第四章配气机构

1、工程机械发动机构造第四章第四章 配气机构配气机构功用：按工作循环和发火次序的要求，定时充气、排废气、封闭气功用：按工作循环和发火次序的要求，定时充气、排废气、封闭气缸。缸。评价气缸内换气过程好坏的指标：充气效率评价气缸内换气过程好坏的指标：充气效率 =(每循环实际进气量每循环实际进气量/大气环境下充满气缸工作容积的新气质量大气环境下充满气缸工作容积的新气质量 ) 100% 愈大，新鲜可燃混合气进入气缸的数量愈多，着火时放热量愈愈大，新鲜可燃混合气进入气缸的数量愈多，着火时放热量愈大，输出功率愈大。大，输出功率愈大。 一般在一般在80 %90 %。要求：要求： （1）足够高的充气效率）足够高的充

2、气效率; （2）工作可靠，寿命长）工作可靠，寿命长 ; （3）配气相位准确）配气相位准确 （4）气门机构有良好的高速动力特性（传动链不飞脱、不反跳、）气门机构有良好的高速动力特性（传动链不飞脱、不反跳、不提前落座）不提前落座） （5）结构简单，维修方便）结构简单，维修方便 。第一节第一节 气门式配气机构的组成及布置形式气门式配气机构的组成及布置形式（一）按气门的布置形式分：（一）按气门的布置形式分：1）顶置气门式）顶置气门式2）侧置气门式）侧置气门式.（二）按凸轮轴的布置位置分：（二）按凸轮轴的布置位置分：1）下置凸轮轴式）下置凸轮轴式2）顶置凸轮轴式）顶置凸轮轴式.（三）按凸轮轴的传动方式分

3、：（三）按凸轮轴的传动方式分：1）齿轮传动式）齿轮传动式2）链条传动式）链条传动式3）齿形皮带传动式）齿形皮带传动式.1）二气门（传统一进一排）二气门（传统一进一排）2）多气门（四气门为主）多气门（四气门为主）1、组成：由气门组和气门传动组组成、组成：由气门组和气门传动组组成2、分类：、分类：（四）按每缸气门数目分：（四）按每缸气门数目分：侧置气门式和顶置气门式侧置气门式和顶置气门式下置凸轮轴式和顶置凸轮轴式下置凸轮轴式和顶置凸轮轴式齿轮传动式和齿形皮带传动式齿轮传动式和齿形皮带传动式二气门式和多气门式（四气门为主）二气门式和多气门式（四气门为主）第一节第一节 气门式配气机构的组成及布置形式气

4、门式配气机构的组成及布置形式一、侧置式一、侧置式() 结构特点：燃烧室延伸至气缸直径以外，结构特点：燃烧室延伸至气缸直径以外，气门布置在气缸体一侧，气门头部朝上，气门布置在气缸体一侧，气门头部朝上，没有摇臂、推杆，下置式凸轮轴，齿轮传没有摇臂、推杆，下置式凸轮轴，齿轮传动。动。 工作原理和传动路线：工作原理和传动路线： 曲轴曲轴正时齿轮正时齿轮凸轮轴凸轮轴挺柱挺柱气门。气门。 优点：优点： 结构简单，曲轴到气门距离近，方便结构简单，曲轴到气门距离近，方便齿轮传动，气门间隙调整方便。齿轮传动，气门间隙调整方便。 缺点：缺点：（1）Vc大，压缩比小，功率大，压缩比小，功率，经济性，经济性；（2）气

5、道拐弯多，进、排气阻力大，充气效）气道拐弯多，进、排气阻力大，充气效率率v小，功率小，功率。 用途：小型汽油机用途：小型汽油机二、顶置气门式气门机构二、顶置气门式气门机构3、优缺点：凸轮轴靠近曲轴，便于齿、优缺点：凸轮轴靠近曲轴，便于齿轮驱动；但凸轮离气门远，气门传动机轮驱动；但凸轮离气门远，气门传动机构复杂，零件多，机构刚性差，动力特构复杂，零件多，机构刚性差，动力特性差，难以适应高速化。性差，难以适应高速化。结构特点：气门布置在气缸盖上，气结构特点：气门布置在气缸盖上，气 门头部朝下。门头部朝下。优点：气道平滑，充气效率高；燃烧室优点：气道平滑，充气效率高；燃烧室 紧凑，压缩比高。经济性、

6、动力性好。紧凑，压缩比高。经济性、动力性好。缺点：气门离曲轴远，传动机构复杂。缺点：气门离曲轴远，传动机构复杂。（一）下置式凸轮轴（一）下置式凸轮轴1、结构特点：凸轮轴布置在曲轴侧面，、结构特点：凸轮轴布置在曲轴侧面，有挺柱、推杆、大摇臂。有挺柱、推杆、大摇臂。2、工作原理：正时齿轮副带动凸轮轴、工作原理：正时齿轮副带动凸轮轴转动，凸轮桃尖顶起挺柱、推杆、大摇转动，凸轮桃尖顶起挺柱、推杆、大摇臂的一端（调整螺钉），绕摇臂轴转动，臂的一端（调整螺钉），绕摇臂轴转动，另一端（长）镀铬面推动气门克服弹簧另一端（长）镀铬面推动气门克服弹簧预紧力使气门开启预紧力使气门开启（二）（二） 凸轮轴下置式：凸轮

7、轴下置式： 传动路线：传动路线： 曲轴曲轴正时齿轮正时齿轮凸轮轴凸轮轴挺柱挺柱推杆推杆摇臂摇臂气门气门 特点：特点： （1）曲轴）曲轴凸轮轴间传动凸轮轴间传动简单；简单； （2）凸轮轴）凸轮轴气门，传动气门，传动件多，质量大，惯性力大，件多，质量大，惯性力大，气门弹簧负荷大；气门弹簧负荷大； （3）适用于转速不很高的汽）适用于转速不很高的汽油机和大多数柴油机。油机和大多数柴油机。顶置式顶置式气门（二）（二） 上置式凸轮轴上置式凸轮轴： 特点：特点：凸轮轴布置在气缸盖上，气门传动机凸轮轴布置在气缸盖上，气门传动机构容易布置，省去刚性较差的推杆等零件，机构容易布置，省去刚性较差的推杆等零件，机构动

8、力特性好，容易上高速，但曲轴离凸轮轴构动力特性好，容易上高速，但曲轴离凸轮轴远，驱动机构复杂，空间布置困难。远，驱动机构复杂，空间布置困难。 （1）凸轮轴与气门间传动简单；）凸轮轴与气门间传动简单； （2）曲轴）曲轴凸轮轴传动复杂；凸轮轴传动复杂； a、圆柱齿轮传动；、圆柱齿轮传动； b、链条传动。、链条传动。 （3）用于）用于4000r/min以上的汽油机及少数高速以上的汽油机及少数高速柴油机。柴油机。传动路线：传动路线： 曲轴曲轴传动机构传动机构凸轮轴凸轮轴（摇臂）（摇臂）气门气门 曲轴曲轴传动机构传动机构凸轮轴凸轮轴气门气门曲轴曲轴传动机构传动机构凸轮轴凸轮轴摇臂摇臂气门气门曲轴传动机构

9、凸轮轴气门第二节第二节 配气机构的零件配气机构的零件 组成：组成： a、以气门为主的、以气门为主的气门组；气门组； b、以凸轮轴为主、以凸轮轴为主的气门传动组。的气门传动组。一、气门组包括包括 气门、气门座、气门导管、气门弹簧、弹簧座、锁夹、挡圈。（一）气门组的技术要求 技术要求技术要求: 气门和气门座严密密封。 漏气的不良后果漏气的不良后果： 1、功率下降； 2、烧损气门； 3、进、排气系统内燃烧。 1、密封锥面研磨。 2、保证气门座与气门导管的同心度，气门导管与气门杆的间隙适当。 3、气门弹簧有足够刚度与预紧力。 （二）保证密封的技术措施（三）气门组零件构造1、气门、气门 功用：与气门座配

10、合起密封作用。功用：与气门座配合起密封作用。 工作条件：高温（排气：工作条件：高温（排气：900-1100K， 进气：进气：600-700K） 、冲击负荷大（与气门座）、冲击负荷大（与气门座）、冷却润滑条件差、废气有腐蚀性；冷却润滑条件差、废气有腐蚀性； 要求：足够的强度、耐高温、抗腐蚀、耐磨损。要求：足够的强度、耐高温、抗腐蚀、耐磨损。 材料：材料：进气门用普通合金结构钢；进气门用普通合金结构钢； 排气门（头）用耐热钢，结构钢作气门杆；排气门（头）用耐热钢，结构钢作气门杆； 杆端、密封锥面堆焊硬质合金。杆端、密封锥面堆焊硬质合金。气门构造要点：气门头：气门头： (1) 配合密封面为配合密封面

11、为30或或45的锥面；的锥面； (2) 进气门一般大于排气门；进气门一般大于排气门； (3) 缸径大于缸径大于140mm时，多采用时，多采用4个气门。个气门。 气门头部的结构型式气门头部的结构型式分为平顶、球面顶、喇叭顶分为平顶、球面顶、喇叭顶平顶：机构简单、制造方便，目前使用最多。平顶：机构简单、制造方便，目前使用最多。球面顶：强度高、排气阻力小、废气的清除效果好，用于排气门。球面顶：强度高、排气阻力小、废气的清除效果好，用于排气门。喇叭顶：进气阻力小、顶部受热面积大，用于进气门。喇叭顶：进气阻力小、顶部受热面积大，用于进气门。气门杆：气门杆： 对于热负荷大的排气门，采用灌钠空心排气门对于热

12、负荷大的排气门，采用灌钠空心排气门散热。散热。 散热途径散热途径 ：气门头：气门头-气门杆气门杆-冷却介质金属冷却介质金属 钠钠-气门导管气门导管- 缸盖的冷却水，可降温度缸盖的冷却水，可降温度10-15度。度。 钠熔点（钠熔点（370.5k）、沸点（）、沸点（1156k）、冷化热（）、冷化热（4604KJ/kg） 杆端：杆端：(1) 端面硬度高、耐磨性好；端面硬度高、耐磨性好；(2) 有锁夹槽；有锁夹槽；(3) 有挡圈槽。有挡圈槽。气门杆部：气门杆部：锁片式、锁销式。 2、气门座、气门座工作条件、要求、材料基本同气门头。工作条件、要求、材料基本同气门头。功用：与气门头部共同对气缸起密封作用，

13、功用：与气门头部共同对气缸起密封作用，并接受气门传来的热量。并接受气门传来的热量。工作条件：高温、磨损严重。工作条件：高温、磨损严重。结构类型：直接镗出、镶嵌式。结构类型：直接镗出、镶嵌式。3、气门导管、气门导管 功用：导向、传热。功用：导向、传热。 材料：用铸铁或粉末冶金制造。材料：用铸铁或粉末冶金制造。 气门导管内外圆柱面经加工后压入气门导管内外圆柱面经加工后压入气缸盖的气门导管孔中，然后再精铰气缸盖的气门导管孔中，然后再精铰内孔，并用卡环定位。与气门杆的间内孔，并用卡环定位。与气门杆的间隙：隙：0.040.12mm 。4、气门弹簧、气门弹簧 功用：功用：气门开启时，使气门及其传气门开启时

14、，使气门及其传动件与凸轮保持接触；气门关闭时，动件与凸轮保持接触；气门关闭时，气门与气门座保持接触。气门与气门座保持接触。 材料：材料：65Mn，50CrVA 。 要求：要求：足够的强度、刚度。足够的强度、刚度。 结构（反旋向双弹簧）：结构（反旋向双弹簧）：（1）刚度更大，防止弹簧共振；）刚度更大，防止弹簧共振；（2）可靠性高；）可靠性高；（3）防止相互咬合；）防止相互咬合；（4）可使安装高度减小。）可使安装高度减小。 5、气门旋转机构、气门旋转机构功用：气门开启一次，气门就旋转一个角度，减轻不均匀磨损、局部过热、积炭，延长使用寿命。二、气门传动组二、气门传动组 功用：功用： 按规定时刻和按规

15、定时刻和次序开闭进、排气次序开闭进、排气门，并保证一定的门，并保证一定的开度。开度。 组成：组成： 凸轮轴及其驱动凸轮轴及其驱动装置、挺柱、推杆、装置、挺柱、推杆、摇臂、摇臂轴、支摇臂、摇臂轴、支座。座。1、凸轮轴功用：控制气门开闭时刻和运动规律的主要零件。功用：控制气门开闭时刻和运动规律的主要零件。工作条件：受到气门间歇性开启的周期性冲击性载荷。工作条件：受到气门间歇性开启的周期性冲击性载荷。要求：足够的（心部）冲击韧性和刚度，凸轮表面耐磨。要求：足够的（心部）冲击韧性和刚度，凸轮表面耐磨。材料：碳钢模锻、球墨铸铁铸造。材料：碳钢模锻、球墨铸铁铸造。工艺：轴颈和凸轮表面渗碳或高频淬火。工艺：

16、轴颈和凸轮表面渗碳或高频淬火。结构：（汽油机）结构：（汽油机） 正时齿轮，进、排气凸轮，轴颈，分电器齿轮，汽油正时齿轮，进、排气凸轮，轴颈，分电器齿轮，汽油泵偏心轮。各缸同名凸轮之间夹角泵偏心轮。各缸同名凸轮之间夹角-各缸发火次序确各缸发火次序确定的发火间隔角确定。如定的发火间隔角确定。如4缸机，为缸机，为720/2/4=90凸凸轮夹角。轮夹角。正时齿轮，进、排气凸轮，轴颈，分电器齿轮，汽油泵偏心轮正时齿轮，进、排气凸轮，轴颈，分电器齿轮，汽油泵偏心轮。 柴油机凸轮轴特点：柴油机凸轮轴特点： 无分电器齿轮、偏心轮（可能有喷油泵凸轮）无分电器齿轮、偏心轮（可能有喷油泵凸轮）。凸轮轴装配要点：凸轮

17、轴装配要点：(1) 凸轮轴和曲轴的正时齿轮的正时记号要对准。凸轮轴和曲轴的正时齿轮的正时记号要对准。(2) 对于四冲程内燃机，传动比为对于四冲程内燃机，传动比为2:1；(3) 凸轮轴轴向要用止推片定位。凸轮轴轴向要用止推片定位。(4) 凸轮轮廓应符合时间、升程、升速、惯性力的凸轮轮廓应符合时间、升程、升速、惯性力的 要求。要求。(5) 轴颈用滑动轴承，轴颈直径轴颈用滑动轴承，轴颈直径凸轮最高点，并依凸轮最高点，并依 次减小。次减小。驱动：驱动：用曲轴通过一对正时齿轮驱动。在装配曲轴与用曲轴通过一对正时齿轮驱动。在装配曲轴与凸轮轴时必须将正时记号对正。凸轮轴时必须将正时记号对正。 定位：定位：轴

18、向定位装置。轴向定位装置。 2、挺柱 功用：推力传给气门或推杆，功用：推力传给气门或推杆，侧向力传给机体。侧向力传给机体。 工作条件：受推力、侧压力作工作条件：受推力、侧压力作用，有惯性力。用，有惯性力。 要求：承压面大、质量轻。要求：承压面大、质量轻。 材料：镍铬合金、冷激合金铸材料：镍铬合金、冷激合金铸铁。铁。 安装：挺柱中心线相对于凸轮安装：挺柱中心线相对于凸轮侧面的对称线偏移侧面的对称线偏移1-3mm，使，使其工作表面磨损均匀。其工作表面磨损均匀。（3）滚轮式：底面是）滚轮式：底面是滚轮，改善磨损，减滚轮，改善磨损，减小侧压力。小侧压力。结构特点：结构特点：（1）筒式：上面）筒式：上面

19、凹腔与推杆球面接凹腔与推杆球面接触，推杆作小幅度触，推杆作小幅度摆动，适用于顶置摆动，适用于顶置气门式配气机构气门式配气机构（质量小）。（质量小）。（2）菌式：实心体，）菌式：实心体，适用于侧置气门式适用于侧置气门式配气机构。配气机构。3、推杆、推杆 功用：功用：将从凸轮轴经过挺柱传将从凸轮轴经过挺柱传来的推力传给摇臂，并来的推力传给摇臂，并将挺柱将挺柱的运动传给摇臂。的运动传给摇臂。 工作条件：高速往复运动。工作条件：高速往复运动。 要求：质量小。要求：质量小。 材料：材料：硬铝、钢。硬铝、钢。 分类：实心推杆、硬铝棒、钢分类：实心推杆、硬铝棒、钢管。管。 结构：上端头为凹球形，下端结构：上

20、端头为凹球形，下端为球形。为球形。 工艺：上下端淬火。工艺：上下端淬火。4、摇臂、摇臂功用：双臂杠杆作用，一则改变推杆力方向，从而使气门运动方向不同于推功用：双臂杠杆作用，一则改变推杆力方向，从而使气门运动方向不同于推杆运动方向；二则在较小的凸轮升程下增大了气门升程。杆运动方向；二则在较小的凸轮升程下增大了气门升程。要求：刚度大（机构刚度的一部分），质量轻（自身质量的要求：刚度大（机构刚度的一部分），质量轻（自身质量的1/3作为机构往复作为机构往复惯性质量），两端工作表面耐磨（镀铬）。惯性质量），两端工作表面耐磨（镀铬）。材料及工艺：材料及工艺： 45号钢模锻或铸铁、铸钢精铸而成；摩擦表面淬火

21、。号钢模锻或铸铁、铸钢精铸而成；摩擦表面淬火。结构：结构： （1）靠气门一边的臂较长）靠气门一边的臂较长ab，以减小往复惯性力。，以减小往复惯性力。 （2）短臂端装有调整螺钉、锁紧螺母。）短臂端装有调整螺钉、锁紧螺母。 （3）长臂末端为圆柱面。）长臂末端为圆柱面。 （4）摇臂中心孔压有青铜衬套。）摇臂中心孔压有青铜衬套。 （5）厚度方向呈）厚度方向呈“工字形工字形”截面，钻有润滑油道。截面，钻有润滑油道。润滑：润滑： 摇臂轴摇臂轴摇臂衬套摇臂衬套摇臂两端的摩擦面。摇臂两端的摩擦面。配气定时配气定时为进气充分排气干为进气充分排气干净，进、排气门净，进、排气门都都提前开启，迟提前开启，迟后关闭。后

22、关闭。 进气过程：进气过程： 进气提前角，进进气提前角，进气迟后角。气迟后角。 排气过程：排气过程： 排气提前角，排排气提前角，排气迟后角。气迟后角。 气门重叠角：气门重叠角： 进气提前角： 一般为：10-30进气迟后角： 一般为：40-80 进 气 持 续 角 ： 进 气 门 开 启 持 续 时 间 的 曲 轴 转 角 。 180+排气提前角： 一般为：40-80排气迟后角： 一般为：10-30排气持续角：排气门开启持续时间的曲轴转角。 180+气门重叠：在某一时间内，进气门、排气门同时开启的现象。气门重叠角： 进气门、排气门同时开启时的曲轴转角。 + 一、气门间隙：一、气门间隙： 定义：气门与气门传动组摇臂定义：气门与气门传动组摇臂（挺柱）间的间隙，分为热、（挺柱）间的间隙，分为热、冷间隙，冷间隙，0.20-0.35mm。 作用：补偿热膨胀，保证气阀作用：补偿热膨胀，保证气阀及传动件受热后有伸长的余地及传动件受热后有伸长的余地 要求：间隙适当。要求：间隙适当。（1）气门间隙过大，气门开启）气门间隙过大，气门开启滞后，开启高度减少，延续时滞后，开启高度减少，延续时间减少；撞击、磨损、噪声增间减少；撞击、磨损、噪声增大大（2）过小，气门关闭不严。）过小，气门关闭不严。第三节第三节 气门间隙的调整气门间隙的调整调整方法：调整方法：当挺柱与凸轮背接触时，转动调整螺钉调至适当