配气机构-10

nullnull9.4气门弹簧的设计 9.4.1 气门弹簧的作用 保证气门在需要关闭时保持紧闭。保证整个气门机构按照配气凸轮所规定的规律运动。 9.4.2 气门弹簧特性参数的确定 气门弹簧特性参数：弹簧必要的预紧力P0和必要的刚度K0 弹簧的预紧力P0用以保证气门与气门座的密封。 进气过程时，排气门是关闭的，为使排气门不离座，弹簧的预紧力为： 排气过程，进气门关闭，对于进气门： null式中 d—气门喉口直径 Pr—排气道中气体压力 Pg—气缸内气体压力 Pk—进气道中气体压力 弹簧刚度， 弹簧在自由状态下的长度为。为了生产预紧力P0，在安装弹簧时需有预压缩量f0，因此弹簧的安装长度0= - f0。当气门开度最大时，弹簧的工作压缩量等于（hm）max，所以，弹簧的最小长度是min= 0- （hm）max。 弹簧的最大压缩量fmax= f0 +（hm）max。 如果必须的预紧力P0和工作压缩量（hm）max已给定，则所选的预压缩量f0愈大， 则弹簧就愈软，弹簧的特性曲线就愈平坦。nullnull9.4.3气门弹簧的设计 气门弹簧的结构参数包括弹簧中径Dm、弹簧丝直径ds、工作圈数ng、总圈数ns和螺距t 1. 弹簧中径Dm 根据总体布置情况确定，当采用双弹簧时， 外簧：Dm=（0.3~0.35）D 内簧： Dm=（0.2~0.25）D 2. 弹簧丝直径ds 根据弹簧最大弹力的强度条件来确定 式中 []——弹簧钢丝的许用剪切应力，一般[]=350~600MPa k ——考虑到弹簧曲率和剪切应力分布不均匀的修正系数 与弹簧的圈绕比c=Dm/ds有关， k=（4c-1）/（4c-4）+0.615/c，一般c=6~8 由上式计算出的弹簧丝直径，应圆整到标准尺寸。 3. 工作圈数 ng 、总圈数ns 根据弹簧刚度确定 G—剪切模量 null总圈数ns要比工作圈数多2~3圈，即ns=ng+2~3 4. 圈距t 其选择应使气门全开时弹簧工作圈之间最小间隙min，不小于0.5mm，因此 9.4.4 气门弹簧的强度验算及共振校核 气门弹簧所受荷载是交变的→必须验算其疲劳安全系数。 弹簧的最大弹力为Pmax，此时相应的最大剪应力为 弹簧的最小弹力为Pmin，此时相应的最小剪应力为 null弹簧在疲劳载荷下的安全系数要大于许用值，即 0—材料脉动疲劳极限，0=0.3b，一般[n]1.4。 当气门弹簧的自振频率fe等于凸轮轴转速nt的整数倍时，弹簧会产生共振。→破坏弹簧的正常工作，噪声加大，弹簧长生位移。 实践证明：当弹簧自振频率fe超过激励频率（凸轮轴转速nt）10倍时，弹簧振动的危险就较小。 弹簧自振频率按下式计算： 式中 ds、Dm均以cm为单位。 当fe 〈10nt时，ds和Dm或ng→  fenull9.4.5 凸轮轴 1.设计要求 配气机构中的主要驱动件，设计要求。 （1）正确配置各缸的进排气凸轮的位置，保证内燃机正常工作。 （2）根据总布置情况和允许的弯曲变形要求，正确确定支承轴颈数及其直径的大小。 （3）凸轮和轴颈表面应有一定的硬度，保证耐磨性。 2.结构设计 主要是确定各凸轮之间夹角的配置、支承数与支承型式及止推方式。 （1）各凸轮间的夹角 控制同一气缸不同名气门的凸轮配置与配气相位及驱动方式有关。 如果进排气门挺柱排成一列，凸轮是对称的，则排气凸轮的顶点相对于排气凸轮顶点顺凸轮旋转方向超前的角度为 null 式中 —进、排气相位中点（进、排气门全开位置）之间的夹角（以曲轴转角计）； 1、 2—进气提前与滞后角； 1 、2—排气提前与滞后角； 凸轮型面与挺柱底面之间的挤压应力的计算： 式中 Pt—作用在凸轮上的力（N） b—凸轮宽度（mm） 和R—凸轮型面和挺柱表面的曲率半径（mm）；滚子式挺柱R等于滚子半径，平面挺柱R=； E1 、E2—凸轮和挺柱材料的弹性模量（MPa）null3. 凸轮轴的材料 凸轮受周期性冲击载荷和强烈的摩擦，凸轮表面经常出现磨损和刮伤→影响凸轮轴的使用寿命。为了凸轮轴的使用寿命→正确设计、合理选材。 要与挺柱材料匹配。 所用材料： 一般用：20钢、20Mn2或45钢、45Mn2。 采用低碳钢时，应进行渗碳淬火，表面硬度应达到HRC56~63。 为保证凸轮轴有一定的韧性，轴的中心部分硬度应较低，一般不应超HRC30~40。 当凸轮轴用钢时，挺柱工作面采用冷激硬化合金铸铁，工作性能好。 随着铸铁强度的提高，近来有采用铸铁造凸轮轴的。 铸铁： 可淬硬合金铸铁、冷激铸铁、球墨铸铁和可锻铸铁。 null9.4.6 挺柱 作用：实现凸轮的运动规律，承受来自凸轮的侧向力。 结构：平面挺柱——结构简单、重量轻——用于各种内燃机 滚子挺柱——结构复杂、重量较大——一般由于缸径较大的低速机内燃上 null挺柱工作时，受侧向力作用→要合理选择导向长度及与挺柱座孔间的间隙。 一般导向长为挺柱盘直径的1.5~2倍，配合间隙在0.02~0.08mm内。 null为防止工作时凸轮被卡住，应使凸轮在任意位置都以全宽与挺柱底面接触，挺柱底面的最小半径为： a—挺柱与凸轮中心线的偏心距 b—凸轮宽度 null9.4.7推杆 用钢管或实心材料制造，结构简单。在上下端有凹凸的球头。 要求： 重量轻、刚性和纵向稳定性好。 null9.4.8 摇臂 摇臂推杆端设有螺孔，带球头座的调整螺钉拧在孔中用以与推杆球头相连。调整螺钉调整间隙。 气门端具有圆柱表面用以推动气门。表面淬硬→耐磨 中部有轴孔，摇臂能绕之转动。 null10 润滑系统 润滑系向各工作表面输送机油，对其进行润滑。 润滑机油有如下功用： （1）减小零件工作表面之间的摩擦和磨损； （2）流动的机油对摩擦表面还具有洗去机械杂志的洗涤作用和带走 摩擦热的冷却作用。 （3）防止化学腐蚀。 （4）增强密封，减少漏气。 （5）有些内燃机，机油还用作液力装置（液力挺柱）和自动控制的 工作介质。 10.1 机油 10.1.1 机油的使用性能 为保证机器得正常润滑，并延长机油的使用寿命，必须合理地选用机油。 内燃机使用的机油，是由石油精炼而成。评价其品质的性能参数有如 下几种： 1. 粘度 机油主要参数之一，机油品种分类的依据。粘度过高，会增大发动机的摩擦损失；过低→可能发生干摩擦，增大磨损。 机油粘度随温度的改变而改变 null2.热氧化安定性 它表示机油在高温时抵抗氧化的能力。机油在使用过程中不断被氧化变质，生成酸性氧化物和沥青等。变质的机油→色泽暗黑、发稠、酸性大，并在油中析出沉淀→会引起滤清器的堵塞、活塞环的粘结及活塞过热。 要求机油有一定的抗氧化性。热氧化安定性好的机油，使用寿命长、损耗小。 3.腐蚀性 机油对金属表面腐蚀作用强弱的指标，通常用酸值评定。酸值指中和一克机油中的酸性物质所需的氢氧化钾的毫克数。 4.闪点和燃点 加热机油时，机油挥发并和空气混合成可燃混合气，当火焰接近它时能够发生闪火（蓝色火焰）时的机油温度称为机油的闪点。 闪点低的机油易挥发、增加消耗，且易着火。 燃点是指当机油闪火后，继续加热，使其温度升高，油汽与明火接触，闪火后不再熄灭，而持续燃烧时间不小于5秒的最低温度。null闪点和燃点温度是机油在储存、运输和使用中的安全指标。它的高低表示机油的着火难易程度及氧化倾向性的大小。 一般车用发动机机油的闪点不低于200ºC左右，燃点比闪点约高20~30ºC 5.凝点 是指机油因凝固而丧失流动性时的温度。，凝点高的机油，低温时流动性差。在低温下使用易堵塞油路、中断供油。凝点随机油牌号而不同，约在-5ºC~-50ºC之间。为保险，希望凝点比使用条件下的周围平均最低温度低5ºC左右。 10.1.2 机油添加剂 机器向高速和强化方面发展。机械负荷和热负荷越来越高，因此对机油的使用质量提出高要求。 提高机油品质： （1）靠机油本身质量的改进。 （2）靠在机油中添加适量的添加剂，目前是提高油品的主要手段。null通常认为添加剂三种作用： （1）分散和吸附作用——使沉积物不易因互相吸附而凝聚或吸附在金属表面，起到清净分散的作用。 （2）抑制作用——抑制氧化和变质，使之不生成沉淀物； （3）中和作用——利用添加剂中的碱性，中和机油在使用过程中生成的酸性物质。 分类： 清净分散剂 在油中形成原子团，将油泥和胶质包围起来，并浮在油中，防止污物附着，保持发动机内部的清洁。 抗磨添加剂 此类添加剂有强极性作用，在金属表面形成物理吸附膜，有效减小物理磨损和腐蚀磨损。一般机油约含0.2~0.5%。 抗氧化抗腐蚀剂 使氧化物分解，从而起到抗氧化防腐蚀作用。 抗泡剂 机油在运转中受到搅动，使空气与油相混合形成泡沫。泡沫化机油对内燃机的正常工作危害很大。 降凝剂 为降低机油的凝固点，可在炼制时加深脱蜡深度，但加入降凝剂更为简便和经济。 稠化剂 一种高分子聚合物,机油中加入稠化剂可改善机油的粘温性能，得到的油称稠化油。在高温或低温下均有合适的粘度，得到广泛应用。 添加剂的配合比例，应根据发动机的种类和使用条件的恶劣程度来选用。盲目选用可能带来危害。null10.1.3国产机油品种 按照国标和相关部颁工业标准，内燃机用机油有汽油机润滑油和柴油机油。 汽油机润滑油按100C时的运动粘度分为8D、6D、6、10和15五个品种，其代号分别为HQ-8D、 HQ-6D、 HQ-6、 HQ-10和 HQ-15。 国产柴油机油有三种牌号：HC-8、HC-11和HC-14。高速柴油机的工作温度和负荷要比汽油严重，且由于柴油中含硫量和酸度比汽油要大，易使机油变质和产生硫化物。对机器零件会产生腐蚀作用，所以对柴油机机油提出了更高的要求。视其用途，常在机油中添加不同比例的各种添加剂，以改善机油的品质。 null　　现有的机油按SAE法分类，单级机油：冬季用油有6种，夏季用油有4种，多级机油：冬夏通用油有16种。冬季用油牌号分别为：0W、5W、10W、15W、20W、25W；夏季用油牌号分别为：20、30、40、50；冬夏通用油牌号分别为：5W-20、5W-30、5W-40、5W-50、10W-20、10W-30、10W-40、10W-50、15W-20、15W-30、15W-40、15W-50、20W-20、20W-30、20W-40、20W-50。null　（SAE） 适用的环境温度（°C） 　　5w -30°C 　　10w -25°C 　　15w -20°C 　　20w -15°C 　　30 30°C 　　40 40°C 　　50 50°C null机油牌号的选取 选用机油时要考虑以下因素： （1）发动机的轴承负荷和转速； （2）发动机所用轴承合金的成分； （3）地区、季节和空气湿度； （4）换油期限； （5）发动机的磨损情况等。 10.1.4 机油的换油期 机油的使用寿命→换油期 合理的换油期对节油减低运行成本及延长发动机使用寿命有重要意义。 机油变质原因很复杂，换油期和换油标准国内外没有统一标准，只能依靠实践经验，从不同角度提出可行的换油期和换油标准。我国车用发动机换油期5000~10000km（发动机100~200h） 拖拉机、推土机的工作条件恶劣，灰尘大，负荷重，因此机油容易变质，换油期要短些；内燃机车用柴油机热负荷较高，工作条件比较苛刻，但它们体积较大、机油容量较大，所以换油期可以较长。