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曲柄连杆机构第1章  绪论 1.2配气机构 1.1.1配气机构的结构 一、概述 第一、配气机构的作用 配气机构的作用是:按照发动机各缸的做功次序和每一气缸工作循环的要求,定时开启和关闭各气缸的进、排气,配合发动机各缸实现进气、压缩、做功和排气的工作过程。 配气机构的工作性能好坏,对发动机有重要影响。要求配气机构的气门要关闭严密,开启及时,开度足够。如果气门关闭不严,在压缩行程会漏气,造成气缸压力不足和燃气质量损坏;在做功行程会泄压,使燃气压力降低。如果气门开闭不及时或开度不够,则会使进气不充分,排气不彻底。上述情况都会严重影...

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第1章  绪论 1.2配气机构 1.1.1配气机构的结构 一、概述 第一、配气机构的作用 配气机构的作用是:按照发动机各缸的做功次序和每一气缸工作循环的要求,定时开启和关闭各气缸的进、排气,配合发动机各缸实现进气、压缩、做功和排气的工作过程。 配气机构的工作性能好坏,对发动机有重要影响。要求配气机构的气门要关闭严密,开启及时,开度足够。如果气门关闭不严,在压缩行程会漏气,造成气缸压力不足和燃气质量损坏;在做功行程会泄压,使燃气压力降低。如果气门开闭不及时或开度不够,则会使进气不充分,排气不彻底。上述情况都会严重影响发动机的功率,甚至使发动机不能启动。 第二、配气机构的组成 配气机构由气门组和气门传动组组成。气门组用来封闭气缸的进、排气道口;气门传动组使气门打开和控制开启与关闭的时刻及开启与关闭的规律。 图2所示为下置凸轮轴的顶置气门式配气机构的结构。气门组主要包括气门、气门导管、汽门弹簧、气门弹簧座等。气门传动组主要凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂轴、摇臂及气门间隙调整螺钉等组成。 汽门弹簧的上端抵在弹簧座上,下端抵在气缸盖上,弹簧座的倒锥形内孔中,安装着两片外表面也呈同样倒锥形的锁片,其内孔凸肩卡在气门尾部的环形凹槽中,弹簧经压缩后,安装于图示位置,弹簧向上的弹力通过弹簧座、锁片、气门杆,使气门头向上紧压在气门座圈上。 摇臂轴通过支架固定于气缸盖上平面上,摇臂套装在摇臂轴上,可绕摇臂轴转动。摇臂的长臂端与气门杆尾部接触,短臂端装有气门间隙调整螺钉。凸轮轴安装在气缸体的一侧,由曲轴通过曲轴正时齿轮、惰轮、凸轮轴正时齿轮驱动(汽油机一般无惰轮)。杯装挺柱装在气缸体的挺柱导向孔内,下端面与凸轮轴上的凸轮接触。推杆上端与调整螺钉接触,下端与挺柱接触。 2、气门间隙 当配气凸轮的圆柱面(基圆)部分与挺柱接触时(图3-14)气门处于关闭状态。如果此时从凸轮基圆到气门之间没有间隙,冷态时气门尚可关闭严密,但当发动机起动后温度升高,气门及传动件受热膨胀伸长,便会把气门顶开,使气门关闭不严。为此,应于冷态时凸轮基圆面到气门杆端面之间留有供气门供机件热膨胀用的间隙,以确保气门关闭严密,此间隙称为气门间隙,即图3-14中?。 气门间隙的大小因机型而异。通常进气门间隙为0.25~0.30 mm ;排气门间隙为0.30~0.35 mm。 气门间隙的大小可用塞尺测量。因磨损等原因,在发动机使用过程中,气门间隙的大小会发生变化,因此设有气门间隙调整螺钉或调整垫块等气门间隙调整装置(图3-14)。 第一、气门组 如图3-18所示,气门组主要包括气门、气门座、气门导管、气门锁片、气门油封及气门弹簧等。 (1)气门  气门分为进气门和排气门两种,其作用是密封进、排气道。 气门由头部和杆身两部分组成(图3-17)。头部用来封闭进、排气道,杆身用来在气门开闭过程中起导向作用。气门头部与具有腐蚀介质的高温燃气接触,并在关闭时承受很大的落座冲击力。气门杆身润滑困难,处于半干摩擦状态下工作。由于气门的工作条件很差,要求气门材料必须有足够的强度、刚度、耐高温、耐磨损。进气门一般采用中碳合金钢,排气门多采用耐热合金钢。 ① 气门顶部的形状  气门顶部形状主要有平顶、喇叭形顶和球面顶等(图3-20)。以平顶最多见。喇叭形顶适合做进气门,不宜排气门。球面顶适合于排气门。  ② 气门头  如图3-19所示,气门密封锥面是与杆身同心的圆锥面,它与气门座密封锥面配合,起到密封气道的作用。气门密封锥面与顶平面之间的夹角a称为气门锥角。气门锥角a一般为45°。为了增大气流的流通面积,使进气充分,有的进气门锥角做成30°,且多数发动机的进气门的头部直径比排气门的大。气门头的边缘厚度a一般为1~3㎜,以防工作中由于气门与气门座之间的冲击而损坏或被高温气体烧蚀。 为保证良好密合,装配前应将气门头与气门座的密封锥面互相研磨,使其接触时不漏气。研配好的气门不能互换。 气门杆  气门杆与气门导管配合。气门杆为圆柱形。气门开、闭过程中,气门杆在气门导管中上、下往复运行,因此,要求气门杆与气门导管有一定的配合精度和耐磨性。气门杆表面须经过热处理和磨光。气门杆端的形状取决于气门弹簧座的固定方式。常用的结构是用两半的锥形锁片来固定弹簧座(如图a),在气门杆的端部制有安装锁片的环槽。另一种是用锁销固定弹簧座,在气门杆端部制有一个安装锁销的径向孔(如图b)。 (2)气门导管  气门导管的功用是为气门的往复直线运动起导向作用,使气门与气门座准确贴合,另外,气门导管还在气门杆与气缸盖之间起导热作用。气门导管多用灰铸铁、球墨铸铁或粉末冶金制成,与气门缸盖上的气门导管孔为过盈配合(图3-18)。 气门杆在气门导管中运行时,靠配气机构飞溅出来的机油润滑。为防止过多的机油从气门杆与气门导管的间隙处流入,在气缸内和气门上形成积碳,有的发动机在气门杆上装有气门油封(图3-18)。气门杆与气门导管的配合间隙为0.05~0.12 mm。 (3)气门座  进、排气道口与气门密封锥面直接贴合的部位称为气门座。气门座的功用是:与气门头部一起对气缸起密封作用,同时接受气门头部传来的热量,起到对气门散热的作用。气门座可以直接在铸铁气缸盖上镗出,也可以用较好的材料(合金铸铁、奥氏体钢等)单独制作,然后镶嵌到气缸盖上(图3-19)。镶嵌式气门座的优点是使用寿命长且可以维修更换,缺点是导热性差,如与气缸盖上的座孔配合过盈量选择不当,工作时座圈可能脱落,造成重大事故。 气门座的锥角由三部分组成(图3-21a),其中45o(30o)的锥面与气门密封锥面贴合。要求密封锥面的贴合宽度b1为1~2.5 mm,以保证一定的座合压力,使密封可靠,同时又有一定的导热面积。 有些发动机的气门锥角比气门座锥角小0.5o~1o,该角称为密封干涉角。密封干涉角有利于磨合期加速磨合。磨合期结束,干涉角逐渐消失,恢复了全锥角面接触。 (4)气门弹簧  气门弹簧多为圆柱形螺距弹簧。气门弹簧压缩后才能安装在气门上(图3-18),弹簧的一端支承在气缸盖上,另一端弹压在气门杆端的弹簧座上,弹簧座用锁片固定在气门杆的末端。气门弹簧的弹力通过弹簧座、锁片使气门紧压在气门座上。只有当凸轮驱使摇臂(或挺柱)向下压在气门杆的末端,并通过锁片、弹簧座向下压缩气门弹簧时,气门才打开(图3-14),当气门开得最大时,弹簧被压缩得最短,然后随着凸轮转动,弹簧开始伸长,推动气门及摇臂等传动件上移,直至气门落座关闭。所以,气门每开闭一次,气门弹簧便缩伸一次。气门弹簧的功用是关闭气门,并使气门压紧在气门座上,防止气门在发动机振动时发生跳动。另外,气门弹簧可防止各传件之间因惯性力而产生间隙,保证气门按凸轮轮廓曲线的规律关闭。 气门弹簧多为等距弹簧。但随着发动机转速的提高,产生共振而折断的可能性增加。为了防止弹簧共振可采用变螺距的圆柱弹簧(图3-22)。目前,很多发动机采用同心安装的内、外两根旋向相反的弹簧(图3-23),不但防止共振,而且当一根弹簧折断时,另一根还能继续维持工作,不致使气门落入气缸中。 不等距的气门弹簧在安装时,螺距小的一端应朝向气门头部。 第二、气门传动组 气门传动组主要包括凸轮轴和正时齿轮、挺柱及其导管、推杆、摇臂总成和摇臂轴等。气门传动组的作用是使进、排气门按配气相位规定的时刻开闭,并保证有足够的开度。 (1)凸轮轴 1 凸轮轴的功用和一般构造  图3-24a所示,在凸轮轴上制有各缸进排气凸轮,用来使气门按各缸的工作次序和配气相位及时开闭,并保证气门有足够的升程。除了驱动气门外,有的汽油机下置式凸轮轴上还制有驱动分电器和机油泵的螺旋齿轮4和驱动汽油泵的偏心轮。 凸轮轴是一根细长轴,在工作中受到气门间歇性开启的周期性冲击载荷,容易产生弯曲变形,使配气相位发生变化。因此,有的发动机凸轮轴采用了每缸的进、排气凸轮两侧各有一道凸轮轴轴颈的全支承结构,以减小凸轮轴的变形。为了安装方便,凸轮轴各轴颈做成了从前向后依次减小的结构。凸轮轴的前端通过键装有正时齿轮或同步带轮等。 凸轮轴一般用优质钢模段而成,也有采用合金铸铁或球墨铸铁铸造的。凸轮和轴颈表面经热处理后精磨,所以具有足够的硬度和耐磨性。 2 凸轮的轮廓曲线和凸轮的相对角位置 凸轮的轮廓曲线  凸轮的轮廓应保证气门开启和关闭的持续时间符合配气相位的要求,并使气门有一定的升程。气门开启与关闭过程的运动规律也取决于凸轮的轮廓曲线。如图3-25、3-26所示,O点为凸轮的旋转中心。凸轮轮廓曲线BCD段的形状和尺寸,决定了气门的升程及其升、降过程的运动规律。 (2)挺柱  挺柱的功用是将凸轮的推力传给推杆或者气门杆。挺柱的底面与凸轮滑动摩擦,圆柱面与挺柱导向孔滑动摩擦,受到的摩擦力都很大。挺柱常用镍铬合金铸铁或冷激合金铸铁制造,摩擦表面经热处理后精磨。 挺柱常见的形式有筒式和滚柱式两种(如图b、c)。 (3)推杆  如图2所示,采用中置或下置式凸轮轴的配气机构,凸轮是通过挺柱和推杆驱动摇臂的。推杆下端与挺柱接触,上端与摇臂调整螺钉接触。由于摇臂绕摇臂轴转动,推杆在做上下运动的同时,上端随摇臂一起做微量摆动,为了不发生运动干涉,推杆下端常做成球形,与挺柱的凹球面配合,上端做成凹球形,与气门调整螺钉球头配合。杆身部分多为空心管。推杆是承受压力的细长杆,很容易弯曲变形。 (4)摇臂轴与摇臂 1 摇臂组  摇臂组主要由摇臂、摇臂轴、摇臂轴支座及定位弹簧等组成。 2 摇臂(图3-36)  气门摇臂是一个以中间轴孔为支点的不等臂杠杆。两边摇臂长的比值(摇臂比)约为1.2~0.8,长臂一端是推动气门的,可使气门的升程大于凸轮的升程。长臂的端头与气门杆尾端接触的部位制成圆弧状,当摇臂摆动时可沿气门杆端面滚滑。这样可以使二者之间的力尽可能沿气门杆轴线作用。在摇臂短臂端的螺孔中旋入用于调整气门间隙的调整螺钉1.摇臂上钻有油孔(图A-A),机油经油孔对摇臂两端进行润滑。 1.1.2工作原理 配气机构的工作过程(图2所示):凸轮轴转动时,当凸轮的圆柱面(基圆)部分与挺柱接触时,挺柱不升高,挺柱以上的传动件不动作,气门是关闭的。当凸轮的凸起部分与挺柱接触时,便开始将挺柱顶起,于是气门被打开。当凸轮的最大凸起处与挺柱接触时,气门达到最大开度。随后,凸轮与挺柱接触表面的凸起开始逐渐变小,气门在气门弹簧的作用下开始上升关闭,并反向推动摇臂等传动杆件,使挺柱下压保持与凸轮凸起部分离开挺柱时,气门完全关闭。 大多数发动机每缸各有一个进气门和排气门。每个气门都有一套气门驱动装置。所以凸轮轴上的凸轮数与发动机的奇门术相同,各凸轮之间有一定的夹角,以满足各缸工作次序和每一缸工作循环的要求。 从上述的工作过程可以看出:四冲程发动机每完成一个工作循环各缸的进排气门需要开闭一次,即需要凸轮轴(凸轮)转过一圈,而曲轴需要转速与凸轮轴转速之比(转动比)为2:1。气门传动组使气门开启,气门弹簧使气门关闭。 1.1.3配气机构的维护 配气机构零件最常见的损耗形式是磨损和变形以及疲劳损坏。零件的磨损和变形会造成气门关闭不严、配气相位变化,使气门的开启时间和最大开度减小;气门弹簧、同步带等疲劳折断会使气门和活塞发生撞击,严重损坏零件。 配气机构的工作性能降低后,会使发动机气缸的充气量减少,耗油量增加,功率下降,噪声变大,严重时,使发动机熄火或不能起动。 第一、拆装注意事项 (1)为了保证气门定时开闭,并与曲柄连杆机构工作协调。必须将曲轴正时齿轮轴正时齿轮上的记号“0”对好。 (2)气门导管应露出气缸盖外平面141Tl_rn。过长,容易造成摇臂折断或推杆弯曲;过短,容易造成气门积碳。气门杆应能在气门导管中自由运动,间隙过小,气门杆容易卡住;间隙过大,机油容易窜入气缸。 (3)气门推杆的外面有气门罩管,曲轴箱得到润滑油雾经这个罩管流到气门室,润滑气门及摇臂等零件。推杆罩管的两头都有。形橡胶密封圈,装配时不能遗漏,否则润滑油外漏,气门室内个零件将不到润滑。 (4)气门座损坏需要更换时,应将气门盖放在既有中加热到100℃以上,再将冷的气门座圈压入,经铰削后与气门配对研磨。装好后气门应高出气缸盖平面1.8~2.1mm. 第二、气门间隙调整(如图3-45) (1)摇动曲轴,当手上感到有较大的阻力时,即活塞处于压缩上止点附近,再慢慢摇动曲轴,从导风罩检视孔观察,使飞轮轮缘上的“0”刻度与固定板上刻度对准。 (2)松开气门调节螺钉的锁紧螺母,用0.1mm厚的塞尺放在摇臂与气门尾端之间,再旋动调节螺钉,当拉动塞尺有一点粘滞感觉时,握住旋具不动,用扳手拧紧锁紧螺母。 (3)摇动曲轴数转,到活塞处于压缩上止点位置时,再用塞尺复查一次气门间隙,以防止在拧紧锁紧螺母时,间隙发生变化。 第三、气门研磨及严密性的检查(图3-48、3-52) 发动机工作约500 h后,由于气门和气门座的磨损,会使气门关闭不严密,导致发动机启动困难、油耗增加、功率下降,因此要通过研磨恢复贴合面得密封性。研磨前,清除积碳,清洗各零件。在气门斜面上涂一层研磨砂,在气门杆上涂少许机油。气门放入气门座后,用皮碗吸入气门,一边做1/3圈左右的正反转动,一边拍打。先用粗研磨砂,后用细研磨砂。磨到气门和气门座的斜面上出现一条整齐的灰色环带后,洗净研磨砂再涂上机油研磨几分钟。研磨后,可以用以下2种方法检查气门贴合是否严密。 (1)用软铅笔在气门头的斜面上沿纵向均匀画十多条直线,再将气门装入气门座中轻拍数次(不能转动),取出后如各直线斗在环带的部分中断,说明气门密合良好。 (2)装配好气门组的全部零件,从进、排气管处加入少量汽油或煤油,经3~5 min,若气门与气门座之间无油渗漏出来,表明严密性良好。
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