1、. . . . 毕业设计说明书 配气机构的设计 姓 名: 所属院校： 专 业: 班 级: 学 号: 指导教师： 配气机构的设计【内容摘要】 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，195B型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。195B型柴油
2、机采用下置式传动形式，由凸轮、挺柱、推杆、摇臂、摇臂座、摇臂轴、调整螺钉等组成。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，一般有齿轮传动和链传动。195B型柴油机采用齿轮传动，柴油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. 本组 成 员：杨尚俊 寇志奎 伍立 资料 准 备：杨尚俊 寇志奎 伍立 测绘、制图：杨尚俊 说明书定制：寇志奎 伍立 校 审：杨尚俊 寇志奎 伍立目录概述1、配气机构的功用.6 2、配气机构的设计要求.6 3、配气机构计算参数的确定.7一、凸轮轴的设
3、计：1、凸轮轴的设计要求.72、凸轮轴的结构.73、凸轮轴的选材.74、凸轮轴的支承轴颈轴承的材料.7 5、凸轮轴的定位方式.76、凸轮轴的最小尺寸定位方式.77、凸轮轴的热处理工艺.88、凸轮轴的损坏形式.89、凸轮轴的计算.9二、凸轮的设计 1、凸轮设计的要求.102、 凸轮基圆设计.11 基圆半径的确定.13 凸轮位置的确定.13 配气相位与凸轮的作用角.14 凸轮顶部的圆弧半径.14三、挺柱的设计1、挺柱的结构.102、挺柱的材料.153、平面挺柱导向面与导向孔之间挤压应力的计算.164、平面挺柱的最大速度.165、凸轮与挺柱间接触应力的计算.176、挺柱导向面直径 与长度按照下面的公
4、式确定.187、挺柱头部球面支座的设计.198、凸轮和挺柱的主要损坏形式及其预防.19四、推杆的设计1、推杆的功能.202、推杆的材料.203、推杆的结构形式.204、尺寸设计.205、推杆稳定性安全系数的确定.206、推杆球头与挺柱球面支座，推杆球头与摇臂调节螺钉球面支座间接触应力的计算.21五、摇臂的设计1、摇臂的工作原理.222、摇臂的结构.223、摇臂比.224、摇臂润滑.225、摇臂的定位.236、摇臂的材料.237、摇臂与气门杆顶面间接触应力的计算.23六、气门组的设计1、气门的设计.25 1）气门设计的基本要求.25 2)气门的工作条件分析.25 3）气门材料的选择.26 4）气
5、门头的设计.27 5）气门杆的设计.292、气门旋转机构的设计.303、气门座圈的设计.304、气门导管的设计.325、气门的主要损坏形式和预防措33七、气门弹簧的设计1、气门弹簧的设计要求.342、气门弹簧的作用.353、气门弹簧的工作条件.354、气门弹簧的结构.355、气门弹簧的选材.356、气门弹簧特性曲线与气门惯性力曲线的配合.367、气门弹簧的有关计算.37 1）弹簧的最大弹力.37 2）弹簧最小的弹力.38 3）弹簧的刚度.38 4）弹簧变形.38 5）内、外弹簧之间的负荷分配.39 6）内外弹簧的刚度.39 7）弹簧的尺寸.40 8、提高气门弹簧疲劳强度的措施.42参考文献.4
6、3致谢.43 配气机构的设计 概述1、配气机构的功用：是完成换气过程，根据发动机气缸的工作循环次序，定时地开启和关闭进、排气门，不断的用新鲜的气体来气缸内上一循环的的废气。2、配气机构的要求： 对于一个正常工作的配气机构应该具有如下的要求： 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。 振动、噪声较小，并且工作可靠和耐磨。 结构简单、紧凑。 为了减轻惯性负荷，使配气机构运动零件的质量减到最小。 3、 配气机构设计的计算参数确定： 从确定气门座处的通过截面以及确定喉口流通截面开始。
7、气阀处的流通截面积根据气体不可压缩连续流动的条件确定，也即在额定转速I情况，气门最大升程时，按气门座截面处假设的平均速度来确定。已知：气缸直径D=95， 气道喉口的最带直径，在气缸直径D，配气机构的结构方案以及燃烧是的形式都已给定的情况下，气门布置在气缸上可能性的限制。进气门的数值应大于下列规定的范围： 采用气门顶置式：， 则可以得到：， 根据柴油机的195B的结构，选择=36mm,排气门的气道喉口的直径，通常取得比进气门的气道喉口直径小10%20%，气阀升程h时，某研究瞬间具有圆锥密封面之气门的流通截面为： 式中a气门头斜面角（现代发动机上，a=45度); 气门的升程，它的取值一般是气门头的
8、25%左右，气门头的直径是40.mm，则： =10mm所以: = =10（35*COS45+10*Sin45*Cos45) =865mm对进行校核： Frop=（1.11.2）Fxn=(1.11.2)x865=(951.51038) 取1000mm喉口的直径为：= x10 =36mm 喉口的直径经过检验取值正确。 一、凸轮轴的设计1、 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
9、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。2、 凸轮轴的结构： 195B柴油机是小功率柴油机，可以采用整体式凸轮轴，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。3、 凸轮轴支承轴颈的数目： 由于该柴油机是单缸四冲程发动机，不必将支承轴颈设计的过多，只是将凸轮轴的前后端各设计一个就已经足够了，所以将该轴颈数目为2个。4、 凸轮轴的选材： 因为凸轮轴要承受一定的机械强度，必须要有足够的强度和韧性，同时还应具有
10、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。5、 凸轮轴的支承轴颈轴承的材料： 195B柴油机经过查表得知，采用铁基粉末冶金，它是将它直接安装在凸轮轴轴承座孔内，它的型号：19501018 内径外径宽度前端404727后端2835266、 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。对也195B型柴油机的采用的是轴向定位方式。7、 凸轮轴的最小直径确定： 凸轮轴的最小尺寸可以按照下面的公式：Db=2Ro（24）（mm） 上式中的Ro是凸轮的基
11、圆半径，由表可知：Ro=14.5 Db=2Ro（24） =2x14.5（24）=（2527）当转速较高时，支承轴颈间距离较大、凸轮上受力较大时取上限值。 凸轮轴支承轴颈与轴承孔德径向间隙一般在0.020.03mm，范围内，轴向间隙为0.010.25mm。8、凸轮轴的热处理工艺： a 渗碳； b 渗碳； c 机械加工； d 高频淬火（回火）； f 机械加工；9、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。10、凸轮轴的计算： 根据气门弹簧和配气的计算的：配气机构运动零件的质量Mkn=115g， Mn=75g Mr=0/ Mmr=0和Mn=120g，凸轮的尺寸Ro
12、=14.5mm，R1=138 R2=8.3mm Htmax=7mm 摇臂的尺寸：Lr=46 L=32 凸轮轴的角速度=115rad/s弹簧的最小弹力是P=239牛顿，进气么的喉口直径d=36mm。 从排气门作用到凸轮上的最大的力为：Prmax=+/4（Pr）Ln/Lr+Mr（r1r2） =239+3.14*/4x（0.4450.1）xx46/32+374xx（13814.5）x=2539牛顿注： 式中的=36mm为排气门的直径 =42mm为进气门的直径 0.445兆帕，是由指示功图而确定 =0.1兆帕 Mr=（+/3）x（/+99=374g =/3=120x/3x=81g凸轮轴的弯曲量： Y=
13、0.8 =0.0003mm式中 E=2.2*兆帕钢的弹性模量; L=a+b=26+70=96mm-凸轮轴跨距长度根据结构总体布置来取： -轴的外径轴的外径，选取时要考虑利用轴的外径向凸轮供给润滑油和保持轴具有足够的刚度。 挤压应力： =0.418 =255兆帕 式中 ： =25mm凸轮的宽度 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。1、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，不产生脱离现象和过大的振动。6) 工作时噪声较小。7) 应使气门弹簧产生共振的倾向达到最小程度。8) 应使配气机构各传动零件受力和磨损较小，工
