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氣門傳動(dòng)組零件主要作用和組成
發(fā)布時(shí)間:2023-02-02 22:28:39  ▏閱讀:

 

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氣門傳動(dòng)組零件主要作用和組成

 

摘要:氣門傳動(dòng)組是從正時(shí)齒輪開始至推動(dòng)氣門動(dòng)作的所有零件,其組成視配氣機(jī)構(gòu)的形式而有所不同,而氣門傳動(dòng)組主要由凸輪軸、正時(shí)齒輪、挺柱、推桿、搖臂和搖臂軸等零部件組成。氣門傳動(dòng)組的功用是按照規(guī)定時(shí)刻(配氣定時(shí))和次序(發(fā)火次序)打開和關(guān)閉進(jìn)、排氣門,并保證一定的開度。

 

一、凸輪軸與正時(shí)齒輪

 

1、凸輪軸結(jié)構(gòu)和工作條件

      凸輪軸是氣門傳動(dòng)組的主要零件,氣門開啟和關(guān)閉的過程主要是由它來控制。凸輪軸的結(jié)構(gòu)如圖1所示,其主要配置有各缸進(jìn)、排氣凸輪和凸輪軸軸頸以及驅(qū)動(dòng)附件(如機(jī)油泵)的螺旋齒輪或偏心齒輪。凸輪軸上各凸輪的相互位置按發(fā)動(dòng)機(jī)規(guī)定的發(fā)火次序排列。根據(jù)各凸輪的相對(duì)位置和凸輪軸的旋轉(zhuǎn)方向,即可判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)火次序。為保證柴油機(jī)噴油準(zhǔn)時(shí)可靠,凸輪軸和曲軸必須保持一定的正時(shí)關(guān)系。

      凸輪軸承受周期性沖擊載荷。凸輪與挺柱之間有很高的接觸應(yīng)力,其相對(duì)滑動(dòng)速度也很高,而潤(rùn)滑條件則較差。因此凸輪工作表面磨損較嚴(yán)重,還可能出現(xiàn)擦傷、麻點(diǎn)等不正常磨損情況。凸輪軸一般用優(yōu)質(zhì)鋼模鍛而成。近年來廣泛采用合金鑄鐵和球墨鑄鐵鑄造。大多數(shù)凸輪軸做成整體式,即各缸進(jìn)、排氣凸輪都在同一根軸上加工而成。

2、傳動(dòng)方式

       凸輪軸由曲軸驅(qū)動(dòng)。由于凸輪軸與曲軸間有一定距離,中間必須通過傳動(dòng)件來傳動(dòng)。目前傳動(dòng)方式主要有齒輪式傳動(dòng)和鏈條式傳動(dòng)兩種。由于齒輪式傳動(dòng)方式工作可靠,壽命較長(zhǎng)而應(yīng)用最廣。齒輪式傳動(dòng)方式通常在曲軸齒輪和配氣正時(shí)齒輪之間加裝中間齒輪,使齒輪直徑減小,以免機(jī)體橫向尺寸增大。

      為了使齒輪嚙合平順,減少噪聲,正時(shí)齒輪一般采用斜齒,其傾斜角度約為10°,曲軸上的正時(shí)齒輪多用合金鋼制造,而凸輪軸上的正時(shí)齒輪多用夾布膠木或工程塑料制成。

      由于斜齒輪傳動(dòng)產(chǎn)生的軸向力,或由于工程機(jī)械加速都可能使凸輪軸發(fā)生軸向竄動(dòng)。軸向竄動(dòng)會(huì)引起配氣正時(shí)不準(zhǔn),因此,對(duì)凸輪軸必須加以軸向定位。

      常見的凸輪軸軸向定位的方法以下兩種:

① 止推片軸向定位

如圖2所示,凸輪軸止推片用螺釘固定在氣缸體上,止推片與正時(shí)齒輪之間應(yīng)留有適當(dāng)?shù)拈g隙,此間隙的大小通常為0.05~0.20mm,作為零件受熱膨脹時(shí)的余地。此間隙的大小可通過更換隔圈來調(diào)整。

 

柴油機(jī)凸輪軸組件.png

圖1 柴油機(jī)凸輪軸組件

柴油機(jī)止推片軸向定位.png

圖2 柴油機(jī)止推片軸向定位

 

② 推力軸承軸向定位

      如圖3所示,凸輪軸的第一道軸承為推力軸承,裝在軸承座孔內(nèi)并用螺釘固定在機(jī)體上,其端面與凸輪軸的凸緣隔圈之間應(yīng)留有適當(dāng)?shù)拈g隙。當(dāng)凸輪軸軸向移動(dòng),其凸緣通過隔圈碰到推力軸承時(shí)便被擋住。6缸機(jī)柴油機(jī)就是采用這種凸輪軸軸向定位裝置。

      凸輪軸通常采用齒輪驅(qū)動(dòng),齒輪裝在凸輪軸前端,與曲軸上的齒輪直接或間接嚙合,稱為正時(shí)齒輪。對(duì)于四沖程柴油機(jī),每完成一個(gè)工作循環(huán),曲軸旋轉(zhuǎn)兩周,各缸進(jìn)、排氣門各開啟一次,凸輪軸只旋轉(zhuǎn)一周,其傳動(dòng)比為2:1。曲軸上的正時(shí)齒輪經(jīng)過一個(gè)或兩個(gè)中間齒輪,再傳到凸輪軸上的正時(shí)齒輪。

      在裝配凸輪軸時(shí),必須對(duì)準(zhǔn)各對(duì)齒輪的正時(shí)記號(hào),才能保證氣門按規(guī)定時(shí)刻開閉,噴油泵按規(guī)定時(shí)刻供油。圖4為6缸機(jī)柴油機(jī)傳動(dòng)齒輪裝配定時(shí)關(guān)系圖。

 

柴油機(jī)推力軸承軸向定位.png

圖3 柴油機(jī)推力軸承軸向定位

柴油機(jī)傳動(dòng)齒輪裝配定時(shí)關(guān)系圖.png

圖4 柴油機(jī)傳動(dòng)齒輪裝配定時(shí)關(guān)系圖

 

二、挺柱

 

      挺柱的作用是將凸輪軸旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的推動(dòng)力傳給推桿(下、中置凸輪軸)或氣門(上置凸輪軸)。

1、挺柱的類型

(1)筒式挺柱

      配氣機(jī)構(gòu)的挺柱由鋼或鑄鐵制成。如圖5(a)所示,一般制成空心圓柱體形狀,這樣既減輕重量,又可獲得較大壓力面積,以減小單位面積上的側(cè)壓力。推桿的下端即落在挺柱孔內(nèi)。

(2)滾輪式挺柱

      滾輪式挺柱是挺柱的一種,其優(yōu)點(diǎn)是可以減小摩擦造成的對(duì)挺住的側(cè)向力。這種挺柱結(jié)構(gòu)復(fù)雜,如圖5(b)所示,質(zhì)量較大,一般多用于大缸徑柴油機(jī)上。挺柱常用鎳鉻合金鑄鐵或冷寂合金鑄鐵制造,其摩擦表面應(yīng)經(jīng)熱處理后研磨。

2、挺柱偏置

      為了使挺柱工作表面磨損均勻,挺柱中心線相對(duì)于凸輪側(cè)面的對(duì)稱線通常要偏移1~3mm,如圖6(a)所示?;蛘邔⑼χ酌孀龀砂霃綖?00~1000mm的球面,而凸輪型面則略帶錐度(約為7'30"~10'),如圖6(b)所示。這樣,當(dāng)凸輪旋轉(zhuǎn)時(shí),迫使挺柱本身繞軸線旋轉(zhuǎn),使挺柱底面和側(cè)面磨損都比較均勻。

 

柴油機(jī)挺柱分類.png

圖5  柴油機(jī)挺柱分類

柴油機(jī)挺柱相對(duì)于凸輪的偏移.png

圖6 柴油機(jī)挺柱相對(duì)于凸輪的偏移

 

三、推桿

 

      在頂置式氣門機(jī)構(gòu)中,由于凸輪軸和氣門是分開設(shè)置的,兩者相距較遠(yuǎn),因此采用推桿來傳遞凸輪軸傳來的推力。其作用是將從凸輪軸經(jīng)過挺柱傳來的推力傳給搖臂。

      底置凸輪軸的發(fā)動(dòng)機(jī)一般都是大排量、低轉(zhuǎn)速、追求大扭矩輸出,因?yàn)榈字猛馆嗇S是依靠曲軸帶動(dòng),然后凸輪與氣門搖臂采用一根推桿來連接,使凸輪頂起推桿,推桿推動(dòng)搖臂來實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)氣門的開閉。

 

      因?yàn)闅忾T推桿又長(zhǎng)又細(xì),與大家采用的木筷幾乎一樣,因此被品牌形象地稱之為氣門系統(tǒng)軟件中的"木筷"。推桿的功能是將推動(dòng)力從凸輪軸傳送給搖臂,搖臂是氣門組里最靈敏的一部分,也是氣門組中最易彎曲的零件,必須很高的彎曲剛度。在具備大動(dòng)態(tài)性負(fù)載的發(fā)動(dòng)機(jī)中,推桿應(yīng)盡量地短。

      推桿一般采用空心鋼管制造,以減輕重量。推桿兩端焊有不同形狀的端頭。上端呈凹球形,氣門搖臂調(diào)節(jié)螺釘?shù)那蝾^坐落其中;下端呈圓球形,插在氣門挺柱的凹球形座內(nèi)。上下端頭多用鋼制成,并經(jīng)熱處理提高硬度,改善其耐磨性。

 

四、搖臂

 

1、搖臂組的作用

      搖臂組的作用主要是改變力的傳遞方向。搖臂相當(dāng)于一個(gè)杠桿結(jié)構(gòu),它將推桿的作用力改變方向傳給氣門桿尾端從而推動(dòng)氣門打開;利用兩邊臂長(zhǎng)的比值(稱搖臂比)來改變氣門的升程,氣門搖臂一般制造成不等長(zhǎng)的形式,靠氣門一邊比靠推桿一邊臂長(zhǎng)30%~50%,這樣可以獲得較大的氣門升程。搖臂組的安裝位置和順序如圖7、圖8所示。

 

柴油機(jī)搖臂和支架安裝位置圖.png

圖7  柴油機(jī)搖臂和支架安裝位置圖

柴油機(jī)搖臂和支架安裝順序.png

圖8  柴油機(jī)搖臂和支架安裝順序.

 

2、搖臂的分類

      搖臂處于配氣機(jī)構(gòu)的位置如圖7所示,類型可以分為普通搖臂和無噪聲搖臂。

(1)普通搖臂

       其長(zhǎng)臂端部以圓弧形的工作面與氣門尾端接觸以推動(dòng)氣門。短臂的端部有螺孔,用來安裝調(diào)整螺釘及鎖緊螺母,以調(diào)整氣門間隙。螺釘?shù)那蝾^與推桿頂端的凹球座相連接。該連接部分接觸應(yīng)力高,且有相對(duì)滑移,磨損嚴(yán)重,因此在該部分常堆焊有硬質(zhì)合金。因?yàn)榭繗忾T一端的臂長(zhǎng),所以在一定的氣門升程下,能減小推桿、挺柱等運(yùn)動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)距離和加速度,從而減小了慣性力。搖臂內(nèi)一般有油道,與搖臂軸中心相通。壓力機(jī)油充滿搖臂軸中心,并從搖臂油孔流出,潤(rùn)滑挺桿及氣門桿端等零件。

      搖臂的兩臂長(zhǎng)度不等,長(zhǎng)短臂的比例約為a:b=1.6:1,尺寸示例如圖9所示。長(zhǎng)臂端用以推動(dòng)氣門尾端,因此在一定的氣門開度下,可減小凸輪的最大升程,與氣門尾端接觸的表面做成圓柱面,并經(jīng)熱處理和磨光。搖臂的短臂端裝有調(diào)整氣門間隙的調(diào)整螺釘和鎖緊螺母。搖臂軸通常是做成中空的,作為潤(rùn)滑油道,潤(rùn)滑油從支座的油道經(jīng)搖臂軸通向搖臂兩端進(jìn)行潤(rùn)滑,其位置如圖10所示。為了防止搖臂在工作時(shí)發(fā)生軸向移動(dòng),搖臂軸上兩搖臂之間裝有搖臂軸彈簧。

(2)無噪聲搖臂

     采用無噪聲搖臂主要目的是消除氣門間隙,減小由此產(chǎn)生的沖擊噪聲。起主要作用的結(jié)構(gòu)為凸環(huán)。凸環(huán)以搖臂的一端為支點(diǎn),并靠在氣門桿部的端面上。當(dāng)氣門處在關(guān)閉位置時(shí),在彈簧的作用下,柱塞推動(dòng)凸環(huán)向外擺動(dòng),從而消除氣門間隙;氣門開啟時(shí),推桿便向上運(yùn)動(dòng)推動(dòng)搖臂,搖臂已經(jīng)通過凸環(huán)和氣門桿部的端面處在接觸狀態(tài),因此消除了氣門間隙。

 

柴油機(jī)搖臂示意圖.png

圖9  柴油機(jī)搖臂結(jié)構(gòu)示意圖

發(fā)動(dòng)機(jī)搖臂位置圖.png

圖10  發(fā)動(dòng)機(jī)搖臂位置圖

 

 總結(jié):

      氣門傳動(dòng)組的作用是使進(jìn)排氣門按配氣相位規(guī)定的時(shí)刻進(jìn)行開閉,并保證有足夠的開度,屬于是配氣系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。定時(shí)驅(qū)動(dòng)氣門使其開閉。氣門傳動(dòng)組主要包括凸輪軸、正時(shí)齒輪、挺柱及其導(dǎo)桿,推桿、搖臂臂和搖臂軸等,其作用是使進(jìn)排氣門按配氣相位規(guī)定的時(shí)刻進(jìn)行開閉,并保證有足夠的開度。氣門傳動(dòng)組的組成由氣門配比齒輪,凸輪軸及組件,搖臂軸及搖臂組件,氣門推桿,氣門,氣缸蓋,氣門座,氣門套管,氣門彈簧,氣門鎖片及組件,氣門調(diào)節(jié)螺釘?shù)燃M成的。


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