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载重汽车挺柱体的冷挤压工艺及模具结构设计
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关键字：挺柱体；冷挤压工艺；模具；16MnCr5摘　要：制定出16MnCr5坯料的合理软化退火工艺规范，设计合理的模具结构，在160吨气压式冲床上进行了挺柱体坯件的冷挤压成形加工。冷挤压加工的挺柱体坯件具有较高的尺寸精度和表面质量，而且其内孔型腔表面光洁平整，无毛刺、裂纹和折叠等缺陷，完全达到了挺柱体零件的使用要求。燃油喷射系统是汽车发动机的关键部件，其质量的优劣直接影响到汽车的行驶速度、燃油消耗量以及环境污染等问题。如图1所示，挺柱体作为载重汽车燃油喷射系统的关键零件，其市场需求量越来越大；该挺柱体的内孔型腔不仅形状复杂、各截面过渡部分的圆角很小（其中最小的圆角仅为R0.5），采用机械切削加工方法无法加工。对于该零件，上海某企业曾采用热精密模锻工艺进行锻件生产；该工艺方法不仅后续加工余量大、材料利用率低、能源消耗大；同时由于热锻时坯料氧化和烧损以及模具的软化变形使得成形锻件的内孔型腔有锥度存在、各截面过渡部分的圆角较大，而且内孔表面光洁度差、始终有拉毛现象存在，无法满足挺柱体零件的使用要求；而且模具寿命很低，其冲头使用寿命最多达到800～1000件，有时冲头的工作部位在冲压200件左右时就出现塌角等现象。因此，对挺柱体的加工工艺进行研究，以提高挺柱体的生产效率和挺柱体品质，达到节能、节材和降低生产成本的目的，将具有显著的经济效益和社会价值。1 成形工艺分析1.1& 挺柱体的结构特点图1所示为挺柱体，其外表面形状非常简单，但其内孔型腔形状复杂、各截面过渡部分的圆角很小（其中最小的圆角仅为R0.5），同时内腔表面要求光滑平整、无毛刺、划痕、裂纹和折叠等缺陷存在；要求内、外表面粗糙度在Ra3.2μm以下，以确保挺柱体的正常工作，防止铁屑、毛刺等夹杂物进入喷射系统内堵塞细小的喷油孔。1.2& 16MnCr5钢的工艺特性该挺柱体的材料为16MnCr5钢，该钢是参照德国DIN标准在上海上钢五厂生产。其标准化学成分（质量分数，%）为：0.14～0.19C,1.0～1.3Mn,0.8～1.1Cr,Si≤0.40,P和S均≤0.035,属于低碳低合金钢，其供货状态的硬度值为205～210HB。该材料与20CrMo钢类似，通过合理的软化退火处理以后，强度较低、塑性很好，是典型的冷成形材料。冷挤压成形工艺 2.1 16MnCr5棒料的软化退火工艺由于热轧状态下的16MnCr5棒料各部位的硬度不均匀，塑性差，变形抗力大，若不经软化退火处理而直接进行冷挤压加工，则成形困难、模具容易损坏、挤压件容易产生裂纹，因此在冷挤压成形前需对坯料进行软化退火处理。由于细小、均布、球状的晶粒组织具有较低的硬度和最佳的塑性，因此本工艺采用等温球化退火工艺对16MnCr5钢进行软化退火；为了节约能源、便于组织生产，选择将坯料加热到该钢种的Ac1以上30℃的等温球化退火工艺，16MnCr5钢的Ac1值约为726℃。因此，软化退火温度取760℃±15℃，保温时间10小时，软化退火设备为5吨容量的钟罩炉。经软化退火的坯料硬度应控制在HB100~120之间。2.2& 冷挤压坯件的制备&&& 经过软化退火的棒料在带锯床上下成短坯料，然后再在仪表车床上加工外圆及两端面；加工完后的坯件要求外圆不存在氧化皮等缺陷、两端面应平整。2.3& 坯件的表面处理及其润滑为了获得内孔尺寸精度高、表面光洁的挺柱体冷挤压件，要求在冷挤压成形前对坯件进行良好的表面净化和润滑处理。本工艺中采用磷化与涂MoS2的表面处理工艺，其工艺流程为：碱洗 →水洗→酸洗→水洗→磷化→清洗→震荡机上涂MoS2。2.4& 冷挤压成形工艺试验&& &&由于该零件的产量很大，同时零件长度方向尺寸较短，因此选用了160吨气压式冲床，它能满足生产工艺要求。3& 模具结构与设计3.1& 冷挤压模具结构该挺柱体的冷挤压模具结构如图2所示，它具有以下特点：（1）模架结构简单。模具采用了自身导柱的导向系统，结构紧凑，导向精度高，能很好地保证挺柱体冷挤压件的内腔形状和外形的同轴度。不需要在模架上设置复杂的导柱、导套导向系统，既减少了模架的加工难度又节约了模具材料。（2）模架备有可调顶出行程的拉杆顶出机构：将下横梁和拉杆组成的顶出机构与冲床的锤头相连接，在挤压终了后的冲床回程过程中，处于冲床工作台面下部的拉杆机构将挺柱体冷挤压件从模腔中顶出。其中拉杆和下横梁由高强度螺母连接，可以方便地调节顶出行程；拉杆和下横梁均采用45钢调质处理制成。3.2& 组合凸模设计组合凸模有冲头与冲头套组成，见图3。其中冲头固定部分为圆柱形直杆结构，与冲头套内孔为紧配合；冲头套是外圆具有1.5°锥度的锥套，它与上模套之间是过盈配合；利用冲头套与上模套之间的锥度过盈配合，将冲头牢固而准确地夹紧固定。冲头的工作部分由高精度线切割加工而成，抛光后的表面粗糙度在Ra0.8μm以下。冲头材料选用具有高强度和高硬度同时又具有良好韧性的LD钢，坯料应进行改锻和球化退火处理，淬火回火后的硬度应控制在HRC58～62之间；冲头套材料为Cr12，热处理后的硬度为HRC56～60。3.3& 组合凹模设计组合凹模由下模芯、下模内套和下模镶块组成，见图3。其中下模镶块和下模芯都是短圆筒形件，加工制造方便，制造成本很低；下模镶块与下模芯为紧配合，下模芯与下模内套也是紧配合；下模内套是外圆具有1.5°锥度的锥套，它与下模外套之间是过盈配合；利用下模外套与下模内套之间的锥度过盈配合所产生的预应力将下模芯和下模镶块紧固。下模芯及下模镶块均采用高碳高铬模具钢Cr12MoV，其热处理后的硬度应控制在HRC56～60范围内；下模内套材料选用5CrMnMo热作模具钢，其热处理硬度控制在HRC45～50范围内。4&& 结束语经过近3年的生产实践表明，采用冷挤压技术可以生产出内腔表面光洁(其表面粗糙度达到Ra0.8～1.6)、尺寸精度高（内腔形状完全达到零件的设计要求，无需再进行后续切削加工）、无裂纹、无折叠、无毛刺等缺陷的精密挺柱体冷挤压件，见图4；而且冷挤压模具加工制作简单、模具安装调试方便；同时该冷挤压模具的使用寿命相当高，其冲头使用寿命平均达到2000件以上，凹模使用寿命达到10000件以上。因此，能显著地降低挺柱体的制造成本，提高生产效率，经济效益和社会效益比较显著。参考文献[1] 洪深泽主编.挤压工艺及模具设计.北京: 机械工业出版社.1996.[2] 蔡俞，陆大魁.16MnCr5钢软化退火工艺.《金属热处理》.2001（12）.[3] 伍太宾.阶梯形黄铜壳体的冷挤压模设计[J].《模具工业》.1998（1）：21～22.
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高速内燃机凸轮与挺柱付润滑过程的数值分析
□ 梅雪松 谢友柏
摘　要:本文利用一种快速求解非稳态弹流润滑方程的数值方法，获得了高速内燃机凸轮与挺柱付非稳态弹流润滑方程的完全数值解，深入地研究了这对摩擦付的表面油膜形状及压力分布在接触过程中的变化规律，指出了正常运转工况时凸轮与挺柱在开启与关闭过程中各自润滑过程的特点以及最危险的部位。为合理设计凸轮型线、制定跑合机制，本文提供了最接近工况的润滑理论依据。
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金月芽期刊网 2018==========以下对应文字版==========汽车构造。配气机构第三章配气机构配气机构是控制发动机进气和排气的装置其作用是按照发动机的工作次序和各缸工作循环的要求定时开启和关闭各缸的进、排气门以便在进气行程中使尽可能多的可燃混合气(汽油机)或空气(柴油机)进入气缸在排气行程中将燃烧后生成的废气及时从气缸内排出。同时配气机构应能保证发动机在压缩行程和做功行程中气缸具有良好的密封性。概述四冲程车用发动机大都采用气门式配气机构。其机构形式多种多样按气门布置形式不同分为气门顶置式和气门侧置式按每缸气门数目不同分为二气门式和多气门式两种其中多气门式发动机又分为三气门式、四气门式和五气门式几种按凸轮轴布置形式不同分为凸轮轴下置式、凸轮轴中置式和凸轮轴上置式按曲轴和凸轮轴的传送方式不同分为齿轮传动式、链条传动式和齿形带传动式。一、气门布置形式气门顶置式配气机构是目前应用最广泛的一种配气形式其结构如图所示由气门组和气门传动组组成。气门组包括气门、气门座圈、气门导管、气门弹簧、气门弹簧座等其门传动组包括摇臂、摇臂轴、调整螺钉、气门推杆、气门挺柱和凸轮轴等。图气门顶置式配气机构凸轮轴挺柱推杆摇臂轴调整螺钉摇臂气门弹簧座气门弹簧气门导管气门气门座圈气缸盖气缸体发动机工作时曲轴通过正时齿轮组驱动凸轮轴旋转当凸轮的凸起部分顶起挺柱时挺柱推动推杆一起上行作用于摇臂上的推动力使摇臂绕摇臂轴转动摇臂的另一端压缩气门弹簧使气门下行打开气门。随着凸轮轴的继续转动当凸轮的凸起部分离开挺柱时在气门弹簧张力的作用下气门上升而落座使气门关闭。由于气门顶置式配气机构的进、排气门倒装在气缸盖上使燃烧室结构合理进气阻力小充气效率高混合气的行程和燃烧过程得到改善因而有利于提高发动机的动力性和经济性改善了排放指标。桑塔纳JV型和一汽奥迪JW型发动机均采用这种结构形式。气门侧置式配气机构的进、排气门装在气缸体的一侧造成燃烧室结构不合理导致发动机的动力性和高速性能均较差。目前这种配气机构已被淘汰。一般发动机每个气缸有两个气门即一个进气门和一个排气门。由于气门头部直径的尺寸受燃烧室尺寸的限制使每缸一进一排的气门结构不能保证良好的换气质量。为了使发动机在工作时进气充分、排气彻底提高发动机的转矩和功率以满足现代汽车发动机对高速化的要求因此在很多中、高级较差发动机上普遍采用每缸多气门结构。三气门式发动机配气机构其每缸有两个进气门和一个排气门如图所示。与二气门式发动机相比进气制成两半的锥形锁片和弹簧座的锥形内表面将锁片卡住如图a所示。采用锁销式结构时在气门杆尾端钻一径向通孔锁销插在通孔内来支承气门弹簧座而气门弹簧座的边缘又可阻止锁销的松脱如图b所示。图气门杆尾端形状与气门弹簧的固定方式a)锁片式b)锁销式气缸盖气门杆气门弹簧气门弹簧振动阻尼器气门油封气门弹簧座气门锁片气门锁销气门导管由于进气管中有一定的真空度气门室上的润滑油会通过气门与气门导管之间的间隙被吸入进气道或气缸内。为了减少润滑油消耗保证发动机的正常工作常在气门杆的尾端设有机油防漏装置如图所示。为了保证气门在高温(进气门头部可达,K派气门头部可达,K)、受力复杂、冷却和润滑困难的条件下正常工作起门必须具有足够的刚度和强度良好的耐磨性、耐热性和导热性。因此进气门常采用中碳合金钢(如铬钢或镍铬钢)制造排气门采用特种耐热合金钢(如硅铬钢)制造。为了节省材料有的发动机(如桑塔纳JV型发动机)排气门采用双金属结构即头部用耐热、耐蚀的合金钢制造杆部与进气门都用合金钢制造两部分通过摩擦焊焊接成一体。气门座在气缸盖上与气门头部锥面接触的部位称为气门座。其作用是与气门头部形成良好的接触带对气缸起密封作用并给气门头部导热如图所示。气门座的结构形式有两种一种是在优质的灰铸铁或合金铸铁制成的气缸的气缸盖上直接镗削加工而成如图a所示另一种是对以铝合金制成的气缸盖由于其耐磨性、耐热性较差则必须用合金铸铁或奥氏体钢等优质材料单独制成气门座并用冷缩法以一定的过盈量将其镶嵌(压配)到缸盖气门座的沉孔中如图b所示。在一些汽油机中只镶排气座一方面是因为排气座的工作温度高另一方面是由于进气管中的真空吸力会从气门导管间隙吸入少量的润滑油对气门座进行润滑。相反有些柴油机只镶进气门座这是由于柴油机在排出的废气中未燃完的燃油可对排气门座进行润滑。气门导管气门导管的作用是为气门的运动进行导向使气门与气门座能正确贴合同时起导热作用将气门杆的热量经气门导管传给气缸盖和水套中的冷却液。所示。为了保证气门导管在较高的温度下正常工作气门导管为一管状体如图气门导管用耐磨性和导热性较好的材料如铁基粉末冶金或含石墨较多的铸铁等材料单独制成然后压入缸盖的承孔中。为了防止气门导管松动脱落有的发动机在气门导管的中部加装定位卡环如图b所示有的发动机是通过装配时气门导管与承孔间的过盈量来保证的。图气门座结构形式图气门导管结构a)无气门座圈b)有气门座圈c)气门座结构气门座圈气门气缸盖定位卡环气门导管气门弹簧气门弹簧的作用是使气门迅速回位保证气门与气门座的密封。另外它还用于吸收气门在开闭过程中各传动所产生的惯性力以防止各传动件彼此分离而破坏配气机构的正常工作。气门弹簧为圆柱形螺旋弹簧弹簧的两端面经磨光并与弹簧轴线相垂直如图所示。气门弹簧承受着频繁的交变载荷为了保证其可靠工作气门弹簧有合适的弹力、足够的强度和抗疲劳度。因此弹簧采用优质冷拔弹簧刚死卷制而成并经热处理和喷丸处理以提高其抗疲劳强度。气门弹簧的一端支承在气缸盖的相应凹槽内另一端则压靠在于气门杆尾端相连的弹簧座上气门弹簧在安装时必须有一定的预紧力以保证配气机构的正常工作。为了防止气门弹簧发生共振常采用变螺距簧或双气门弹簧。变螺距弹簧是利用其在工作时由于螺距小的一端逐渐叠合使其自振频率不断变化来避免共振。安装时螺距较小的一端应朝向气缸盖不能装反如图b所示。双气门弹簧是在每个气门上同心安装内、外两根气门弹簧由于两者的自振频率不同当某一弹簧发生共振时另一根弹簧可起到减振的作用。采用双气门弹簧时内、外弹簧的旋向相反以免相互干涉如图c所示。图气门弹簧结构a)等螺距气门弹簧b)变螺距气门弹簧c)双气门弹簧二、气门传动组不同的配气机构气门传动组的组成不同其中凸轮轴下置式配气机构的气门传动组主要由正时齿轮、凸轮轴、挺柱、摇臂及摇臂轴等组成如图所示。其作用是产生并传递周期性的驱动力控制各气缸气门的开闭时刻及开启规律使其符合发动机的工作顺序和配气要求。凸轮轴凸轮轴是气门传动组的主要部件。其作用是控制气门的开闭时刻及开启规律使之符合发动机的配气要求。凸轮轴下置式配气机构中凸轮轴还用来驱动汽油泵、机油泵和分电器等装置。()凸轮轴的结构凸轮轴主要由凸轮和凸轮轴轴颈等组成下置式凸轮轴上还有驱动机油泵、分电器的螺旋齿轮和驱动汽油泵的偏西轮如图所示。凸轮轴上置式配气机构中单凸轮轴一般将进、排气凸轮布置在同一根凸轮轴上如图a所示。双凸轮轴结构中一根是进气凸轮轴上面布有各缸的进气凸轮另一根是排气凸轮轴上面布有各缸的排气凸轮如图b所示。图凸轮轴结构a)四缸发动机的上置式凸轮轴b)六缸发动机中的下置式凸轮轴凸轮凸轮轴轴颈螺旋齿轮偏心轮图上置式凸轮轴结构a)上置式单凸轮轴b)上置式双凸轮轴图凸轮轴轮廓形状与气门升程凸轮轮廓形状如图所示O点为凸轮轴的转动中心EA弧段为凸轮的基圆当凸轮按图示方向转过EA弧段时挺柱在低位不动气门处于关闭位置。凸轮转至A点时挺柱开始移动到达B点气门间隙消除气门开始开启到C点时气门开度最大。然后气门逐渐关小到D点时气门关闭到E点时挺柱又处在低位气门间隙产生。凸轮轮廓BCD弧段为凸轮的工作段其形状决定了气门开闭的快慢、开度的大小、开启的持续时间以及配气机构各零件的运动规律。为了保证配气机构的正常工作凸轮在凸轮轴上的相对角位置有严格的要求。凸轮轴上各缸的进气(或排气)凸轮即同名凸轮的排列与凸轮轴的转动方向、各缸的工作顺序和做功间隔角有关。凸轮轴顺时针转动(丛前往后看)的四缸发动机点火顺序为做功间隔角为=曲轴转角由于凸轮轴转速为曲轴转速的所以表现在凸轮轴上同名凸轮轴间的夹角则为=如图a所示。凸轮轴逆时针转动的六缸发动机点火顺序为做功间隔角为=曲轴转角则同名凸轮的夹角为=同名凸轮的排列顺序如图b所示。同一气缸的进、排气(异名)凸轮间的相对角位置排列取决于凸轮轴的转动方向和发动机的进、排气规律。凸轮轴轴颈用以安装和支承凸轮轴轴颈数量取决于凸轮轴的支撑方式。如图a所示上置式凸轮轴轴承为剖分式结构各轴颈的直径均相等。中置式和下置式凸轮轴轴颈的直径较大且由前往后依次减小便于从缸体前端装入凸轮轴座孔内如图b所示。凸轮轴一般用优质钢模锻或用合金铸铁或球墨铸铁铸造而成。为了提高其耐磨性常对凸轮和轴颈工作面进行热处理。()凸轮轴的轴向定位为了防止凸轮轴的轴向窜动凸轮轴必须有轴向定位装置。下置式凸轮轴利用止推凸缘定位如图所示凸轮轴前端轴颈与正时齿轮之间压装一隔圈隔圈外面松套一止推凸缘止推凸缘用螺栓固定在气缸体前端面隔圈的厚度大于止推凸缘的厚度两者之差称为凸轮轴的轴向间隙。此间隙可通过改变隔圈的厚度来进行调整。上置式凸轮轴利用凸轮轴轴承盖两侧面代替止推凸缘实现轴向定位如图所示。图凸轮轴的轴向定位凸轮轴正时齿轮止推凸缘隔圈凸轮轴为了保证发动机的配气正时和点火正时在装配曲轴和凸轮轴时要将正时齿轮副上的标记、轮链与链条间标记、齿形带轮与齿形带上的标记对齐如图和图所示。挺柱挺柱的作用是将凸轮工作时产生的推力传给推杆(凸轮轴中置、下置式)或气门(凸轮轴上置式)并承受凸轮轴旋转时所施加的侧向力。挺柱分为普通挺柱和液力挺柱两种。()普通挺柱常见的形式有菌形、筒形和滚轮式三种如图所示。菌形挺柱多为中空式以减轻质量其上部装有调节螺钉用来调节气门间隙筒形挺柱的下部钻有通孔便于筒内收集的润滑油流出以对挺柱底面和凸轮加强润滑地面为凹球形与推杆下方的凸球形配合滚轮式挺柱由于滚轮的转动使滚轮与凸轮间的摩擦阻力小多用于柴油机中。图凸轮轴轴向定位图普通挺柱结构凸轮轴轴承盖凸轮轴a)菌形挺柱b)筒形挺柱c)滚轮式挺柱挺柱工作时由于受凸轮侧向力的作用会使挺柱的侧面和底面磨损不均匀。为此在结构上采取了使挺柱旋转的措施。常见的结构措施有下列两种:一是将挺柱中心线与凸轮宽度中心线微量偏移一距离如图a所示发动机工作时凸轮与挺柱底面的摩擦力可产生一附加转矩使挺柱绕自身轴线转动。另一种是将挺柱地面做成半径较大的球面而将凸轮工作面制成锥角很小的锥面如图b所示这样使挺柱和凸轮的接触点偏离挺柱的中心线一距离当挺柱被顶起时接触点间的摩擦力使挺柱承受一个附加的旋转力矩使挺柱一边作往复直线运动一边绕自身轴线作转动从而使挺柱磨损均匀。挺柱一般用耐磨性好的冷激合金铸铁或合金钢等制成其摩擦表面经热处理后精磨以提高其耐磨性。挺柱可直接安装在气缸体一侧的导向孔内或安装在可拆卸的挺柱架上。图所示挺柱架上有安装标记和定位装置以区分前后挺柱架保证安装精度。图挺柱旋转结构措施图可拆式挺柱架挺柱架定位环固定螺栓()液力挺柱具有气门间隙的配气机构虽然解决了气门传动组件受热膨胀对气门正常工作的影响但是有了气门间隙会使配气机构在工作过程中出现撞击而产生噪声。为了解决这一矛盾多数高转速发动机上采用了液力挺柱。如桑塔纳JV型和奥迪JW型发动机均采用液力挺柱。液力挺柱由柱、柱塞、油缸、单向球阀、托架、球阀弹簧和柱塞回位弹簧等零件组成如图a所示。挺柱体的外圆柱面上有环形油槽顶部内侧加工有键形油槽。油缸的内孔和外圆经精加工后研磨外援与挺柱体内导向孔配合内孔则与柱塞配合两者都有相对运动。油缸的底部装有一柱塞回位弹簧把球阀压靠在柱塞得阀座上柱塞回位弹簧还可以使挺柱的顶面和凸轮保持紧密接触以消除气门间隙。柱塞、油缸、单向球阀和球阀弹簧装配到一起便构成气门间隙的补偿偶件。球阀将油缸下部和柱塞上部分隔为两个油腔。当球阀关闭时上部为低压油腔下部为高压油腔当球阀开启时则成为一个通腔。液力挺柱装在气缸盖的挺柱孔内挺柱顶面与凸轮接触油缸底面则与气门杆断面接触。挺柱在往复运动过程中当挺柱体外圆的环形油槽流入低压油腔然后经键形槽进入柱塞上方的低压油腔这时缸盖主油道与液力挺柱的低压油腔相通。当气门开启时凸轮推动挺柱体和柱塞向下移动高压油腔内有润滑油被压缩油压升高加之补偿弹簧的作用使球阀紧压在柱塞下端的阀座上这时高压油腔与低压油腔被分开由于液体的不可压缩性油缸和柱塞成为一个刚体下移并推开气门如图b所示。此时挺柱外圆的环形油槽已离开了气缸盖上的进油位置从而停止进油。图液力挺柱结构及工作原理a)结构b)气门打开c)气门关闭油缸柱塞回位弹簧托架球阀弹簧单向球阀柱塞挺柱体凸轮轴键形槽气缸盖低压油腔高压油腔斜油孔量油孔气缸盖油道气门杆当气门关闭时挺柱体不再受凸轮的推压作用高压油腔内的压力油和柱塞回位弹簧一起推动柱塞向上运动使高压油腔内的压力下降球阀离开阀座而打开从低压油腔来的压力油进入高压油腔使两腔相通并充满油液保证液力挺柱的顶面仍然和凸轮的基圆接触从而达到补偿气门间隙的作用如图c所示。采用液力挺柱消除了配气机构中各零件间的间隙减小了相互间的冲击载荷和噪声不用调整气门间隙简化了配气机构的装配、使用和维修过程不用预留气门间隙可有效地延长气门的实际开启时间改善了换气过程。推杆凸轮轴下置(或中置)式配气机构中推杆位于挺柱和摇臂之间其作用是将挺柱传来的推力传给摇臂。推杆为一细长杆件如图所示是配气机构中最容易弯曲的附件为了减轻其质量并保证有足够的刚度推杆多采用中空的圆柱形钢管制成如图a、b所示杆的两端焊接或压配有不同形状的端头上端为凹球形座中。另外有些发动机的推杆采用钢质实心推杆其上下端与杆身制成一体如图所示。推杆的上下端头均经加热处理后并光磨以提高其耐磨性。摇臂摇臂的作用是将推杆或凸轮传来的力改变方向后传给气门以克服气门弹簧的弹力使气门开启。摇臂的结构如图所示。它是一个中间以轴孔为支承两臂不等长的双臂杠杆。其中长臂同来推动气门开启与气门接触的工作面做成圆弧形保证摇臂摆动时可沿气门端面滑动短臂端通过气门间隙调整螺钉与推杆接触。由于靠气门一端的臂长因此在一定气门升程下可减小推杆、挺柱等运动件的运动距离和加速度从而减小了工作中的惯性力。图推杆结构图摇臂结构球座球头摇杆锁紧螺母气门间隙调整螺母摇臂轴摇臂衬套摇臂气门杆尾端摇臂一般用中碳钢或优质铸铁制成为了提高耐磨性长臂端的圆弧工作面经淬火后磨光。摇臂两端大多采用T字型或工字形断面结构以便在较小的质量下获得较好的刚度。摇臂组主要由摇臂、摇臂轴、摇臂轴支座、定位弹簧、气门间隙调整螺钉等零件组成。如图所示。摇臂轴孔内镶有青铜衬套并以一定的间隙套在中空的腰杆臂轴上摇臂轴通过摇臂轴支座固定在气缸盖上。为防止摇臂轴向窜动每两个摇臂之间装有定位弹簧。缸盖油道中的润滑油经支座上的油道进入中空的摇臂轴内润滑摇臂与摇臂轴并从摇臂上的油孔飞溅出去润滑配气机构的其他零件。图摇臂组件锁紧螺母摇臂轴支座螺栓定位弹簧摇臂轴固定螺钉摇臂轴碗形塞卡环气门间隙调整螺钉摇臂配气相位前面在介绍四冲程发动机的工作原理时为了便于理论分析认为进气门在活塞处于上止点时开启活塞运动到下止点时关闭排气门在活塞处于下止点时开启活塞运动到上止点时关闭。进、排气过程分别在活塞的一个行程内完成即进气时间和排气时间各占曲轴转角。但由于发动机的实际转速很高活塞每一行程所用时间极短(桑塔纳AJR型发动机转速在rmin时一个行程历时仅为s)这样短的时间的进气或排气过程往往导致发动机进气不充分排气不彻底使发动机的功率下降。因此现代汽车发动机气门的实际开启和关闭时刻并非恰好是活塞处在上、下止点的时刻而是适当提前开启、延迟关闭使气门持续开启过程对应的曲轴转角大于以延长进、排气的时间改善进、排气状况提高发动机的动力性。配气相位是指曲轴转角表示进、排气门开闭时刻和开启持续时间。通常用相对于上、下止点曲拐位置的曲轴转角的环形图来表示这种图称为配气相位图如图所示。一、进气门配气相位进气提前角在排气行程接近终了活塞要达到上止点之前进气门便开始开启。从进气门开启到活,塞处于上止点所对应的曲轴转角称为进气提前角用表示。进气提前角一般为,,,。进气门提前开启是为了保证进气行程开始时进气门能有较大的开度以获得较大的进气通道截面减小进气阻力使进气顺畅。,进气迟后角在进气行程活塞到达下止点之后活塞再上行一段距离后进气门才关闭。从下止点到进气门关闭所对应的曲轴转角成为进气迟后角用β表示。进气迟后角一般为,。进气门延后关闭是因为活塞到达下止点时由于进气阻力的影响气缸内的压力仍低于大气压力在压缩行程开始阶段活塞上移速度较慢的情况下利用气流的惯性和压力差在进气延后角内有利于继续进气、充气。,如图a所示进气过程中进气门开启持续时间对应的曲轴转角为β。二、排气门配气相位排气提前角在作功行程接近终了活塞到达下止点前排气门便开始开启。从排气门开启到活塞处于下止点时所对应的曲轴转角称为排气提前角用表示。排气提前角一般为,。,排气门提前开启是因为在做功行程活塞接近下止点时气缸内气体虽有,MPa的压力但对活塞做功的作用已经不大这时若稍开启排气门大部分废气在自身压力的作用下可迅速从缸内排出。当活塞到达下止点时气缸内压力已大大下降这时排气门的开度进一步增加会使排气行程所消耗的功率大为下降。此外高温废气的早排还可防止发动机过热。排气延后角在排气行程活塞到达上止点之后活塞再下行一段距离后排气门才关闭。从上止点到排气门关闭所对应的曲轴转角称为排气延后角用表示。排气延后角一般为,。,图配气相位a)进气门配气相位b)派气门配气相位为c)配气相位图排气门迟后关闭是因为活塞到达上止点时气缸内废气的压力仍高于大气压力且废气有一定的惯性所以排气门适当迟后关闭可使废气排放更干净。如图b所示排气过程中排气门开启持续时间对应的曲轴转角为。,,三、气门叠开进气门在活塞达到上止点前就开启排气门在活塞达到上止点后才关闭这就出现了活塞在上止点附近的一段时间内统一气缸的进、排气门同时开启的现象称为气门叠开。气门叠开时对应的曲轴转角称为气门叠开角如图c所示其值为,。,气门叠开的时间极短在叠开期间进、排气门的开度均比较小由于新鲜气流和废气流的流动惯性较大在短时间内不会改变流向因此只要气门叠开角选择适当废气就不会倒流入进气管新鲜气体也不会随同废气排出。相反进入气缸内的新鲜气体产生的排挤作用有利于废气的排出且气门叠开延长了进、排气门实际开启的时间使进气更充分排气更彻底。但如果气门叠开角过大当汽油机小负荷运转时由于进气管内压力很低就可能出现废气倒流使进气量减少。不同的发动机由于结构形式和转送的不同其配气相位也不同。同一台发动机其配气相位也随发动机转速的变化而变化。合理的配气相位由制造厂家根据发动机的性能要求通过反复试验来确定。表所示为常见汽车发动机的配气相位参数。四、可变配气相位和气门升程电子控制由表可知每台发动机只有一个固定的配气相位不能满足发动机在不同工况下对配气相位的要求。为了进一步满足发动机高、低转速工况的需要最大限度地改善发动机的性能世纪年代研究开发配气相位和气门升程电子控制技术(VTEC)技术在一些发动机中得到应用如广州本田雅阁轿车发动机。由于采用了VTEC技术其配气相位和气门升程可以随发动机转速、负荷的变换而自动调节。表常见汽车发动机配气相位参数汽车发动机型号进气门排气门气门叠开发动机型进气提前进气迟后排气提前排气迟后,角车型,角,,号角角β角,解放CACA东风EQEQ夏利TJTJQ上海桑塔纳JV奥迪JW红旗CACAVTEC机构的组成采用可变配气相位和气门升程电子控制系统(VTEC)的发动机在每缸的进、排气门上都装有一套VTEC机构VTEC机构主要由气门、凸轮、摇臂、同步活塞A、同步活塞B、正时活塞以及正时板等组成。其中凸轮三个除了普通发动机具有的主凸轮和辅助凸轮外还在他们之间增设了一个中间凸轮如图所示。中间凸轮升程最大其次是主凸轮辅助凸轮最低与这三个凸轮相对应的摇臂分别称为中间摇臂、主摇臂和辅助摇臂。在三个摇臂内有一个孔道里面装有正时活塞、同步活塞A、同步活塞B以及定位活塞等如图所示。图本田VTEC可变相位控制机构的组成凸轮轴主凸轮中间凸轮辅助凸轮主摇臂中间摇臂辅助摇臂定位活塞同步活塞B同步活塞A排气门进气门VTEC机构的工作原理VTEC控制系统由控制部分、执行部分和传感器组成。其中控制部分包括发动机控制单元ECU和VTEC电磁阀等执行部分包括凸轮、摇臂和各个活塞等传感器包括发动机转速传感器、车速传感器和冷却液温度传感器等。发动机运转时控制单元ECU根据各传感器的信号判断是否需要改变配气相位和气门升程。VTEC系统的工作过程如下:()发动机低速运转时如图所示VTEC机构的油道内润滑油压力较低各个活塞在回位弹簧的作用下位于左端正时板卡入正时活塞使其不能移动同步活塞A和同步活塞B正好在主摇臂和中间摇臂内使中间摇臂、主摇臂和辅助摇臂彼此分离独立工作。这时的两个进气门一个由主凸轮带动主摇臂驱动另一个由辅助凸轮带动辅助摇臂驱动。因为主凸轮升程大所以气门开度大辅助凸轮升程小它驱动的气门开度也小。但主凸轮的升程决定了此时进入气缸的可燃混合气还是相对较少。这时中间摇臂也被凸轮驱动但因为三个摇臂彼此分开且互不干涉所以中间摇臂并不参与工作对气门动作没有影响。由此可见发动机低转速时VTEC系统不工作。()发动机高速运转时如图所示发动机控制单元ECU控制VTEC电磁阀打开使润滑油进入VTEC机构的油道内正时板移出。气门关闭时润滑油压力克服回位弹簧的弹力推动正时活塞、同步活塞A和同步活塞B向右移动并逐渐使三个摇臂锁为一体同时动作。由于中间凸轮的升程最大所以摇臂锁为一体后由它驱动此时气门的开启时间和开启升程都增加进气量增多从而实现发动机高速大功率的要求同时使发动机的经济性大大提高。由此可见发动机告诉运转时VTEC系统工作改变了配气相位和气门升程使发动机功率和扭矩得均到提高。图发动机低速运转图发动机高速运转凸轮轴主凸轮中间凸轮凸轮轴主凸轮中间凸轮辅助凸轮正时活塞同步活塞A辅助凸轮正时活塞同步活塞A同步活塞B定位活塞主摇臂同步活塞B定位活塞主摇臂中间摇臂辅助摇臂油道中间摇臂辅助摇臂油道当发动机转速再次下降到规定值后VTEC电磁阀断电切断油路使摇臂内孔中得油压降低正时活塞在回位弹簧的作用下回到原位三个摇臂再次分开独立工作。思考题:、气门的布置形式有几种,各有何优缺点,、四气门发动机气门有几种排列方式,、凸轮轴有哪几种布置形式,、怎样装配曲轴和凸轮轴正时齿轮,、液力挺柱怎样工作的,、什么是配气相位,配气机构的维修发动机在使用过程中由于配气机构的某些零件磨损、烧蚀或变形破坏了配气机构的正常状况如气门与气门座的配合、气门杆与气门导管的配合、气门杆端与气门挺杆的间隙等会造成气门关闭不严、配气机构异响、配气相位不准等故障使发动机功率下降燃料消耗增加发动机运转和起动都不正常。因此必须及时地检查、调整和维护配气机构的零件使发动机具有良好的动力性和经济性。配气机构一般又气门组、气门驱动机构和正时船东机构组成。配气机构修理时检修完各个零件后还须检查和调整气门间隙。一、气门组各主要零件的常见损伤及检修气门组零件有气门、气门座圈、气门导管、气门弹簧与气门弹簧座等。气门组零件的主要损伤气门组零件的主要损伤有:气门杆弯曲和磨损气门与气门座工作表面起槽、变宽甚至烧蚀后出现斑点和凹陷气门与气门导管在高温、高压条件下工作杆部的润滑条件差(尤其是排气门)因此气门杆部磨损最快导致与气门导管的配合间隙增大易造成气门歪斜进而造成气门关闭不严、漏气以及气门杆部弯曲变形等。气门的检修图所示为气门检查示意图。若气门杆杆身弯曲量大于mm或磨损时气门杆烧蚀、龟裂、腐蚀、有条痕伤时气门顶边缘比标准尺寸薄mm以上时气门斜面附近因烧蚀面凹陷时均应更换新件。气门杆的弯曲可用百分表检测如图所示。气门杆与导管的配合间隙标准值进气门为,mm排气门为,mm其所示测量:将气门从阀座上提升使用极限汽油机为mm柴油机为mm。可如图,mm用百分表触头抵住气门边缘沿百分表测杆方向摆动气门百分表指针摆幅值得一半即为其配合间隙值。当其超过使用极限值应更换气门或气门导管根据情况也可同时更换两者。图气门的检查图气门杆弯曲的检测图气门杆与导管气门顶气门斜面的配合检验气门杆压环弯曲、龟裂、腐蚀、有条痕伤积碳烧蚀变形气门导管的镶配气门杆与导管的配合间隙换新气门后仍超过许用配合或进气门导管内径磨损大于mm排气门导管内径磨损大于mm则应更换导管。气门导管外径与承孔配合尺寸为D,Dmm在气门端气门导管伸出承孔的高度比原设计允许偏差mm。更换气门导管的工艺:()卸下旧导管之前测量气门导管伸出承孔的高度值。()把具有台肩的充头插入导管孔内用锤子或高压床将旧导管逐个从凸轮轴一侧压出带有台肩的导管从燃烧室压出并做好记号。()新导管外表面涂润滑油从气门弹簧座端冲入。装配时注意感觉冲入阻力的大小和测量导管伸出其承孔的高度值。冲入阻力过大或过小应卸下导管检查原因。若因偏斜卡死应修整损伤后重新装配若配合尺寸不合标准应重新选配导管。()检查修整与冲头接触处气门导管的损伤检验气门杆与导管的配合间隙。检验方法是:将涂抹润滑油的气门杆插入导管并上下提拉数次再提高气门若气门借自身重力徐徐下降表明配合间隙合适。若间隙过小用铰刀铰削导管的内径每铰削一次要进行适配。镶装气门座圈或气门导管后应进行水压试验。气门密封工作面的检修气门密封工作简称气门工作面他应位于气门锥面中部略靠内存如图所示。工作面宽度应符合技术要求:一般进气门为,mm排气门为,mm桑塔纳轿车的进气门为mm派气门为mm。气门工作面与气门座工作面(见图)配合密封。图气门工作面图气门座气门工作面气门圆柱面气门座端面斜角气门座工作面斜角气门锥面气门锥面斜角气门座孔斜角气门座孔面气门杆气门工作面气门座端面检查气门工作面位置的方法是:在气门锥面上涂抹一层红丹油气门插入导管使锥面落座略加旋转气门取出气门观察接触印痕。该印痕就是气门工作面及位置。()气门密封工作面的铰削工艺根据气门直径选用合适的气门铰刀根据气门导管内径选取铰刀导杆插入气门导管内用粗砂布垫在铰刀下面放在气门座上磨去硬化层。然后初铰气门座将粗铰刀套在导杆上粗铰斜面用铰刀铰削上斜面缩小和改变上接触面用铰刀铰削下斜面缩小和改变下接触面最后用细刃铰刀细铰斜面。气门座铰刀、气门铰削方法及铰削顺序分别如图、、所示。图气门座铰刀图气门铰削方法铰刀把手座面铰刀铰刀把手铰刀导杆细刃铰刀粗刃铰刀座面铰刀图气门铰削顺序为了保证气门座各斜面与气门导管的同轴度铰削气门斜面时是以气门导管作为定位基准因此必须先修理或更换气门导管。气门座除用铰削加工外还可用告诉砂轮进行磨削加工。磨削时仍以气门导管作为定位基准利用与气门座各工作面角度相同的定型砂轮对气门座修磨各角度的磨削顺序与铰削相同。磨削加工速度快质量好劳动强度低。硬度较高的气门座修磨其磨削效果更好排气门的效果一般比进气门好。磨削加工后的气门座与气门接触良好可不再研磨。()气门密封工作面的研磨为了提高气门与气门座的密合程度经铰削加工后的气门座一般还需与气门互相研磨。气门与气门座的研座可用电动或启动工具进行研磨如图所示。图气门密封工作面研磨研磨时先在气门工作面上涂一层薄薄的气门研磨膏气门杆部则涂上机油将气门插入气门导管内用工具使气门在气门座上往复旋转和提升旋转方向与上下方向要保持一致不要一顺一倒地运动。还应边研磨边检查接触情况直到表面出现光泽的环带为止。研磨后应清除磨屑和研磨膏。()气门与气门座密封性的检验气门密封工作面经过研磨后其密封性常用以下三种方法进行检验:)划线法。用铅笔在气门工作面上均匀地划上若干道线条如图a所示与相配气门座工作面接触并转动气门,转然后取出气门并检查线条若线条均被切断(见图b)则表示密封良好若有的线条未断则表示密封不严需要重新研磨。)浸油法。气门紧密地与气门座接触用煤油或汽油浇在气门顶面上检视气门与气门座接触处有无明显渗漏无渗漏现象即认为密封合格。)仪器检查法。用带有气压表的专用仪器(见图)进行检验:先将空气容筒紧密地压在气门座的缸体或缸盖上在捏(压缩)橡胶球使空气容筒内具有,kPa的压力如果在min内气压表的读数不下降则表示气门与气门座的密封良好。研磨后的气门无互换性为避免装配错乱应在气门上做装配标记。图划线法检验气门与气门座的密封性用密封检验器检验气门与气门座的密封性气压表空气容筒与橡胶球相同的气孔气门橡胶球气门座圈的镶换气门座圈松动、出现裂纹或气门座多次修理导致气门座面下陷量接近或超过mm应镶装新气门座圈。某些汽车发动机座圈的工作面喷涂或堆焊一层铬镍钨钴(司太立特)合金材料一旦工作面磨损超差则更换座圈。若铰削工作面合金材料会被去除工作寿命将达不到要求。气门座圈镶配工艺:)用拉器拉出旧气门座圈无座圈结构则选配标准尺寸的气门座圈。(()测量气门座圈乘孔直径超过标准尺寸则选配修理尺寸的气门座圈。()以气门导管定位按标准尺寸或修理尺寸的气门座圈外径和高度尺寸确定承孔尺寸铰削承孔。气门座圈与承孔为过盈配合进气门的配合公差为D,Dmm排气门为D,Dmm。座圈外圆柱面表面粗糙度R值不大于μm。承孔的表面粗糙度R值不aa大于μm。承孔圆度公差为mm。()冷却座圈至D置入承孔压装到位或用喷灯将承孔周围加热至左右然后将在冷冻室内冷冻的座圈迅速压入承孔内。()镶配后上端面与基体平面应平齐。气门弹簧的检验气门弹簧长期处于高速、高温情况下工作连续不断地受到间歇性的伸缩产生弹性疲劳逐渐会失去原有的弹力和改变自由高度使气门关闭不密封或滞后。对气门弹簧的检验主要是测量其自由高度(或新旧弹簧对比)、负荷长度和弯曲量如图、所示。要求其自由高度减小量不大于mm、弹簧无明显的歪斜、弹簧钢丝无锈蚀斑点、无裂纹否则应换之。图测量弹簧的自由长度图测量弹簧负荷长度和弯曲量另外还应检查弹簧座表面是否光洁是否有裂纹、夹层、夹杂、折叠、凹陷、擦痕、锈蚀等缺陷若有须更换。二、气门驱动机构各主要零件的常见损伤及检修气门驱动机构有凸轮轴、挺杆、推杆、摇臂和摇臂轴等零件。其损耗形式主要是磨损。气门驱动结构零件磨损后将会出现配气相位、点火不准甚至错乱等故障要及时检修。凸轮轴的常见损伤及检修凸轮轴的常见损伤有凸轮轴弯曲、轴颈磨损、凸轮磨损、断裂以及驱动汽油泵的偏心轮磨损、正时齿轮轴颈及键槽磨损、机油泵驱动齿轮磨损等。检视、检测凸轮轴只要存在如下任何一种情况都应更换凸轮轴。()凸轮轴表面存在明显的剥落现象。探伤检查存在裂纹。()在凸轮的长轴方向用千分尺测量凸轮高如图所示。凸轮磨损后凸轮年高应比原设计标准值减小mm左右。()测量驱动分电器的齿轮齿厚因磨损比标准值减薄mm左右或检视齿轮呈阶梯形磨损。()驱动汽油泵的偏心轮磨损接近或超过mm。以凸轮轴两端轴颈为基准测量凸轮轴的弯曲量如图所示。中间凸轮轴轴颈的径向跳动使用极限为mm超过极限可冷压校正。图凸轮高度的检测图凸轮轴弯曲的检测平板V形架百分表凸轮轴凸轮轴上的齿轮齿端少许崩落只要无明显的发展迹象可用砂条手工休磨锐边后继续使用。由于凸轮轴转速不是很高旋转半径也不大因此凸轮轴轴颈的磨损基本上是均匀的。用千分尺测量各道轴颈的圆度和圆柱度误差如果超过规定值可用修理尺寸法磨削减小轴颈尺寸配用相应修理尺寸的凸轮轴轴承。凸轮轴轴颈与轴承的配合间隙一般为,mm使用极限为mm。可通过千分尺、内径量表分别测量轴颈尺寸和轴承内径获得。也可用经验法来检测即用手扳转凸轮轴正时齿轮凸轮轴能转动灵活没有咬住现象沿径向移动凸轮轴时应无明显的间隙感觉。凸轮轴轴承与曲轴轴承不一样一般为整体式与轴承孔的配合尺寸铸铁基体为D,Dmm铝合金基体为D,Dmm(基体指缸体或缸盖)。由于凸轮轴轴颈的磨损特点和凸轮轴轴承的结构特点只要轴颈的圆柱度误差不超过极限值都是运用更换和修配(镗削加工或手工刮削)轴承来恢复轴颈与轴承的配合间隙否则应更换凸轮轴。凸轮轴轴向间隙的检修凸轮轴轴向窜动会影响配气相位和点火正时。发动机额定转速越高对凸轮轴的轴向间隙要求越严格。凸轮轴轴向间隙汽油机为,mm使用极限为mm柴油机为,mm使用极限为mm。对运用止推板定位的(如丰田Y、Y发动机标致发动机)用塞尺测量止推板端面与凸轮轴轴颈端侧的间隙(如图)。也可在凸轮轴轴向正确安装后用百分表测量凸轮轴轴向移动幅度。当凸轮轴轴向间隙超差时可更换止推板或减薄止推板隔圈的厚度并加以修理。对运用轴承定位的(如桑塔纳发动机)首先拆去筒形挺杆然后将凸轮轴装入轴承中所示。推、拉凸轮轴百分表上的摆差即为凸轮将百分表触头顶到凸轮轴轴端如图轴轴向间隙。桑塔纳发动机的凸轮轴轴向限位在第一和第五道凸轮轴轴承上轴承翻边后成为止推片。若间隙超限应更换凸轮轴轴承。图丰田Y、Y发动机凸轮轴图桑塔纳发动机凸轮轴轴向轴向间隙的检查间隙的检查挺杆的常见损伤及检修挺杆的主要损伤有挺杆与凸轮接触面(球面或屏幕)磨损、挺杆的外圆柱磨损等。挺杆球面的磨损程度可用图所示的样板检验当间隙大于mm时应更换挺柱或在专用磨床上火利用夹具在车床上对球面进行修磨。挺杆与导孔的配合间隙为,mm使用极限为mm。磨损超差可更换挺杆以改善配合关系也可电镀修理挺杆内径。液压挺杆除检修配合间隙外还应检验液压挺杆油缸的密封性能。要求在常温下N力作用于油缸上下滑mm后再下滑mm所耗时间应大于s。不符合要求则更换挺杆。液压挺杆漏降试验方法:挺杆进油口朝上置于润滑油中反复按压移动油缸排除油缸中的空气吸入润滑油。然后置于漏降试验台上按要求测出漏降下滑时间如图所示。下滑时间越长密封性能越好。图检查挺杆球面磨损图液压挺杆的漏降试验推杆的常见损伤及其检修由于气门推杆通常采用空心细长杆件工作时承载面积小因此气门推杆的常见损伤通常是杆身弯曲两端磨损。修理时应检验推杆的直线度偏差其值一般应不大于mm。球头或球座应无裂损球面半径应符合规定磨损后可更换或用弹簧钢丝堆焊而后修磨。摇臂及摇臂轴的常见损伤及其检修摇臂的损伤主要是摇臂头部的磨损而摇臂轴的主要损伤是轴颈的磨损及弯曲变形。()外观检查。检查摇臂和摇臂轴工作面有无缺口、凹陷、沟槽、麻点、划损等缺陷若有须修磨或更换。()检查摇臂与摇臂轴之间的磨损。图所示为用手检查摇臂与摇臂轴的配合情况按图中箭头方向推拉和摇摆摇臂如有间隙感说明摇臂与摇臂轴之间有磨损图所示为用千分尺和内径量表检查摇臂与摇臂轴之间的间隙如果测得间隙超过mm则必须更换。图检查摇臂与摇臂轴的配合间隙图测量摇臂与摇臂轴的配合间隙()检查、疏通摇臂润滑油孔检查调整螺钉螺纹是否完好若损坏则须更换。三、正时传动机构检修下置凸轮轴的正时传动机构多用正时齿轮传动上置凸轮轴的正时传动机构则多用链条或正时带传动并设有张紧装置。零件的损坏形式主要是磨损修理时以换件为主。正时齿轮的啮合间隙钢铁金属齿轮为,mm使用极限为mm胶木齿轮为,mm。当啮合间隙超限齿轮呈阶梯形磨损存在裂纹和齿轮断缺时均应更换齿轮。链轮和链条磨损的检测在安装状态用弹簧秤和钢直尺测量链条的挠度如图所示要求在N力的作用下链条的挠度不超过mm零件卸下后测量链条伸展度和链轮直径如图所示其具体要求见该车型的使用维修手册。图链条挠度测量图链条及链轮检测弹簧秤链条挠度a)测量链条伸展度b)测量链轮直径、链条弹簧秤游标卡尺链轮链条挠度、链条伸展度L、链轮直径等参数若有一项不合格即需更换链条和链轮。正时带传动采用玻璃纤维加强的橡胶齿形带进行传动虽有工作寿命、无需润滑、噪声小等优点但安装和调整不当会造成带的早期磨损甚至折断。若出现橡胶老化开裂、芯线外露、齿形部位胶质明显磨损即需更换。若同步带被水浸湿、被机油泡涨也需更换。检查正时带时不能用力使之弯曲、扭转或将其内侧翻向外侧并避免油类或蒸汽黏附、接触正时带。使用中若发现正时带过早损坏应检查安装是否正确罩和密封垫是否损坏正时带上是否有异物如正时带牙齿过早破裂应检查带轮是否卡滞或运动是否灵活如正时带表面有明显的磨损或裂纹应检查张紧装置是否磨损或有缺陷如正时带仅有一面磨损或损伤应检查带导槽和每个带轮是否对准。装配齿形带时应注意曲轴正时齿轮和凸轮轴正时齿轮和凸轮轴正时齿轮与齿形带的正记号对齐以保证发动机有正确的配齐相位。齿形带张紧力应适当过大会加速带磨损过小会打滑影响发动机的配齐相位。图所示为富康轿车发动机齿形带的调整方法:首先将专用工具插入张紧轮的方形孔内并挂上重块然后慢慢拧松张紧轮锁紧螺母让齿形带张紧再按照规定的力矩拧紧张紧轮锁紧螺母拧紧力矩为Nm最后拆下齿形带张紧力调节专用工具。图富康轿车发动机齿形带的调整张紧轮锁紧螺母凸轮轴正时齿轮螺栓齿形带曲轴正时齿轮张紧轮水泵齿轮试验重块四、气门间隙的检查与调整气门间隙的检查与调整是在配气机构零件检修完成后并组装时进行的。气门间隙是指气门杆端部与摇臂端面(或挺杆螺钉顶部)之间的间隙。发动机经过长期运转气门间隙由于磨损、震动等因素而发生变化导致发动机性能恶化所以需要对其进行定期的检查和调整。一般进气门间隙为mm排气门间隙为mm。根据车型不同有的发动机规定了气门冷态间隙(室温下)有的发动机则规定了热态间隙(发动机正常运转温度下)因此在检查与调整气门间隙时应先使发动机按规定的条件(冷态或热态)运行然后在该气门完全关闭(即挺杆或摇臂短臂端落在凸轮的基圆上)时进行。气门间隙的调整方法有两种:一种是逐缸调整即该缸活塞处于压缩终了上止点时可调整该缸进、排气门的间隙。这种方法简单但必须多次摇转曲轴且效率低。另一种方法为两遍调整法即只需摇转曲轴两次就可调整全部气门间隙。下面具体介绍两遍调整法。在第一缸压缩上止点时除第一缸进、排气门可调外还可调其他缸的某一个气门。以四缸点火顺序为例用配齐相位图分析可调间隙的气门如表所示。表气门调整表气门第一缸第二缸第三缸第四缸进气门排气门注:表中打“”者为可调气门打“”者为不可调气门。按图所示的箭头指向调整四个气门间隙将曲轴摇转按箭头指向其余气门间隙调整完毕。调整时旋松摇臂(或推杆)端调整螺栓的锁止螺母将厚度符合规定间隙的塞尺插入气门杆尾端与摇臂(或推杆)之间同时用螺钉旋具旋动调整螺钉来回拉动塞尺片感觉有轻微阻力时说明间隙合适。将调整螺钉稳定住可靠地拧紧锁止螺母如图所示。重复以上步骤再复查一次气门间隙若有变化需重新调整。另外桑塔纳、捷达轿车发动机配齐机构使用液压挺杆可自动补偿气门间隙因而也就不存在气门间隙调整的问题。图两遍调整法调气门间隙的顺序图气门间隙的调整工艺发动机配气机构的维护与故障排除课题一发动机配气机构的维护气门间隙的检查与调整一、目的掌握气门间隙的检查与调整方法工具仪器常用工具、塞尺(一)气门间隙的检查摇转曲轴使被检查气门处与完全关闭状态。用符合气门间隙值的塞尺尺片插入气门杆尾部与气门摇臂之间来回抽动塞尺检查以抽动时稍有阻力位合适如图所示。气门间隙(冷态)为:类别进气门(mm)排气门(mm)EQ,,CA,,斯太尔(WD)依维柯(二)气门间隙的调整逐缸调整法(以CA为例)()拆下气门室罩慢慢地摇转曲轴当第一缸两气门完全关闭时观察并使正时齿轮室盖指针的零位与曲轴皮带轮上的三角槽对准(图)或发动机飞轮上的“”标志与飞轮壳上的刻线重合(图)此时第一缸活塞处于压缩行程上止点。图气门间隙的检查图找皮带轮上的正时记号()旋松该缸进、排气门调整螺钉缩紧螺母并旋松调整螺钉。()用符合气门间隙值得塞尺尺片插入气门杆尾部与气门摇臂之间变旋入调整螺钉边抽动塞尺尺片至拉动尺片感觉稍有阻力为止如图所示。图找飞轮上的正时记号图调整气门间隙飞轮壳刻线盖板飞轮)固定调整螺钉拧紧锁紧螺母并复检一次。(()按发动机的工作顺序摇转曲轴(四缸发动机为)依次使下一缸处于压缩行程上止点调整该缸进、排气门间隙。两次调整“双排不进”法以斯太尔(WD)为例:()可参照上述方法找出第一缸压缩行程上止点位置(此发动机为飞轮“OT”刻线与飞轮壳上的刻线对气)。()根据发动机的工作顺序可调如下气门见表。()对各可调气门间隙进行调整(调整方法同前)。()将曲轴摇转使第六缸处于压缩行程上止点位置可调如下气门见表。表第一缸压缩行程上止点可调气门表第六缸压缩形程上止点可调气门缸号可调气门双排排不进进缸号可调气门双排排不进进说明:进、排气门可观察进、排气歧确定。()最后再用塞尺复检一次二、液压挺柱的检查目的掌握液压挺柱的检查方法工具仪器常用工具、量具、木棒或塑料棒(一)动态检查起动发动机并使散热器的风扇接通运转一次。提高发动机转速至rmin并运转min此时液压挺住不应产生杂音。若发动机运转过程中液压挺柱一直有杂音应转入静态检查以确定有响声的液压挺住。(二)静态检查拆下气缸盖罩盖。顺时针方向转动曲轴直至与被检查挺住对应的凸轮的尖点向上如图箭头所指。用带有楔形尖端的木棒或塑料棒向下压挺柱如图所示。如果在气门关闭时的液压挺柱自由行程超过mm压下挺柱感觉有间隙则要更换挺柱。图检查液压挺柱三、正时齿形带的检查与调整(一)检查拆下正时齿形带。观察齿形带状况。所示的几种情况应予更换。若出现如图图检查齿形带状况a)齿带背面裂纹b)掉齿或齿根断裂c)齿部脱开或有裂纹d)齿带侧面磨损(二)调整用拇指和食指捏住凸轮轴齿轮和中间齿轮之间的齿形带的中间位置以刚好转动为合适如图所示。若齿形带过松可松开张紧轮固定螺母转动张紧轮直至松紧度合适为止。将曲轴转,圈后复查确认。课题二发动机配气机构的故障诊断与排除一、气门响故障诊断与排除目的掌握气门响故障的现象、原因及诊断与排除方法工具仪器常用工具、塞尺、试棒、机械故障听诊器(一)故障现象发动机怠速运转时发出连续不断的、有节奏的“嗒嗒”声。发动机转速升高时响声也随着升高而且变得杂乱。发动机温度变化时响声不变化。(二)故障原因气门杆端和调整螺钉或摇臂磨损。气门调整不当。凸轮磨损过甚运转中挺柱产生跳动。气门座圈脱落。气门导管积碳过多而咬住气门。气门挺柱固定螺母松动或调整螺栓端面不平。(三)故障诊断与排除使发动机处于怠速运转在气门室罩处察听声响随着发动机转速的变化而变化并且存在明显且有节奏的“嗒嗒”声。若稍加大节气门响声更明显逐渐加油时响声随转速的提高节奏加快在发动机温度变化时或做断火试验响声无变化则说明气门响诊断过程及诊断部位如图所示。拆下气门室盖(罩)检查气门间隙。若气门间隙过大应进行调整。若气门间隙正常说明气门杆端处润滑不良气门与气门导管配合间隙太大或气门座圈松动。往发响的气门杆端处加少许机油起动发动机并怠速运转。若响声减弱或消失说明响声系润滑不良所致应疏通油道。若响声不减弱说明气门座圈松动应拆下重新镶配诊断过程及诊断部位如图所示。图气门响的诊断图气门具体部位响声的诊断二、气门庭柱响故障的诊断与排除目的掌握气门挺柱响故障的现象、原因及诊断与排除方法工具仪器常用工具、塞尺、试棒、机械故障听诊器(一)普通气门挺柱故障现象()发动机怠速运转时在气缸体的凸轮轴一侧出现比气门响更坚实而清脆的有节奏的“嗒嗒”声。多只挺柱时响声有些杂乱。()转速变化时由怠速升到中速以上响声减弱或消失。()发动机温度变化时相声不变化。故障原因()挺柱与其导孔磨损过甚使配合间隙过大。)挺柱与凸轮接触端及凸轮磨损变形。(()挺柱不能自由转动()润滑不良。故障诊断与排除()使发动机处于怠速运转若发动机发出有节奏、且比气门响更坚实而清脆的响声时可用机械故障听诊器或试棒触在气缸体的凸轮轴一侧倾听如果响声较其他部位更为明显可初步判断为气门挺柱响诊断过程及诊断部位如图所示。()使发动机由怠速提高到中速运转若响声由强变弱或消失说明气门挺柱响。()拆下气门挺柱室盖(凸轮轴中置式如果产柴油机)用铁丝钩住并逐缸检查。图气门挺柱响的初步诊断若某个挺柱被钩住后响声减弱说明该气门挺柱响诊断过程及诊断部位如图所示。()向发响的气门挺柱处加少许机油使发动机运转。若响声减弱说明挺柱润滑不良。若响声不变化说明挺住与其导孔磨损过量应予维修或更换诊断过程及诊断部位如图所示图气门挺柱响的诊断图加机油诊断气门挺柱响(二)液压挺柱故障现象()发动机在温度正常的情况下以各种转速运转时在气门室内均发出类似气门响的有节奏的“嗒嗒”声。()由怠速升到中速以上响声杂乱但不会消失。故障原因()通往柱塞得润滑油压力不够。)液压挺柱与导孔的配合间隙过大。(()液压挺柱体重的柱塞太紧()柱塞弹簧太软或折断。()球阀泄露()由于液压挺柱导孔韩有灰尘或胶黏物而使挺柱卡住。()润滑油品质不良或润滑油起泡沫。故障诊断与排除当发动机温度正常后以各种转速运转时在气门室内均发出类似气门响的有节奏的“嗒嗒”声可用机械故障听诊器或试棒触在气门室出倾听响声更明显诊断过程及诊断部图液压挺柱响的诊断位如图所示。()若所有的挺柱都响则首先检查机油压力是否正常。若不正常应找出原因并接触。若正常可能是由于液压挺柱导孔含有灰尘或胶黏物而使挺柱卡住通往柱塞得润滑油压力不够润滑油品质不良或因润滑油起泡沫所致。可拔出润滑油标尺检查气上的润滑油是否有泡沫。若有说明润滑油中有水或油面太高(太低)。若有水应更换润滑油。若油面太高(太低)应调整润滑油油面至正常高度。()若一个或几个挺柱响可断定是液压挺柱损坏或液压挺柱与导孔的配合间隙过大。经检查确定是液压挺柱的原因则应更换全部液压挺柱若是导孔磨损过甚应更换气缸该。三、正时齿轮响故障的诊断与排除目的掌握正时齿轮响故障的现象、原因及诊断与排除方法工具仪器常用工具、试棒、机械故障听诊器(一)故障现象相声比较杂乱有时有节奏有时断续响有时又是连续响。发动机怠速运转时在正时齿轮室盖处发出“嘎啦、嘎啦”声中速时响声明显告诉时响声变得杂乱并带有破碎声。有的响声不受温度和单缸断火试验的影响有的响声受温度的影响温度低时无噪声温度正常后才出现噪声。有的响声伴随正时齿轮室盖振动有的响声不办随振动。(二)故障原因正时齿轮啮合间隙过大或过小。凸轮轴与曲轴的中心线不平行。更换凸轮轴或更换曲轴轴承厚齿轮啮合位置发生变化。凸轮轴或正时齿轮固定螺栓松动。凸轮轴正时齿轮轮齿折损(如塑胶齿轮常出现这种情况)或齿轮径向破裂。(三)故障诊断与排除发动机怠速运转时在正时齿轮室盖处发出“嘎啦嘎啦”声发动机转速提高到中速响声比较突出此时用试棒或机械故障听诊器触在正时齿轮室上倾听响声更为明显且有振动说明正时齿轮啮合间隙过大而发响诊断过程及诊断部位如图所示。图正时齿轮响的诊断将发动机的转速升高响声也会随着加大且发出周期性变化的有节奏的“哽、哽”声说明正时齿轮啮合不均匀。当发动机处于告诉运转时发出一种连续的、强烈的“嘎嘎”声在正时齿轮室盖上有振动感说明凸轮轴轴向窜动太大。若响声的大小随发动机转速而变化且类似于呼啸声说明齿轮啮合不良。对于大修或更换正时齿轮后的发动机运转时发出连续不断的“呜呜”声且转速越高响声越大说明正时齿轮啮合间隙过小。拆开正时齿轮室盖()检查凸轮轴固定螺栓是否松动若有松动应按规定力矩拧紧。()检查凸轮轴的轴向间隙是否过大若过大应检查凸轮轴止推板固定螺栓是否松动若有松动应予拧紧。()检查凸轮轴与曲轴两正时齿轮的啮合间隙是否过大。若间隙过大应成对更换正时齿轮。()检查凸轮轴与曲轴两正时齿轮的端面是否平齐。若不平齐应通过增减垫片进行调整。()检查凸轮轴与曲轴两正时齿轮啮合处附近的喷油嘴是否堵塞。若堵塞应疏通油道更换机油。四、凸轮轴响故障的诊断与排除目的掌握凸轮轴响故障的现象、原因及诊断与排除方法工具仪器常用工具、量具、试棒、机械故障诊器(一)故障诊断发动机怠速运转时可听到钝重的“嗒嗒”声中速时比较明显告诉时因受干扰而变得杂乱、听不清。发响时在凸轮轴轴承附近有振动。(二)故障原因凸轮轴与其衬套配合松旷。凸轮轴衬套转动。凸轮轴弯曲变形。凸轮轴轴向间隙过大。凸轮轴衬套合金烧毁或脱落。(三)故障诊断与排除让发动机在各种转速下运转仔细听响声。若怠速运转时响声清晰中速时明显而告诉时又变得杂乱或减弱说明凸轮轴轴向间隙过大。将发动机转速稳定在响声明显的范围内用试棒或机械故障听诊器触在发动机凸轮轴轴承对应的外部表面。若某处响声较大并伴有振动感觉说明该处轴承发响诊断过程及诊断部位如图所示。对于凸轮轴顶置式配齐机构的发动机可拆下气门室罩用试棒压在响声明显的轴承附近的凸轮轴上察听响声。发动机运转过程中(怠速运转以防止润滑油飞溅)压紧凸轮轴以抵消凸轮轴在转动中的跳动若响声明显减弱或消失说明该处轴承发响诊断过程及诊断部位如图所示。图凸轮轴响的诊断图压紧凸轮轴诊断其响声拆开正时齿轮盖室检查凸轮轴的轴向间隙是否过大。若过大应检查凸轮轴止推固定螺栓是否松动若有松动应予以拧紧。取出凸轮轴检查凸轮轴各轴径的磨损和凸轮轴弯曲变形程度及轴承的磨损量。若弯曲量超过mm应进行冷压或火焰校正或及时更新凸轮轴。若各轴径磨损较大应磨削至下一级修理尺寸再选配同一尺寸的凸轮轴轴承或更换新凸轮轴。若轴承磨损较大应更换凸轮轴轴承并镗削轴承内孔使它与凸轮轴轴颈之间的间隙符合规定
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