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氣門傳動組

2010-12-24 13:17:55    

 

由于氣門驅動形式和凸輪軸位置的不同,氣門傳動組的零件組成差別很大。

 

一、凸輪軸

1. 凸輪軸工作條件及材料
    凸輪軸承受周期性的沖擊載荷。凸輪與挺柱之間的接觸應力很大,相對滑動速度也很高,因此,凸輪工作表面的磨損比較嚴重。


    2. 凸輪軸構造
    凸輪軸是通過凸輪軸軸頸支承在凸輪軸軸承孔內的,因此凸輪軸軸頸數目的多少是影響凸輪軸支承剛度的重要因素。如果凸輪軸剛度不足,工作時將發生彎曲變形,這會影響配氣定時。下置式凸輪軸每隔1~2個氣缸設置一個凸輪軸軸頸。
              

 

進、排氣門開啟和關閉的時刻、持續時間以及開閉的速度等分別由凸輪軸上的進、排氣凸輪控制。轉速較低的發動機,其凸輪輪廓由幾段圓弧組成,這種凸輪稱為圓弧凸輪。高轉速發動機則采用函數凸輪,其輪廓由某種函數曲線構成。O 點為凸輪軸回轉中心,凸輪輪廓上的 AB 段和 DE 段為緩沖段,BCD 段為工作段。挺柱在 A 點開始升起,在 E 點停止運動,凸輪轉到 AB 段內某一點處,氣門間隙消除,氣門開始開啟。此后隨著凸輪繼續轉動,氣門逐漸開大,至 C 點氣門開度達到最大。再后氣門逐漸關閉,在 DE 段內某一點處氣門完全關閉,接著氣門間隙恢復。氣門最遲在 B 點開始開啟,最早在 D 點完全關閉。由于氣門開始開啟和關閉落座時均在凸輪升程變化緩慢的緩沖段內,其運動速度較小,從而可以防止強烈的沖擊。 凸輪軸上各同名凸輪(各進氣凸輪或各排氣凸輪)的相對角位置與凸輪軸旋轉方向、發動機工作順序及氣缸數或作功間隔角有關。如果從發動機風扇端看凸輪軸逆時針方向旋轉,則工作順序為1-3-4-2的四缸發動機其作功間隔角為720°/4=180°曲軸轉角,相當于90°凸輪軸轉角,即各同名凸輪間的夾角為90°。對于工作順序為1-5-3-6-2-4的六缸發動機,其同名凸輪間的夾角為60°。同一氣缸的進、排氣凸輪的相對角位置即異名凸輪相對角位置,決定于配氣定時及凸輪軸旋轉方向。
 

 

3. 凸輪軸軸承
    中置式和下置式凸輪軸的軸承一般制成襯套壓入整體式軸承座孔內,再加工軸承內孔,使其與凸輪軸軸頸相配合。上置式凸輪軸的軸承多由上、下兩片軸瓦對合而成,裝入剖分式軸承座孔內。 軸承材料多與主軸承相同,在低碳鋼鋼背上澆敷減摩合金層。也有的凸輪軸軸承采用粉末冶金襯套或青銅襯套。

 

4. 凸輪軸傳動機構
    凸輪軸由曲軸驅動,其傳動機構有齒輪式、鏈條式及齒形帶式。齒輪傳動機構用于下置式和中置式凸輪軸的傳動。汽油機一般只用一對定時齒輪,即曲軸定時齒輪和凸輪軸定時齒輪。柴油機需要同時驅動噴油泵,所以增加一個中間齒輪。為了保證齒輪嚙合平順,噪聲低,磨損小,定時齒輪都是圓柱螺旋齒輪并用不同的材料制造。曲軸定時齒輪用中碳鋼制造,凸輪軸定時齒輪則采用鑄鐵或夾布膠木。為了保證正確的配氣定時和噴油定時,在傳動齒輪上刻有定時記號,裝配時必須對正記號。  
                          

 

鏈傳動機構用于中置式和上置式凸輪軸的傳動,尤其是上置式凸輪軸的高速汽油機采用鏈傳動機構的很多。鏈條一般為滾子鏈,工作時應保持一定的張緊度,不使其產生振動和噪聲。為此在鏈傳動機構中裝有導鏈板并在鏈條的松邊裝置張緊器。
 

 

齒形帶傳動機構用于上置式凸輪軸的傳動。與齒輪和鏈傳動機構相比具有噪聲小、質量輕、成本低、工作可靠和不需要潤滑等優點。另外,齒形帶伸長量小,適合有精確定時要求的傳動。因此,被越來越多的汽車發動機特別是轎車發動機所采用。齒形帶由氯丁橡膠制成,中間夾有玻璃纖維,齒面粘覆尼龍編織物(右圖)。在使用中不能使齒形帶與水或機油接觸,否則容易引起跳齒。齒形帶輪由鋼或鐵基粉末冶金制造。為了確保傳動可靠,齒形帶需保持一定的張緊力,為此在齒形帶傳動機構中也設置由張緊輪與張緊彈簧組成的張緊器。


    5. 凸輪軸的軸向定位
    為了限制凸輪軸在工作中產生的軸向移動或承受螺旋齒輪在傳動時產生的軸向力,凸輪軸需要軸向定位。凸輪軸軸向移動量過大,對于由螺旋齒輪傳動的凸輪軸,會影響配氣定時。上置式凸輪軸通常利用凸輪軸承蓋的兩個端面和凸輪軸軸頸兩側的凸肩進行軸向定位。中、下置式凸輪軸的軸向定位通常采用止推板。止推板用螺栓固定在機體前端面上。第三種軸向定位的方法是止推螺釘定位 
 

 

二、挺柱
    1. 挺柱的功用、材料及分類
    挺柱是凸輪的從動件,其功用是將來自凸輪的運動和作用力傳給推桿或氣門,同時還承受凸輪所施加的側向力,并將其傳給機體或氣缸蓋。制造挺柱的材料有碳鋼、合金鋼、鎳鉻合金鑄鐵和冷激合金鑄鐵等。挺柱可分為機械挺柱和液力挺柱兩大類,每一類中又有平面挺柱和滾子挺柱等多種結構形式。


    2. 機械挺柱
    機械挺柱的結構結構簡單,質量輕,在中、小型發動機中應用比較廣泛。挺柱上的推桿球面支座的半徑比推桿球頭半徑略大,以便在兩者中間形成楔形油膜來潤滑推桿球頭和挺柱上的球面支座。
 

 

3. 液力挺柱
    在配氣機構中預留氣門間隙將使發動機工作時配氣機構產生撞擊和噪聲。為了消除這一弊端,有些發動機尤其是轎車發動機采用液力挺柱,借以實現零氣門間隙。氣門及其傳動件因溫度升高而膨脹,或因磨損而縮短,都會由液力作用來自行調整或補償。

 

三、推桿
    推桿處于挺柱和搖臂之間,其功用是將挺柱傳來的運動和作用力傳給搖臂。在凸輪軸下置式的配氣機構中,推桿是一個細長桿件,加上傳遞的力很大,所以極易彎曲。因此,要求推桿有較好的縱向穩定性和較大的剛度。推桿一般用冷拔無縫鋼管制造,兩端焊上球頭和球座。也可以用中碳鋼制成實心推桿,這時兩端的球頭或球座與推桿鍛成一個整體。

 

 

四、搖臂
    搖臂的功用是將推桿和凸輪傳來的運動和作用力,改變方向傳給氣門使其開啟。搖臂在擺動過程中承受很大的彎矩,因此應有足夠的強度和剛度以及較小的質量。搖臂由鍛鋼、可鍛鑄球、球墨鑄鐵或鋁合金制造。搖臂是一個雙臂杠桿,以搖臂軸為支點,兩臂不等長。短臂端加工有螺紋孔,用來擰入氣門間隙調整螺釘。長臂端加工成圓弧面,是推動氣門的工作面。 

 

 

五、擺臂與氣門間隙自動補償器
    擺臂的功用與搖臂相同。兩者的區別只在于擺臂是單臂杠桿,其支點在擺臂的一端。在許多轎車發動機上用氣門間隙自動補償器代替擺臂支座實現零氣門間隙。氣門間隙自動補償器無論是結構或是工作原理都與液力挺柱相同,之所以不稱其為液力挺柱,是因為它不是凸輪的從動件,僅僅是擺臂的一個支承而已。因此,它既是擺臂的支座又是補償氣門間隙變化的裝置。

 

 

 

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