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新聞主題 |
氣門傳動組零件主要作用和組成 |
摘要：氣門傳動組是從正時齒輪開始至推動氣門動作的所有零件，其組成視配氣機(jī)構(gòu)的形式而有所不同，而氣門傳動組主要由凸輪軸、正時齒輪、挺柱、推桿、搖臂和搖臂軸等零部件組成。氣門傳動組的功用是按照規(guī)定時刻（配氣定時）和次序（發(fā)火次序）打開和關(guān)閉進(jìn)、排氣門，并保證一定的開度。
一、凸輪軸與正時齒輪
1、凸輪軸結(jié)構(gòu)和工作條件
凸輪軸是氣門傳動組的主要零件，氣門開啟和關(guān)閉的過程主要是由它來控制。凸輪軸的結(jié)構(gòu)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(qū)動附件（如機(jī)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)動機(jī)規(guī)定的發(fā)火次序排列。根據(jù)各凸輪的相對位置和凸輪軸的旋轉(zhuǎn)方向，即可判斷發(fā)動機(jī)的發(fā)火次序。為保證柴油機(jī)噴油準(zhǔn)時可靠，凸輪軸和曲軸必須保持一定的正時關(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(yīng)力，其相對滑動速度也很高，而潤滑條件則較差。因此凸輪工作表面磨損較嚴(yán)重，還可能出現(xiàn)擦傷、麻點等不正常磨損情況。凸輪軸一般用優(yōu)質(zhì)鋼模鍛而成。近年來廣泛采用合金鑄鐵和球墨鑄鐵鑄造。大多數(shù)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、傳動方式
凸輪軸由曲軸驅(qū)動。由于凸輪軸與曲軸間有一定距離，中間必須通過傳動件來傳動。目前傳動方式主要有齒輪式傳動和鏈條式傳動兩種。由于齒輪式傳動方式工作可靠，壽命較長而應(yīng)用最廣。齒輪式傳動方式通常在曲軸齒輪和配氣正時齒輪之間加裝中間齒輪，使齒輪直徑減小，以免機(jī)體橫向尺寸增大。
為了使齒輪嚙合平順，減少噪聲，正時齒輪一般采用斜齒，其傾斜角度約為10°，曲軸上的正時齒輪多用合金鋼制造，而凸輪軸上的正時齒輪多用夾布膠木或工程塑料制成。
由于斜齒輪傳動產(chǎn)生的軸向力，或由于工程機(jī)械加速都可能使凸輪軸發(fā)生軸向竄動。軸向竄動會引起配氣正時不準(zhǔn)，因此，對凸輪軸必須加以軸向定位。
常見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，止推片與正時齒輪之間應(yīng)留有適當(dāng)?shù)拈g隙，此間隙的大小通常為0.05～0.20mm，作為零件受熱膨脹時的余地。此間隙的大小可通過更換隔圈來調(diào)整。
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圖1 柴油機(jī)凸輪軸組件 |
圖2 柴油機(jī)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(nèi)并用螺釘固定在機(jī)體上，其端面與凸輪軸的凸緣隔圈之間應(yīng)留有適當(dāng)?shù)拈g隙。當(dāng)凸輪軸軸向移動，其凸緣通過隔圈碰到推力軸承時便被擋住。6缸機(jī)柴油機(jī)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(qū)動，齒輪裝在凸輪軸前端，與曲軸上的齒輪直接或間接嚙合，稱為正時齒輪。對于四沖程柴油機(jī)，每完成一個工作循環(huán)，曲軸旋轉(zhuǎn)兩周，各缸進(jìn)、排氣門各開啟一次，凸輪軸只旋轉(zhuǎn)一周，其傳動比為2：1。曲軸上的正時齒輪經(jīng)過一個或兩個中間齒輪，再傳到凸輪軸上的正時齒輪。
在裝配凸輪軸時，必須對準(zhǔn)各對齒輪的正時記號，才能保證氣門按規(guī)定時刻開閉，噴油泵按規(guī)定時刻供油。圖4為6缸機(jī)柴油機(jī)傳動齒輪裝配定時關(guān)系圖。
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圖3 柴油機(jī)推力軸承軸向定位 |
圖4 柴油機(jī)傳動齒輪裝配定時關(guān)系圖 |
二、挺柱
挺柱的作用是將凸輪軸旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的推動力傳給推桿(下、中置凸輪軸)或氣門(上置凸輪軸)。
1、挺柱的類型
（1）筒式挺柱
配氣機(jī)構(gòu)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(cè)壓力。推桿的下端即落在挺柱孔內(nèi)。
（2）滾輪式挺柱
滾輪式挺柱是挺柱的一種，其優(yōu)點是可以減小摩擦造成的對挺住的側(cè)向力。這種挺柱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如圖5（b）所示，質(zhì)量較大，一般多用于大缸徑柴油機(jī)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(yīng)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，挺柱中心線相對于凸輪側(cè)面的對稱線通常要偏移1～3mm，如圖6（a）所示。或者將挺柱底面做成半徑為700～1000mm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(dāng)凸輪旋轉(zhuǎn)時，迫使挺柱本身繞軸線旋轉(zhuǎn)，使挺柱底面和側(cè)面磨損都比較均勻。
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圖5 柴油機(jī)挺柱分類 |
圖6 柴油機(jī)挺柱相對于凸輪的偏移 |
三、推桿
在頂置式氣門機(jī)構(gòu)中，由于凸輪軸和氣門是分開設(shè)置的，兩者相距較遠(yuǎn)，因此采用推桿來傳遞凸輪軸傳來的推力。其作用是將從凸輪軸經(jīng)過挺柱傳來的推力傳給搖臂。
底置凸輪軸的發(fā)動機(jī)一般都是大排量、低轉(zhuǎn)速、追求大扭矩輸出，因為底置凸輪軸是依靠曲軸帶動，然后凸輪與氣門搖臂采用一根推桿來連接，使凸輪頂起推桿，推桿推動搖臂來實現(xiàn)發(fā)動機(jī)氣門的開閉。
因為氣門推桿又長又細(xì)，與大家采用的木筷幾乎一樣，因此被品牌形象地稱之為氣門系統(tǒng)軟件中的"木筷"。推桿的功能是將推動力從凸輪軸傳送給搖臂，搖臂是氣門組里最靈敏的一部分，也是氣門組中最易彎曲的零件，必須很高的彎曲剛度。在具備大動態(tài)性負(fù)載的發(fā)動機(jī)中，推桿應(yīng)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，氣門搖臂調(diào)節(jié)螺釘?shù)那蝾^坐落其中；下端呈圓球形，插在氣門挺柱的凹球形座內(nèi)。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(dāng)于一個杠桿結(jié)構(gòu)，它將推桿的作用力改變方向傳給氣門桿尾端從而推動氣門打開；利用兩邊臂長的比值(稱搖臂比)來改變氣門的升程，氣門搖臂一般制造成不等長的形式，靠氣門一邊比靠推桿一邊臂長30%～50%，這樣可以獲得較大的氣門升程。搖臂組的安裝位置和順序如圖7、圖8所示。
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圖7 柴油機(jī)搖臂和支架安裝位置圖 |
圖8 柴油機(jī)搖臂和支架安裝順序. |
2、搖臂的分類
搖臂處于配氣機(jī)構(gòu)的位置如圖7所示，類型可以分為普通搖臂和無噪聲搖臂。
（1）普通搖臂
其長臂端部以圓弧形的工作面與氣門尾端接觸以推動氣門。短臂的端部有螺孔，用來安裝調(diào)整螺釘及鎖緊螺母，以調(diào)整氣門間隙。螺釘?shù)那蝾^與推桿頂端的凹球座相連接。該連接部分接觸應(yīng)力高，且有相對滑移，磨損嚴(yán)重，因此在該部分常堆焊有硬質(zhì)合金。因為靠氣門一端的臂長，所以在一定的氣門升程下，能減小推桿、挺柱等運(yùn)動件的運(yùn)動距離和加速度，從而減小了慣性力。搖臂內(nèi)一般有油道，與搖臂軸中心相通。壓力機(jī)油充滿搖臂軸中心，并從搖臂油孔流出，潤滑挺桿及氣門桿端等零件。
搖臂的兩臂長度不等，長短臂的比例約為a：b＝1.6：1，尺寸示例如圖9所示。長臂端用以推動氣門尾端，因此在一定的氣門開度下，可減小凸輪的最大升程，與氣門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(diào)整氣門間隙的調(diào)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發(fā)生軸向移動，搖臂軸上兩搖臂之間裝有搖臂軸彈簧。
（2）無噪聲搖臂
采用無噪聲搖臂主要目的是消除氣門間隙，減小由此產(chǎn)生的沖擊噪聲。起主要作用的結(jié)構(gòu)為凸環(huán)。凸環(huán)以搖臂的一端為支點，并靠在氣門桿部的端面上。當(dāng)氣門處在關(guān)閉位置時，在彈簧的作用下，柱塞推動凸環(huán)向外擺動，從而消除氣門間隙；氣門開啟時，推桿便向上運(yùn)動推動搖臂，搖臂已經(jīng)通過凸環(huán)和氣門桿部的端面處在接觸狀態(tài)，因此消除了氣門間隙。
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圖9 柴油機(jī)搖臂結(jié)構(gòu)示意圖 |
圖10 發(fā)動機(jī)搖臂位置圖 |
總結(jié)：
氣門傳動組的作用是使進(jìn)排氣門按配氣相位規(guī)定的時刻進(jìn)行開閉，并保證有足夠的開度，屬于是配氣系統(tǒng)的一個重要組成部分。定時驅(qū)動氣門使其開閉。氣門傳動組主要包括凸輪軸、正時齒輪、挺柱及其導(dǎo)桿，推桿、搖臂臂和搖臂軸等，其作用是使進(jìn)排氣門按配氣相位規(guī)定的時刻進(jìn)行開閉，并保證有足夠的開度。氣門傳動組的組成由氣門配比齒輪，凸輪軸及組件，搖臂軸及搖臂組件，氣門推桿，氣門，氣缸蓋，氣門座，氣門套管，氣門彈簧，氣門鎖片及組件，氣門調(diào)節(jié)螺釘?shù)燃M成的。
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