内燃机配气机构的设计毕业设计

内燃机配气机构的设计毕业设计内容摘要：

表面应经过热处理提高硬度后精磨。 挺柱 的材料和底面的硬度是和凸轮轴材质及凸轮表面的硬度相匹配的。 对与 295B 柴油机的是 20 钢制造，底部堆焊合金，热处理的硬度≧ HBC55。 凸轮轴的材料为 45 钢，凸轮表面淬火处后，硬度为 BRC54~65。 平面挺柱导向面与导向孔之间挤压应力的计算 ： 最大挤压应力 maxk 按下式计算：  22m a xm a x /6 mmk g fldmkr 上式中： ld —— 挺柱导向面直径（ mm）； L—— 在凸轮的计算位置是，挺柱插入导向孔中的长度（ mm）； maxm —— 作用在凸轮上的最大力矩  22m a xm a x /6 mmk g fldmkr =  22 /*16 448*6 mmk g f = 2mmkgf 平面挺柱的最大速度： 平面挺柱最大速度受限于推柱端面直径 tD ，依据平面挺柱的凸轮机构运动学可知，挺柱与凸轮的接触点偏移量 e 与挺柱速度 rv 成正比： ddeewvnrr 因此，如挺柱端面直径 mmDr 35 ， 由发动机的总体布置决定，则确定挺柱的最大速度（ maxddht 时，必须保证凸轮与平面挺柱不产生干涉，为此满足   22m a xm a x 22   BaDedd tht  22m a x 2/)2/( BaDe t         sm /14~132~2~2~12/142)2/35( 22 凸轮与挺柱间接触应力的计算： 平面挺柱接触应力 r 的计算：  eerrrEuEuBF22 110565 式中： F— 作用在凸轮上的力（ kgf）。 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材料的泊松比； eE rE — 分别为凸轮材料与挺柱材料的弹性模量（ 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泽可以简化：  2/110 5 6 5 mmk g fEEBFerr    44 10*110*118*p  610 挺柱导向面直径 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零加速度的位置，而止于凸轮廓线的顶端之前，顶端不会被磨平。 （ 2）随着时间逐渐或迅速磨损下去，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： 它是一个细长杆，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。 尺寸设计： 根据 195B 柴油机的结构，它的长设计为 291mm ，外径 9mm，球头半径。 才可以满足其要求。 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 g flEjPrp 22 =26233010*** 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  = 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 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  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、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 一般气门中采用铁素体合金钢，气碳含量在 ~%之间，经淬火后可得到马氏体组织以上耐磨的要求，这种材料的机 械性能加工性好，滑动性好，在工作温度超过 650 c0 的排气门上广泛应用，如 4crsi2.、 4Cr10Si2Mn 等。 但在强化程度较高的发动机上，由于热负荷和机械负荷高，因而对气门锥面的耐磨、耐腐蚀性能提出更高的要求，这时，可采用堆焊气门，这是一种头部采用奥氏体钢，杆部采用马氏体钢的气门。 可用摩擦焊或闪光焊来堆焊。 堆焊气门设计的关键是正确地焊接部位。 应从以下两个方面来考虑： 1）界面处应在气门头部应力区之外并离颈部顶圆弧中点附近的热点较 远； 2）耐热性较差的杆部材料不要受到高温燃气的侵蚀；焊接的部位以选在气门全开时界面与导管下端相齐或略高为宜。 （ 2） 奥氏体钢 这类钢在常温和工作温度下基本上全是奥氏体组织，不能淬硬。 它的高温强度好，耐腐蚀性好、奥氏体钢用做高功率柴油机的排气门，其最高工作温度允许达 870 c0。 国产奥氏体钢 4Cr14NiW2Mo 广泛用作机车和大型载重汽车的柴油机排气门。 国产常用气门钢的化学成分以及机械性能见下表：。