毕业设计--配气机构传动组的设计-蒋政伟

开封大学机汽工程学院11级汽车制造与装配毕业论文1毕业设计说明书配气机构---传动组的设计姓名:蒋政伟所属院校：开封大学专业:汽车制造与装配技术班级:11级汽装班学号:2011061667指导教师：林吉靓开封大学机汽工程学院11级汽车制造与装配毕业论文2论文摘要气门配气机构是四冲程柴油机所特有的机构，它是按照发动机的点火次序和各缸工作循环的要求，定时开启和关闭进、排气门，完成换气过程。因此配气机构要满足：进、排气的定时和准确；气门关闭要严密可靠；气流阻力要小；结构简单拆装方便。气门配气机构由气门组、气门传动组、凸轮轴传动机构三部分组成气门组主要由：气门、阀座、气门导管、气门弹簧和连接键组成，一般柴油机采用不带阀壳气门组气门的开启和关闭是靠传动机构来实现的，传动机构可分为机械和液压传动机构。大部分柴油机分为下置式传动形式、中置式传动形式和上置式传动形式。由凸轮、挺柱、推杆、摇臂、摇臂座、摇臂轴、调整螺钉等组成。其作用是使进排气们按配气相位规定的时刻进行开闭，并保证有足够的开度。凸轮轴与曲轴之间的传动机构与柴油机的型式、凸轮轴与曲轴的相对位置、气门传动机构的型式等有关，一般有齿轮传动、带传动和链传动。现在发动机大多数都采用带传动，这种传动方式可以减小噪声、减小结构质量与降低成本。发动机曲轴与凸轮轴的传动比为2：1配气机构控制发动机进排气过程,直接影响着发动机的性能，是衡量发动机可靠性的指标之一.关键词：配气机构气门传动组凸轮轴开封大学机汽工程学院11级汽车制造与装配毕业论文3目录1、配气机构的功用…………………………………………………………52、配气机构的设计要求……………………………………………………53、充气效率…………………………………………………………………6一、凸轮轴的设计1、凸轮轴的设计要求………………………………………………………62、凸轮轴的结构……………………………………………………………63、凸轮轴的布置形式………………………………………………………74、凸轮轴的选材……………………………………………………………75、凸轮轴的定位方式………………………………………………………76、凸轮轴的热处理工艺……………………………………………………77、凸轮轴的损坏形式………………………………………………………8二、凸轮的设计1、配气相位………………………………………………………………82、气门重叠………………………………………………………………93、气门间隙………………………………………………………………104、凸轮的设计时应满足的要求…………………………………………105、平面凸轮机构的工作过程和运动参数………………………………11三、挺柱的设计1、挺柱的结构……………………………………………………………122、挺柱的材料……………………………………………………………133、挺柱常用的型式………………………………………………………134、液压挺柱工作原理……………………………………………………135、凸轮和挺柱的主要损坏形式及其预防……………………………148、液压挺柱的维修………………………………………………………15开封大学机汽工程学院11级汽车制造与装配毕业论文4四、推杆的设计1、推杆的作用……………………………………………………………152、推杆的结构形式………………………………………………………163、推杆尺寸设计…………………………………………………………164、推杆稳定性安全系数的确定…………………………………………16五、摇臂的设计1、摇臂的工作原理………………………………………………………172、摇臂的结构……………………………………………………………173、摇臂比…………………………………………………………………174、摇臂润滑………………………………………………………………175、摇臂的定位……………………………………………………………176、摇臂的材料……………………………………………………………17六、配气机构的可变技术1、可变气门正时及升程电子控制系统………………………………182、可变配气相位………………………………………………………183、凸轮轴气门驱动机构………………………………………………184、可变气升程…………………………………………………………19五、三维视图1、凸轮轴视图……………………………………………………………202、推杆视图………………………………………………………………213、摇臂轴视图……………………………………………………………224、摇臂视图………………………………………………………………235、挺柱视图………………………………………………………………24参考文献…………………………………………………………………25开封大学机汽工程学院11级汽车制造与装配毕业论文5配气机构的设计---气门传动组一、配气机构的功用按照发动机每个气缸内所进行的工作循环和发火次序的要求，定时开启和关闭气缸的进、排气门，使新鲜可燃混合气(汽油机)或空气(柴油机)得以及时进入气缸，废气得以及时从气缸排出。二、配气机构的要求（一）对于一个正常工作的配气机构应该具有如下的要求1.进、排气门的时间足够大，泵气损失小，配气正时恰当，在排气过程中能较好的排出废气，进气过程中能吸入较多的新鲜空气，因而使发动机具有较高的充量系数和合适的扭矩特性。2.振动、噪声较小，并且工作可靠和耐磨3.结构简单、紧凑4.为了减轻惯性负荷，使配气机构运动零件的质量减到最小三、充气效率在进气行程中，实际进入气缸内的新鲜空气或可燃混合气的质量与在进气系统进口状态下充满气缸工作容积的新鲜空气或可燃混合气的质量之比。ηv=M/M0M——进气过程中，实际进入气缸的新气的质量开封大学机汽工程学院11级汽车制造与装配毕业论文6Mo——在理想状态下，充满气缸工作容积的新气质量一、凸轮轴的设计（一）凸轮轴设计的要求1.正确的设计进排气凸轮的位置，实现配气正时，使柴油机正确的按照一定规律运转。2.从柴油机的总体布局来设计凸轮的允许弯曲变形，合理的计算出支撑它的轴颈数目，轴颈的直径、和凸轮轴的最小直径尺寸。3.选择合理的材料和热处理工艺，使它不仅有足够的刚度与韧性，而且要使凸轮和支撑轴的表面有合理的硬度，具有较好的耐磨性。（二）凸轮轴的结构整体式凸轮轴，它的结构较紧凑，这种结构都是将凸轮轴从机体一端插入的，所以将它的两个支撑轴颈加工的尺寸大小是不同，前端的支撑轴颈尺寸大，后端的小些，而且前端轴颈的尺寸必须大于凸轮轴的高度，这样便于安装。轴颈上安装滑动轴承。（三）凸轮轴的布置型式因按照与轮轴位置分为：凸轮轴上置、凸轮轴中置、凸轮轴下置1.凸轮轴上置式特点：凸轮轴与气门距离近，不需要推杆、挺柱，使往复运动的惯量减少。应用高速发动机2.凸轮轴中置式传动方式：凸轮轴经过挺柱直接驱动摇臂，省去了推杆应用：适用于发动机转速较高时，可以减少气门传动机构的往复运动质量3.凸轮轴下置缺点：凸轮轴与气门相距较远，动力传递路线较长，环节多，因此不适用于高速发动开封大学机汽工程学院11级汽车制造与装配毕业论文7机。优点：简化曲轴与凸轮轴之间才传动装置，有利于发动机的布置(四）凸轮轴的选材因为凸轮轴要承受气门间歇性开启的周期性冲击载荷，必须要有足够的强度和韧性，同时还应具有一定的耐磨性，才能让发动机在正常的工况下工作，选择碳钢，一般选择45钢就可以满足要求了。（五）凸轮轴的定位方式定位的原因:由于汽车的上下坡或者在加速的时候，都可能使凸轮轴发生轴向窜动为防止由此引起的对配气定时的不良影响，需要采用轴向定位措施。（六）凸轮轴的热处理工艺1.渗碳2.机械加工3.高频淬火（回火）4.氧化处理(七）凸轮轴的损坏形式1.支承轴颈的磨损2.凸轮表面的磨损、刮伤和点蚀二、凸轮的设计虽然瞬时的打开和关闭气门能够获得最大的时间截面，但是这样做会使零件产生很大的惯性力。因此在设计配气机构时选用这样的凸轮型线，使它保证可以有足够的气缸冲量的同时，同时也保证运动零件的惯性力数值在允许的范围内。开封大学机汽工程学院11级汽车制造与装配毕业论文8(一)配气相位以曲轴转配气相位是影响充气效率的重要因素之一，直接影响发动机的动力性和经济性。理论上，四冲程发动机的进气门当活塞处于上止点时开启，下止点时关闭；排气门则当活塞在下止点时开启，上止点时关闭。进气时间和排气时间各占0180曲轴转角。但实际由于发动机转速很高，活塞每一行程历时相当短。在这很短的时间内换气，导致进气不足，排气不净，从而发动机功率下降。实际上，气门的开闭时刻并不是恰好在上、下止点，而是提前开、迟后关一定的曲轴转角。因此，现在发动机普遍采用延长进、排气时间的方法，以改善进、排气状况，从而提高发动机的动力性。α进气门早开角：进气顺畅β进气门晚关角：利用惯性，增加气量γ排气提前角：尽早自由排气α10°~30°β40°~80°γ40°~80°δ10°~30°注：汽车构造书上查得开封大学机汽工程学院11级汽车制造与装配毕业论文9（二）气门重叠由于进气门在上止点前开启，而排气门在上止点后才关闭，这就出现了一段时间内进、排气门同时开启的现象，这种现象为气门重叠，同时开启的曲轴转角(α+δ)称气门重叠角。在这一重叠角内，由于进气歧管内的新鲜气流和排气歧管内的废气气流的流动惯性都比较大，致使气缸内的气体在短时间内是不会改变流向的。所以只要气门重叠角选择适当，就不会有废气倒流入进气歧管和新鲜气体随同废气排出的可能性。增压柴油机气门重叠角可选择大一些。因为增压柴油机进气压力较高，废气不可能进入进气歧管，并且可利用新鲜气体将废气扫除干净。不同发动机，由于结构形式、转速各不相同，因而配气相位也不同。同一台发动机转速不同也应有不同的配气相位，转速越高，提前角和迟后角也应越大。通常根据发动机性能的要求，通过实验确定该发动机在某一常用转速范围内较为适合的配气相位。对发动机性能影响最大的是进气迟后角β。β过小，进气门关闭过早影响进气量；β过大，进气门关闭过晚，进入气缸内的气体重新又压回到进气道内，影响发动机的进气量。为获得发动机高转速、大功率，要求配气机构有较大的进、排气持续角度，特别是进气迟后角要大，充分利用流动惯性，多进气；为了获得发动机低转速、大转矩，进气迟后角要小，防止低速倒流；为获得中小负荷较好的燃油经济性，气门重叠角应小。若能同时满足上述要求，配气机构应装有可变配气正时系统。（三）气门间隙1.气门间隙的含义气门间隙是指在气门处于关闭状态时气门与传动件之间的间隙.发动机工作时，气门因温度升高而膨胀。如果气门及其传动件之间，在冷态时无间隙或间隙过小，则再热态下，气门及其传动件的受热膨胀势必会提前顶开气门，从而引起气门关闭不严，造成发动机在压缩和做功行程中漏气，使功率下降或烧毁气门，严重时甚至不易起动。为此，在装配发动机时，使气门与传动件预留适当的间隙，以补偿气门受热后的膨胀量。一般在冷态时，进气门间隙为0.25˜0.30mm,排气门间隙为0.30~3.35mm。2.气门间隙过大、过小的危害开封大学机汽工程学院11级汽车制造与装配毕业论文10气门间隙的大小，对发动机的工作和性能影响很大。如果间隙过小，发动机在热态下可能因气门关闭不严而发生漏气，导致功率下降，甚至气门烧毁；如果气门间隙过大，则使传动零件之间以及气门和气门座之间产生撞击声，并加速磨损，同时也会使气门开启的持续时间减少，气缸的充气以及排气情况变坏。3.气门间隙的调整调整方法有逐缸调整法和快速调整法。调整时，挺住必须落在凸轮的基圆上(三）凸轮的设计时应该满足以下的要求1.具有合适的配气相位。它能照顾到发动机功率、扭矩、转速、燃油消耗量、怠速和启动等各方面的性能要求。2.为使发动机具有良好的充气性能，因而时间面积值应尽可能大些3.加速度不宜过大，并应连续变化4.具有恰当的气门落座速度，以免气门和气门座的过度磨损和损坏5.应使配气机构在所有工作转速范围内都在平稳工作，不产生脱离现象和