵 2。氣門座圈的材料與硬度必須與氣門錐面的硬度相適應(yīng)。對與 195B 氣門的材料選擇為 2。 （ 3）氣門座圈的結(jié)構(gòu)：氣門座圈是一個金屬環(huán)狀，它是通過壓入氣缸蓋的，在現(xiàn)代的柴油機(jī)的進(jìn)、排氣門口一般都壓入座圈，這樣既可延長氣門和氣門座的使用期限，又便于維修，但也增加了制造成本，特別是影響了排氣門熱量的傳出，從而使排氣門溫度增高，實(shí)驗(yàn)表明，排氣門裝有座圈時，氣門 溫度可能增高40~65 于 195 B 柴油機(jī)的氣門座圈也是通過壓入的方法將它給壓入氣缸蓋的。 （ 4）氣門座圈變形的原因：發(fā)動機(jī)工作時由于氣門壓力與熱負(fù)荷引起氣門座圈的瞬時扭矩變形，該變形會引起氣門的密封和導(dǎo)熱，使氣門溫度升高，并在氣門頸部產(chǎn)生彎曲應(yīng)力。 （ 5）氣門座圈的過盈配合注意事項(xiàng)：氣門座圈必須與氣缸蓋配合良好，不允許出現(xiàn)松動、脫落現(xiàn)象，因此要合理與慎重的匹配的材料以及它們之間配合公差、應(yīng)該指出的是，如果增大過 盈量的方法來阻止座圈的脫落時不合適的。因?yàn)檫^盈過大會使座圈的壓縮應(yīng)力過高，如超過材料的彈性極限，則出現(xiàn)塑性變形，座圈反而會脫落。正確的過盈量見表： 序號 氣門座圈外徑（ 過盈量（ 1 25~60 50~75 75~100 6）氣門座圈高度 h 與壁厚 V 的設(shè)計(jì)：H=（ 8~15） % ） =（ %*D=（ *40=（ ） 式中 D 是氣門座圈的內(nèi)徑； （ 7）氣門斜角： 氣門座圈的斜角常設(shè)計(jì)的比氣門斜角大（ ） 0 c，這樣可使氣門和氣門座的外邊緣在理論上形成先接觸提高其的密封壓力，從而使壓力更均勻地分布。195B 柴油機(jī)的 斜角同樣也是按照此公式計(jì)算的。但是值得注意的，千萬不能是氣門斜角大于座圈斜角，如果那樣的話，在氣門落座時使形成噴口，使氣流以很高速度流出，從而加速錐面的燒損和侵蝕。 四、 氣門導(dǎo)管的設(shè)計(jì) ： （ 1）氣門導(dǎo)管工作的條件：氣門桿工作時在導(dǎo)管中滑動，使導(dǎo)管承受側(cè)向壓力，并且氣門的部分熱量也從導(dǎo)管散除。導(dǎo)管與氣門這對摩擦副由于靠近氣門頭部，所以溫度較高，潤滑油易結(jié)碳，但供給摩擦副的潤滑油又不能過多，以免流入燃燒室中，因此，要求導(dǎo)管在潤滑條件較差的情況下能耐磨。 （ 2）氣門導(dǎo)管的材料：氣門導(dǎo)管與氣門桿的匹配應(yīng) 有較好的滑動性，即使在潤滑條件較差的情況下頁要可靠地工作。今年來廣泛采用鐵基粉末冶金來制造導(dǎo)管，它的特點(diǎn)具有磨損笑，工藝性好，造價低的優(yōu)點(diǎn)。 195B 柴油機(jī)就是用的這種材料。 （ 3）氣門導(dǎo)管外形及結(jié)構(gòu)：導(dǎo)管的外表面一般都設(shè)計(jì)成光滑的圓柱形，沒有任何臺階，以便無心磨床加工制造。導(dǎo)管的長度，取決于氣缸蓋的布置，只要條件允許，應(yīng)盡可能的長些，最好不要小于氣門桿直徑的 6 倍，以減小氣門對導(dǎo)管的側(cè)壓力，并有利于氣門的導(dǎo)向和散熱。氣門導(dǎo)管的受熱端盡量靠近氣門頭并創(chuàng)造良好的冷卻條件，這對于降低排氣門的溫度是有利的，為此 可以在排氣道內(nèi)鑄一平臺，并使冷卻水道盡量靠近凸臺，但這個凸臺絕不能與氣門頭過盈或者鑄的太大，以致有礙于氣體的排出。如圖： （ 4） 氣門桿與導(dǎo)管的配合間隙：氣門導(dǎo)管與氣門桿的配合間隙應(yīng)認(rèn)真選擇，間隙過大則散熱不良，同時氣門在導(dǎo)管中容易擺動、沖擊，使其和氣門座磨損不均勻而漏氣、漏油，這種滲漏甚至使氣門頭燒損。間隙過小對氣門座偏心的補(bǔ)償能力下降，還會因氣門桿受熱而卡在氣門導(dǎo)管中。進(jìn)、排氣門工作的條件不同，所以各自的間隙也是不同，一般進(jìn)氣門取進(jìn)氣門桿的 氣門取排氣門桿直徑的 。對與 195B 柴油機(jī)的間隙： 10*（ =（ 氣門表面的強(qiáng)化處理： 1、滾壓 2、滲鋁 3、鍍鉻 4、氮化 5、表面淬火 。 （ 5） 導(dǎo)管外徑與氣缸蓋導(dǎo)管孔的間隙選擇：。 五、 氣門的主要損壞形式和預(yù)防措施 （一） 排氣門的燒損 一、 排氣門的燒損的原因： ① 燃燒殘?jiān)练e在錐面，不能自行排出，使氣門與氣門座之間的導(dǎo)熱性變壞，造成錐面局部溫度升高，促使氣門材料燒損。 ② 材料的高溫耐蝕性不夠 ③ 氣門座由于熱應(yīng)力 或裝配不當(dāng)產(chǎn)生扭曲，在高溫和氣體壓力作用下氣門頭部變形，因而造成氣門漏氣。 二、預(yù)防的措施： ① 在氣門錐面堆焊基合金。 ② 適當(dāng)?shù)脑黾託忾T頭部厚度，借以減少氣門在工作時的變形和在頭部邊緣的熱積蓄。 ③ 改善冷卻水道的布置，適當(dāng)?shù)脑黾託忾T座圈的接觸高度，以利充分散熱，降低氣門的工作溫度。 ④ 采用氣門選裝機(jī)構(gòu)。 ⑤ 選擇在高溫下耐腐蝕性好的材料。應(yīng)考慮柴油中含硫、重油中含釩的影響。 （二） 氣門斷裂 (一 ) 氣門斷裂的主要原因： ① 氣門座扭曲變形或氣門座與導(dǎo)管中心線偏移量過大，使氣門落座時在頸部產(chǎn)生彎曲應(yīng)力。 ② 提高發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速后，陪氣 機(jī)構(gòu)沒有作改進(jìn)，氣門承受的沖擊和振動過大，或發(fā)動機(jī)的溫度過高 ③ 氣門在導(dǎo)管內(nèi)卡住，活塞與氣門相碰撞 ④ 鎖夾槽處過渡處圓角太小，甚至留有切削裂紋 ⑤ 頸部的鍛造裂紋沒有消除 ⑥ 氣門材料熱處理不當(dāng)，致使材料強(qiáng)度過低。 （二）預(yù)防措施 由于氣門的斷裂是設(shè)計(jì)和加工工藝兩個方面的原因，因此需針對損壞原因加以解決。設(shè)計(jì)的合理性應(yīng)通過必要的措施與計(jì)算，對氣門的運(yùn)動規(guī)律及受力進(jìn)行分析來考核。工藝方面主要是應(yīng)嚴(yán)格控制熱加工、熱處理的規(guī)范以及機(jī)械加工的精度。 （三） 氣門頭部裂紋和碎落 （一）主要原因： 1) 高 溫疲勞，由于氣門座圈變形，當(dāng)氣門落座之后在氣缸壓力作用下使氣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(kuò)大即可整塊金屬從氣門頭部碎落下來。 2) 由于材料質(zhì)量或鍛造工藝不合理，在鍛造時產(chǎn)生細(xì)小的裂紋，沒有檢查出來。 （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(shí)驗(yàn)，嚴(yán)格掌握，特別是用電鍍加熱尤其注意。 ② 提高裝配時氣門錐面與氣門座的 位置精度 ③ 選用高溫強(qiáng)度特別是蠕變強(qiáng)度的材料 ④ 采用合理的圖輪廓線等設(shè)計(jì)方法，防止氣門落座時過大的沖擊和反跳。 此外，當(dāng)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。 1、 氣門彈簧的設(shè)計(jì)要求 ： （ 1）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(yùn)動學(xué)關(guān)系；（ 2）要使氣門在氣門座 上嚴(yán)密的配合和在挺柱沿著基圓0 要保證氣門嚴(yán)密配合： 對于排氣門 )( "m i n o ?式中 — N）； —2 " 排氣管的壓力和在進(jìn)氣時氣缸內(nèi)的壓力，（ 柴油機(jī)的壓差為 帕。 在氣門機(jī)構(gòu)零件之間運(yùn)動 學(xué)的關(guān)系保證在： 2式中 K— 儲備系數(shù)（對柴油機(jī)機(jī)械離心式調(diào)速器時，去K=化油器式發(fā)動機(jī)取 K= 2在挺柱負(fù)加速運(yùn)動時，換算到氣門一邊的機(jī)構(gòu)慣性力， N。 2、 氣門彈簧的作用 ： （ 1）氣門開啟時，使氣門準(zhǔn)確的隨凸輪運(yùn)動。 （ 2）氣門關(guān)閉時，確保氣門和氣門座的閉合密封。 3、 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，故需細(xì)心設(shè)計(jì)，才能使其長期安全地工作。氣門彈簧一旦斷裂會造成非常嚴(yán)重的發(fā)動機(jī)事故。而氣門彈簧的設(shè)計(jì)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(qiáng)度，制造上應(yīng)保證一定的精度并且盡力地避免各種缺陷。 4、 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(jī)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 圍內(nèi)，彈簧旋繞比 一般為 6~9（ 2D 為彈簧的中徑）上圖為 195 柴油機(jī)的氣門彈簧工作 圖 5、 氣門彈簧的選材 ： 在彈簧設(shè)計(jì)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、 ）、 65 50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(jī)的氣門彈簧用的就是冷拉鋼絲。冷拉鋼絲有較高的抗拉強(qiáng)度（鋼絲的直徑越小，強(qiáng)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(jī)使用，對于油淬火 — 鋼絲的強(qiáng)度與鋼絲直徑關(guān)系不大，與冷拉鋼絲相比較，直徑在 3們的彈性極限大致相同，小于此 直徑的，冷拉鋼絲強(qiáng)度高，相反的，油催化 — 回火鋼絲強(qiáng)度高。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。對于各種彈簧材料適用的最高工作溫度見下表： 材料名稱 最高的工作溫度（ 碳素彈簧鋼絲和 65簧鋼絲 120 油淬火 — 回火碳素彈簧鋼絲 150 50簧鋼絲 210 6、 氣門彈簧特性曲線與氣門慣性力曲線的配合 ： 在設(shè)計(jì)時首先作出氣門升程曲線和發(fā)動機(jī)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(jī)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(shí)際慣性力應(yīng)與加速度方向相反），由氣門運(yùn)動規(guī)律測試表明得到，實(shí)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。初選 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 `1c 點(diǎn)引水平線盒垂直線，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了 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。 7、 氣門彈簧的有關(guān)計(jì)算 ： 已知：凸輪軸的轉(zhuǎn)速 ?np 分，和凸輪軸的角速度x /115? ，進(jìn)氣門的最大升程 進(jìn)氣門喉口直徑 ，圓 弧 凸 輪 線 的 尺 寸 ： ,7, 3 8,15m a ????r a ??? ， 彈簧的材料采用彈簧鋼， 1?? =35 兆帕 500?? 。 （ 1） 彈簧的最大彈力 ： 2m a x ? 832/10*2 9 3*46* 9 5 32?? 式中 K= 彈簧儲備系數(shù)； 2)(31 ????? =130+ 407531 ?=195 —— 換氣到氣門一邊的氣門機(jī)構(gòu)總重量 30g —— 氣門的質(zhì)量， . ?=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/( 22'=120* )(20 22 =120g—— 搖臂質(zhì)量。 （ 2） 彈簧的剛度 ： C= 2=195*2293 * 610? /n/m （ 3） 彈簧最小的彈力 ： )( 220m ??=195*62 10*293 ? /239N （ 4） 彈簧變形 ： 1） 預(yù)壓縮變形量 ： )(20? =（ *） 總變形量 ： m a xm i nm a x ?= 5） 內(nèi)、外彈簧之間的負(fù)荷分配： 1） 外彈 簧： 56448m a x.m a xm a x. ?????i n.m i nm i n. ????? 2） 內(nèi)彈簧： m a x.m a x. 35.0 P ?=48 = 9*i nm i n. ??? 6） 內(nèi)外彈簧的剛度： m a xm a x. / =291* 33 10*0 ?? =m 0*33m a xm a x.. ??? ??????根據(jù)以求得的值 ： m a x.m a x.m a x ?m i n.m i nm i n ? （ 7） 彈簧的尺寸 ： A、 彈簧的平均直徑： 28. ? 9. ?B、 彈簧鋼絲直徑 : . ??. ??C、 彈簧的工作圈數(shù)： 0*269*643 .m a x.m a . ??? ? 0*145*643 .m a x.m a ???? 式中 G= 鋼絲剪切彈性模量 D、 彈簧總?cè)?shù) : ???????? F、 氣門關(guān)閉時彈簧的長度： a xm i ???? 、 氣門全開時彈簧的長度 : m i n...m i n ??? =m i n...m i n ??? =n ? H、 自由彈簧的長度： a xm i n. ????? m a xm i n. ?=、 彈簧的最大和最小應(yīng)力： 1） 外彈簧 3 ..m a x.`m a x 8k ??? ? = 8 0*2