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氣門(mén)傳動(dòng)組零件主要作用和組成 |
摘要:氣門(mén)傳動(dòng)組是從正時(shí)齒輪開(kāi)始至推動(dòng)氣門(mén)動(dòng)作的所有零件,其組成視配氣機構的形式而有所不同,而氣門(mén)傳動(dòng)組主要由凸輪軸、正時(shí)齒輪、挺柱、推桿、搖臂和搖臂軸等零部件組成。氣門(mén)傳動(dòng)組的功用是按照規定時(shí)刻(配氣定時(shí))和次序(發(fā)火次序)打開(kāi)和關(guān)閉進(jìn)、排氣門(mén),并保證一定的開(kāi)度。
一、凸輪軸與正時(shí)齒輪
1、凸輪軸結構和工作條件
凸輪軸是氣門(mén)傳動(dòng)組的主要零件,氣門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉的過(guò)程主要是由它來(lái)控制。凸輪軸的結構如圖1所示,其主要配置有各缸進(jìn)、排氣凸輪和凸輪軸軸頸以及驅動(dòng)附件(如機油泵)的螺旋齒輪或偏心齒輪。凸輪軸上各凸輪的相互位置按發(fā)動(dòng)機規定的發(fā)火次序排列。根據各凸輪的相對位置和凸輪軸的旋轉方向,即可判斷發(fā)動(dòng)機的發(fā)火次序。為保證柴油機噴油準時(shí)可靠,凸輪軸和曲軸必須保持一定的正時(shí)關(guān)系。
凸輪軸承受周期性沖擊載荷。凸輪與挺柱之間有很高的接觸應力,其相對滑動(dòng)速度也很高,而潤滑條件則較差。因此凸輪工作表面磨損較嚴重,還可能出現擦傷、麻點(diǎn)等不正常磨損情況。凸輪軸一般用優(yōu)質(zhì)鋼模鍛而成。近年來(lái)廣泛采用合金鑄鐵和球墨鑄鐵鑄造。大多數凸輪軸做成整體式,即各缸進(jìn)、排氣凸輪都在同一根軸上加工而成。
2、傳動(dòng)方式
凸輪軸由曲軸驅動(dòng)。由于凸輪軸與曲軸間有一定距離,中間必須通過(guò)傳動(dòng)件來(lái)傳動(dòng)。目前傳動(dòng)方式主要有齒輪式傳動(dòng)和鏈條式傳動(dòng)兩種。由于齒輪式傳動(dòng)方式工作可靠,壽命較長(cháng)而應用最廣。齒輪式傳動(dòng)方式通常在曲軸齒輪和配氣正時(shí)齒輪之間加裝中間齒輪,使齒輪直徑減小,以免機體橫向尺寸增大。
為了使齒輪嚙合平順,減少噪聲,正時(shí)齒輪一般采用斜齒,其傾斜角度約為10°,曲軸上的正時(shí)齒輪多用合金鋼制造,而凸輪軸上的正時(shí)齒輪多用夾布膠木或工程塑料制成。
由于斜齒輪傳動(dòng)產(chǎn)生的軸向力,或由于工程機械加速都可能使凸輪軸發(fā)生軸向竄動(dòng)。軸向竄動(dòng)會(huì )引起配氣正時(shí)不準,因此,對凸輪軸必須加以軸向定位。
常見(jiàn)的凸輪軸軸向定位的方法以下兩種:
① 止推片軸向定位
如圖2所示,凸輪軸止推片用螺釘固定在氣缸體上,止推片與正時(shí)齒輪之間應留有適當的間隙,此間隙的大小通常為0.05~0.20mm,作為零件受熱膨脹時(shí)的余地。此間隙的大小可通過(guò)更換隔圈來(lái)調整。
圖1 柴油機凸輪軸組件 |
圖2 柴油機止推片軸向定位 |
② 推力軸承軸向定位
如圖3所示,凸輪軸的第一道軸承為推力軸承,裝在軸承座孔內并用螺釘固定在機體上,其端面與凸輪軸的凸緣隔圈之間應留有適當的間隙。當凸輪軸軸向移動(dòng),其凸緣通過(guò)隔圈碰到推力軸承時(shí)便被擋住。6缸機柴油機就是采用這種凸輪軸軸向定位裝置。
凸輪軸通常采用齒輪驅動(dòng),齒輪裝在凸輪軸前端,與曲軸上的齒輪直接或間接嚙合,稱(chēng)為正時(shí)齒輪。對于四沖程柴油機,每完成一個(gè)工作循環(huán),曲軸旋轉兩周,各缸進(jìn)、排氣門(mén)各開(kāi)啟一次,凸輪軸只旋轉一周,其傳動(dòng)比為2:1。曲軸上的正時(shí)齒輪經(jīng)過(guò)一個(gè)或兩個(gè)中間齒輪,再傳到凸輪軸上的正時(shí)齒輪。
在裝配凸輪軸時(shí),必須對準各對齒輪的正時(shí)記號,才能保證氣門(mén)按規定時(shí)刻開(kāi)閉,噴油泵按規定時(shí)刻供油。圖4為6缸機柴油機傳動(dòng)齒輪裝配定時(shí)關(guān)系圖。
圖3 柴油機推力軸承軸向定位 |
圖4 柴油機傳動(dòng)齒輪裝配定時(shí)關(guān)系圖 |
二、挺柱
挺柱的作用是將凸輪軸旋轉時(shí)產(chǎn)生的推動(dòng)力傳給推桿(下、中置凸輪軸)或氣門(mén)(上置凸輪軸)。
1、挺柱的類(lèi)型
(1)筒式挺柱
配氣機構的挺柱由鋼或鑄鐵制成。如圖5(a)所示,一般制成空心圓柱體形狀,這樣既減輕重量,又可獲得較大壓力面積,以減小單位面積上的側壓力。推桿的下端即落在挺柱孔內。
(2)滾輪式挺柱
滾輪式挺柱是挺柱的一種,其優(yōu)點(diǎn)是可以減小摩擦造成的對挺住的側向力。這種挺柱結構復雜,如圖5(b)所示,質(zhì)量較大,一般多用于大缸徑柴油機上。挺柱常用鎳鉻合金鑄鐵或冷寂合金鑄鐵制造,其摩擦表面應經(jīng)熱處理后研磨。
2、挺柱偏置
為了使挺柱工作表面磨損均勻,挺柱中心線(xiàn)相對于凸輪側面的對稱(chēng)線(xiàn)通常要偏移1~3mm,如圖6(a)所示?;蛘邔⑼χ酌孀龀砂霃綖?00~1000mm的球面,而凸輪型面則略帶錐度(約為7'30"~10'),如圖6(b)所示。這樣,當凸輪旋轉時(shí),迫使挺柱本身繞軸線(xiàn)旋轉,使挺柱底面和側面磨損都比較均勻。
圖5 柴油機挺柱分類(lèi) |
圖6 柴油機挺柱相對于凸輪的偏移 |
三、推桿
在頂置式氣門(mén)機構中,由于凸輪軸和氣門(mén)是分開(kāi)設置的,兩者相距較遠,因此采用推桿來(lái)傳遞凸輪軸傳來(lái)的推力。其作用是將從凸輪軸經(jīng)過(guò)挺柱傳來(lái)的推力傳給搖臂。
底置凸輪軸的發(fā)動(dòng)機一般都是大排量、低轉速、追求大扭矩輸出,因為底置凸輪軸是依靠曲軸帶動(dòng),然后凸輪與氣門(mén)搖臂采用一根推桿來(lái)連接,使凸輪頂起推桿,推桿推動(dòng)搖臂來(lái)實(shí)現發(fā)動(dòng)機氣門(mén)的開(kāi)閉。
因為氣門(mén)推桿又長(cháng)又細,與大家采用的木筷幾乎一樣,因此被品牌形象地稱(chēng)之為氣門(mén)系統軟件中的"木筷"。推桿的功能是將推動(dòng)力從凸輪軸傳送給搖臂,搖臂是氣門(mén)組里最靈敏的一部分,也是氣門(mén)組中最易彎曲的零件,必須很高的彎曲剛度。在具備大動(dòng)態(tài)性負載的發(fā)動(dòng)機中,推桿應盡量地短。
推桿一般采用空心鋼管制造,以減輕重量。推桿兩端焊有不同形狀的端頭。上端呈凹球形,氣門(mén)搖臂調節螺釘的球頭坐落其中;下端呈圓球形,插在氣門(mén)挺柱的凹球形座內。上下端頭多用鋼制成,并經(jīng)熱處理提高硬度,改善其耐磨性。
四、搖臂
1、搖臂組的作用
搖臂組的作用主要是改變力的傳遞方向。搖臂相當于一個(gè)杠桿結構,它將推桿的作用力改變方向傳給氣門(mén)桿尾端從而推動(dòng)氣門(mén)打開(kāi);利用兩邊臂長(cháng)的比值(稱(chēng)搖臂比)來(lái)改變氣門(mén)的升程,氣門(mén)搖臂一般制造成不等長(cháng)的形式,靠氣門(mén)一邊比靠推桿一邊臂長(cháng)30%~50%,這樣可以獲得較大的氣門(mén)升程。搖臂組的安裝位置和順序如圖7、圖8所示。
圖7 柴油機搖臂和支架安裝位置圖 |
圖8 柴油機搖臂和支架安裝順序. |
2、搖臂的分類(lèi)
搖臂處于配氣機構的位置如圖7所示,類(lèi)型可以分為普通搖臂和無(wú)噪聲搖臂。
(1)普通搖臂
其長(cháng)臂端部以圓弧形的工作面與氣門(mén)尾端接觸以推動(dòng)氣門(mén)。短臂的端部有螺孔,用來(lái)安裝調整螺釘及鎖緊螺母,以調整氣門(mén)間隙。螺釘的球頭與推桿頂端的凹球座相連接。該連接部分接觸應力高,且有相對滑移,磨損嚴重,因此在該部分常堆焊有硬質(zhì)合金。因為靠氣門(mén)一端的臂長(cháng),所以在一定的氣門(mén)升程下,能減小推桿、挺柱等運動(dòng)件的運動(dòng)距離和加速度,從而減小了慣性力。搖臂內一般有油道,與搖臂軸中心相通。壓力機油充滿(mǎn)搖臂軸中心,并從搖臂油孔流出,潤滑挺桿及氣門(mén)桿端等零件。
搖臂的兩臂長(cháng)度不等,長(cháng)短臂的比例約為a:b=1.6:1,尺寸示例如圖9所示。長(cháng)臂端用以推動(dòng)氣門(mén)尾端,因此在一定的氣門(mén)開(kāi)度下,可減小凸輪的最大升程,與氣門(mén)尾端接觸的表面做成圓柱面,并經(jīng)熱處理和磨光。搖臂的短臂端裝有調整氣門(mén)間隙的調整螺釘和鎖緊螺母。搖臂軸通常是做成中空的,作為潤滑油道,潤滑油從支座的油道經(jīng)搖臂軸通向搖臂兩端進(jìn)行潤滑,其位置如圖10所示。為了防止搖臂在工作時(shí)發(fā)生軸向移動(dòng),搖臂軸上兩搖臂之間裝有搖臂軸彈簧。
(2)無(wú)噪聲搖臂
采用無(wú)噪聲搖臂主要目的是消除氣門(mén)間隙,減小由此產(chǎn)生的沖擊噪聲。起主要作用的結構為凸環(huán)。凸環(huán)以搖臂的一端為支點(diǎn),并靠在氣門(mén)桿部的端面上。當氣門(mén)處在關(guān)閉位置時(shí),在彈簧的作用下,柱塞推動(dòng)凸環(huán)向外擺動(dòng),從而消除氣門(mén)間隙;氣門(mén)開(kāi)啟時(shí),推桿便向上運動(dòng)推動(dòng)搖臂,搖臂已經(jīng)通過(guò)凸環(huán)和氣門(mén)桿部的端面處在接觸狀態(tài),因此消除了氣門(mén)間隙。
圖9 柴油機搖臂結構示意圖 |
圖10 發(fā)動(dòng)機搖臂位置圖 |
總結:
氣門(mén)傳動(dòng)組的作用是使進(jìn)排氣門(mén)按配氣相位規定的時(shí)刻進(jìn)行開(kāi)閉,并保證有足夠的開(kāi)度,屬于是配氣系統的一個(gè)重要組成部分。定時(shí)驅動(dòng)氣門(mén)使其開(kāi)閉。氣門(mén)傳動(dòng)組主要包括凸輪軸、正時(shí)齒輪、挺柱及其導桿,推桿、搖臂臂和搖臂軸等,其作用是使進(jìn)排氣門(mén)按配氣相位規定的時(shí)刻進(jìn)行開(kāi)閉,并保證有足夠的開(kāi)度。氣門(mén)傳動(dòng)組的組成由氣門(mén)配比齒輪,凸輪軸及組件,搖臂軸及搖臂組件,氣門(mén)推桿,氣門(mén),氣缸蓋,氣門(mén)座,氣門(mén)套管,氣門(mén)彈簧,氣門(mén)鎖片及組件,氣門(mén)調節螺釘等件組成的。
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