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气门传动组零件主要作用和组成 |
摘要：气门传动组是从正时齿轮开始至推动气门动作的所有零件，其组成视配气机构的形式而有所不同，而气门传动组主要由凸轮轴、正时齿轮、挺柱、推杆、摇臂和摇臂轴等零部件组成。气门传动组的功用是按照规定时刻（配气定时）和次序（发火次序）打开和关闭进、排气门，并保证一定的开度。
一、凸轮轴与正时齿轮
1、凸轮轴结构和工作条件
凸轮轴是气门传动组的主要零件，气门开启和关闭的过程主要是由它来控制。凸轮轴的结构如图1所示，其主要配置有各缸进、排气凸轮和凸轮轴轴颈以及驱动附件（如机油泵）的螺旋齿轮或偏心齿轮。凸轮轴上各凸轮的相互位置按发动机规定的发火次序排列。根据各凸轮的相对位置和凸轮轴的旋转方向，即可判断发动机的发火次序。为保证柴油机喷油准时可靠，凸轮轴和曲轴必须保持一定的正时关系。
凸轮轴承受周期性冲击载荷。凸轮与挺柱之间有很高的接触应力，其相对滑动速度也很高，而润滑条件则较差。因此凸轮工作表面磨损较严重，还可能出现擦伤、麻点等不正常磨损情况。凸轮轴一般用优质钢模锻而成。近年来广泛采用合金铸铁和球墨铸铁铸造。大多数凸轮轴做成整体式，即各缸进、排气凸轮都在同一根轴上加工而成。
2、传动方式
凸轮轴由曲轴驱动。由于凸轮轴与曲轴间有一定距离，中间必须通过传动件来传动。目前传动方式主要有齿轮式传动和链条式传动两种。由于齿轮式传动方式工作可靠，寿命较长而应用最广。齿轮式传动方式通常在曲轴齿轮和配气正时齿轮之间加装中间齿轮，使齿轮直径减小，以免机体横向尺寸增大。
为了使齿轮啮合平顺，减少噪声，正时齿轮一般采用斜齿，其倾斜角度约为10°，曲轴上的正时齿轮多用合金钢制造，而凸轮轴上的正时齿轮多用夹布胶木或工程塑料制成。
由于斜齿轮传动产生的轴向力，或由于工程机械加速都可能使凸轮轴发生轴向窜动。轴向窜动会引起配气正时不准，因此，对凸轮轴必须加以轴向定位。
常见的凸轮轴轴向定位的方法以下两种：
① 止推片轴向定位
如图2所示，凸轮轴止推片用螺钉固定在气缸体上，止推片与正时齿轮之间应留有适当的间隙，此间隙的大小通常为0.05～0.20mm，作为零件受热膨胀时的余地。此间隙的大小可通过更换隔圈来调整。
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图1 柴油机凸轮轴组件 |
图2 柴油机止推片轴向定位 |
② 推力轴承轴向定位
如图3所示，凸轮轴的第一道轴承为推力轴承，装在轴承座孔内并用螺钉固定在机体上，其端面与凸轮轴的凸缘隔圈之间应留有适当的间隙。当凸轮轴轴向移动，其凸缘通过隔圈碰到推力轴承时便被挡住。6缸机柴油机就是采用这种凸轮轴轴向定位装置。
凸轮轴通常采用齿轮驱动，齿轮装在凸轮轴前端，与曲轴上的齿轮直接或间接啮合，称为正时齿轮。对于四冲程柴油机，每完成一个工作循环，曲轴旋转两周，各缸进、排气门各开启一次，凸轮轴只旋转一周，其传动比为2：1。曲轴上的正时齿轮经过一个或两个中间齿轮，再传到凸轮轴上的正时齿轮。
在装配凸轮轴时，必须对准各对齿轮的正时记号，才能保证气门按规定时刻开闭，喷油泵按规定时刻供油。图4为6缸机柴油机传动齿轮装配定时关系图。
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图3 柴油机推力轴承轴向定位 |
图4 柴油机传动齿轮装配定时关系图 |
二、挺柱
挺柱的作用是将凸轮轴旋转时产生的推动力传给推杆(下、中置凸轮轴)或气门(上置凸轮轴)。
1、挺柱的类型
（1）筒式挺柱
配气机构的挺柱由钢或铸铁制成。如图5（a）所示，一般制成空心圆柱体形状，这样既减轻重量，又可获得较大压力面积，以减小单位面积上的侧压力。推杆的下端即落在挺柱孔内。
（2）滚轮式挺柱
滚轮式挺柱是挺柱的一种，其优点是可以减小摩擦造成的对挺住的侧向力。这种挺柱结构复杂，如图5（b）所示，质量较大，一般多用于大缸径柴油机上。挺柱常用镍铬合金铸铁或冷寂合金铸铁制造，其摩擦表面应经热处理后研磨。
2、挺柱偏置
为了使挺柱工作表面磨损均匀，挺柱中心线相对于凸轮侧面的对称线通常要偏移1～3mm，如图6（a）所示。或者将挺柱底面做成半径为700～1000mm的球面，而凸轮型面则略带锥度（约为7'30"～10'），如图6（b）所示。这样，当凸轮旋转时，迫使挺柱本身绕轴线旋转，使挺柱底面和侧面磨损都比较均匀。
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图5 柴油机挺柱分类 |
图6 柴油机挺柱相对于凸轮的偏移 |
三、推杆
在顶置式气门机构中，由于凸轮轴和气门是分开设置的，两者相距较远，因此采用推杆来传递凸轮轴传来的推力。其作用是将从凸轮轴经过挺柱传来的推力传给摇臂。
底置凸轮轴的发动机一般都是大排量、低转速、追求大扭矩输出，因为底置凸轮轴是依靠曲轴带动，然后凸轮与气门摇臂采用一根推杆来连接，使凸轮顶起推杆，推杆推动摇臂来实现发动机气门的开闭。
因为气门推杆又长又细，与大家采用的木筷几乎一样，因此被品牌形象地称之为气门系统软件中的"木筷"。推杆的功能是将推动力从凸轮轴传送给摇臂，摇臂是气门组里最灵敏的一部分，也是气门组中最易弯曲的零件，必须很高的弯曲刚度。在具备大动态性负载的发动机中，推杆应尽量地短。
推杆一般采用空心钢管制造，以减轻重量。推杆两端焊有不同形状的端头。上端呈凹球形，气门摇臂调节螺钉的球头坐落其中；下端呈圆球形，插在气门挺柱的凹球形座内。上下端头多用钢制成，并经热处理提高硬度，改善其耐磨性。
四、摇臂
1、摇臂组的作用
摇臂组的作用主要是改变力的传递方向。摇臂相当于一个杠杆结构，它将推杆的作用力改变方向传给气门杆尾端从而推动气门打开；利用两边臂长的比值(称摇臂比)来改变气门的升程，气门摇臂一般制造成不等长的形式，靠气门一边比靠推杆一边臂长30%～50%，这样可以获得较大的气门升程。摇臂组的安装位置和顺序如图7、图8所示。
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图7 柴油机摇臂和支架安装位置图 |
图8 柴油机摇臂和支架安装顺序. |
2、摇臂的分类
摇臂处于配气机构的位置如图7所示，类型可以分为普通摇臂和无噪声摇臂。
（1）普通摇臂
其长臂端部以圆弧形的工作面与气门尾端接触以推动气门。短臂的端部有螺孔，用来安装调整螺钉及锁紧螺母，以调整气门间隙。螺钉的球头与推杆顶端的凹球座相连接。该连接部分接触应力高，且有相对滑移，磨损严重，因此在该部分常堆焊有硬质合金。因为靠气门一端的臂长，所以在一定的气门升程下，能减小推杆、挺柱等运动件的运动距离和加速度，从而减小了惯性力。摇臂内一般有油道，与摇臂轴中心相通。压力机油充满摇臂轴中心，并从摇臂油孔流出，润滑挺杆及气门杆端等零件。
摇臂的两臂长度不等，长短臂的比例约为a：b＝1.6：1，尺寸示例如图9所示。长臂端用以推动气门尾端，因此在一定的气门开度下，可减小凸轮的最大升程，与气门尾端接触的表面做成圆柱面，并经热处理和磨光。摇臂的短臂端装有调整气门间隙的调整螺钉和锁紧螺母。摇臂轴通常是做成中空的，作为润滑油道，润滑油从支座的油道经摇臂轴通向摇臂两端进行润滑，其位置如图10所示。为了防止摇臂在工作时发生轴向移动，摇臂轴上两摇臂之间装有摇臂轴弹簧。
（2）无噪声摇臂
采用无噪声摇臂主要目的是消除气门间隙，减小由此产生的冲击噪声。起主要作用的结构为凸环。凸环以摇臂的一端为支点，并靠在气门杆部的端面上。当气门处在关闭位置时，在弹簧的作用下，柱塞推动凸环向外摆动，从而消除气门间隙；气门开启时，推杆便向上运动推动摇臂，摇臂已经通过凸环和气门杆部的端面处在接触状态，因此消除了气门间隙。
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图9 柴油机摇臂结构示意图 |
图10 发动机摇臂位置图 |
总结：
气门传动组的作用是使进排气门按配气相位规定的时刻进行开闭，并保证有足够的开度，属于是配气系统的一个重要组成部分。定时驱动气门使其开闭。气门传动组主要包括凸轮轴、正时齿轮、挺柱及其导杆，推杆、摇臂臂和摇臂轴等，其作用是使进排气门按配气相位规定的时刻进行开闭，并保证有足够的开度。气门传动组的组成由气门配比齿轮，凸轮轴及组件，摇臂轴及摇臂组件，气门推杆，气门，气缸盖，气门座，气门套管，气门弹簧，气门锁片及组件，气门调节螺钉等件组成的。
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