------.-可修.-可修-.490QB柴油機(jī)設(shè)計(jì)（配氣機(jī)構(gòu)）摘要本設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)型為490QB柴油機(jī)，介紹了490QB柴油機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，配氣機(jī)構(gòu)各零件的詳細(xì)設(shè)計(jì)。依照本柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)技術(shù)要求，可以確定本柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)以及相關(guān)尺寸。本機(jī)采用 形燃燒室，凸輪軸中置，龍門式機(jī)體方案為了使本次設(shè)計(jì)滿足設(shè)計(jì)要求，所以根據(jù)燃機(jī)工程師手冊(cè)，對(duì)本機(jī)進(jìn)行工作過(guò)程熱計(jì)算，結(jié)果表明此次設(shè)計(jì)滿足其經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性要求。發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)配氣機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)換氣，即排出本循環(huán)已燃混合氣和下一個(gè)循環(huán)吸入新鮮充量的進(jìn)氣排氣過(guò)程，對(duì)于四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，從排氣門打開(kāi)到進(jìn)氣門關(guān)閉的整個(gè)過(guò)程為換氣過(guò)程。而發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的好壞，在很大程度取決于換氣過(guò)程的完善程度，因此配氣機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)在本發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中占有相當(dāng)重的位置。而配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心為提高充氣效率，降低換氣損失，進(jìn)而改善了發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性。設(shè)計(jì)氣門采用雙氣門方案，即一進(jìn)一出兩氣門，雙氣門方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，完全滿足進(jìn)排氣要求，降低制造成本。氣門的驅(qū)動(dòng)采用凸輪軸—挺住—推桿—搖臂—?dú)忾T的驅(qū)動(dòng)方案。凸輪軸采用中置方案，形式為整體式凸輪軸，全支撐，滿足強(qiáng)度要求，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工精度高，具有很好的互換性。本次設(shè)計(jì)主要包括氣門彈簧，進(jìn)排氣門，進(jìn)排氣道和凸輪軸設(shè)計(jì)，而凸輪形狀采用函數(shù)凸輪設(shè)計(jì)，由Matlab程序計(jì)算得到挺柱的升程，速度，加速度，繪制曲線。關(guān)鍵詞：柴油機(jī)，凸輪，氣門THE490QBDIESELENGINEDESIGN（PISTONANDCONNECTINGROD）ABSTRACTThedesignofthedieselenginemodelsforthe490QBintroduced490QBdieselenginevalvetraindesign,detaileddesignofeachvalvetrainparts.Inaccordancewiththetechnicalrequirementsfordieselengines,youcandeterminethestructureandsizeofthedieselengine.Themachineadoptstheshapeofthebustionchamber,thecamshaftposition,gantrybodyprogram.Inordertomeetthedesignrequirementsofthisdesign,itisbasedontheinternalbustionengineengineermanualprocesstoworkonthemachinethermalcalculations,theresultsshowthatthedesignmeetsitseconomyandpowerrequirements.Engineforventilationthroughvalvebody,thedischargeofthecirculatingairandfuelmixtureisnextcycleinhalefreshchargeintakeandexhaust,forfour-strokeengines,theexhaustvalvetoopentheintakevalveclosingthewholeprocessoftheventilationprocess.Theenginepowerandeconomyisgoodorbad,toalargeextentdependonthedegreeofperfectionofventilationprocess,soValvedesignoccupiesveryheavypositioninthisengine design. The core Valve designed to improve volumetric efficiency, reduceventilationlosses,therebyimprovingtheeconomyoftheengineandpower.Valvedoublevalvedesignscheme,namelyoneintoatwo-valve,dualvalveschemeissimple,reliable,fullymeettherequirementsoftheintakeandexhaust,reducemanufacturingcosts.Valvesdrivenbythecamshaft-tappet-putt-rocker-valvedrivesolutions.Camshaftschemeusedinthehome,intheformofthemonolithiccamshafts,fullysupportedtomeetthestrengthrequirements,simplestructure,highprecision,withgoodinterchangeability.Thedesignincludesvalvesprings,intakeandexhaustvalves,andintakeandexhaustcamshaftsroaddesign,andtheuseofacam-shapedcamdesignfunction,calculatedbytheMatlabprogramtappetlift,velocity,acceleration,plotted.Keywords:dieselengine,cam,valve目錄前言1第一章整體設(shè)計(jì)2§1.1490QB柴油機(jī)2§1.22§1.33第二章燃機(jī)工作過(guò)程的熱計(jì)算4§2.1一般參數(shù)計(jì)算4§2.2進(jìn)排氣過(guò)程計(jì)算4§2.3壓縮終點(diǎn)參數(shù)計(jì)算5§2.4燃燒過(guò)程的計(jì)算6§2.5膨脹終點(diǎn)參數(shù)的計(jì)算6§2.67§2.77第三章配氣機(jī)構(gòu)的總體布置9§3.19§3.29第四章氣門組的設(shè)計(jì)11§4.1氣門的設(shè)計(jì)11§4.2氣門導(dǎo)管的設(shè)計(jì)16§4.3氣門通路面積的校核16第五章氣門彈簧的設(shè)計(jì)20§5.1氣門彈簧的概述20§5.2氣門彈簧的尺寸確定21§6.1凸輪軸的設(shè)計(jì)25§6.2挺柱的設(shè)計(jì)31§6.3推桿和搖臂的設(shè)計(jì)32結(jié)論33參考文獻(xiàn)34致35附錄35前言距第一臺(tái)燃機(jī)誕生，經(jīng)過(guò)100多年的發(fā)展，在工程師們孜孜不倦的努力下，發(fā)動(dòng)機(jī)不斷的得到改進(jìn)和進(jìn)步，性能不斷得到改進(jìn)與創(chuàng)新，到今天能為人類社會(huì)活動(dòng)不可或缺的一員，支持著社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步，給人們帶來(lái)了非常大的便捷，近些年，隨著柴油機(jī)高壓共軌、缸直噴、凈化等技術(shù)的發(fā)展，以較低的排放輸出強(qiáng)大的動(dòng)力，有著無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。由于對(duì)環(huán)保越來(lái)越重視，現(xiàn)在柴油機(jī)又朝著更進(jìn)一步降低柴油機(jī)排放，低的運(yùn)行噪音，經(jīng)濟(jì)性更好，長(zhǎng)的和可靠的使用壽命的方向去發(fā)展。由于柴油機(jī)較高的壓縮比，壓縮行程終點(diǎn)的壓力和燃燒最高壓力都很高，所以其擁有比較高的熱效率，較汽油機(jī)更強(qiáng)的動(dòng)力輸出，節(jié)約燃料和更長(zhǎng)的發(fā)動(dòng)機(jī)工程車，農(nóng)用車等多個(gè)領(lǐng)域。由于研究方向的不同，歐洲在柴油機(jī)方面，走在了世界的前沿。依靠新的技術(shù)，如高壓共軌，低的運(yùn)行噪音，低污染排放，所以，柴油轎車走進(jìn)千家萬(wàn)戶，在我國(guó)，由于某些特殊原因，柴油供給不足，油品達(dá)不到高壓共軌供油系統(tǒng)的要求，所以在轎車領(lǐng)域還比較尷尬，但是在重型運(yùn)輸方面，由于其比較大的動(dòng)力輸出，比較的熱效率，低的比油耗，大多是柴油機(jī)被在這個(gè)方面使用。但是柴油機(jī)技術(shù)比著歐洲還有比較大的差距，如制造工藝落后，關(guān)鍵的噴油技術(shù)都沒(méi)完全掌握，所以目前，我國(guó)把對(duì)柴油機(jī)的研究重點(diǎn)放在如電控、柴油機(jī)后凈化處理、某提高柴油的供應(yīng)量，避免每年一次的柴油荒。相信柴油機(jī)會(huì)得到長(zhǎng)足的發(fā)展和進(jìn)步。490QB較低的油耗，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，后期維護(hù)方便，成為大馬力拖拉機(jī)和聯(lián)合收割機(jī)的優(yōu)先490QB系列四缸直噴柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，標(biāo)定功率48KW，標(biāo)定轉(zhuǎn)速3200r/min。柴油機(jī)熱效率高，動(dòng)力強(qiáng)勁，比汽油機(jī)效率大約提了30%，因而節(jié)約成本，節(jié)省燃料。更環(huán)保，銷量非常高，有很大的發(fā)展前途[6-8]。第一章整體設(shè)計(jì)§1.1490QB柴油機(jī)490QB柴油機(jī)主要用在農(nóng)用機(jī)車，低速汽車，輕卡，和輕氣車，其技術(shù)特點(diǎn)：油耗比較低，2.動(dòng)力性好，3油耗低，4.結(jié)構(gòu)緊湊，5.可靠性能高。490QB柴油機(jī)的技術(shù)參數(shù)：型式：直噴、直列、四缸、立式、水冷、四沖程、ω形燃燒室活塞行程/氣缸直徑：105/90標(biāo)定功率/轉(zhuǎn)速：48/3200（kW/r/min）壓縮比：18：1潤(rùn)滑方式：壓力及飛濺復(fù)合式起動(dòng)方式：電起動(dòng)§1.2柴油機(jī)的設(shè)計(jì)一、柴油機(jī)的總體設(shè)計(jì)要求對(duì)設(shè)計(jì)490QB柴油機(jī)整體考慮時(shí)，首先要考慮其零件的通用性，盡量選擇常見(jiàn)的材料，易于降低制造成本，方便后期維護(hù)。適合大批量工業(yè)化生產(chǎn)，而且附件都是標(biāo)準(zhǔn)配件，設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量可靠，熱效率高，質(zhì)量體積都要小，結(jié)構(gòu)盡量不要復(fù)雜。使用壽命要長(zhǎng)，能適用多個(gè)工作環(huán)境。二、柴油機(jī)的設(shè)計(jì)要求柴油機(jī)的總體設(shè)計(jì)是在注重節(jié)約能源的同時(shí)又加強(qiáng)了對(duì)排放性的要求，使發(fā)動(dòng)機(jī)有很廣的適用性。本490QB柴油機(jī)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。適用性很廣，工作環(huán)境多變惡略，其設(shè)計(jì)要求如下：必須要可靠，故障率必須要低，選用低的壓縮比和活塞速度。經(jīng)濟(jì)性要好，要省油、潤(rùn)滑機(jī)油要為普通品牌，不要特俗化。易于啟動(dòng)，操作簡(jiǎn)單，符合客戶的操作習(xí)慣。動(dòng)力必須要足夠。滿足大多數(shù)情況使用。鑒于其工作環(huán)境惡劣，所以過(guò)濾系統(tǒng)一定要好，而且要易于更換[3-]§1.3設(shè)計(jì)容和方法本設(shè)計(jì)的主要容為490QB柴油機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)，進(jìn)行熱力計(jì)算，查閱參考相關(guān)資料，與同組的同學(xué)一起確定有關(guān)的配合尺寸，使設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)有很好的動(dòng)力足，經(jīng)濟(jì)性要好，各系統(tǒng)機(jī)構(gòu)要可靠，利用計(jì)算機(jī)AUTOCAD專業(yè)繪圖軟件繪圖，然后再手工繪制一裝配圖，用Matlab程序計(jì)算挺住的升程、速度，并繪制曲線。第二章燃機(jī)工作過(guò)程的熱計(jì)算§2.1一般參數(shù)計(jì)算VS

d2S0.6676425L；4

0.0392731L；Vr 1Vc

1 g gg cho gg

kmol；0 0.2112 4 32在這個(gè)式中：g、g、gC H O

分別為每千克燃油中碳、氫、氧含量（kg）;而且在柴油中C、H、O這三種元素中的質(zhì)量比為：0.87:0.126:0.004。過(guò)量空氣系數(shù)：a

1.6

取值圍為（1.3~2.0；aLLa 0

0.7914kmol；g燃燒產(chǎn)物：MLgh g

0.8230kmol；4 327.殘余廢棄系數(shù)： 0.05 取值圍（0.03~0.06；r r8.分子變更系數(shù)：0

M1.0399；L9.實(shí)際分子變更系數(shù)：0 1.038r ；1r§2.2進(jìn)排氣過(guò)程計(jì)算排氣壓力：Pr

1.10Pa

111.43kPa 柴油機(jī)P，r，

—般的經(jīng)驗(yàn)取值圍是1.05~1.15Pa

P標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，取為101.3kPa；對(duì)于非增壓型柴油機(jī)來(lái)說(shuō)，由進(jìn)氣，a，管進(jìn)入氣缸前時(shí)的氣體壓力為P Pab a

101.3kPa。氣缸排氣溫度： Tr

800K本次非增壓柴油機(jī)排氣溫度取值圍一般都在700~900K之間。pde

0.9pa

91.17kPa非增壓柴油機(jī)進(jìn)氣終點(diǎn)的壓力一般圍在0.85~0.95Pa

之間。

TTT KT d rr331.5714 ；de 1r式中：Td

為進(jìn)氣溫度，取為20℃，即293.15K；TT10~20一般取15℃5.充量系數(shù)： cpT 1 ded

0.8024；c 1pTc abde

1r對(duì)于自然吸氣式柴油機(jī)來(lái)說(shuō)，其充量系數(shù)的圍為在0.75~0.90。6.燃機(jī)空氣流： p

VinA a sc

ab s30RT

0.06884kg/s；d d式子中：s

Rd

是新鮮空氣氣體常數(shù)，值為0.287kJ/(kgK)，而對(duì)于自然吸氣的柴油機(jī)s

大約取為1?！?.3壓縮終點(diǎn)參數(shù)計(jì)算壓縮終點(diǎn)壓力： pco

pn14781.6225kPa；dec式中：n1

為平均多變壓縮指數(shù)，壓縮過(guò)程中氣體得到熱量愈多，n1

越大。相反熱損失越多n1

越小。由此，影響n1

取值的主要因素有以下幾點(diǎn)：發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)造特征，風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)的主要零件（缸體、缸蓋、活塞）溫度要比水冷發(fā)動(dòng)機(jī)的高，因此風(fēng)冷機(jī)的n1

較大；DS nD1

要比長(zhǎng)沖程的機(jī)型小一些；當(dāng)氣缸套、活塞、活塞環(huán)以及氣門密封帶磨損時(shí)，漏氣量增加，就會(huì)帶走一部分熱量，從而使n1

減?。蝗紵冶砻娣e炭，會(huì)使零件溫度升高，減少散熱量，使n1

升高。中速柴油機(jī)n1

取值圍為1.34~1.39，高速柴油機(jī)取值圍為1.37~1.41，此498柴油機(jī)為高速柴油機(jī)故而取n1

1.37。壓縮終點(diǎn)溫度：Tco

Tn11。dec§2.4燃燒過(guò)程的計(jì)算p

maxPPPco限制最大爆發(fā)壓力為p 5085kgf/cm2取p 85kgf/cm28335.65kPamax max此時(shí)壓力升高比p

pmax1.743，對(duì)于柴油機(jī)，pco

取值圍是1.70~2.20。p最高燃燒溫度

H= z H

[(C

)

(C )Tmax

L(1a 0 r

pcm

p

pzm max式中：z

z

在0.80~0.88的圍，而對(duì)于直噴式高速柴油機(jī)

在0.70~0.85的圍，此處取z

=0.70。Hz

是燃油低熱值，對(duì)于柴油H

=42500kJ/kgC(C ) 分別是新鮮空氣和燃燒產(chǎn)物pcm pzm的平均等壓摩爾比熱容[kJ/ kgmolK]，見(jiàn)附錄表 1，可查得：C pcm

29.9299kJK,C pzm

33.0694kJ/molK將以上數(shù)據(jù)代入公式，可以得：Tmax

=2063.6344K。初期膨脹比： p

TTco

1.2744；燃燒終點(diǎn)氣缸容積V：Vz z

Vc

0.05008L。§2.5膨脹終點(diǎn)參數(shù)的計(jì)算膨脹終點(diǎn)壓力P ：p ex ex

pmaxn2

288.7231kPac14.1243

為平均膨脹指數(shù)，2

n2是一個(gè)平均值概念，主要取決于過(guò)后燃燒的程度，氣體與氣缸壁之間的傳熱以及氣體的泄露量。n越小，有2n用功就越多。在發(fā)動(dòng)機(jī)中影響 的因素主要有：n2n1).從氣體中排出的熱量越多，膨脹線越陡，熱損失就越多， 越大；2).在膨n2n脹線上過(guò)后燃燒的增加，減小了氣體的散熱量，從而減小 ；3).過(guò)后燃燒強(qiáng)度越n2n大， 就會(huì)減?。?).轉(zhuǎn)速增加以后，縮短了氣體與氣缸壁的熱交換時(shí)間以及泄露n2n量，轉(zhuǎn)速n越大n2為1.27。

就會(huì)增加。高速柴油機(jī)n2

1.18~1.27，此處n取2膨脹終點(diǎn)溫度T ：Tex ex

maxTT

1009.5822K?！?.6指示參數(shù)的計(jì)算平均指示壓力P ：mipn1 p

1 1 1p dec

1

p 1 1 832.2407kPai 0

1p

n1 n21 n1 n11 c 2 1 1

c 式中：n

為示功圖豐滿系數(shù)，其圍在0.92~0.99，此處取n

=0.92；P

p

in59.300kwis i i ii4；為沖程數(shù)，=4；指示熱效率：ia dp8.313L T i0.4646a dpi H p u ab c

3600103

182.3200g/kWh；i Hi u機(jī)械效率：m

P0.8094。ePe§2.7有效參數(shù)的計(jì)算平均有效壓力P ：pme me

pm

673.6156kPa；有效熱效率有效油耗率

：net

m b

0.3760；。：b e e

i 225.2533g/kWhm第三章配氣機(jī)構(gòu)的總體布置定時(shí)開(kāi)啟和關(guān)閉進(jìn)氣門，排氣門。保證廢棄的排除和充入新鮮空氣，以維持發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定持續(xù)的運(yùn)行，要求：氣門具有優(yōu)秀的換氣質(zhì)量，時(shí)間—截面值盡可能大大，泵氣損失要小。性。其結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，外形要美觀[1]。以要根據(jù)實(shí)際情況，分清主次，有側(cè)重點(diǎn)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出優(yōu)秀的發(fā)動(dòng)機(jī)[6-8]?！?.1氣門數(shù)目、驅(qū)動(dòng)方式，布置采用雙氣門頂置式氣門機(jī)構(gòu)布置，即每個(gè)氣缸上一進(jìn)一出兩氣門布置方案。而氣門采用凸輪軸—挺住—推桿—搖臂—?dú)忾T驅(qū)動(dòng)方案。§3.2凸輪軸布置和傳動(dòng)方案確定凸輪軸位置的確定取決于機(jī)體的布置方案和機(jī)體的外形，所以要仔細(xì)考慮才能確定。凸輪軸由曲軸驅(qū)動(dòng)，為了減小傳動(dòng)噪聲，所以要求在不干涉的曲軸運(yùn)動(dòng)的情況下，決定凸輪軸位置高度時(shí)，盡可能的要求曲軸與凸輪軸接近,保證曲軸能正確傳動(dòng)，這樣減小了發(fā)動(dòng)機(jī)的橫向尺寸，便于發(fā)動(dòng)機(jī)小型化。應(yīng)該也要要使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，減小故障率。而當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，功率得到強(qiáng)化類型的發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)該使用凸輪軸頂置的方案，即把凸輪軸放在氣缸上方的位置，由鏈條驅(qū)動(dòng)凸輪軸，盡量減少推桿的長(zhǎng)度，這樣就減小了氣門傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，增大了機(jī)體，零件的剛度，優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)果布置[1]。在折中考慮，分清主次之后，本次設(shè)計(jì)的490QB柴油機(jī)采用凸輪軸中置方案，由曲軸通過(guò)齒輪驅(qū)動(dòng)凸輪軸，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠。第四章氣門組的設(shè)計(jì)§4.1氣門的設(shè)計(jì)§4.1.1氣門的工作環(huán)境與設(shè)計(jì)要一、 氣門的工作環(huán)境；氣門做為燃機(jī)的核心部件之一，其工作環(huán)境十分惡劣，因?yàn)槠涔ぷ鲿r(shí)會(huì)受到很高的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷，而氣門頭部又直接與缸的高溫氣體接觸，溫度很非常高，特別是排氣門，排氣溫度大約在600°~860°之間，甚至?xí)?，高溫氣體經(jīng)排氣門排出，即又受到高溫廢氣體的沖刷，工作條件更為嚴(yán)酷，所以經(jīng)常會(huì)密封不嚴(yán)，導(dǎo)致漏氣，和氣門座圈密封處也會(huì)受到腐蝕，燒損。在氣門工作時(shí)，氣門以很高的頻率和速度在運(yùn)動(dòng)，氣門桿會(huì)與氣門導(dǎo)管摩擦，而且氣門每次落座時(shí)，因?yàn)槠渚哂泻芨叩乃俣?，就?huì)沖擊氣門座圈和氣門的密封錐面。而沖擊力的大小，又取決于氣門的落座速度，和氣門的質(zhì)量。所以優(yōu)化進(jìn)排氣門，減小氣門工作時(shí)受到的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷，合理設(shè)計(jì)凸輪緩沖段曲線，減小氣門落座的速度和加速度，減小落座沖擊為本次氣門設(shè)計(jì)的核心容[1]。二、 氣門設(shè)計(jì)的基本要1.材料的選擇考慮到氣門的高溫工作環(huán)境，我們首先想到的是改善氣門的冷卻方式，降低氣門的工作溫度，其次在氣門的工作溫度下，選擇合適的材料，來(lái)保證氣門能耐其經(jīng)常都是密封面腐蝕磨損，所以選擇材料，要優(yōu)先考慮它的耐磨性，和耐化學(xué)腐蝕，其次要考慮材料的失效溫度要高于氣門的工作溫度，即工作時(shí)，反復(fù)運(yùn)動(dòng)受熱，不會(huì)強(qiáng)度失效，變形，彎曲。所以對(duì)于排氣門，在工作強(qiáng)度大的燃機(jī)上，一般采用奧氏體鋼，這種材料在高溫下，性能很優(yōu)秀，不會(huì)失效變形，而且耐腐蝕，并且一般都含有大量的重金屬鎳，所以價(jià)格很貴。進(jìn)氣門由于進(jìn)氣溫度低，工作條件相對(duì)好些，為了節(jié)約成本，一般采用40Cr,對(duì)材料沒(méi)有什么特俗要求。氣門結(jié)構(gòu)方面為了使加工成本低，能大批量生產(chǎn)，要求氣門結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。其氣門頸部的外形在滿足氣門工作時(shí)的強(qiáng)度，耐腐蝕性，耐磨性時(shí)，也要求盡可能的降低氣門的質(zhì)量，降低氣門落座沖擊力。降低氣門的熱負(fù)荷前面提到過(guò)，氣門的工作在高溫環(huán)境下，而其失效形式經(jīng)常是由高溫導(dǎo)致，所以降低氣門受到的熱負(fù)荷又是設(shè)計(jì)重心之一，氣門組中，排氣門受到的溫度最高，大約有70%的熱量經(jīng)由氣門頭部傳至氣門座圈導(dǎo)出，其余部分熱量由氣門的桿身導(dǎo)出，因此，氣門頭部的散熱冷卻至關(guān)重要，要求氣門頭部的形狀大小要與使氣門受熱盡可能的均勻，防止氣門頭部受熱變形不均勻的情況發(fā)生。在機(jī)體缸蓋允許的情況下，也可以加長(zhǎng)氣門導(dǎo)管長(zhǎng)度。減小氣門桿身與氣門導(dǎo)管的間隙，進(jìn)而降低氣門高溫頭部的溫度[10]。除此之外，還要綜合考慮氣門的運(yùn)動(dòng)，因?yàn)槠溥\(yùn)動(dòng)受到多個(gè)因素的制約，比如說(shuō)氣門彈簧、搖臂、挺柱、凸輪外形等多個(gè)外部因素影響制約，所以其設(shè)計(jì)還要從配氣機(jī)構(gòu)整體運(yùn)動(dòng)來(lái)折中考慮，力求優(yōu)化氣門組運(yùn)動(dòng)，減輕落座沖擊，因?yàn)檫@個(gè)也是氣門錐面與座圈密封失效的原因之一[9]。4.1.2氣門整體形狀和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)氣門分氣門桿身和氣門頭部分組成。圖4-1所示，氣門的名字和詳細(xì)結(jié)構(gòu)。氣門的基本結(jié)構(gòu)及名稱

圖θ4-1θ1—?dú)忾T的頭部2—?dú)忾T的桿身部3—?dú)忾T的圓弧徑部4—?dú)忾T鎖夾槽5—?dú)忾T桿的端面6—?dú)忾T密封錐面7—?dú)忾T頭部上端面D—?dú)忾T頭部的直徑d—?dú)忾T桿身直徑v 0t1—?dú)忾T頭部厚度R—?dú)忾T頸部過(guò)度圓弧半徑—?dú)忾T密封錐面角一、氣門的頭部設(shè)計(jì)氣門頭部外形氣體的流通特性會(huì)受到氣門頭部外形的影響，氣門的剛度、慣量、散熱性能和制造難易程度都會(huì)受到氣門頭部外形的影響，也會(huì)影響到氣門的使用壽命，所以要根據(jù)不同類型，要具體分析。大體情況，一共有三種類型的氣門頭部形狀：平底氣門、凹底氣門、還有凸底氣門。而第一種氣門頭部形狀因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低、受熱均勻且小、剛度性好、工藝性優(yōu)異，滿足了大部分發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)、排氣要求，所以在各種類型的柴油機(jī)中得到了非常大圍的應(yīng)用。而本設(shè)計(jì)中的490QB柴油機(jī)也采用第一種氣門頭部平底設(shè)計(jì)[2]。氣門頭部直徑設(shè)計(jì)充量系數(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)效率至關(guān)重要，所以增大氣門頭部的直徑，可以顯著提高充量系數(shù)，增大流通斷面的的同時(shí)，也減小了進(jìn)排氣阻力。因?yàn)闅忾T和配氣部件構(gòu)成整體，所以要綜合考慮近、排氣門位置的布置，汽缸蓋的形狀大小，燃燒室的形式。氣門之間冷卻水道的布置，氣門冷卻效果，氣門受熱是否均勻，還有很關(guān)鍵的鼻梁區(qū)冷卻，這都關(guān)系到氣門頭部直徑的選擇。其尺寸的確定，一般都有經(jīng)驗(yàn)公式確定，根據(jù)柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)中冊(cè)中[1]的參考公式:DDvi

(0.38～0.41)D此次設(shè)計(jì)的缸徑為D=90mm，代入式子得：Dvi

(40.5～43.2)mmDve綜合考慮到噴油器位置、燃燒室形狀、和缸蓋螺絲等多個(gè)影響因素。本次設(shè)計(jì)取D42mmDvi

35mm氣門錐面斜角的確定氣門錐面受到兩個(gè)因素的影響，根據(jù)實(shí)際情況，要綜合分析，一般來(lái)說(shuō)，常用的只有30°和45°兩種錐面斜度可以選擇。由于排氣門和氣門座圈密封時(shí)，受到的單位壓強(qiáng)比較大，所以氣門錐面上的積炭非常容易會(huì)被刮掉，所以本次就采用較45°45°氣門錐面角。而在自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)中，也經(jīng)常取45°錐面角，所以本次設(shè)計(jì)的490QB氣門頸部過(guò)度圓弧的半徑也比較重要，一般取值圍為本氣口直徑的0.25~0.50倍。通常情況下根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)氣門頸部的圓弧半徑取頭部直徑的0.25，而排氣門的頸部半徑去其頭部直徑的0.35倍。在重合的取值圍，考慮到統(tǒng)一方便加工，把進(jìn)、排氣門頸部的半徑都為9.5mm。氣口直徑的選擇d37mm為進(jìn)氣口1 1的直徑。d為排氣口2 2的直徑。氣門的升程進(jìn)氣門的最大升程：hvimax排氣門的最大升程：h

(0.24～0.26)Dvi(0.28～0.30)D

，，vemax ve綜合考慮進(jìn)排氣門的最大升程，取進(jìn)丶排氣門的最大升程都為9mm。氣門頭部和氣門錐面厚度的選擇門的質(zhì)量，盡量越薄越好，除此之外，還要受到高溫燃?xì)獾暮婵鞠伦冃巍Ｈ绻冃瘟窟^(guò)大，就會(huì)導(dǎo)致密封不嚴(yán)，漏氣。還會(huì)加快氣門的磨損。依照柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)中冊(cè)[] 氣門頭部厚度選擇的經(jīng)驗(yàn)公式為：t(0.10～0.12)Dv11

42t135t1

4.5mm4mm而氣門錐面寬度的設(shè)計(jì)原則：氣門的密封錐面帶出了氣門頭部絕大部分熱量，所以氣門錐面越寬，則經(jīng)由氣門錐面導(dǎo)出的熱量越多，氣門的工作環(huán)境會(huì)有很大改善。但是會(huì)帶來(lái)負(fù)面影響，氣門錐面的密封效果就會(huì)大大折扣。反之如果錐面會(huì)使氣門很快磨損。所以綜合考慮這兩方面的原因后，來(lái)決定氣門錐面的厚度，1.5~3.0毫米之。參考柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)，氣門密封面的厚度公式為：b(0.9～1.05)t1對(duì)于進(jìn)氣門b4.5(4～4.7)mm，取b4mm對(duì)于排氣門b4，取b3.6mm二、氣門桿部件的設(shè)計(jì)氣門桿直徑的設(shè)計(jì)桿身一般都會(huì)做成實(shí)心的，因?yàn)榧庸し奖?，但是有時(shí)在某些高強(qiáng)化機(jī)型中，也會(huì)采用空心桿身，本次采用實(shí)心桿身。如果需要桿身越耐磨，則需要粗一點(diǎn)的桿身，還有助于熱量從桿身散出，增加了冷卻效果。根據(jù)受凸輪驅(qū)動(dòng)方式的不同，它受到的側(cè)向力也不同，有大有小，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇，如果桿身側(cè)向力比較大，則30~4016~25490QB42×16%~35×25%=（7.2~8.25）mm,綜合考慮后，取桿身直徑為：d=8.0mm。o氣門桿身長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)氣門桿身長(zhǎng)度L的確定取決于氣門彈簧的長(zhǎng)度和汽缸蓋的高度。這里希望能小些，因?yàn)橄Ｍ芙档桶l(fā)動(dòng)機(jī)的總高度，便于發(fā)動(dòng)機(jī)緊湊。降低了氣門組的質(zhì)量。根據(jù)柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)中冊(cè)，桿身的設(shè)計(jì)L的取值為：L(2.5～3.5)Dr將D42mm、Dvi

35mm代入式子得：進(jìn)氣門桿長(zhǎng)L，排氣門桿長(zhǎng)L，在依據(jù)進(jìn)、排氣門總高一樣高的設(shè)計(jì)原則，此處取進(jìn)氣門桿長(zhǎng)L105.5mm減去排氣門頭部厚度0.5mm的差別，排氣門桿長(zhǎng)L106mm。對(duì)氣門桿還要經(jīng)過(guò)熱處理，端面淬火淬硬處理。其硬度要求要大于 HRC50氣門彈簧盤和桿身接觸，在折中考慮下，應(yīng)該要求連接穩(wěn)定可靠，但是有不減弱氣門桿，此次設(shè)計(jì)的490QB柴油機(jī)中，使用鎖夾槽的方式，其不讓出現(xiàn)尖銳的角?！?.1.3氣門材料的確定在選擇氣門材料時(shí)，必須考慮氣門工作時(shí)的高溫條件，即此種材料必須要耐高溫、耐腐蝕、較高的抗沖擊力、氣門很嚴(yán)重的磨損現(xiàn)象，還要考慮其主要失效形式，在這次設(shè)計(jì)的490QB型柴油機(jī)中，其運(yùn)用于輕卡，載重量比較大，取進(jìn)氣門的材料為普通的40Cr,而排氣門的高溫條件，則采用的4Cr9Si2Mn為排氣門的材料[1]?！?.2氣門導(dǎo)管的設(shè)計(jì)氣門桿在導(dǎo)管中做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，桿身的側(cè)向力傳給了氣門導(dǎo)管，所以氣門承受比較大的側(cè)向力，而氣門桿身的熱量也是經(jīng)由氣門導(dǎo)管傳出，相比之下，氣門和導(dǎo)管摩擦接合面又相對(duì)靠近溫度更高的氣門頭部，所以氣門導(dǎo)管承受的溫度也比氣門導(dǎo)管要耐磨。由于鐵基粉末冶金即使在潤(rùn)滑不良的條件下，其也比較耐磨，性子穩(wěn)定，易于制造，經(jīng)常拿這種材料制造氣門導(dǎo)管。氣門導(dǎo)管外圓面不允許有凹凸不平，應(yīng)為光滑的外面柱面，適合于用無(wú)心磨床加工。氣門導(dǎo)管的長(zhǎng)度也應(yīng)該盡可能的長(zhǎng)，但是最好不要超過(guò)氣門桿直徑的 倍，因?yàn)閷?dǎo)管越長(zhǎng)，來(lái)自氣門桿身的側(cè)向壓力就會(huì)越小，還有利于氣門的冷卻和導(dǎo)向，但其長(zhǎng)度主要取決于氣缸蓋的高度，允許的情況下，盡可能的長(zhǎng)些。桿身與氣門導(dǎo)管的間隙也非常重要，其間隙的大小直接影響到潤(rùn)滑和散熱。間隙如果過(guò)大，氣門桿則在導(dǎo)管里竄動(dòng)，密封間隙過(guò)大，直接導(dǎo)致的后果就是密封不嚴(yán)，漏氣，漏油，更嚴(yán)重會(huì)直接是氣門頭部承受更高的溫度而燒損，另外還會(huì)嚴(yán)重影響桿身散熱。如果選擇的間隙過(guò)小，氣門會(huì)由于潤(rùn)換不良，在積炭的情由于進(jìn)、排氣門工作溫度不同，間隙大小也會(huì)有差別，進(jìn)氣門的氣門管間隙一般0.005~0.010.008~0.012在這次設(shè)計(jì)的490QB柴油機(jī)中，取氣門導(dǎo)管的長(zhǎng)度為l≥6d=6×8=48mm。折中0考慮后，去l=50mm.導(dǎo)管間隙：（0.005～0.01）8=0.05～0.07mm，（0.008～0.012）8=0.054～0.088mm?！?.3氣門通路面積的校核氣門通路面積的校核4--2流速值。CF校核式子：Wv

m CFr

（m/s）在本式中，Wv

——在一個(gè)完全的進(jìn)氣或者排氣過(guò)程中，氣門在最大的升程時(shí)，流通截面最大，氣門通路斷面處我們假設(shè)平均進(jìn)排氣體的流速（m/s；C——一個(gè)氣缸中同名氣門的數(shù)目；Fm2)；r2F——活塞面積(m2)，F(xiàn) ；p p 4——活塞平均速度，C/s；m m——?dú)飧字睆?m), D90mm；SS105mm；Nn3200r/min；當(dāng)氣門位于最大升程時(shí)，通路面積公式為：Fv

dl[1mmDv22mmDv2式中，D

——進(jìn)、排氣門頭部外徑vdv

DDd22cosvvhvmax2Dvdhvvmaxtanl

，如圖

（mm）------.-可修.-可修-.圖5-2氣門最大升程示意圖對(duì)本次設(shè)計(jì)的機(jī)型的進(jìn)氣門進(jìn)行校核：42372423722cos45o1024237 10tan45oFri

42372

7.912)11.90.0982W 4v 11249106

/s)Fd2ri 4

3724

2)對(duì)排氣門進(jìn)行校核：37.2433.32237.2433.3222cos45o11237.2433.32 11tan45oFri

37.2433.322

13.1072)------.-可修.-可修-.11.90.0982W 4 /s)v 1801.1361062 33.322F 2)ri 4 4可知，本次設(shè)計(jì)完全可以滿足設(shè)計(jì)的要求。本次設(shè)計(jì)490QB柴油機(jī)額定轉(zhuǎn)速為/min，屬中高速自然吸氣柴油機(jī)，根據(jù)柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)中冊(cè)，進(jìn)氣平均氣流速度Wv

的圍為60～80m/s流速度Wv

的圍為 70～100m/s，設(shè)計(jì)計(jì)算可知進(jìn)氣平均氣體流度為W=72.61m/s，而排氣平均氣體流速Wv

=92.042m/s，通過(guò)計(jì)算，氣門通路面積的大小滿足該設(shè)計(jì)要求。氣門口尺寸校核用馬赫指數(shù)法對(duì)進(jìn)氣門口尺寸進(jìn)行校核。計(jì)算進(jìn)氣口的馬赫數(shù)M：1M D2 Cmm1d a1 mi1式中 進(jìn)氣平均流量系數(shù)；mia在進(jìn)氣氣門口處的聲速（m/s；gkRT0a= （m/sgkRT01g——重力加速度(m/s2)；k——絕熱指數(shù)，k=1.40；R——常溫下，氣體常數(shù)，R=287Jk)；T進(jìn)氣氣門口空氣的絕熱溫度，T0

。由實(shí)驗(yàn)可知，當(dāng)進(jìn)氣氣門口馬赫數(shù)M1

超過(guò)0.5以后，氣體的充量系數(shù)下降幅度很大。所以，在確定進(jìn)氣口直徑確定的情況下，馬赫數(shù)M1下不能高于0.5。

值在發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在2000～3000rpm轉(zhuǎn)速時(shí)可按照以前的經(jīng)驗(yàn)公司進(jìn)行大體的mi計(jì)算： 1.45mi

hviDri

1.45100.34542gkRT0a gkRT09.89.82871.4331.57

1142.63（m/s）將以上數(shù)據(jù)代入求馬赫數(shù)M中，得： M D2

0.09m m

11.21d a1 mi1

0.037

0.1680.50.3451142.63所以在柴油機(jī)以額定轉(zhuǎn)速下，進(jìn)排氣口不會(huì)出現(xiàn)阻塞現(xiàn)象，并且進(jìn)本沒(méi)有影響，主要得益于本次進(jìn)排氣口取值比較。第五章氣門彈簧的設(shè)計(jì)5.1氣門彈簧的概述一、氣門彈簧的功用氣門彈簧的作用主要有這幾點(diǎn)：當(dāng)氣門已關(guān)閉時(shí)，依靠彈簧的彈力，使氣門與氣門座緊閉封閉。走。保證配氣機(jī)構(gòu)各部件都在正常接觸。.在進(jìn)氣階段，保證氣門不會(huì)被吸下去。二、彈簧的工作環(huán)境與設(shè)計(jì)要求因?yàn)樵诎l(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中氣門需要以很高的頻率開(kāi)啟關(guān)閉，所以氣門彈簧要受很高的交變力，工作環(huán)境惡劣，需要重點(diǎn)設(shè)計(jì)氣門彈簧，它才能安全要保證其在最大應(yīng)力圍，不會(huì)失效。彈簧受到很高的交變應(yīng)力，高的疲勞強(qiáng)度，所以在生產(chǎn)的過(guò)程中，務(wù)必要杜絕各種材料缺陷。保證其有很高的抗疲勞強(qiáng)度。三、確定氣門彈簧的材料首先要考慮氣門彈簧工作的條件，即較高的溫度下，反復(fù)承受交變力，為了能讓氣門彈簧在正常使用下，穩(wěn)定，有更長(zhǎng)的壽命，所以這種材料的機(jī)境下，彈簧不會(huì)失效，不會(huì)出現(xiàn)彈力失效的情況。通常選取65Mn、50CrVA鋼絲或者碳素鋼絲等作為氣門彈簧的材料。在設(shè)計(jì)的490QB柴油機(jī)中，選用碳素彈簧鋼絲，在較高的溫度下工作，可靠，不變形。但是要經(jīng)過(guò)熱處理。經(jīng)過(guò)油淬火-回火處理，機(jī)械性能更優(yōu)秀[11-13]。5.2氣門彈簧的尺寸確定一、氣門彈簧中徑D選取2在此次設(shè)計(jì)的490QB柴油機(jī)中，考慮到其高的工作強(qiáng)度，增加其工作可靠性，采用雙彈簧設(shè)計(jì)，當(dāng)一個(gè)彈簧失效時(shí)，不至于引發(fā)事故。其中氣門彈簧的中徑是：D(0.4～0.7)d(0.4～0.7)37(14.8～25.6)mm,2i取D20mm;2iD37,2e取D28mm2e上述式子中d為氣口的直徑。在此處，取d=37mm。二、確定彈簧的預(yù)緊力當(dāng)氣門緊閉的時(shí)候，需要有足夠的預(yù)緊力保證氣門緊閉，保證很好的密封。為了便于加工，所以選擇進(jìn)、排氣門的彈簧一樣，根據(jù)柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)中冊(cè)，彈簧預(yù)緊力的P1

的設(shè)計(jì)公式為：P1.5d2

是進(jìn)氣口的直徑1 41 1接著計(jì)算氣門上的壓力P，需要注意燃機(jī)氣門質(zhì)量的大小要與彈簧的性質(zhì)相匹2P[1]P=2.5P1 2 2 1確定氣門彈簧時(shí)，需要留意在其位于最大形變形量時(shí)要預(yù)留一部分裕量，所以參考公式P1

，則P2

1

三、關(guān)于外氣門彈簧的分配根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，通常情況下其外載荷的分布比例1：2.0到在本次設(shè)計(jì)中，按下列載荷分配：P(kgf)2彈簧P

1172外彈簧P

2332四、確定彈簧鋼絲的直徑由柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)可知，計(jì)算彈簧的式子：K 2

（kgf/mm2（5-1）38PDf 2Gd4

(mm) （5-2）式中——彈簧力（kgf；D——彈簧中徑（mm；2D——彈簧鋼絲直徑（mm；n——彈簧有效圈數(shù)；G——彈簧材料切變模量；f——彈簧變形量（mm；——斷面切應(yīng)力（kgf/mm2；K——曲度系數(shù)，這里應(yīng)該注意彈簧橫切面的切應(yīng)力分布不均勻影響的系數(shù)。按照上面公式（1）計(jì)算彈簧的鋼絲直徑，可知彈簧材料的切應(yīng)力，則為了容易一些計(jì)算。把公式變形為下面的公式：8 D2KC3 P 2上式 ——此種材料的許用切用力（kgf/mm2。確定彈簧的直徑：選擇65Mn為彈簧的材料，按照彈簧的標(biāo)準(zhǔn)系列，先取直徑為2.2~2.5mm,然后去13-24表，可知其抗拉強(qiáng)度 b

/mm2)已知彈簧允許的切應(yīng)力為：代入上面的公式（3，求得

1600.3/mm2)；KC31129.4;再根據(jù)參考資料柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)得知其旋繞比為C=7.2,K=1.206。根據(jù)d

D 得到di C

=2.78mm

=2.8mm。i外彈簧直徑的確定：用素II作為外彈簧的材料。跟彈簧算法一樣，也是先假定一個(gè)外彈簧的直徑為3.5mm，再根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)查表得知，其抗拉強(qiáng)度

/mm2)；需用切應(yīng)力 1500.3/mm2)代入上面的公式（3）后，可得到8

KC

再查設(shè)計(jì)手冊(cè)，其旋繞比為C7.4K1.2；根據(jù)d

D

得，d

=3.78mm，圓整到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：d

=3.8mm。e C e e5.確定彈簧的有效圈數(shù)n和總?cè)?shù)n12根據(jù)公式nGd2D322可求的彈簧的有效圈數(shù)，上式f

為彈簧的最大形變量：ff

(mm)2 2

vmax彈簧預(yù)緊變形量f

h P vmax

1020)1 PP2 1

5020彈簧最大變形量f2

fh1 v

6.671016.67(mm)式中h

——?dú)忾T最大升程（mmhvmax

10mm。+圖6-1彈簧載荷三角形彈簧材料切變模量G/mm2彈簧：n

Gd4f

82002.8416.67

7.73

，取n8圈；D322

815243nn210圈1i外彈簧：n

Gd4f

82003.8416.67

4.9

，取n5圈；D322

833283nn27圈1e計(jì)算彈簧的高度當(dāng)氣門位于最大升程時(shí)彈簧處于最大壓縮狀態(tài)所以要保證相鄰兩圈之間的小間隙不能小于0.5mm,所以本次設(shè)計(jì)中，取彈簧的最小間隙為 ，min外彈簧的為 1.06mm，min彈簧并圈時(shí)高度H：bH(nb 1

氣門全開(kāi)時(shí)彈簧的高度H：2HH2 b min氣門彈簧關(guān)閉時(shí)的高度H：1HH1 2

hvmax彈簧的自由高度H：0HHf0 2 2

Hf1 1彈簧并圈變形量f：bfHHb 0 b彈簧自由狀態(tài)的螺距t:2tdf2n

min將相關(guān)數(shù)據(jù)代入上式得彈簧的相關(guān)參數(shù)，見(jiàn)表6-1所示。表6-1 彈簧長(zhǎng)度計(jì)算值彈簧 外彈簧H 26.6bH 32.12H 42.11H 48.770

24.77f 22.17b

24.7t 5 7在制造過(guò)程中，為了使外彈簧的工作載荷P、P的差在允許的圍，應(yīng)該保證彈簧1 2在工作時(shí)，其并圈形變量fb

的20~80%，由于汽缸蓋高度的限制，在氣門關(guān)閉時(shí)，彈簧各圈之間的間隙一般取的比較小，而且f2能大于0.85f。b

還經(jīng)常超過(guò)這個(gè)圍，所以盡量要求不f0.85fb

，在這個(gè)取值圍，所以設(shè)計(jì)合適。彈簧展開(kāi)時(shí)的長(zhǎng)度計(jì)算彈簧展開(kāi)長(zhǎng)度的計(jì)算：彈簧螺旋角：tant2

tan 5 0.0013920彈簧的展開(kāi)長(zhǎng)度L：LL21

2010

cos

cos0.00139外彈簧展開(kāi)長(zhǎng)度的計(jì)算：彈簧螺旋角：tant2

tan 7 0.0013928彈簧的展開(kāi)長(zhǎng)度L：LL21

287

cos

cos0.00139第六章凸輪軸和氣門附件的設(shè)計(jì)§6.1凸輪軸的設(shè)計(jì)§6.1.1凸輪軸的功用以及設(shè)計(jì)要求定的運(yùn)行。輪軸支持軸頸的數(shù)目，軸身最細(xì)處的尺寸，軸頸處直徑的大小。接觸的磨合面要合適的剛度和去強(qiáng)度，保證軸頸處耐磨[2]。7.1.2凸輪軸尺寸的確定一、凸輪軸外形的設(shè)計(jì)要求：依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能來(lái)設(shè)計(jì)凸輪軸，設(shè)計(jì)合適的凸輪輪廓和緩沖斷曲線，保證加速度平穩(wěn)，不能有猛烈的沖擊，然后依照凸輪的轉(zhuǎn)角為自變形，編寫(xiě)升程表。依照凸輪的外形，運(yùn)動(dòng)規(guī)律，可以求得氣門組其它零件的一些運(yùn)動(dòng)規(guī)律度、加速度、時(shí)面值、慣性力大小。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，可以綜合評(píng)定配氣機(jī)構(gòu)的優(yōu)劣[14-16]。經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)秀的凸輪，一般都有比較大的時(shí)間--斷面值，保證很好的充氣效率。整個(gè)配氣機(jī)構(gòu)允許的可靠性?？偨Y(jié)一下幾點(diǎn)：保證。盡量有大的時(shí)面值，因?yàn)闀r(shí)面值越大，而其充氣效率也就越高。時(shí)，加速時(shí)要小，防止因加速度過(guò)大而引起氣門二次跳動(dòng)。盡量采用齒輪傳動(dòng)，這樣其傳動(dòng)噪聲就會(huì)比較小，發(fā)動(dòng)機(jī)也比較安靜的運(yùn)行。材料都有共振，要避免氣門組之間產(chǎn)生共振，使其共振減緩到最小。長(zhǎng)期可靠的工作。綜上所述，同時(shí)滿足以上要求非常困難，所以根據(jù)具體設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)，分清主次再。合理解決這些矛盾。本次設(shè)計(jì)的凸輪，采用多項(xiàng)式高次方凸輪設(shè)計(jì)方法。二、凸輪軸的傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)由于凸輪軸采用中置方案，所以凸輪軸離曲軸較近，為了減小傳動(dòng)噪聲，使傳動(dòng)可靠，所以采用齒輪傳動(dòng)方案，中間加一個(gè)惰性輪。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于布置三、凸輪軸參數(shù)的選擇基圓半徑r：0r=0.5d0

+(1～2)；b其中，最小直徑d=(0.25～0.35)D；bDD90mm,取系數(shù)為0.3；d0.39027mm；br0.5271.515mm。0挺柱最大有效升程

：max決定于氣門最大升程和氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比i,由于i1.3～1.8,本次畢業(yè)設(shè)計(jì)i的數(shù)值取1.429。hh v

10 7mmmax

i 1.429理論基圓半徑r：0為了保證氣門恰當(dāng)?shù)穆渥c氣門冷間隙相對(duì)應(yīng)，在凸輪上往往留有挺柱間隙h，通常取hR

；i式中氣門冷間隙 vmax

，取100.4mm；理論基圓半徑r0

'rh0

r0

150.28015.28mm。i凸輪寬度b：b0

(11.25～15)；取b=14mm。支承軸頸為制造安裝方便，本次采用整體式凸輪軸，即能從機(jī)體的一端插入，其支撐采用軸瓦支撐方式，為了安裝方便，讓支持處比凸輪軸最大直徑還要大0.25~0.5mm。本畢業(yè)設(shè)計(jì)的 490QB 柴油機(jī)中，根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)，其支撐軸頸處5mm。采用每?jī)筛滓粋€(gè)支撐，采用3個(gè)支撐軸頸。據(jù)氣道形狀，斷面口匹配。沒(méi)有公式可以計(jì)算，但是有一個(gè)經(jīng)驗(yàn)圍，在自然吸氣的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中，當(dāng)確定了配氣相位角以后，就可以通過(guò)計(jì)算，求出凸輪作用角：進(jìn)氣凸輪：0.5oa1

a）2其中 a——進(jìn)氣提前開(kāi)啟角，本次設(shè)計(jì)取a=18°；1 1a——進(jìn)氣滯后關(guān)閉角，本次設(shè)計(jì)取a=48°；2 2排氣凸輪：0.5o1

）2其中 ——排氣提前開(kāi)啟角，本次設(shè)計(jì)取 =48°；1 1——排氣滯后關(guān)閉角，本次設(shè)計(jì)取=18°；2 2因此，進(jìn)排氣凸輪作用角一樣，即 0.5o48o18o)123o同名夾角為：7209024490QB1—3—4—290°90°90°凸輪轉(zhuǎn)角處。異名夾角為：1 1 ( 41 2

aa1

) )4所以同一氣缸的進(jìn)、排氣凸輪之間的夾角為： 105緩沖曲線的選擇曲線。本次設(shè)計(jì)選用余弦型緩沖曲線。緩沖段角的選擇緩沖線占凸輪轉(zhuǎn)角為15o～40o本次設(shè)計(jì)中取緩沖段角為25o四、凸輪的設(shè)計(jì)為了使凸輪的設(shè)計(jì)形狀更接近于真實(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡，采用高次方多項(xiàng)式型凸輪設(shè)計(jì)。采用對(duì)稱凸輪設(shè)計(jì)。其由多項(xiàng)式高次方曲線構(gòu)成。用二階導(dǎo)函數(shù)的連續(xù)函數(shù)來(lái)組成升程曲線，確保加速度很平滑，不會(huì)出現(xiàn)劇烈變化。以緩沖段起點(diǎn)為工作段起點(diǎn)為0點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的挺住升程也為0。挺住的升程曲線的公式為：hCT o

Cq

a

a

Cp

a

a

r

a aa

s

a saa（當(dāng)a

2`）ahC

C(a

C(a

sT o q a

p r s a a a（當(dāng)0）a其中C、Co

、C、C、Cp q r

為待定系數(shù)，p、q、r、s為待冪指數(shù)。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，令x()aa 代入得ahy(x){

f(x)Co

CxpCp

xqC

xrCr

xs(0xT f(x)Co

Cxp

Cxqq

Cxrr

Cxs(1x0)s該多次式高項(xiàng)的邊界條件為：1) 當(dāng) 0時(shí)，h ，max將x0代入y(x)得C0

h ；max2) 當(dāng)a

y0，將x1代入y(x)得CCCo p q

CCr

0；3) 當(dāng)a

y，將x1代入y(x)的一階導(dǎo)數(shù)中得pCpqCqrCrsCs

；4) 當(dāng)a

y0，將x1代入y(x)的二階導(dǎo)數(shù)中得p

q

r

s(s1)Cs

0；5) 當(dāng)a

y0，將x1代入y(x)的三階導(dǎo)數(shù)中得p

q

r

s

0；用行列式求解上式得Ch0 maxC h

；srqQ(srsqrqsrq1)； maxp

(sp)(rp)(qp)C hsrpsprpsrp1)； maxq

(sq)(rq)(pq)C hsqpspqpsqp maxr

(sr)(qr)(pr)hC s

rpqrppqrqp；s)(rs)(ps)其中QVRRprsp<q<r<s，所以在0

)

)的偶次方相同。已知當(dāng)挺住位于最大a a a升程時(shí)負(fù)加速度出現(xiàn)極值。冪指數(shù)p一定是2，取q=2n，r=2n+m，s=2n+2m，m，n都是正整數(shù)，這里取n=3，4，5，6，…，m=2，4，6，8，…。本設(shè)計(jì)中選取n=5，m=6，則q=10，r=16，s=22。將上述數(shù)據(jù)代入得：升程曲線關(guān)系式：h7T

86.52Cp 86.5

86.5Cq 86.5

86.5Cr 86.5

86.522Cs 86.5 速度曲線關(guān)系式：

mmTV T

86.521

86.5101q

86.516p 86.5

86.5180

86.5

86.5180

86.5

86.5180

86.5221 - p

mm/rad86.5

86.5180加速度曲線關(guān)系式:------.-可修.-可修-.J 86.522 J p

86.5102p T 2 86.5180

86.5

2 86.5180

86.516(161)C

86.516

86.5222 p

p 2 86.5180

86.5

2 86.5180

86.5mm/rad2Matlab據(jù)、曲線，得到的數(shù)據(jù)如下圖（6-1，其原始數(shù)據(jù)已附在后面。Camshaftangle(rad)圖6-1挺柱升程、速度、加速度曲線6.2挺柱的設(shè)計(jì)一、挺柱的結(jié)構(gòu)形式挺住由凸輪驅(qū)動(dòng)，把運(yùn)動(dòng)規(guī)律通過(guò)推桿傳給搖臂，受到凸輪軸的壓力，其主要形式分為兩類：平面挺柱和滾子挺柱。------.-可修.-可修-.在此次設(shè)計(jì)的490QB柴油機(jī)中采用最普通簡(jiǎn)單的平面挺柱，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，重量較小，適合小型高速發(fā)動(dòng)機(jī)使用。二、導(dǎo)向面直徑d、和長(zhǎng)度L的選擇：r rd(0.25～0.30)D(0.25～0.30)9022.5～27(mm)r本設(shè)計(jì)取d26mmrLr

(1.5～2.0)2639～52(mm)本設(shè)計(jì)取Lr

42mm6.3推桿和搖臂的設(shè)計(jì)一、推桿把凸