第八章配气机构与驱动机构 1、气门通过能力的确定；为什么？ 当气门结构一定时，流通断面仅与气门升程有关。由于气门升程是时间的函 数，因此流通断面也是时间的函数。必须注意的是：气门通过断面虽然与气门 升程有关，但并不是气门升程越大，气体流量也越大。在一定的气门升程范围 内，随头着气门升程的加大，气体流量也逐步增加：当气门升程超过一数值 时，随着气门升程的加大气体流量不再增加，甚至有时还出现下降的趋势。这 种现象可解释为：在不定期的气门升程范围内，由于气门头部与杆部连接处的 过渡圆角的导引作用，使气流随着升程的增加顺利流过气通道，当升程达到某 “数值后，继续增加气门升程，反使圆角的导引作用减弱，使气流不再上升甚 至反而下降：另一方面，气流也受到气门通道喉口处面积的限制，当气门通道 面积超过喉口处面积时气流不再增加。 2、凸轮外形设计的要求 气门开关的快慢、开度的大小、开启时间的长短都取决于配气凸轮的形状。 在设计凸轮外形时应满足下列要求：(1)凸轮外形设计应保持能获得尽可能在 的时间断面值勤，即气门开启和关闭得快，以求尽可能大的凸轮转角内气门接 近全开位置。(2)凸轮外形设计应保证配气机构各零件所受的冲击跳动尽可能 小，即正、负加速度要小，并且加速度不产生突变，以求获得配气机构工作的 可靠性和耐久性。 3、确定圆弧凸轮外形的参数和条件 圆弧凸轮中最简单的双圆弧凸轮有五个参数：基圆半径。、腹弧半径「1 顶弧半径r2、基本工作段作用角2中。和挺柱最大升程ht max。为使圆弧凸轮 能可靠地工作，凸轮型线外形连续圆滑，这就要求各段圆弧在交接点处有公切 线或公法线，所以各参数之间有一定的约束。凸轮型线连续圆滑的条件为：腹 弧与项弧的交点B、顶弧圆心O2、腹弧圆心O1这三点应在同一直线上。 4、设计时选择腹弧半径r1、顶弧半径r2的原则 由于腹弧半径「1的选择范围很大，而顶弧半径「2的选择范围很小，所以先 选顶弧半径「2在定腹弧半径「1是合理的。在选择r2时，应注意不要使「2过 小，以免凸轮变尖，导致凸轮尖端处接触压力过大，而使凸轮与挺柱一对摩擦 副产生早期损伤。凸轮在长期使用尖端处磨损超过极限后，必须重新磨削，因 此必须留下磨削裕量。 5、决定凸弧凸轮平面挺柱的运动规律 分析凸弧凸轮平面挺柱运动规律，即决定平面挺柱的升程t、速度vt、加 速度at在凸弧凸轮型线上随凸轮转角a的变化规律。 6、凸轮缓冲段的作用
第八章 配气机构与驱动机构 1、气门通过能力的确定；为什么？ 当气门结构一定时，流通断面仅与气门升程有关。由于气门升程是时间的函 数，因此流通断面也是时间的函数。必须注意的是：气门通过断面虽然与气门 升程有关，但并不是气门升程越大，气体流量也越大。在一定的气门升程范围 内，随头着气门升程的加大，气体流量也逐步增加；当气门升程超过一数值 时，随着气门升程的加大气体流量不再增加，甚至有时还出现下降的趋势。这 种现象可解释为：在不定期的气门升程范围内，由于气门头部与杆部连接处的 过渡圆角的导引作用，使气流随着升程的增加顺利流过气通道，当升程达到某 一数值后，继续增加气门升程，反使圆角的导引作用减弱，使气流不再上升甚 至反而下降；另一方面，气流也受到气门通道喉口处面积的限制，当气门通道 面积超过喉口处面积时气流不再增加。 2、凸轮外形设计的要求 气门开关的快慢、开度的大小、开启时间的长短都取决于配气凸轮的形状。 在设计凸轮外形时应满足下列要求：（1）凸轮外形设计应保持能获得尽可能在 的时间断面值勤，即气门开启和关闭得快，以求尽可能大的凸轮转角内气门接 近全开位置。（2）凸轮外形设计应保证配气机构各零件所受的冲击跳动尽可能 小，即正、负加速度要小，并且加速度不产生突变，以求获得配气机构工作的 可靠性和耐久性。 3、确定圆弧凸轮外形的参数和条件 圆弧凸轮中最简单的双圆弧凸轮有五个参数：基圆半径 ro 、腹弧半径 r 1 、 顶弧半径 r 2 、基本工作段作用角 2фo 和挺柱最大升程 h t max 。为使圆弧凸轮 能可靠地工作，凸轮型线外形连续圆滑，这就要求各段圆弧在交接点处有公切 线或公法线，所以各参数之间有一定的约束。凸轮型线连续圆滑的条件为：腹 弧与顶弧的交点 B、顶弧圆心 O2、腹弧圆心 O1 这三点应在同一直线上。 4、设计时选择腹弧半径 r 1 、顶弧半径 r 2 的原则 由于腹弧半径 r 1 的选择范围很大，而顶弧半径 r 2 的选择范围很小，所以先 选顶弧半径 r 2 在定腹弧半径 r 1 是合理的。在选择 r 2 时，应注意不要使 r 2 过 小，以免凸轮变尖，导致凸轮尖端处接触压力过大，而使凸轮与挺柱一对摩擦 副产生早期损伤。凸轮在长期使用尖端处磨损超过极限后，必须重新磨削，因 此必须留下磨削裕量。 5、决定凸弧凸轮平面挺柱的运动规律 分析凸弧凸轮平面挺柱运动规律，即决定平面挺柱的升程 h t 、速度 v t 、加 速度 a t 在凸弧凸轮型线上随凸轮转角α的变化规律。 6、凸轮缓冲段的作用
凸轮缓冲段的作用：(1)在整个配气机构运动链中必须留有一定的间隙， 以保证气门在任何工况下才能闭合。(2)克服配气机构零件受压产生弹性的变 形，气门在设计的上升点之前就消除由于弹性变形而引起的升程值。(3)为了 获得足够大的气门开启时间断面值挺柱总是以较大的加速度开始运动和以较大 的加速度停滞不前止运动，这就使气门落座速度很大，造成气门与气门座之间 的强烈冲击，产生噪声和磨损。 7、设计凸轮缓冲段的方法 在设计凸轮型线时，除了基本工作段外，还必须要有缓冲段。通常的做法是 把理论基圆半径略为减少一个值，形成实际基圆，然后用过渡曲线把实际基圆 与凸轮的基本工作段圆滑相连。 8、配气机构运动分析，要解决的问题 配气机构运动分析，要解决的问题 (1)根据凸轮型线和凸轮转动过程中的角速度算出挺柱在直线运动过程中 的速度和加速度： (2)根据推杆的直线规律，定出摇臂的转动规律，即找出摇臂在摆动过程 中的角速度和角加速度： (3)根据摇臂的摆动规律，求出气门的直线运动规律，即找出气门在直线 运动过程中的速度和加速度： 9、配气机构作直线运动部分的惯性力有哪些？ 配气机构作直线运动部分的惯性力有：挺柱与推杆组件的惯性力：气门和弹 簧组件的惯性力。 10、在计算气门弹簧组件的惯性力时，如何估算弹簧的质量 在计算气门弹簧组件的惯性力时及估算弹簧的质量时由于弹簧是逐渐压缩或 放松的，所以参加运动的弹簧质量是一个变质量，这就需要按变质量系统分别 算出各圈或一微段质量在运动状况下的惯性力，而后再合起来得到整个弹簧的 惯性力。计算结果表明，此弹簧惯性力相当于把弹簧作为整体看待有三分之 的弹簧质量跟随气门运动所得的惯性力。 11、作用在凸轮上的力有哪些。 作用在凸轮上的力有：气门的当量气体作用力：弹簧的当量弹力：气门和弹 簧组件的当量惯性力：摇臂惯性力矩转化的惯性力：挺柱与稚杆的惯性力 12、作用在气门弹簧上的力 气门开启时，作用在气门弹簧上的力有：气门和弹簧组件的惯性力：摇臂惯 性力矩转化的惯性力：挺柱与推杆的惯性力对气门弹簧产生的当量惯性力。 13、气门弹簧的作用
凸轮缓冲段的作用：（1）在整个配气机构运动链中必须留有一定的间隙， 以保证气门在任何工况下才能闭合。（2）克服配气机构零件受压产生弹性的变 形，气门在设计的上升点之前就消除由于弹性变形而引起的升程值。（3）为了 获得足够大的气门开启时间断面值挺柱总是以较大的加速度开始运动和以较大 的加速度停滞不前止运动，这就使气门落座速度很大，造成气门与气门座之间 的强烈冲击，产生噪声和磨损。 7、设计凸轮缓冲段的方法 在设计凸轮型线时，除了基本工作段外，还必须要有缓冲段。通常的做法是 把理论基圆半径略为减少一个值，形成实际基圆，然后用过渡曲线把实际基圆 与凸轮的基本工作段圆滑相连。 8、配气机构运动分析，要解决的问题 配气机构运动分析，要解决的问题 （1）根据凸轮型线和凸轮转动过程中的角速度算出挺柱在直线运动过程中 的速度和加速度； （2）根据推杆的直线规律，定出摇臂的转动规律，即找出摇臂在摆动过程 中的角速度和角加速度； （3）根据摇臂的摆动规律，求出气门的直线运动规律，即找出气门在直线 运动过程中的速度和加速度； 9、配气机构作直线运动部分的惯性力有哪些？ 配气机构作直线运动部分的惯性力有：挺柱与推杆组件的惯性力；气门和弹 簧组件的惯性力。 10、在计算气门弹簧组件的惯性力时，如何估算弹簧的质量 在计算气门弹簧组件的惯性力时及估算弹簧的质量时由于弹簧是逐渐压缩或 放松的，所以参加运动的弹簧质量是一个变质量，这就需要按变质量系统分别 算出各圈或一微段质量在运动状况下的惯性力，而后再合起来得到整个弹簧的 惯性力。计算结果表明，此弹簧惯性力相当于把弹簧作为整体看待有三分之一 的弹簧质量跟随气门运动所得的惯性力。 11、作用在凸轮上的力有哪些。 作用在凸轮上的力有：气门的当量气体作用力；弹簧的当量弹力；气门和弹 簧组件的当量惯性力；摇臂惯性力矩转化的惯性力；挺柱与稚杆的惯性力。 12、作用在气门弹簧上的力 气门开启时，作用在气门弹簧上的力有：气门和弹簧组件的惯性力；摇臂惯 性力矩转化的惯性力；挺柱与推杆的惯性力对气门弹簧产生的当量惯性力。 13、气门弹簧的作用
气门弹簧的作用在配气机构中气门弹簧的作用是极其重要的。凸轮对气门的 控制是单方向的，必须有气门弹簧才能保证气门回位：在气门关闭时，气门弹 簧保证气门与气门座之间的闭合及密封：在凸轮的负加速度段，气门弹簧保持 气门不脱离凸轮的控制。 14、气门弹簧刚度由什么决定？ 气门弹簧刚度由弹簧最大弹力、弹簧最小弹力和气门的最大升程决定。最小 弹力是保证气门与气门座的密封，需要的一定的预紧力。最大弹力是作用于气 门弹簧上的最大惯性力。 15、气门弹簧的结构参数 气门弹簧的结构参数有：弹簧中径、弹簧丝直径、弹簧工作圈数和总圈数、 弹簧高度。 16、气门头部直径的确定 气门头部直径一般希望尽可能大些，以便得到良好的进、排气效果。通常， 为使其进气流速在利用惯性充气情况下不致过大，一般希望控制在70s左 右。过大的进气流速会导致充气系数的明显下降。排气平均流速约为在100s 内。在确定气门头部直径时，往往受气缸盖布置、燃烧室型式的限制。另外， 气门头部过大，太靠近壁面，气门头部周围通过断面也得不到充分的利用。还 需使进排气门之间的缸盖鼻梁区让出较宽的距离，以便高温区得到良好的冷 却。 17、气门锥角大小对气流有何影响 从理论上分析，小的气门锥角可以获得较大的通道截面，但实际上，较大的 气门锥角在气门最大升程附近有较好的气流流线，气流阻力反而小些
气门弹簧的作用在配气机构中气门弹簧的作用是极其重要的。凸轮对气门的 控制是单方向的，必须有气门弹簧才能保证气门回位；在气门关闭时，气门弹 簧保证气门与气门座之间的闭合及密封；在凸轮的负加速度段，气门弹簧保持 气门不脱离凸轮的控制。 14、气门弹簧刚度由什么决定？ 气门弹簧刚度由弹簧最大弹力、弹簧最小弹力和气门的最大升程决定。最小 弹力是保证气门与气门座的密封，需要的一定的预紧力。最大弹力是作用于气 门弹簧上的最大惯性力。 15、气门弹簧的结构参数 气门弹簧的结构参数有：弹簧中径、弹簧丝直径、弹簧工作圈数和总圈数、 弹簧高度。 16、气门头部直径的确定 气门头部直径一般希望尽可能大些，以便得到良好的进、排气效果。通常， 为使其进气流速在利用惯性充气情况下不致过大，一般希望控制在 70m/s 左 右。过大的进气流速会导致充气系数的明显下降。排气平均流速约为在 100m/s 内。在确定气门头部直径时，往往受气缸盖布置、燃烧室型式的限制。另外， 气门头部过大，太靠近壁面，气门头部周围通过断面也得不到充分的利用。还 需使进排气门之间的缸盖鼻梁区让出较宽的距离，以便高温区得到良好的冷 却。 17、气门锥角大小对气流有何影响 从理论上分析，小的气门锥角可以获得较大的通道截面，但实际上，较大的 气门锥角在气门最大升程附近有较好的气流流线，气流阻力反而小些