配氣機(jī)構(gòu)的工作原理與凸輪軸的構(gòu)造及分類(lèi)
1.配氣機(jī)構(gòu)的工作原理
發(fā)動(dòng)機(jī)不工作時(shí)氣門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)曲軸把力傳到凸輪軸并通過(guò)配氣機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)路線把力傳到搖臂推開(kāi)氣門(mén)并壓縮氣門(mén)彈簧凸輪凸起部分的頂點(diǎn)轉(zhuǎn)過(guò)挺柱后凸輪對(duì)挺柱的推力減小氣門(mén)在氣門(mén)彈簧力的作用下逐漸關(guān)閉凸輪凸起部分離開(kāi)挺柱時(shí)氣門(mén)完全關(guān)閉換氣過(guò)程結(jié)束發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入壓縮和做功行程
由上述過(guò)程可知氣門(mén)傳動(dòng)組的運(yùn)動(dòng)把力傳到氣門(mén)使氣門(mén)開(kāi)啟氣門(mén)彈簧釋放張力關(guān)閉氣門(mén)凸輪軸的輪廓曲線決定了氣門(mén)開(kāi)閉的時(shí)間和規(guī)律每次打開(kāi)氣門(mén)時(shí)搖臂會(huì)緊壓氣門(mén)彈簧使彈簧積蓄能量在凸輪凸起部分離開(kāi)氣門(mén)時(shí)能夠可靠地關(guān)閉進(jìn)排氣門(mén)保證發(fā)動(dòng)機(jī)能夠正常工作同時(shí)對(duì)于四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)每完成一個(gè)工作循環(huán)曲軸旋轉(zhuǎn)兩周各缸進(jìn)排氣各進(jìn)行一次凸輪軸旋轉(zhuǎn)一周因此曲軸與凸輪軸轉(zhuǎn)速的傳動(dòng)比為21
2.凸輪軸的構(gòu)造及分類(lèi)
凸輪軸由凸輪凸輪軸頸及軸等組成凸輪可以分為進(jìn)氣凸輪和排氣凸輪分別用來(lái)驅(qū)動(dòng)進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉軸頸主要用于支承并將凸輪軸裝配在氣缸體或氣缸蓋上在四沖程柴油機(jī)中凸輪軸上安裝有各缸的進(jìn)排氣凸輪有的還裝有空氣分配器凸輪在二沖程柴油機(jī)中除直流掃氣式柴油機(jī)凸輪軸上裝有排氣凸輪外一般只裝有噴油泵凸輪和示功器凸輪有的也裝有空氣分配器凸輪和帶動(dòng)調(diào)速器等各附件的傳動(dòng)輪而某些汽油機(jī)上則裝有汽油泵驅(qū)動(dòng)輪及驅(qū)動(dòng)機(jī)油泵和分電器的螺旋齒輪這些凸輪按照一定的順序和角度排列
凸輪軸凸輪在工作過(guò)程中不斷受到氣門(mén)間歇性開(kāi)啟產(chǎn)生的反作用于挺柱的周期性沖擊載荷與摩擦因此要求凸輪的工作表面必須具有較高的耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度同時(shí)要求凸輪軸具有足夠的韌性和剛度以便承受沖擊負(fù)荷使受力后變形較小大部分凸輪軸采用優(yōu)質(zhì)鋼模鍛而成有些也采用球墨鑄鐵合金鑄鐵鑄造而成凸輪和軸頸的工作表面經(jīng)過(guò)熱處理后要精磨以提高其耐磨性
凸輪軸的結(jié)構(gòu)可以分為整體式和組合式兩大類(lèi)整體式凸輪軸將凸輪與軸本體鍛成或鑄成一體在汽油機(jī)和小型柴油機(jī)上應(yīng)用非常廣泛組合式凸輪軸是將凸輪與軸分開(kāi)制造然后根據(jù)正時(shí)要求將凸輪緊固于軸上而較長(zhǎng)的凸輪軸本體也常分為多段制造然后用螺栓等連接起來(lái)這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是制造方便凸輪損壞時(shí)可單獨(dú)更換某些凸輪軸采用中空形式可以減輕質(zhì)量凸輪和凸輪軸的材料可以采用任意的組合這有助于提高凸輪的接觸強(qiáng)度但整體式凸輪裝配難度大工藝復(fù)雜僅在某些特定發(fā)動(dòng)機(jī)上采用凸輪可以制成整體的也可以做成組合式的凸輪在軸上的安裝方法分無(wú)鍵連接和有鍵連接兩種
3.凸輪輪廓的確定
凸輪輪廓的形狀應(yīng)該保證氣門(mén)開(kāi)閉的持續(xù)時(shí)間符合配氣相位的要求并使氣門(mén)有合適的升程及升降過(guò)程的運(yùn)動(dòng)規(guī)律
不同型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)的凸輪具有不同的輪廓整個(gè)輪廓由凸頂凸根打開(kāi)凸面以及關(guān)閉凸面組成凸輪軸升程指從基圓直徑往上凸輪能達(dá)到的高度它決定了氣門(mén)的升程大小凸輪的頂部稱(chēng)作凸頂它的長(zhǎng)度決定了氣門(mén)能在完全打開(kāi)的位置保持多長(zhǎng)時(shí)間凸頂可能有多種不同的輪廓這取決于氣門(mén)需在完全打開(kāi)的位置保持多久凸根指凸輪軸外形的底部部分當(dāng)挺柱或氣門(mén)在凸根部分移動(dòng)時(shí)氣門(mén)處于完全關(guān)閉狀態(tài)凸輪的這些外形特征決定了氣門(mén)開(kāi)閉過(guò)程的具體特性－時(shí)間和速度
4.凸輪在凸輪軸上的相對(duì)角位置及確定
同一氣缸的進(jìn)排氣凸輪的相對(duì)角位置是與既定的配氣相位相適應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)各缸的進(jìn)排氣凸輪的相對(duì)角位置應(yīng)符合發(fā)動(dòng)機(jī)各缸的點(diǎn)火順序和點(diǎn)火間隔時(shí)間的要求因此必須根據(jù)凸輪軸的旋轉(zhuǎn)方向以及各缸進(jìn)排氣和凸輪的工作順序來(lái)判定發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火次序對(duì)于四缸四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)每完成一個(gè)工作循環(huán)曲軸旋轉(zhuǎn)兩周而凸輪軸旋轉(zhuǎn)一周各氣缸分別進(jìn)行一次進(jìn)氣和一次排氣且進(jìn)氣與排氣時(shí)間間隔相等即各缸進(jìn)氣或者排氣凸輪間的夾角為360度/4=90度發(fā)動(dòng)機(jī)的凸輪軸旋轉(zhuǎn)方向從前端向后看為逆時(shí)針可以確定該發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火順序?yàn)?－2－4－3而對(duì)于六缸四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)每完成一個(gè)工作循環(huán)曲軸旋轉(zhuǎn)兩周而凸輪軸旋轉(zhuǎn)一周各氣缸分別進(jìn)行一次進(jìn)氣和一次排氣且各缸進(jìn)氣和排氣間隔時(shí)間相等因此各缸進(jìn)氣和排氣凸輪間的夾角為360度/6=60度同樣如其轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)槟鏁r(shí)針則該發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火順序可以確定為1－5－3－6－2－4
