1、第第1111章章 配氣機(jī)構(gòu)配氣機(jī)構(gòu)第第1 1部分部分 配氣機(jī)構(gòu)總成配氣機(jī)構(gòu)總成配氣機(jī)構(gòu)評價配氣機(jī)構(gòu)評價時間面值：時間面值：豐滿系數(shù)：豐滿系數(shù)：進(jìn)氣口和排氣口流量系數(shù)：氣道試驗臺進(jìn)氣口和排氣口流量系數(shù)：氣道試驗臺 4配氣機(jī)構(gòu)總體布置配氣機(jī)構(gòu)總體布置頂置頂置氣門氣門 布置形式布置形式側(cè)置（少用）側(cè)置（少用）凸輪軸凸輪軸 布置位置布置位置側(cè)置側(cè)置頂置頂置齒輪傳動齒輪傳動凸輪軸凸輪軸 傳動方式傳動方式鏈傳動鏈傳動齒形帶傳動齒形帶傳動氣門的布置氣門的布置氣門驅(qū)動方式氣門驅(qū)動方式氣門數(shù)：氣門數(shù)：2 2氣門、氣門、3 3氣門、氣門、4 4氣門、氣門、5 5氣門氣門 大缸徑慣性力大、大缸徑慣性力大、 高速機(jī)進(jìn)

2、氣高速機(jī)進(jìn)氣( (高速功率大、低速扭矩大）高速功率大、低速扭矩大）氣門排列氣門排列 ：1 1列列 or 2or 2列列( (風(fēng)冷）風(fēng)冷） 進(jìn)、排氣門間隔布置，減少熱負(fù)荷進(jìn)、排氣門間隔布置，減少熱負(fù)荷凸輪軸位置與傳動凸輪軸位置與傳動ValvetrainValvetrain質(zhì)量、剛度：影響慣性力，固有頻率。是否適用于質(zhì)量、剛度：影響慣性力，固有頻率。是否適用于高速發(fā)動機(jī)？高速發(fā)動機(jī)？ValvetrainValvetrain（配氣鏈）長短？（配氣鏈）長短？凸輪軸側(cè)置：齒輪傳動，推桿，傳動簡單，凸輪軸側(cè)置：齒輪傳動，推桿，傳動簡單，2-32-3個齒輪個齒輪凸輪軸頂置：慣性力凸輪軸頂置：慣性力-磨損，固

3、有頻率磨損，固有頻率-振動振動 鏈條轉(zhuǎn)動：一般鏈條轉(zhuǎn)動：一般比齒輪成本低、噪聲低，承載能低、耐久性差比齒輪成本低、噪聲低，承載能低、耐久性差 齒形帶傳動：成本最低，齒形帶傳動：成本最低，噪聲最低，承載力最低、耐久性最差噪聲最低，承載力最低、耐久性最差 凸輪型線凸輪型線氣門升程氣門升程-凸輪型線（挺柱、搖臂）凸輪型線（挺柱、搖臂）凸輪凸輪= =基圓（理論基圓、實際基圓）基圓（理論基圓、實際基圓）+ +緩沖段緩沖段+ +工作段工作段凸輪多是對稱的凸輪多是對稱的 凸輪工作段凸輪工作段凸輪：時面值凸輪：時面值-豐滿系數(shù)豐滿系數(shù) 與與 慣性力慣性力-磨損、振動間的矛盾磨損、振動間的矛盾氣門升程、速度和加

4、速度：要求加速度連續(xù)（甚至躍度連續(xù)）氣門升程、速度和加速度：要求加速度連續(xù)（甚至躍度連續(xù)） Perkins 6100 Perkins 6100發(fā)動機(jī)的氣門升程發(fā)動機(jī)的氣門升程圓弧凸輪：加速度不連續(xù)，振動大圓弧凸輪：加速度不連續(xù)，振動大函數(shù)凸輪：加速度連續(xù)，振動小函數(shù)凸輪：加速度連續(xù)，振動小 多項式高次方凸輪（常用）多項式高次方凸輪（常用） 正弦拋物線凸輪正弦拋物線凸輪 樣條函數(shù)凸輪樣條函數(shù)凸輪 n n次諧波凸輪次諧波凸輪 凸輪緩沖段凸輪緩沖段實際基圓小于理論基圓：氣門間隙，容讓熱膨脹實際基圓小于理論基圓：氣門間隙，容讓熱膨脹緩沖段與工作段銜接點緩沖段與工作段銜接點E E的速度：根據(jù)的速度：根據(jù)

5、柴油機(jī)設(shè)計手冊柴油機(jī)設(shè)計手冊Vr=0.006-0.025mm/deg之間之間 過小：不能除積碳，氣門間隙變化時，氣門開閉時刻變化大過?。翰荒艹e碳，氣門間隙變化時，氣門開閉時刻變化大 過大：減小氣門座撞擊過大：減小氣門座撞擊 緩沖段形式緩沖段形式 等加速等加速- -等速曲線等速曲線 余弦曲線余弦曲線 擺線擺線 凸輪設(shè)計凸輪設(shè)計-多項高次方凸輪多項高次方凸輪多項高次方求導(dǎo)、積分方便，加速度連續(xù)，躍度（多項高次方求導(dǎo)、積分方便，加速度連續(xù)，躍度（jerkjerk）連續(xù)）連續(xù)冪指數(shù)越高時面值大，但加速度增加冪指數(shù)越高時面值大，但加速度增加商用軟件：商用軟件： Ricardo Ricardo AVL

6、AVL GT-suite GT-suite0taabbccddhCCCCC（ ）01-1/ 2)0（ 無因次量，工作段包角的氣門機(jī)構(gòu)運動學(xué)與動力學(xué)（氣門機(jī)構(gòu)運動學(xué)與動力學(xué)（1 1）運動學(xué)：剛體，無彈性變形（氣門彈簧除外），運動學(xué)：剛體，無彈性變形（氣門彈簧除外）， 解平面幾何得升程、速度、加速度解平面幾何得升程、速度、加速度 不考慮變形和阻尼：慣性力不考慮變形和阻尼：慣性力= =合力合力 動力學(xué)方程：動力學(xué)方程： 慣性力慣性力+ +阻尼力阻尼力+ +彈性力彈性力= =合力合力fKxxCxM Mxf氣門機(jī)構(gòu)運動質(zhì)量換算氣門機(jī)構(gòu)運動質(zhì)量換算運動學(xué)：配氣鏈零件為剛體。升程運動學(xué)：配氣鏈零件為剛體。升

7、程-速度速度-加速度加速度只考慮彈簧彈力和慣性力，不考慮零件的彈性變形只考慮彈簧彈力和慣性力，不考慮零件的彈性變形如分析凸輪的接觸力（氣門彈簧力如分析凸輪的接觸力（氣門彈簧力+ +慣性力）：需要把質(zhì)量等效慣性力）：需要把質(zhì)量等效到挺柱上：挺柱質(zhì)量到挺柱上：挺柱質(zhì)量+ +推桿質(zhì)量推桿質(zhì)量+ +搖臂換算質(zhì)量（動能相同）搖臂換算質(zhì)量（動能相同）+ +氣氣門換算質(zhì)量門換算質(zhì)量+ +彈簧換算質(zhì)量（彈簧換算質(zhì)量（1/31/3的彈簧真實質(zhì)量）的彈簧真實質(zhì)量）如分析氣門的接觸力（氣門彈簧力如分析氣門的接觸力（氣門彈簧力+ +慣性力）：需要把質(zhì)量等效慣性力）：需要把質(zhì)量等效到氣門上：換算挺柱質(zhì)量到氣門上：換算挺

8、柱質(zhì)量+ +換算推桿質(zhì)量換算推桿質(zhì)量+ +搖臂換算質(zhì)量（動能搖臂換算質(zhì)量（動能相同）相同）+ +氣門質(zhì)量氣門質(zhì)量+ +彈簧換算質(zhì)量（彈簧換算質(zhì)量（1/31/3的彈簧真實質(zhì)量）的彈簧真實質(zhì)量）Mxf高速內(nèi)燃機(jī)氣門機(jī)構(gòu)動力學(xué)（高速內(nèi)燃機(jī)氣門機(jī)構(gòu)動力學(xué)（2 2）高速機(jī)運動學(xué)理論凸輪升程和實測升程的差別高速機(jī)運動學(xué)理論凸輪升程和實測升程的差別 （1 1）遲開）遲開 （2 2）早關(guān)）早關(guān) （3)3)飛脫（運動學(xué)也校核）飛脫（運動學(xué)也校核） （4 4）反跳）反跳氣門機(jī)構(gòu)動力學(xué)分析氣門機(jī)構(gòu)動力學(xué)分析 單自由度系統(tǒng)（一般足夠，書上）單自由度系統(tǒng)（一般足夠，書上） 雙自由度雙自由度氣門機(jī)構(gòu)固有頻率氣門機(jī)構(gòu)固有頻

9、率阻尼：粗略估算或者測量振動衰減阻尼：粗略估算或者測量振動衰減剛度：剛度： （1 1）FEAFEA分析分析 （2 2）（？）測力，千分表測變形）（？）測力，千分表測變形 - -大致固有頻率范圍：（小質(zhì)量，大剛度大致固有頻率范圍：（小質(zhì)量，大剛度-減小配氣鏈長度）減小配氣鏈長度） 推桿系統(tǒng)：推桿系統(tǒng)：500-900Hz， OHC非直接驅(qū)動：非直接驅(qū)動：800-1500Hz OHC直接驅(qū)動：直接驅(qū)動：1000-2000Hz配氣機(jī)構(gòu)動力學(xué)計算配氣機(jī)構(gòu)動力學(xué)計算商用軟件或編程商用軟件或編程下右圖下右圖forceforce項出現(xiàn)負(fù)值，說明出現(xiàn)了飛脫項出現(xiàn)負(fù)值，說明出現(xiàn)了飛脫fKxxCxM 多項動力凸輪多

10、項動力凸輪按照動力學(xué)方程設(shè)計，含有動力項，而非運動學(xué)設(shè)計按照動力學(xué)方程設(shè)計，含有動力項，而非運動學(xué)設(shè)計設(shè)計轉(zhuǎn)速下，工作理想，用于設(shè)計轉(zhuǎn)速下，工作理想，用于70-110%70-110%設(shè)計轉(zhuǎn)速較好，設(shè)計轉(zhuǎn)速較好，超過超過120%120%設(shè)計轉(zhuǎn)速，振動、噪聲急劇增加設(shè)計轉(zhuǎn)速，振動、噪聲急劇增加第第2 2部分部分 氣門組件設(shè)計氣門組件設(shè)計18氣門組件構(gòu)成氣門組件構(gòu)成氣門氣門鎖片鎖片上氣上氣門彈門彈簧座簧座氣門氣門彈簧彈簧氣門氣門油封油封氣門氣門導(dǎo)管導(dǎo)管排氣排氣門座門座進(jìn)氣進(jìn)氣門座門座排氣門排氣門進(jìn)氣門進(jìn)氣門氣門工作條件氣門工作條件工作條件：工作條件： （1 1）力：落座沖擊）力：落座沖擊 （2 2）

11、排氣門受熱燒損）排氣門受熱燒損 （3 3）磨損（尤其增壓柴油機(jī)進(jìn)氣門）磨損（尤其增壓柴油機(jī)進(jìn)氣門） 氣門結(jié)構(gòu)設(shè)計（氣門結(jié)構(gòu)設(shè)計（1 1）考慮：密封、氣體流通阻力、磨損、質(zhì)量、傳熱等考慮：密封、氣體流通阻力、磨損、質(zhì)量、傳熱等 進(jìn)排氣氣口的流通阻力：流量系數(shù)進(jìn)排氣氣口的流通阻力：流量系數(shù)氣門頭氣門頭+ +氣門桿焊接氣門桿焊接氣門頭：進(jìn)氣門：耐磨氣門頭：進(jìn)氣門：耐磨 （失效形式磨損）（失效形式磨損） 排氣門：耐熱奧氏體，重載柴油機(jī)高鎳合金鋼（失效形式燒損）排氣門：耐熱奧氏體，重載柴油機(jī)高鎳合金鋼（失效形式燒損）最新趨勢中空氣門桿：減小慣性力最新趨勢中空氣門桿：減小慣性力中空充鈉排氣門桿中空充鈉排氣

12、門桿錐面耐磨處理錐面耐磨處理氣門結(jié)構(gòu)設(shè)計（氣門結(jié)構(gòu)設(shè)計（2 2）氣門錐角影響：氣門錐角影響：15-4515-45度角度角 （1 1）流通面積）流通面積 （2 2）密封力）密封力 （3 3）磨損）磨損小錐角開啟面積大，氣體分離大，密封差，多用較大錐角，但小錐角開啟面積大，氣體分離大，密封差，多用較大錐角，但磨損大磨損大分段研磨錐角（成本高，少用）分段研磨錐角（成本高，少用） 氣道端大角度防氣體分離，中段用于氣門落座，氣缸端小角度氣道端大角度防氣體分離，中段用于氣門落座，氣缸端小角度開啟面積大開啟面積大氣門座和氣門導(dǎo)管氣門座和氣門導(dǎo)管錐角和氣門錐面角相差錐角和氣門錐面角相差1-21-2度，易于密封

13、度，易于密封合金鑄鐵高頻淬火即可，鋁合金缸蓋要鑲氣門座合金鑄鐵高頻淬火即可，鋁合金缸蓋要鑲氣門座氣門鑲塊：氣門鑲塊： （1 1）慮熱膨脹系數(shù)）慮熱膨脹系數(shù) （2 2）排氣門溫度受影響）排氣門溫度受影響-氣門導(dǎo)管氣門導(dǎo)管 （1 1）從缸蓋上潤滑）從缸蓋上潤滑 （2 2）防止漏機(jī)油：氣門油封，積碳粘結(jié)，燒機(jī)油）防止漏機(jī)油：氣門油封，積碳粘結(jié)，燒機(jī)油氣門旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)氣門旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)沒有特殊結(jié)構(gòu)氣門一般轉(zhuǎn)動不超過沒有特殊結(jié)構(gòu)氣門一般轉(zhuǎn)動不超過1 1圈圈氣門旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)：氣門旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)： 自由式自由式（了解）（了解） 強(qiáng)制式（不要求）強(qiáng)制式（不要求）為降低成本，一般少用氣門旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，為降低成本，一般少用氣門旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，

14、 除非發(fā)生氣門過度磨損除非發(fā)生氣門過度磨損氣門彈簧氣門彈簧彈力大密封可靠、磨損大、氣門不會飛脫彈力大密封可靠、磨損大、氣門不會飛脫彈簧力彈簧力= =彈簧預(yù)緊力彈簧預(yù)緊力+ +彈簧剛度彈簧剛度* *變形變形 兩個參數(shù)力學(xué)參數(shù)：預(yù)緊力、剛度兩個參數(shù)力學(xué)參數(shù)：預(yù)緊力、剛度防止飛脫防止飛脫 & & 減小氣門磨損、凸輪挺柱磨損減小氣門磨損、凸輪挺柱磨損老發(fā)動機(jī)多用老發(fā)動機(jī)多用2 2個彈簧，彈簧材料和形狀進(jìn)步，現(xiàn)多用一個（變個彈簧，彈簧材料和形狀進(jìn)步，現(xiàn)多用一個（變?nèi)?、變半徑非線性彈簧）圈距、變半徑非線性彈簧）避免彈簧并圈，磨損避免彈簧并圈，磨損提高彈簧固有頻率提高彈簧固有頻率0FFkx

15、凸輪軸凸輪軸工作條件：工作條件： 氣門間歇性啟閉沖擊載荷氣門間歇性啟閉沖擊載荷（慣性力（慣性力+ +氣門彈簧力）氣門彈簧力） 凸輪面的接觸力磨損、扭矩、彎矩凸輪面的接觸力磨損、扭矩、彎矩25軸軸頸頸排氣排氣 凸輪凸輪分電器分電器 驅(qū)動驅(qū)動齒輪齒輪進(jìn)氣進(jìn)氣 凸輪凸輪鍵鍵槽槽防止軸向竄動和承受斜齒輪產(chǎn)生的軸向力。防止軸向竄動和承受斜齒輪產(chǎn)生的軸向力。正時齒輪正時齒輪止推板止推板隔圈（調(diào)節(jié)環(huán)）隔圈（調(diào)節(jié)環(huán)）凸輪軸頸凸輪軸頸凸輪軸的凸輪軸的軸向間隙軸向間隙機(jī)體機(jī)體竄動量竄動量凸輪軸軸向定位凸輪軸軸向定位凸輪軸的校核凸輪軸的校核扭轉(zhuǎn)應(yīng)力（有時候考慮凸輪軸扭振）扭轉(zhuǎn)應(yīng)力（有時候考慮凸輪軸扭振）彎曲變形：撓

16、度彎曲變形：撓度凸輪面和挺柱的接觸應(yīng)力：疲勞失效凸輪面和挺柱的接觸應(yīng)力：疲勞失效 平面挺柱：平面挺柱： 690-860Mpa 平面（圓弧面）挺柱：平面（圓弧面）挺柱： 965-1035Mpa 固定半徑的滾子挺柱：固定半徑的滾子挺柱： 1550-1655Mpa 凸型滾子挺柱：凸型滾子挺柱： 1725-1830Mpa 變半徑滾子挺柱：變半徑滾子挺柱： 1930-2070Mpa 拋光凸輪和滾子挺柱：拋光凸輪和滾子挺柱： 2070-2240Mpa挺柱挺柱平面挺柱（實為大圓弧面）平面挺柱（實為大圓弧面） ：簡單：簡單滾子挺柱：承載能力好，逐漸多用滾子挺柱：承載能力好，逐漸多用液壓挺柱：無氣門間隙，噪聲低

17、液壓挺柱：無氣門間隙，噪聲低 減小平面挺柱偏磨減小平面挺柱偏磨減小凸輪和挺柱偏磨：減小凸輪和挺柱偏磨： 挺柱接觸位置偏心挺柱接觸位置偏心+ +凸輪小偏角（應(yīng)力分布均勻）凸輪小偏角（應(yīng)力分布均勻） 錐形凸輪錐形凸輪推桿和搖臂推桿和搖臂挺桿的失穩(wěn)（屈曲）校核挺桿的失穩(wěn)（屈曲）校核搖臂：搖臂： 氣門間隙調(diào)整氣門間隙調(diào)整 接觸面潤滑接觸面潤滑 & & 搖臂軸潤滑（缸蓋搖臂軸潤滑（缸蓋- -搖臂軸座搖臂軸座- -搖臂）搖臂） 搖臂軸搖臂軸氣門間隙氣門間隙調(diào)整螺釘調(diào)整螺釘縮緊縮緊螺母螺母耐磨處理耐磨處理潤滑油道潤滑油道搖臂軸組件搖臂軸組件搖臂軸剛度與變形：搖臂軸剛度與變形： 氣門氣門間隙間

18、隙進(jìn)氣門進(jìn)氣門0.250.30排氣門排氣門0.300.35氣門和活塞碰撞校核氣門和活塞碰撞校核大壓縮比、增壓發(fā)動機(jī)大掃氣角（氣門重疊角度）大壓縮比、增壓發(fā)動機(jī)大掃氣角（氣門重疊角度）活塞避撞坑（大多轎車用汽油機(jī)都有）活塞避撞坑（大多轎車用汽油機(jī)都有）活塞頂避撞坑活塞頂避撞坑氣門避碰坑氣門避碰坑( (汽油機(jī)、柴油機(jī)形狀不同）汽油機(jī)、柴油機(jī)形狀不同）關(guān)注：汽油機(jī)活塞凹坑關(guān)注：汽油機(jī)活塞凹坑配氣機(jī)構(gòu)開發(fā)考慮問題配氣機(jī)構(gòu)開發(fā)考慮問題氣門碰撞磨損：氣門角、鑲座？氣門碰撞磨損：氣門角、鑲座？氣門轉(zhuǎn)動：是否需要？氣門轉(zhuǎn)動：是否需要？氣門燒蝕：機(jī)油形成積碳，排氣加熱氣門燒蝕：機(jī)油形成積碳，排氣加熱氣門卡死（導(dǎo)管積碳，上止點和活塞輕微碰撞）氣門卡死（導(dǎo)管積碳，上止點和活塞輕微碰撞）部件失效：疲勞強(qiáng)度試驗臺、或部件失效：疲勞強(qiáng)度試驗臺、或FEAFEA潤滑和磨損：關(guān)注，潤滑和磨損：關(guān)注，“臟機(jī)油臟機(jī)油”加速磨損