直列四缸柴油机配气机构设计毕业设计说明书(编辑修改稿)

直列四缸柴油机配气机构设计毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

Ρ — 凸轮廓线瞬时曲率半径（ mm）； B— 凸轮与挺柱底面间的接触线宽度（ mm）； eu ru — 分别为凸轮材料与挺柱所用材料的泊松比； eE rE — 分别为凸轮材料与挺柱所用材料的弹性模量（ kgf/mm） 以上 eu 或 ru 当使用的材料为铸铁可取做 ，材料为钢材是取。 弹性模量经过查表可知 :碳钢： 410 （ kgf/ 2mm ） 如使  er uu 并将此值代入公式中则可以简化：  2/110565 mmk gfEEBFerr    44 10*110*118*p  610 挺柱的导向面直径 rd 与长度 rL 按照下面的公式确定： rd =(~） D （ mm） =（ ~） *95 =(~19) 取 16mm 式中 D— 气缸直径 (mm） rL =（ ~） rd （ mm） =（ ~)*16 =(48~59)mm 根据 195 的结构取 rd =58mm 挺柱的导向面直径与挺柱孔间的径向间隙一般在 ~ 的范围内。 挺柱头部球面支座的设计： 挺柱头部加工有凹形的球面支座，它是支撑推杆球头的。 在这种球头与球面支座的配合副中，为了再两者之间形成楔形油膜，球面支座半径 2r 应比推杆的球头半径略大，但 2r 与 1r 也不应相差过大，否则将使接触应力剧增，一般 mmrr ~  ，如图： 凸轮和挺柱的主要损坏形式及其预防： 一、表面刮伤 刮伤的原因：由于凸轮和挺柱让润滑 情况恶化引起的。 防止的方法： 改善润滑：（ 1）保证在凸轮与挺柱面之间经常供给黏度、成分、温度和数量均匀合适的润滑油；（ 2）采用具有特殊添加剂的润滑油；（ 3）使凸轮与挺柱的接触面光洁度尽可能的高一些； 降低接触应力：（ 1）尽量减轻配气机构的往复运动质量；（ 2）增加凸轮的刚度。 (3)采用弹性模量较小的但有较高硬度和强度的金属作为凸轮和挺柱的材料。 表面磷化处理。 凸轮、挺柱的化学成分及其金相组织的选择适当。 采用热导性好的材料。 二、 表面蚀点 发生的主要原因：点蚀是金属的疲劳过程。 预防的措施： 改善润滑； 降低接触应力； 降低残余应力；材料的化学成分和金相组织； 采用热导性好的材料 材料内部应尽量减少气泡。 夹渣等缺陷。 提高材料的抗疲劳强度和抗腐蚀能力。 三、 表面磨损 凸轮磨损有两种情况：（ 1）是一个缓慢的抛光过程，最后形成一个硬而光滑的摩擦表面。 这种抛光的过程常开始于凸轮廓线的加速度为零的位置，而止于凸轮廓线的顶端之前，顶端不会被磨平。 （ 2）随着时间加长会迅速磨损下去，直至影响发动机的性能。 不正常的迅速磨损，严重者则在几个小时内即可将凸轮定磨平。 四、 推杆的设计 推杆的功能： 把凸轮的运动从凸轮轴传至顶置气门处，完成发动机的配气。 推杆的材料： 45 钢。 推杆的结构形式： 推杆是一个细长杆，在工作时容易发生纵向弯曲，它是配气机构中刚度薄弱的环节。 在 195B 型柴油机上是采用冷拔无缝钢管（或铝制空心管）制造。 采用冷拔无缝钢管可减轻它的质量，减小往复惯性力。 此外，缩短推杆的长度是减轻质量，提高纵向弯曲应力和整个配气机构刚度的有效办法。 二、 尺寸设计： 根据 195B 柴油机的结构，它的长度设计为 291mm ，外径 9mm，球头半径。 才可以满足其要求。 三、 推杆稳定性安全系数的确定 推杆的纵向弯曲按下列计算：  k gflEjPrp22 = 2 62 3 3 0 10*** E x kgf 式中： P— 作用于推杆上的临界力； E— 推杆材料的弹性模量； J— 推杆中央横断面的惯性力；  2264 mf ddJ    26445964/mmx fd — 推杆的外径 md — 空心推杆的孔径 L— 推杆的长度 pxpp PPn  = x 510 /4 x 式中 tP — 作用在推杆上的最大作用力 对于各种用途的发动机， pn 在如下的范围： （ 1）、高功率轻型发动机， pn =~3 (2)、汽车拖拉机发动机。 高速 船用发动机， pn =3~5 （ 3）、固定式和船用发动机 pn =4~6 四、 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： 接触应力按下面的公式计算： 32212 113 3  rrEP mpr 322551  mEx = 180 2/mmkgf 式中 p — 作用于推杆上的最大作用力（ kgf） Em— 挺柱与推杆两种材料的平均弹量  2/mmkgf 1r— 推杆的球头半径（ mm） 2r — 挺柱球面支座的半径（ mm） 对于各种用途发动机的许用接触应力 r 如下： (1)汽车拖拉机发动机， r =150~200 2/mmkgf （ 2）固定式和船用发动机， r =100~120 2/mmkgf 五、摇臂的设计 摇臂的工作原理： 摇臂是推杆和气门之间的传动件，它是推杆传来的力改变方向后作用于气门尾部以推开气门。 摇臂的结构： 摇臂的几何尺寸决定于气门和凸轮轴的相对位置。 为了获 得较轻的质量刚性好的结构，往往才有 T 字型的或者 I 字型的断面。 195B 柴油机采用的就是 T 字型摇臂断面。 摇臂比： 摇臂有长、短臂之分，长短之比成为摇臂比，其值在 左右。 长臂推动气门的杆端，短臂端的螺孔中装有气门间隙调节螺钉和锁紧螺母，气门间隙调节螺钉的球头与推杆上端的凹球端头接触， 195B 柴油机的摇臂比：46/32=1..43。 摇臂润滑： 摇臂依靠摇臂轴支撑在摇臂支座上，摇臂钻有油孔，摇臂轴为中空型，机油由支座油道经摇臂轴内腔润滑到摇臂的衬套，然后从摇臂上油道上流出，滴落在摇臂两端进行润 滑。 摇臂的定位 ： 摇臂轴上两摇臂间装有摇臂弹簧，防止摇臂轴向窜动，从而保证各摇臂相对气门杆的确定位置。 在 195B 柴油机上，采用的是用摇臂支座将两个摇臂分开，并且在两边缘处用卡簧将其锁紧。 摇臂的材料： 所采用的材料是 QT60— 2 摇臂在与气门的尾部接触时既有滚动又有滑动，所以对材料的要求是要耐磨，为了防止磨损影响正常的配气相位，故该表面要求淬火热处理的工艺。 摇臂与气门杆顶面间接触应力的计算： 3 223 rEP mer   2/mmkgf 3 2 mEx 420  2/mmkfg 式中 rP— 气门杆顶面上的最大作用力（ kgf）； R— 摇臂敲击部分的球面半径（ mm）； 摇臂与气门顶面间的许用接触应力：   450r  2/mmkfg。 摇臂断面 AA 中的总应力为： （如图） AAG FaPWaP 1c o s   2/mmkgf 25c o s*18005*1800 1aW A  =400 2/mmkgf 式中 rP— 气门上的最大作用力； aW — 气门侧摇臂计算断面的断面模数； AF — 气门侧摇臂断面的面积； A1— 从计算断面重心到作用力的垂直距离 A2— 作用力的垂直线与计算断面 AA 的夹角； 断面 B_B 中的总应力： AAG FaPWaP 1c o s   2/mmkgf 25c o s*19005*1900 1aW A  =420 2/mmkgf 式中 rP— 气门上的最大作用力； aW — 气门侧摇臂计算断面的断面模数； AF — 气门侧摇臂断面的面积； A1— 从计算断面重心到作用力的垂直距离 A2— 作用力的垂直线与计算断面 AA 的夹角； 上述应力 c 的许用值 c 如下： （ 1）铸铁 ：   2/ mmk g fr  （ 2）锻造碳钢：   2/10 mmk g fr  （ 3）锻造合金钢：   2/20 mmk g fr  (4) 铸钢：   2/5 mmk g fr  （ 5）轻合金：   2/ mmk g fr  对于 195B 柴油机选择（ 4）式中的   2/5 mmk g fr 。 六、气门组的设计 一、气门的设计： 气门设计的基本要求： ① 材料方面： 气门的工作温度是确定气门材料的主要因素。 在气门工作温度范围内材料应具有足够的强度。 韧性和表面硬度。 由于排气呢锥面磨损常为腐蚀磨损，因此在选择材料时候必须考虑化学腐蚀（主要是硫和磷）的性能。 进气门锥面多属磨损摩擦，因此进气门侧重耐磨。 ② 机构方面： 要求结构简单、加工方便，且颈部形状也要恰当，以便减少气体的流动阻力，增加其进气冲量。 在保证足够的强度、刚度和耐磨性的前提下的重量选择。 ③ 尽可能的降低热负荷，是气门设计的一个重要方面。 排气门是气门组中 的高温零件，气门头部 75%左右的热量经气门座导出， 25%的热量经气门导管导出，因此，气门的设计应与气缸盖的设计密切配合，气门座周围必须加强冷剂，并使温度尽量均匀。 此外，如结构允许，尽量增加导管的长度，适当减小气门杆与导管的间隙，以减低气门的温度。 ④ 气门室配气机构从凸轮开始的整个运动链中的末端零 件。 它的运动受到凸轮廓线、挺柱、摇臂、气门弹簧等零件特性的制约，因此气门的设计还必须从整个配气结构来考虑分析，要避免气门在落座时承受过大的冲击和振动，因为在这些机械负荷也是造成气门及气门座磨损的原因之一。 气门的工作条件分析： 气门室发动机的重要零件之一。 工作时需要承受较高的机械负荷和热负荷，尤其是排气门，由于经常高温燃气的冲刷，因而易于产生漏气。 腐蚀与烧损等现象，工作条件也更为严酷。 气门工作时承受落座冲击负荷及燃气压力给以的静负荷，这种静负荷一般在 4 2/mmkgf 左右，而冲击负荷一般为 2/mmkgf 左右；气门的工作温度：进气门约为 200~450 度，而排气门则可达 650~850 度，甚至更高，下面是 195 B 柴油机的排气门的温度场。 气门材料的选择： 气门材料的选择必须考利到它的工作温度、腐蚀、冲击载荷以及气门杆部与端面的耐磨等因素。 而且进、排气门的对材料的要求也是不同。 因为进气门的温度要低一些，排气门的温度要高些。 就 195B 发动机的选材：进气门的材料用 40Cr；排气门的材料用 40Cr9Si2。 气门选择材料的方法：（ 1）马氏体钢。