凸輪軸、挺桿、推桿和搖臂之氣門組件結構圖
發(fā)布時間：2024-04-07 點擊：153
柴油發(fā)電機凸輪軸、挺桿、推桿、搖臂及氣門組件結構
配氣機構按柴油發(fā)電機的工作循環(huán)和著火順序，定時地開啟和關閉各缸的進排氣門，保證新鮮空氣適時充入氣缸，并將燃燒后的廢氣及時排除。其零件依據(jù)各自功用可分為兩組：以氣門為主要零件的氣門組和以凸輪軸為主要零件的氣門傳動組。氣門組包括氣門、氣門座、氣門導管、氣門彈簧、彈簧座及鎖緊裝置等零件。氣門是在高溫、高機械負荷及冷卻潤滑困難的條件下工作的，氣門頭部承受氣體壓力的作用，排氣門同時受到高溫廢氣的沖刷和廢氣中硫化物的腐蝕。因此，要求氣門具有足夠的強度、耐高溫、耐腐蝕和耐磨損能力。
氣門傳動組由凸輪軸、正時齒輪、挺柱、推桿、搖臂和搖臂軸等零件構成。其作用是按照規(guī)定時刻（配氣定時）和次序（發(fā)滅次序）打開和關閉進、排氣門，并保證一定的開度。根據(jù)柴油發(fā)電機種類和氣門配置的不同，配氣機構也不相同。四沖程柴油發(fā)電機配氣結構有側(cè)置式和頂置式兩種。側(cè)置式配氣機構裝在氣缸的一側(cè)。其優(yōu)點是結構簡單，易形成壓縮渦流。缺點是所形成的燃燒室不夠緊湊，抗爆性差，熱量損失多，進、排氣阻力也較大，故此方式已較少應用。
一、凸輪軸總成
在發(fā)動機工作時，驅(qū)動和控制各缸氣門的開啟和關閉（如圖1所示），使其符合發(fā)動機的工作順序、配氣相位和氣門開度的變化規(guī)律等要求。
1、凸輪軸
（1）工作條件： 承受氣門間歇性開啟的沖擊載荷。
（2）材料： 一般由鑄鋼或鍛鋼制成，凸輪及軸承表面經(jīng)高頻淬火或滲碳淬火等硬化處理。
（3）結構：凸輪軸總成包括凸輪軸、凸輪軸軸承，以及凸輪軸正時齒輪、正時鏈條或傳動帶（根據(jù)情況）。
2、凸輪
凸輪軸上的凸輪有多種設計。凸輪的輪廓應保證氣門開啟、關閉的時刻和持續(xù)時間符合配氣相位的要求，并使氣門有合適的升程（決定氣門通道面積）及升程過程的規(guī)律。
同一氣缸的進排氣凸輪的相對角位置要符合配氣相位的要求。 而發(fā)動機不同氣缸的同名凸輪的相對角位置應符合發(fā)動機各氣缸的點火次序和點火間隔時間的要求。 因此，根據(jù)凸輪軸的旋轉(zhuǎn)方向以及各進氣（或排氣）凸輪的排列（如圖2所示），就可以判斷出發(fā)動機的工作順序。
圖1 凸輪軸開啟關閉時間和旋轉(zhuǎn)方向
圖2 發(fā)動機同名凸輪位置排列
3、凸輪軸軸頸
一般發(fā)動機凸輪軸是每隔兩個氣缸設置一個軸頸。為了安裝方便，凸輪軸各軸頸直徑是做成從前向后依次減小的。
4、凸輪軸軸承
一般做成襯套壓裝在缸體上的凸輪軸座孔內(nèi)。
5、凸輪軸與曲軸的正時
在裝配曲軸和凸輪軸時，必須將正時記號對準。 正時標記沒有正確對齊，氣門將無法在正確的時刻打開和關閉。
6、凸輪軸的軸向定位
為防止凸輪軸軸向竄動，常用的軸向定位方法有止推軸承定位、止推片軸向定位、止推螺釘軸向定位。
圖3 凸輪軸軸向定位零件分解圖
圖4 凸輪軸的軸向定位示意圖
二、氣門挺柱
氣門挺柱也稱挺桿，直接由凸輪軸驅(qū)動。 功用是將凸輪軸的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橥鶑瓦\動，將凸輪的推力傳給推桿或氣門，以打開氣門，并承受凸輪軸旋轉(zhuǎn)時所施加的側(cè)向力。發(fā)動機上的挺柱有多種類型，包括整體式挺柱、滾輪式挺柱（凸輪隨動桿）和液壓挺柱等。
1、挺柱的分類
（1）整體式挺柱
為輕型氣缸設計。主要在較老的發(fā)動機或一些高性能的發(fā)動機上使用。
（2）滾輪式挺柱
主要用在高壓縮比的發(fā)動機上。
整體式挺柱和滾輪式挺柱常用鎳鉻合金鑄鐵或冷激合金鑄鐵制造，其摩擦表面應經(jīng)熱處理后精磨；可直接裝在氣缸體上相應處鏜出的導向孔中，也可裝在可拆式的挺柱導向體中。導向體上有安裝記號和定位裝置（如圖5所示），安裝時應區(qū)分前后導向體塊以及保證安裝精度。
2、挺柱偏移
根據(jù)經(jīng)驗，平面挺柱工作面最小半徑可取為：
使凸輪沿挺柱曲線方向偏移1～3mm（偏置距離和方向如圖6所示），可使挺柱在工作時能緩慢旋轉(zhuǎn)，磨損均勻。
挺柱上的球面支座半徑r2應比推桿上的球頭半徑r1大0.1～0.3m，以保證既能在兩者的配合面間形成楔形油膜，又不使接觸應力劇增。
挺柱的側(cè)面承受凸輪產(chǎn)生的側(cè)向力，挺柱導向部分應有足夠長度，一般取為挺柱工作面直徑的1.5~2倍。挺村與挺柱孔的配合多為h7/g6。
3、選配測量方式
傳統(tǒng)的挺柱選配測量儀有兩種測量方式，這兩種測量方式主要區(qū)別在于缸蓋是否裝在缸體上進行測量：一是缸蓋在缸蓋分裝線上完成氣門等分裝后，設備自動測量氣門間隙，完成挺柱選配工作，裝上挺柱、凸輪軸，然后在裝配大線上裝配缸蓋總成；二是缸蓋分裝完成，用缸蓋螺栓按工藝要求擰緊在缸體上，再通過在線的挺柱選配測量儀，分別對缸蓋、凸輪軸進行測量，完成挺柱選配工作。這兩種方式各有特點：第一種方式結構較簡單，只對缸蓋進行精定位，實現(xiàn)起來簡單易行；第二種方式最能體現(xiàn)發(fā)動機的最終裝配狀態(tài)，測量數(shù)據(jù)最有指導意義，但結構較復雜，需要發(fā)動機有精定位，且需要對整個系統(tǒng)的尺寸鏈進行計算，看是否滿足設備的測量要求。
圖5 挺柱安裝定位裝置示意圖
圖6 柴油機挺柱與凸輪偏置
三、推桿
1、作用
推桿的作用是將挺柱傳遞的凸輪的運動傳到頂置氣門。推桿是配氣機構中剛度最小的環(huán)節(jié)，提高其剛度可明顯提高整個配氣機構的剛度，有時為提高其剛度而適當加大其質(zhì)量。
2、工作情況
是氣門機構中最容易彎曲的零件。
3、材料
推桿多用厚壁無縫鋼管或?qū)嵭匿X桿兩端壓人或焊接球頭或球窩而成。球頭（球窩）一般用中碳鋼淬火。在制造上應注意校直推桿，使不直度不大于0.1～0.2mm。
四、搖臂
搖臂的作用是用來將推桿或凸輪傳來的力改變方向，作用到氣門桿端以推開氣門。搖臂的設計與安裝有多種方式。有些通過襯套空套在搖臂軸上，而搖臂軸又支承在支座上，搖臂軸為空心管狀結構，機油從支座的油道經(jīng)搖臂軸內(nèi)腔和搖臂中的油道流向搖臂兩端進行潤滑；為防止搖臂的竄動，在搖臂軸上每兩搖臂之間都裝有定位彈簧。
1、下置凸輪軸配氣機構的搖臂
為使搖臂質(zhì)量輕而剛度大，搖臂橫截面通常做成倒丁字形。其靠氣門一端與氣門桿端面接觸，沿氣門桿端面連滾帶滑地移動，這不僅使接觸面易于磨損，而且氣門承受偏心載荷，加重氣門與氣門導管的磨損。
搖臂在氣門桿端面上的接觸點位移為
4x=ib（cosβ-cosβw）
式中，β是氣門間隙剛消除而氣門尚未開啟時的搖臂位置角。β是氣門開啟過程中任一瞬時的位置角。當氣門關閉時，氣門桿端面高出搖臂軸線的距離z二（0.35～0.45）氣門最大升程時，可以保證接觸點的位移最小，取為20°～25°，可以避免接觸點過度偏離氣門中心線。
ib和lv之間宜符合于或接近于ib=2lv/（cosβa+cosβw）的關系（為氣門最大升程時的搖臂位置角），以保證接觸點的移動范圍對稱于氣門中心線，其中βa是搖臂擺動中心o至氣門中心線的距離。
搖臂的材料多為鍛鋼或可鍛鑄鐵，搖臂氣門端柱面應淬硬。
2、頂置凸輪軸式配氣機構的搖臂
在頂置凸輪軸式配氣機構中，凸輪與搖臂間接觸面的磨損嚴重，經(jīng)常采用滾輪式搖臂。也可以采用液壓間隙調(diào)節(jié)器來消除氣門間隙。液壓間隙調(diào)節(jié)器可以作為搖臂的支點，也可以裝在氣門的上端。
搖臂的材料多為合金鑄鐵，與凸輪的接觸面冷激硬化或重熔硬化。也可用組合式搖臂，在鋁合金搖臂體凸輪端鑄人燒結合金塊或氨化硅基陶瓷塊。
五、氣門組件
氣門組件包括氣門、氣門導管、氣門油封、氣門座及氣門彈簧等，如圖7所示。有的進氣門還設有氣門旋轉(zhuǎn)機構。 氣門組應保證氣門能夠?qū)崿F(xiàn)氣缸的密封。
1、氣門
氣門頭部與氣門座接觸并起密封作用的錐面與氣門頂平面的夾角。 氣門錐角大小對氣門和進排氣過程有很重要的影響。大多數(shù)發(fā)動機的進氣門錐角做成30º，而排氣門考慮到受熱溫度高，多做成45º。也有的發(fā)動機進排氣門錐角都為45º，如圖8所示。
圖7 氣門組件零件圖
圖8 柴油機氣門錐角標注圖
2、導管
（1）作用： 為氣門的運動導向，保證氣門直線運動兼起導熱作用。
（2）工作條件： 工作溫度較高，潤滑困難，易磨損。
（3）材料： 用含石墨較多的鑄鐵，能提高自潤滑作用。
（4）加工方法： 外表面加工精度較高，內(nèi)表面精絞。
（5）裝配： 氣門桿與氣門導管間隙應保證0.05～0.12mm。
3、氣門油封
氣門油封使機油從氣門桿上脫開，并防止機油在氣門導管的頂部聚積。有主動式油封和被動式油封兩種，如圖9、圖10所示。
圖9 被動式油封
圖10 主動式油封
4、氣門座
氣門座指氣缸蓋（或氣缸體）的進、排氣道口與氣門密封錐面直接貼合的部位 。 其作用是靠其內(nèi)錐面與氣門錐面的緊密貼合密封氣缸，接受氣門傳來的熱量。 類型分為一體式和鑲嵌式兩種。
（1）氣門座錐角
氣門座錐角與氣門錐角應相適應，由三部分組成：
—&
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氣門傳動組由凸輪軸、正時齒輪、挺柱、推桿、搖臂和搖臂軸等零件構成。其作用是按照規(guī)定時刻（配氣定時）和次序（發(fā)滅次序）打開和關閉進、排氣門，并保證一定的開度。根據(jù)柴油發(fā)電機種類和氣門配置的不同，配氣機構也不相同。四沖程柴油發(fā)電機配氣結構有側(cè)置式和頂置式兩種。側(cè)置式配氣機構裝在氣缸的一側(cè)。其優(yōu)點是結構簡單，易形成壓縮渦流。缺點是所形成的燃燒室不夠緊湊，抗爆性差，熱量損失多，進、排氣阻力也較大，故此方式已較少應用。
一、凸輪軸總成
在發(fā)動機工作時，驅(qū)動和控制各缸氣門的開啟和關閉（如圖1所示），使其符合發(fā)動機的工作順序、配氣相位和氣門開度的變化規(guī)律等要求。
1、凸輪軸
（1）工作條件： 承受氣門間歇性開啟的沖擊載荷。
（2）材料： 一般由鑄鋼或鍛鋼制成，凸輪及軸承表面經(jīng)高頻淬火或滲碳淬火等硬化處理。
（3）結構：凸輪軸總成包括凸輪軸、凸輪軸軸承，以及凸輪軸正時齒輪、正時鏈條或傳動帶（根據(jù)情況）。
2、凸輪
凸輪軸上的凸輪有多種設計。凸輪的輪廓應保證氣門開啟、關閉的時刻和持續(xù)時間符合配氣相位的要求，并使氣門有合適的升程（決定氣門通道面積）及升程過程的規(guī)律。
同一氣缸的進排氣凸輪的相對角位置要符合配氣相位的要求。 而發(fā)動機不同氣缸的同名凸輪的相對角位置應符合發(fā)動機各氣缸的點火次序和點火間隔時間的要求。 因此，根據(jù)凸輪軸的旋轉(zhuǎn)方向以及各進氣（或排氣）凸輪的排列（如圖2所示），就可以判斷出發(fā)動機的工作順序。
圖1 凸輪軸開啟關閉時間和旋轉(zhuǎn)方向
圖2 發(fā)動機同名凸輪位置排列
3、凸輪軸軸頸
一般發(fā)動機凸輪軸是每隔兩個氣缸設置一個軸頸。為了安裝方便，凸輪軸各軸頸直徑是做成從前向后依次減小的。
4、凸輪軸軸承
一般做成襯套壓裝在缸體上的凸輪軸座孔內(nèi)。
5、凸輪軸與曲軸的正時
在裝配曲軸和凸輪軸時，必須將正時記號對準。 正時標記沒有正確對齊，氣門將無法在正確的時刻打開和關閉。
6、凸輪軸的軸向定位
為防止凸輪軸軸向竄動，常用的軸向定位方法有止推軸承定位、止推片軸向定位、止推螺釘軸向定位。
圖3 凸輪軸軸向定位零件分解圖
圖4 凸輪軸的軸向定位示意圖
二、氣門挺柱
氣門挺柱也稱挺桿，直接由凸輪軸驅(qū)動。 功用是將凸輪軸的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橥鶑瓦\動，將凸輪的推力傳給推桿或氣門，以打開氣門，并承受凸輪軸旋轉(zhuǎn)時所施加的側(cè)向力。發(fā)動機上的挺柱有多種類型，包括整體式挺柱、滾輪式挺柱（凸輪隨動桿）和液壓挺柱等。
1、挺柱的分類
（1）整體式挺柱
為輕型氣缸設計。主要在較老的發(fā)動機或一些高性能的發(fā)動機上使用。
（2）滾輪式挺柱
主要用在高壓縮比的發(fā)動機上。
整體式挺柱和滾輪式挺柱常用鎳鉻合金鑄鐵或冷激合金鑄鐵制造，其摩擦表面應經(jīng)熱處理后精磨；可直接裝在氣缸體上相應處鏜出的導向孔中，也可裝在可拆式的挺柱導向體中。導向體上有安裝記號和定位裝置（如圖5所示），安裝時應區(qū)分前后導向體塊以及保證安裝精度。
2、挺柱偏移
根據(jù)經(jīng)驗，平面挺柱工作面最小半徑可取為：
使凸輪沿挺柱曲線方向偏移1～3mm（偏置距離和方向如圖6所示），可使挺柱在工作時能緩慢旋轉(zhuǎn)，磨損均勻。
挺柱上的球面支座半徑r2應比推桿上的球頭半徑r1大0.1～0.3m，以保證既能在兩者的配合面間形成楔形油膜，又不使接觸應力劇增。
挺柱的側(cè)面承受凸輪產(chǎn)生的側(cè)向力，挺柱導向部分應有足夠長度，一般取為挺柱工作面直徑的1.5~2倍。挺村與挺柱孔的配合多為h7/g6。
3、選配測量方式
傳統(tǒng)的挺柱選配測量儀有兩種測量方式，這兩種測量方式主要區(qū)別在于缸蓋是否裝在缸體上進行測量：一是缸蓋在缸蓋分裝線上完成氣門等分裝后，設備自動測量氣門間隙，完成挺柱選配工作，裝上挺柱、凸輪軸，然后在裝配大線上裝配缸蓋總成；二是缸蓋分裝完成，用缸蓋螺栓按工藝要求擰緊在缸體上，再通過在線的挺柱選配測量儀，分別對缸蓋、凸輪軸進行測量，完成挺柱選配工作。這兩種方式各有特點：第一種方式結構較簡單，只對缸蓋進行精定位，實現(xiàn)起來簡單易行；第二種方式最能體現(xiàn)發(fā)動機的最終裝配狀態(tài)，測量數(shù)據(jù)最有指導意義，但結構較復雜，需要發(fā)動機有精定位，且需要對整個系統(tǒng)的尺寸鏈進行計算，看是否滿足設備的測量要求。
圖5 挺柱安裝定位裝置示意圖
圖6 柴油機挺柱與凸輪偏置
三、推桿
1、作用
推桿的作用是將挺柱傳遞的凸輪的運動傳到頂置氣門。推桿是配氣機構中剛度最小的環(huán)節(jié)，提高其剛度可明顯提高整個配氣機構的剛度，有時為提高其剛度而適當加大其質(zhì)量。
2、工作情況
是氣門機構中最容易彎曲的零件。
3、材料
推桿多用厚壁無縫鋼管或?qū)嵭匿X桿兩端壓人或焊接球頭或球窩而成。球頭（球窩）一般用中碳鋼淬火。在制造上應注意校直推桿，使不直度不大于0.1～0.2mm。
四、搖臂
搖臂的作用是用來將推桿或凸輪傳來的力改變方向，作用到氣門桿端以推開氣門。搖臂的設計與安裝有多種方式。有些通過襯套空套在搖臂軸上，而搖臂軸又支承在支座上，搖臂軸為空心管狀結構，機油從支座的油道經(jīng)搖臂軸內(nèi)腔和搖臂中的油道流向搖臂兩端進行潤滑；為防止搖臂的竄動，在搖臂軸上每兩搖臂之間都裝有定位彈簧。
1、下置凸輪軸配氣機構的搖臂
為使搖臂質(zhì)量輕而剛度大，搖臂橫截面通常做成倒丁字形。其靠氣門一端與氣門桿端面接觸，沿氣門桿端面連滾帶滑地移動，這不僅使接觸面易于磨損，而且氣門承受偏心載荷，加重氣門與氣門導管的磨損。
搖臂在氣門桿端面上的接觸點位移為
4x=ib（cosβ-cosβw）
式中，β是氣門間隙剛消除而氣門尚未開啟時的搖臂位置角。β是氣門開啟過程中任一瞬時的位置角。當氣門關閉時，氣門桿端面高出搖臂軸線的距離z二（0.35～0.45）氣門最大升程時，可以保證接觸點的位移最小，取為20°～25°，可以避免接觸點過度偏離氣門中心線。
ib和lv之間宜符合于或接近于ib=2lv/（cosβa+cosβw）的關系（為氣門最大升程時的搖臂位置角），以保證接觸點的移動范圍對稱于氣門中心線，其中βa是搖臂擺動中心o至氣門中心線的距離。
搖臂的材料多為鍛鋼或可鍛鑄鐵，搖臂氣門端柱面應淬硬。
2、頂置凸輪軸式配氣機構的搖臂
在頂置凸輪軸式配氣機構中，凸輪與搖臂間接觸面的磨損嚴重，經(jīng)常采用滾輪式搖臂。也可以采用液壓間隙調(diào)節(jié)器來消除氣門間隙。液壓間隙調(diào)節(jié)器可以作為搖臂的支點，也可以裝在氣門的上端。
搖臂的材料多為合金鑄鐵，與凸輪的接觸面冷激硬化或重熔硬化。也可用組合式搖臂，在鋁合金搖臂體凸輪端鑄人燒結合金塊或氨化硅基陶瓷塊。
五、氣門組件
氣門組件包括氣門、氣門導管、氣門油封、氣門座及氣門彈簧等，如圖7所示。有的進氣門還設有氣門旋轉(zhuǎn)機構。 氣門組應保證氣門能夠?qū)崿F(xiàn)氣缸的密封。
1、氣門
氣門頭部與氣門座接觸并起密封作用的錐面與氣門頂平面的夾角。 氣門錐角大小對氣門和進排氣過程有很重要的影響。大多數(shù)發(fā)動機的進氣門錐角做成30º，而排氣門考慮到受熱溫度高，多做成45º。也有的發(fā)動機進排氣門錐角都為45º，如圖8所示。
圖7 氣門組件零件圖
圖8 柴油機氣門錐角標注圖
2、導管
（1）作用： 為氣門的運動導向，保證氣門直線運動兼起導熱作用。
（2）工作條件： 工作溫度較高，潤滑困難，易磨損。
（3）材料： 用含石墨較多的鑄鐵，能提高自潤滑作用。
（4）加工方法： 外表面加工精度較高，內(nèi)表面精絞。
（5）裝配： 氣門桿與氣門導管間隙應保證0.05～0.12mm。
3、氣門油封
氣門油封使機油從氣門桿上脫開，并防止機油在氣門導管的頂部聚積。有主動式油封和被動式油封兩種，如圖9、圖10所示。
圖9 被動式油封
圖10 主動式油封
4、氣門座
氣門座指氣缸蓋（或氣缸體）的進、排氣道口與氣門密封錐面直接貼合的部位 。 其作用是靠其內(nèi)錐面與氣門錐面的緊密貼合密封氣缸，接受氣門傳來的熱量。 類型分為一體式和鑲嵌式兩種。
（1）氣門座錐角
氣門座錐角與氣門錐角應相適應，由三部分組成：
—&
合理使用柴油發(fā)電機組減少磨損
Perkins帕金斯柴油發(fā)電機組燃油濾清器多久換一次
交流發(fā)電機中整流器元件起什么作用？
玉柴柴油發(fā)電機連桿軸瓦常見的損壞形式
柴油發(fā)電機組的燃燒室容積偏大容易導致壓縮比變小
祝賀玉柴以評分第一的成績登頂“2022年廣西智能制造標桿企業(yè)”
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