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气门传动组

2010-12-24 13:17:55    

 

由于气门驱动形式和凸轮轴位置的不同,气门传动组的零件组成差别很大。

 

一、凸轮轴

1. 凸轮轴工作条件及材料
    凸轮轴承受周期性的冲击载荷。凸轮与挺柱之间的接触应力很大,相对滑动速度也很高,因此,凸轮工作表面的磨损比较严重。


    2. 凸轮轴构造
    凸轮轴是通过凸轮轴轴颈支承在凸轮轴轴承孔内的,因此凸轮轴轴颈数目的多少是影响凸轮轴支承刚度的重要因素。如果凸轮轴刚度不足,工作时将发生弯曲变形,这会影响配气定时。下置式凸轮轴每隔1~2个气缸设置一个凸轮轴轴颈。
              

 

进、排气门开启和关闭的时刻、持续时间以及开闭的速度等分别由凸轮轴上的进、排气凸轮控制。转速较低的发动机,其凸轮轮廓由几段圆弧组成,这种凸轮称为圆弧凸轮。高转速发动机则采用函数凸轮,其轮廓由某种函数曲线构成。O 点为凸轮轴回转中心,凸轮轮廓上的 AB 段和 DE 段为缓冲段,BCD 段为工作段。挺柱在 A 点开始升起,在 E 点停止运动,凸轮转到 AB 段内某一点处,气门间隙消除,气门开始开启。此后随着凸轮继续转动,气门逐渐开大,至 C 点气门开度达到最大。再后气门逐渐关闭,在 DE 段内某一点处气门完全关闭,接着气门间隙恢复。气门最迟在 B 点开始开启,最早在 D 点完全关闭。由于气门开始开启和关闭落座时均在凸轮升程变化缓慢的缓冲段内,其运动速度较小,从而可以防止强烈的冲击。 凸轮轴上各同名凸轮(各进气凸轮或各排气凸轮)的相对角位置与凸轮轴旋转方向、发动机工作顺序及气缸数或作功间隔角有关。如果从发动机风扇端看凸轮轴逆时针方向旋转,则工作顺序为1-3-4-2的四缸发动机其作功间隔角为720°/4=180°曲轴转角,相当于90°凸轮轴转角,即各同名凸轮间的夹角为90°。对于工作顺序为1-5-3-6-2-4的六缸发动机,其同名凸轮间的夹角为60°。同一气缸的进、排气凸轮的相对角位置即异名凸轮相对角位置,决定于配气定时及凸轮轴旋转方向。
 

 

3. 凸轮轴轴承
    中置式和下置式凸轮轴的轴承一般制成衬套压入整体式轴承座孔内,再加工轴承内孔,使其与凸轮轴轴颈相配合。上置式凸轮轴的轴承多由上、下两片轴瓦对合而成,装入剖分式轴承座孔内。 轴承材料多与主轴承相同,在低碳钢钢背上浇敷减摩合金层。也有的凸轮轴轴承采用粉末冶金衬套或青铜衬套。

 

4. 凸轮轴传动机构
    凸轮轴由曲轴驱动,其传动机构有齿轮式、链条式及齿形带式。齿轮传动机构用于下置式和中置式凸轮轴的传动。汽油机一般只用一对定时齿轮,即曲轴定时齿轮和凸轮轴定时齿轮。柴油机需要同时驱动喷油泵,所以增加一个中间齿轮。为了保证齿轮啮合平顺,噪声低,磨损小,定时齿轮都是圆柱螺旋齿轮并用不同的材料制造。曲轴定时齿轮用中碳钢制造,凸轮轴定时齿轮则采用铸铁或夹布胶木。为了保证正确的配气定时和喷油定时,在传动齿轮上刻有定时记号,装配时必须对正记号。  
                          

 

链传动机构用于中置式和上置式凸轮轴的传动,尤其是上置式凸轮轴的高速汽油机采用链传动机构的很多。链条一般为滚子链,工作时应保持一定的张紧度,不使其产生振动和噪声。为此在链传动机构中装有导链板并在链条的松边装置张紧器。
 

 

齿形带传动机构用于上置式凸轮轴的传动。与齿轮和链传动机构相比具有噪声小、质量轻、成本低、工作可靠和不需要润滑等优点。另外,齿形带伸长量小,适合有精确定时要求的传动。因此,被越来越多的汽车发动机特别是轿车发动机所采用。齿形带由氯丁橡胶制成,中间夹有玻璃纤维,齿面粘覆尼龙编织物(右图)。在使用中不能使齿形带与水或机油接触,否则容易引起跳齿。齿形带轮由钢或铁基粉末冶金制造。为了确保传动可靠,齿形带需保持一定的张紧力,为此在齿形带传动机构中也设置由张紧轮与张紧弹簧组成的张紧器。


    5. 凸轮轴的轴向定位
    为了限制凸轮轴在工作中产生的轴向移动或承受螺旋齿轮在传动时产生的轴向力,凸轮轴需要轴向定位。凸轮轴轴向移动量过大,对于由螺旋齿轮传动的凸轮轴,会影响配气定时。上置式凸轮轴通常利用凸轮轴承盖的两个端面和凸轮轴轴颈两侧的凸肩进行轴向定位。中、下置式凸轮轴的轴向定位通常采用止推板。止推板用螺栓固定在机体前端面上。第三种轴向定位的方法是止推螺钉定位 
 

 

二、挺柱
    1. 挺柱的功用、材料及分类
    挺柱是凸轮的从动件,其功用是将来自凸轮的运动和作用力传给推杆或气门,同时还承受凸轮所施加的侧向力,并将其传给机体或气缸盖。制造挺柱的材料有碳钢、合金钢、镍铬合金铸铁和冷激合金铸铁等。挺柱可分为机械挺柱和液力挺柱两大类,每一类中又有平面挺柱和滚子挺柱等多种结构形式。


    2. 机械挺柱
    机械挺柱的结构结构简单,质量轻,在中、小型发动机中应用比较广泛。挺柱上的推杆球面支座的半径比推杆球头半径略大,以便在两者中间形成楔形油膜来润滑推杆球头和挺柱上的球面支座。
 

 

3. 液力挺柱
    在配气机构中预留气门间隙将使发动机工作时配气机构产生撞击和噪声。为了消除这一弊端,有些发动机尤其是轿车发动机采用液力挺柱,借以实现零气门间隙。气门及其传动件因温度升高而膨胀,或因磨损而缩短,都会由液力作用来自行调整或补偿。

 

三、推杆
    推杆处于挺柱和摇臂之间,其功用是将挺柱传来的运动和作用力传给摇臂。在凸轮轴下置式的配气机构中,推杆是一个细长杆件,加上传递的力很大,所以极易弯曲。因此,要求推杆有较好的纵向稳定性和较大的刚度。推杆一般用冷拔无缝钢管制造,两端焊上球头和球座。也可以用中碳钢制成实心推杆,这时两端的球头或球座与推杆锻成一个整体。

 

 

四、摇臂
    摇臂的功用是将推杆和凸轮传来的运动和作用力,改变方向传给气门使其开启。摇臂在摆动过程中承受很大的弯矩,因此应有足够的强度和刚度以及较小的质量。摇臂由锻钢、可锻铸球、球墨铸铁或铝合金制造。摇臂是一个双臂杠杆,以摇臂轴为支点,两臂不等长。短臂端加工有螺纹孔,用来拧入气门间隙调整螺钉。长臂端加工成圆弧面,是推动气门的工作面。 

 

 

五、摆臂与气门间隙自动补偿器
    摆臂的功用与摇臂相同。两者的区别只在于摆臂是单臂杠杆,其支点在摆臂的一端。在许多轿车发动机上用气门间隙自动补偿器代替摆臂支座实现零气门间隙。气门间隙自动补偿器无论是结构或是工作原理都与液力挺柱相同,之所以不称其为液力挺柱,是因为它不是凸轮的从动件,仅仅是摆臂的一个支承而已。因此,它既是摆臂的支座又是补偿气门间隙变化的装置。

 

 

 

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