配气机构的构造和工作原理--配气机构的零件和组件2

1、配气机构的构造和工作原理配气机构的构造和工作原理 配气机构的零件和组配气机构的零件和组件件授课人授课人 孙桂芝孙桂芝配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件1 1、气门组、气门组 气门组主要包括：气门组主要包括： 气门、气门座、气门导管、气门锁片、气门油封及气门弹簧等。（1 1）气门）气门 气门分为：气门分为： 进气门和排气门两种。进气门和排气门两种。 其作用：其作用： 密封进、排气道。密封进、排气道。 其结构：其结构： 由头部和杆身两部分构成。由头部和杆身两部分构成。如下图所示：如下图所示：配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件气门头部的作用：气门头部的作用： 用来封闭进、排气道。 气门头

2、部与具有腐蚀介质高温燃气接触，并在关闭时承受很大的落座冲击力。 气门杆部的作用：气门杆部的作用： 用来在气门开闭过程中起导向作用。 气门杆身润滑困难，处于半干摩擦状态下工作。 配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件气门的材料：气门的材料： 气门的工作条件很差，要求气门材料必须有足够的强度、刚度、耐高温、耐腐蚀和耐磨损。 进气门一般采用中碳合金钢中碳合金钢； 排气门多采用耐热合金钢。耐热合金钢。 气门顶气门顶 部的形状部的形状 如下图所示：如下图所示： 配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件气门顶部形状主要有： 平顶、喇叭形顶和球面顶等。 以平顶最多见； 喇叭形顶适合做进气门，不宜做排气门；

3、 球面顶适合于排气门。 气门头 气门密封锥面是与杆身同心的圆锥面，它与气门座密封锥面配合，起到密封气道的作用。如下图所示：配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件 气门密封锥面与顶平面之间的夹角称为气门锥角。 气门锥角一般为45。 为增大气流的流通面积，使进气充分，有的进气门锥角做成30。 多数发动机的进气门的头部直径比排气门的大。 气门头的边缘厚度a一般为13mm，以防工作中由于气门与气门座之间的冲击而损坏或高温气体烧蚀。配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件 为保证良好密合，装配前应将气门头与气门座的密封锥面互相研磨，使其接触时不漏气。 研配好的气门不能互换。研配好的气门不能互换。 气门

4、杆气门杆 气门杆与气门导管配合。气门杆与气门导管配合。 气门杆为圆柱形。气门杆为圆柱形。 配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件 气门开、闭过程中，气门杆在气门导管中上、下往复运动，要求： 气门杆与气门导管有一定的配合精度和耐磨性； 气门杆表面须经过热处理和磨光。气门杆端的形状常用的结构： 一种用两半的锥形锁片来固定弹簧座，在气门杆的端部制有安装锁片的环槽； 另一种用锁销固定弹簧座，在气门杆端部制有一个安装锁销的径向孔。如下图所示： 锥形锁片固定锥形锁片固定锥销固定锥销固定配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件（2 2）气门导管）气门导管 气门导管的功用：气门导管的功用： 是为气门的往复直

5、线运动起导向作用，使气门与气是为气门的往复直线运动起导向作用，使气门与气门座准确贴合；门座准确贴合； 在气门杆与气缸盖之间起导热作用。在气门杆与气缸盖之间起导热作用。气门导管的材料：气门导管的材料： 多用灰铸铁、球墨铸铁、粉末冶金。多用灰铸铁、球墨铸铁、粉末冶金。气门导管与气缸盖上导管孔的配合：气门导管与气缸盖上导管孔的配合： 为过盈配合。为过盈配合。 配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件气门杆运动时的润滑：气门杆运动时的润滑： 气门杆在气门导管中运动时，靠配气机构飞溅出来的机油润滑。 为防止过多的机油从气门杆与气门导管的间隙处流入，在气缸内和气门上形成积，为避免此现象，有的发动机在气门杆

6、上装有气门油封。（如下图所示） 气门杆与气门导管的配合间隙配合间隙为0.050.12mm。 气门油气门油封封配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件(3)(3)气门座气门座 进、排气道口与气门密封锥面直接贴合的部位称为进、排气道口与气门密封锥面直接贴合的部位称为气门座。气门座。气门座的功用气门座的功用: : 与气门头部一起对气缸起密封作用与气门头部一起对气缸起密封作用, ,同时接受气门头同时接受气门头部传来的热量部传来的热量, ,起到对气门散热的作用。起到对气门散热的作用。气门座的制作和材料：气门座的制作和材料： 气门座可以直接在铸铁气缸盖上镗出，也可用较好的气门座可以直接在铸铁气缸盖上镗出，

7、也可用较好的材料（合金铸铁、奥氏体钢等）单独制作，然后镶嵌材料（合金铸铁、奥氏体钢等）单独制作，然后镶嵌 在气缸盖上。在气缸盖上。如下图所示：如下图所示： 配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件 镶嵌式气门座的优点：镶嵌式气门座的优点： 使用寿命长且可维修更换。缺点： 导热性差。（如与气缸盖上的座孔配合过盈量选择不当，工作时座圈可能脱落，造成重大事故）气门座的锥角由三部分组成：气门座的锥角由三部分组成： 如下图中的如下图中的a a1 1、b b1 1、c c1 1， b b1 1= = 1 1 2.5mm; 2.5mm; c c1 1 a a1 1配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件 从

8、上图中可知，图中45（30）的锥面与气门密封锥面贴合。 要求密封锥面的贴合宽度b为12.5mm,以 保证一定的座合压力,使密封可靠,同时又有一定的导热面积。 有些发动机的气门锥角比气门座锥角小0.51，称为密封干涉角（如上图中所示），有利于磨合期加速磨合。 磨合期结束，干涉角逐渐消失，恢复人全锥面接触。配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件（4 4）气门弹簧）气门弹簧 气门弹簧多为圆柱形螺旋弹簧。 气门弹簧压缩后才能安装在气门上，如右图所示：配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件 弹簧的一端支承在气缸盖上，另一端弹压在气门杆端的弹簧座上。 弹簧座用锁片固定在气门杆的末端。 当凸轮驱使摇臂（

9、或挺柱）向下压气门杆的末端，并通过锁片、弹簧座向下压缩气门弹簧时，气门才打开。 当气门开得最大时，弹簧被压缩得最短，然后随着凸轮转动，弹簧开始伸长，推动气门及摇臂等传动件上移，直至气门落座关闭。 气门每开闭一次，气门弹簧缩伸一次。 配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件气门弹簧的功用：气门弹簧的功用： 关闭气门，使气门压紧在气门座上，防止气门在发动机振动时发生跳动。 气门弹簧可防止各传动件之间因惯性力而产生间隙,保证气门按凸轮轮廓曲线的规律关系。气门弹簧的结构：气门弹簧的结构： 多为等距弹簧，但随着发动机转速的提高，弹簧产生共振而折断的可能性增加。 为防止弹簧共振，可采用变螺距的圆柱弹簧。配

10、气机构的零件和组件配气机构的零件和组件 为防止弹簧疲劳受力而折断，采用同心安装的内、外两根旋向相反的弹簧，不但防止共振，当一根弹簧折断时，另一根还能继续维持工作，不致使气门落入气缸中。 不等距的气门弹簧在安装时，螺距小的一端应朝向气螺距小的一端应朝向气门头部。门头部。变距弹簧和双气门弹簧如下图所示：变距弹簧和双气门弹簧如下图所示：配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件2 2、气门传动组、气门传动组气门传动组的零件有： 凸轮轴、正时齿轮、挺柱、导管、推杆、摇臂总成、摇臂轴等。气门传动组的作用：气门传动组的作用： 使进、排气门按配气定时规定的时刻开闭，并保证有足够的开度。（1）凸轮轴如下图所示：

11、 螺旋螺旋齿轮齿轮配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件 凸轮轴的功用凸轮轴的功用 在凸轮轴上制有各缸进、排气凸轮，用来使气门按各缸的工作次序和配气定时及时开闭，并保证气门有足够的升程。 从上图中可知：除了驱动气门外，有的汽油机下置式凸轮轴上还制有驱动分电器和机油泵的螺旋齿轮4和驱动汽油泵的偏心轮3。配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件 凸轮轴的构造凸轮轴的构造 凸轮轴是一根细长轴，在工作中： 受到气门间歇性开启的周期性冲击载荷； 容易产生弯曲变形； 使配气定时发生变化； 因此,有的发动机凸轮轴采用了每缸每缸的进、排气凸轮两侧各有一道凸轮轴轴颈的全支承结构各有一道凸轮轴轴颈的全支承结构，

12、以减小凸轮轴的变形。 配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件 安装方便，凸轮轴各轴颈做成了从前向后依次减小的结构。 凸轮轴的前端通过键连接，装有正时齿轮或同步带轮等。 凸轮轴的材料： 一般用优质钢模锻而成； 也有采用合金铸铁或球墨铸铁铸造。 凸轮和轴颈表面经热处理后精磨，具有足够的硬度和耐磨性。 配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件 思 考 题 1、凸轮轴的功用 2、气门弹簧的功用配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件 凸轮的轮廓曲线凸轮的轮廓曲线 凸轮的轮廓应保证气门开启和关闭的持续时间符合配气定时的要求，并使气门有一定的长程。 气门开启与关闭过程的运动规律也取决于凸轮的轮廓线。 凸

13、轮的轮廓曲线如下图所示：凸轮的轮廓曲线如下图所示：凸轮的轮廓曲线的形成过程：凸轮的轮廓曲线的形成过程： O点为凸轮的旋转中心； EA弧是以O为中心的圆弧，称为基圆基圆。配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件 当挺柱与E点接触，凸轮按箭头方向逆时针转动，EA弧（基圆）滑过挺柱时，挺柱不动，气门处于关闭状态。如左图所示：如左图所示：配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件 如左图所示： 凸轮转过A点后，挺柱（液力挺柱除外）开始上移，至B点气门间隙消除挺挺 柱柱凸轮凸轮配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件 当BC段轮廓曲线滑过挺柱时，气门开启，至C点达到最大升程。如右图所示：如右图所示： 当C

14、D段轮廓曲线滑过挺柱时，气门开度变小，至D点气门落座关闭。 当DE段轮廓曲线滑过挺柱时，开始恢复气门间隙，至E点气门间隙完全恢复。挺挺 柱柱凸凸 轮轮配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件如左图所示：如左图所示： 角：角： 对应着气门开启持续角。 1 1和和 2 2角角: : 是消除和恢复气门间隙所需要的凸轮转角。 BCDBCD段轮廓曲线的形状和尺段轮廓曲线的形状和尺寸：寸： 决定了气门的升程及其升、降过程的运动规律。 配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件凸轮轮廓曲线的特点：凸轮轮廓曲线的特点：l凸轮轮廓曲线是对称的；l在凸轮轮廓与基圆接合处，设有一小段缓冲段，以减小气门在打开和落座时的

15、冲击，减小噪声与磨损。l气门打开的凸轮轮廓BCBC段受力要大于CDCD段，所以BCBC段磨损较大。段磨损较大。l使用一段时间后，气门开启时间推迟，开启持续角减小，气门升程降低，发动机的充气系数下降。配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件 凸轮的相对角位置凸轮的相对角位置 四冲程发动机的排气冲程和进气冲程是相连的两个冲程,如果气门开，不开晚关，从排气门开启到进气门开启，曲轴正了转过180，对应凸轮轴进、排气凸轮之间的夹角为90. 由于进、排气都有提前角： 排气提前角?（4080）大于进气提前角（030 ）， 因此，从排气门开启到进气门开启，对应的曲轴转角大于180，对应的凸轮轴上同一气缸的排气

16、凸轮和进气凸轮之间的夹角略大于90。如左图所示：如左图所示： 同一气缸的排同一气缸的排气凸轮和进气凸气凸轮和进气凸轮之间的夹角轮之间的夹角 略略大于大于9090。配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件 如何判断凸轮轴的旋转方向，进而判断发动机各缸的点火顺序： （a a）确定凸轮轴的旋转方向）确定凸轮轴的旋转方向 下置式凸轮轴采用一对正时齿轮传动，曲轴正时针旋转，凸轮轴逆时针转动。 采用同步带或链传动的顶置式凸轮轴则顺时针转动。 （b b）辨别进、排气凸轮）辨别进、排气凸轮 凸轮轴逆时针逆时针转动，按照先排气后进气先排气后进气的规律，即可分辨如左图所示的进、排气凸轮； 若凸轮轴顺时针转动，按照

17、先排气后进气先排气后进气的规律，则进、排气凸轮的位置与之相反： 即：位于右下方的是排气凸轮； 位于正上方的是进气凸轮。如此逐缸判断。先排气先排气后进气后进气配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件（C C）判定发动机的发火顺序）判定发动机的发火顺序 从凸轮轴的前端看，各缸同名凸轮逆着凸轮轴旋转方向的排列顺序便是发动机各缸的进气（或排气）顺序，和发动机的发火顺序相同。 如左图所示为四缸发动机如左图所示为四缸发动机: : 从凸轮的前端看(A向),各缸同名凸轮逆着凸轮轴旋转方向的排列顺序是1-3-4-2,1-3-4-2,从而可以判定出发动机的发火顺序也是1-3-4-21-3-4-2。配气机构的零件和

18、组件配气机构的零件和组件 凸轮轴轴承及润滑凸轮轴轴承及润滑 凸轮轴的轴承多采用压入气缸体承孔中的衬套。 有些顶置凸轮轴式发动机，不采用衬套，轴颈直接与气缸盖上镗出的承孔配合。 凸轮轴轴承和轴颈采用压力润滑，在气缸体或气缸盖上钻有油道与轴承相通。 凸轮与挺柱之间用飞溅润滑。配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件 有些发动机摇臂的润滑是从凸轮轴轴承处把机油通过气缸体和气缸盖上的油道输送到摇臂轴进行的。 为防止供油过多，在相应的轴颈上制有两条互不相通的弧形节流槽，使机油经该槽间歇地供应到摇臂轴。 如图右所示：配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件 为防止机油压开油堵4漏油，在最后一道轴颈上钻有泄

19、油孔6。在第一道轴颈上钻有油孔7，用于润滑该轴颈前端面（轴向止推面）。 正时齿轮及凸轮轴的轴向定位正时齿轮及凸轮轴的轴向定位 与曲轴正时齿轮啮合的凸轮轴正时齿轮，采用夹布胶木制成的圆柱斜齿轮。 圆柱斜齿轮的特点：圆柱斜齿轮的特点： 传动时啮合齿多于圆柱直齿，传递力大； 传动平稳； 齿轮啮合噪声小。 但有一定的轴向力。但有一定的轴向力。 配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件 小知识：小知识：斜齿轮的轴向力：斜齿轮的轴向力： 是由作用于齿轮法向力的一个分力。正时齿轮的安装：正时齿轮的安装： 正时齿轮安装在凸轮轴的前端； 与 凸轮轴用半圆键连接； 正时齿轮装在凸轮轴上后，为防止因轴向力的作用，在

20、轴端用螺母固定。 配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件 如右图所示：如右图所示： 在安装凸轮轴总成时，应将凸轮轴和曲轴正时齿轮上的正时记号对准，以保证正确的配气定时。配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件 凸轮轴的轴向定位装置（如凸轮轴的轴向定位装置（如右图所示）：右图所示）： 在正时齿轮1和第一道轴颈端面之间装有隔圈6， 用螺母3把齿轮和隔圈压紧。 止推凸缘4松套在隔圈6上，并用两个螺栓5固定在 气缸体前端面上。 止推凸缘比隔圈薄约0.080.20mm，使止推凸缘 与正时齿轮后端面间形成0.080.20mm的间隙。止推凸缘与正时齿轮后端面间形成的间隙配气机构的零件和组件配气机构的零件和

21、组件 当凸轮产生轴向移动时：当凸轮产生轴向移动时： 止推凸缘便与凸轮轴颈端面或正时齿轮毂端面接触，从而防止了轴向窜动。 止推凸缘与正时齿轮后端面的间隙可用改变隔圈厚度进行调整。 止推凸缘固定螺栓5是通过正时齿轮腹板上的孔进行拆装的。配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件(2)(2)挺柱挺柱 挺柱的功用: 是将凸轮的推力传给推杆或者气门杆。如右图所示：配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件 从上图中看出： 挺柱的底面与凸轮滑动摩擦； 圆柱面与挺柱导向孔滑动摩擦； 受到的摩擦力都很大。 挺柱的材料：挺柱的材料： 挺柱常用镍铬合金铸铁或冷激合金铸铁制作。 摩擦表面经热处理后精磨。 挺柱的结构形式

22、：挺柱的结构形式： 有简式和滚轮式两种。（如下图所示）配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件 简式挺柱的下端设有油孔，以便将流到挺柱内的机油引到凸轮上润滑。 滚轮式挺柱的下端装有一个活动的滚轮，使挺柱与凸轮工作时接触面不是只在一个面上，延长了挺柱的使用寿命。 如右图所示：配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件 挺柱的安装位置：挺柱的安装位置： 挺柱装在气缸体或气缸盖上镗出的导向孔中。 有的发动机挺柱装在可拆式的挺柱导向体中，导向体固定在气缸体上。 挺柱与凸轮产生的摩擦力挺柱与凸轮产生的摩擦力矩：矩： 为了挺柱的底面和柱面磨损均匀，应使挺柱在移动的同时能够旋转。方法： 常将凸轮与挺柱错开，使

23、凸轮与挺柱底面的接触线与挺柱的中心线不对称，从而产生一个使挺柱绕其中心线旋转的摩擦力矩。（如右图所示）配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件 在气门与摇臂之间必须有间隙,以防止气门工作时受高温产生热胀使气门与气门座之间产生间隙而漏气。 但由于气门有工作间隙,在工作时会引起噪声和冲击,为解决这一问题: 越来越多的发动机(特别是轿车发动机),采用了长度可以变化的液力挺柱,取消了气门间隙。 1、液力挺柱的结构 见下图所示：配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件 12 杯形油缸； 9 挺柱体； 11 柱塞； 5 球阀； 13 补偿弹簧； 12 油缸； 15 气门杆； 7 健形槽； 1 高压油腔；

24、6 低压油腔； 14 气缸盖； 从图中可知： 杯形油缸12的外圆柱面与挺柱体9的导向孔配合； 杯形油缸12的内圆柱面与柱塞11配合； 球阀5被补偿弹簧13压靠在柱塞下端面的阀座上； 补偿弹簧还可使挺柱与油缸始终和凸轮与气门杆保持接触，以消除气门间隙。 配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件 挺柱体内部的低压油腔6通过挺柱顶面上的键形槽7与柱塞上方的低压油腔相通。 当挺柱体运动到它上面的环形油槽与气缸盖上的斜油孔4对齐时，气缸盖油道2内的机油通过油孔3、斜油孔4和挺柱体外圆柱面上的环形油槽进入挺柱内的低压油腔。 柱塞下端油缸内部的空腔称为高压油腔1. 当

25、球阀打开时，高压油腔和低压油腔相通。 在高、低压油腔中充满了油液。 2 2、液力挺柱的工作原理：、液力挺柱的工作原理： 在气门打开的过程中：在气门打开的过程中：（如左图所示）（如左图所示） 凸轮2推动挺柱体5和柱塞4下移， 油缸9受到气门弹簧的阻力不能立即位移，致使高压油腔的容积变小； 油液被压缩，油压升高，加上补偿弹簧8的推力使球阀10紧压在阀座上。 此时，高低压油腔被球阀隔开。 由于液体的不可压缩性， 整个挺柱如同一个形状不变的刚体一样，下移推开气门并保证了气门应达到的升程。 但此时高压油腔会有少量机油从柱塞4和油缸9之间的间隙外漏入低压油腔，使凸轮和气门杆间的挺柱长度稍有缩短，但影响气门

26、的正常打开。配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件 此时，挺柱外圆柱面的环形槽已和缸盖上的斜油孔错开，低压油腔进油道被切断，停止了进油。 在气门关闭的过程中：在气门关闭的过程中： （如左图中所示）（如左图中所示） 气门弹簧推动气门及挺柱体上移，由于仍受到凸轮和气门杆上、下两方面的顶压，高压油腔仍保持高压，球阀 仍处于关闭状态，液力挺柱仍相当于一个尺寸不变的刚体，直至气门落座为止。 气门关闭以后：气门关闭以后： （如左图所示）（如左图所示） 气门关闭后，补偿弹簧将柱塞和挺柱体继续向上推移一个微小的行程，以补偿因油液泄漏而缩短的那一段挺柱长度。 气门关闭以后：气门关闭以后： （如左图所示）（如左

27、图所示） 与此同时，球阀打开，挺柱体上的环形油槽与气缸盖上的斜油孔对齐，润滑系的油液经低压油腔进入高压油腔内，补充高压油腔中泄漏掉的油液。配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件 当气门受热膨胀伸长时，向上挤压油缸，高压油腔中的油通过柱塞与油缸之间的间隙向低压 油腔泄漏一部分，油缸相对于柱塞上移，从使挺柱自动缩短，保证气门关闭严密。 当气门冷却收缩时，补偿弹簧将油缸向下推动，挺柱自动伸长，保证不出现气门间隙。配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件（3 3）推杆）推杆 采用中置或下置式凸轮轴的配气机构，凸轮是通过挺柱和推杆驱动摇臂的。（因为凸轮离摇臂距离远，通过推杆来传递凸轮的运动和力） 如下

28、图中4所示： 配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件 配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件 推杆的结构：推杆的结构： 推杆的下端与挺柱接触； 上端与摇臂调整螺钉接触； 摇臂绕摇臂轴转动，推杆在做上下运动的同时，上端 随摇臂一起做微量摆动； 为了不发生运动干涉，推杆下端常做成球形，与挺柱的凹球面配合； 上端做成凹球形，与气门调整螺钉球头配合。 杆身部分多为空心管。 推杆是承受压力的细长杆，很容易弯曲变形。 配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件 （4 4）摇臂组与摇臂）摇臂组与摇臂 摇臂组由: 摇臂7; 摇臂轴2; 摇臂轴支座5; 定位弹簧11; 等组成。如右图所示： 摇臂摇臂定位弹簧定位弹簧摇臂轴摇臂轴摇臂轴支座摇臂轴支座配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件 摇臂的结构：摇臂的结构： 摇臂轴为空心轴，安装在摇臂轴支座孔内； 支座用螺栓固定在气缸盖上； 为防止摇臂轴转动，利用摇臂轴坚固螺钉4将摇臂轴固定 在支座上； 中间支座10上有油孔和气缸盖上的油道及摇臂轴上的油孔相通； :