第五章 配气机构设计
内燃机设计
2. 排污 CO—破坏人体的输氧能力，麻痹呼吸器官 HC—破坏呼吸系统 NOx—与水蒸气混合，在肺部生成稀硝酸。
总质量<2.5t ≤6人
转毂试验台排 放测试 g/km
总质量<2.5t ≤6人.
转毂试验台排 放测试 g/km
欧Ⅰ、欧Ⅱ
欧洲Ⅰ号 1995年底之前
CO HC+NOx Particulate 蒸发量
汽油
柴油 IDI+DI
2.72(3.16) 2.72(3.16)
0.97(1.13) 0.97(1.13)
0.14(0.18)
2.0 g/T
——
欧Ⅲ、欧Ⅳ
欧洲Ⅲ号 2000年—2005年
CO HC+NOx
HC NOx PM 蒸发量
汽油 2.3
0.2 0.15 — 2.0 g/T
• 气体燃料发动机主要使用压缩天然气（Compressed Natural Gas—CNG）、 液化天然气（Liquified Natural Gas—LNG）、液化石油气（Liquified Petrol Gas—LPG）。 • 可以汽油/LPG、汽油/天然气切换（Bi-fuel两用燃料）或天然气/柴油混 合（Dual Fuel双燃料），也可以单独使用； • 辛烷值超过100，单独使用时可以提高压缩比以保证功率不损失； • 排放指标比较低、不冒黑烟； • 一般情况下使用经济性较好，价格也比汽油便宜； • 可以节省石油资源； • 燃料供给采用多点电控喷射才能使混和气比较均匀。
可见，有效功率Pe受到上面各参数的影响。在设计转速和结构参 数基本确定下来之后，影响有效功率的主要参数就是平均有效压 力。
柴油机配气机构设计
柴油机配气机构设计柴油机是目前世界上使用最为广泛的动力引擎之一，而其中配气机构设计则是柴油机工作顺畅的重要保障。
下面我们将从步骤方面详细介绍柴油机配气机构的设计方法。
第一步：确定进、排气道位置进排气道是柴油机配气机构设计的重要组成部分，因此在设计时需要首先确定它们的位置。
一般情况下，尽量使进气道靠近气缸中心轴线，而排气道则要尽量靠近汽缸底部。
这样可以保证气缸在工作时能够获得足够的气流动力支持，从而降低能耗和噪音。
第二步：确定气门宽度和角度气门宽度和角度是决定柴油机配气机构设定的关键之一。
在设计时，需要根据柴油机的规格和使用要求，结合密闭度、通气饱和度和动态效应等因素来确定气门宽度和角度。
同时，还需要注意气门和气门席圈配合的紧密度，以防渗漏或过紧的情况出现。
第三步：确定活塞运动规律活塞运动规律是柴油机配气机构设计的另一个重要内容。
在设计时，需要根据活塞的运动特征和工作场合，确定气门开启和关闭的节律和时序。
同时，还需要考虑活塞在运动过程中的能量变化和磨损情况，以保证配气机构的可靠性和长寿命性能。
第四步：确定气门升程和压强气门升程和压强是指某种运动状态下气门的最高开启程度和对气门产生影响的指标。
在设计柴油机配气机构时，需要根据柴油机的使用和应用要求来确定气门升程和压强，并保证气门在合适的参数下实现合理的关闭和开启。
第五步：确定配气图配气图是柴油机配气机构设计中的一个重要环节，它有助于精确计算各种配气参数与运动规律。
在设计时，需要结合柴油机工作规律和使用性能要求，综合考虑气道结构、工作条件和压缩比等因素，确定合理的配气图，以达到最佳的化油性能和出力效率。
总之，柴油机配气机构设计对柴油机的工作和性能有着至关重要的作用。
通过以上几个步骤的详细介绍，我们可以更好地理解和掌握柴油机配气机构设计的方法和技巧，为柴油机的高效运转提供有力的保障。
5.配气机构设计
第五章配气机构设计第一节配气机构的形式及评价第二节配气机构运动学和凸轮形线设计第三节配气机构动力学第四节配气机构主要零件设计要点第五节可变配气机构第一节配气机构形式及评价一、配气机构的设计要求基本要求：气缸换气良好，气门通过能力大，气门开启时面值大，气门开口面积大且快开快关。
惯性力↗负荷↗磨损↗振动↗噪声↗。
二、配气机构形式1、下置凸轮轴侧置气门2、下置凸轮轴顶置气门3、顶置凸轮轴顶置气门1、下置凸轮轴侧置气门：可靠，但充气系数小，抗爆性差，HC排放多，趋于淘汰。
2、下置凸轮轴顶置气门：充气系数大，但零件多，质量大，刚性差。
3、顶置凸轮轴顶置气门：动力性能好，但传动链长。
三、每缸气门数：一般一进一排；现在有：二进二排；三进二排；二进一排四、凸轮轴的传动：齿轮（正时）传动；链条传动；齿带传动。
最近出现了各种配气定时可调的内燃机，使之能在更宽的范围内保持较为有利的配气定时。
第二节配气机构运动学和凸轮形线一、凸轮设计与机构运动学：配气凸轮外形决定气门的通过能力和构件加速度变化规律。
一般设计过程：从动件加速度规律→从动件运动规律→凸轮外形生产中，配气凸轮外形都是用靠模机床加工的，而凸轮靠模往往是用展成法制造的。
二、凸轮挺柱的运动规律：凸轮升程丰满系数1.等加速减速凸轮这种凸轮存在冲击性惯性负荷，甚至“飞脱”2、复合正弦凸轮：用一个正半波大幅短周期正弦曲线和一个负1/4波小幅长周期正弦曲线组成半作用角的挺柱加速度曲线。
3.高次多项式凸轮：为得到高阶光滑，提出高次多项式凸轮。
各待定系数和幂指数根据边界条件计算。
二.气门间隙与缓冲段设计：由于存在气门间隙等因素，所以需设计缓冲段。
缓冲段主要参数：高度：0.15~0.3mm速度：0.006~0.025mm/(°)包角：15°~40°缓冲段形线的形式：（１）等加速－等速型（２）余弦型三、有关配气凸轮机构的一些几何问题：确定了挺柱的运动规律（升程表）后，凸轮外形设计就算完成。
毕业设计__配气机构的设计
毕业设计说明书配气机构的设计姓名:所属院校：专业:班级:学号:指导教师：目录概述1、配气机构的功用 (6)2、配气机构的设计要求 (6)3、配气机构计算参数的确定 (7)一、凸轮轴的设计：1、凸轮轴的设计要求 (7)2、凸轮轴的结构 (7)3、凸轮轴的选材 (7)4、凸轮轴的支承轴颈轴承的材料 (7)5、凸轮轴的定位方式 (7)6、凸轮轴的最小尺寸定位方式 (7)7、凸轮轴的热处理工艺 (8)8、凸轮轴的损坏形式 (8)9、凸轮轴的计算 (9)二、凸轮的设计1、凸轮设计的要求 (10)2、凸轮基圆设计 (11)①基圆半径的确定 (13)②凸轮位置的确定 (13)③配气相位与凸轮的作用角 (14)④凸轮顶部的圆弧半径 (14)三、挺柱的设计1、挺柱的结构 (10)2、挺柱的材料 (15)3、平面挺柱导向面与导向孔之间挤压应力的计算 (16)4、平面挺柱的最大速度 (16)5、凸轮与挺柱间接触应力的计算 (17)6、挺柱导向面直径r d与长度r L按照下面的公式确定 (18)7、挺柱头部球面支座的设计 (19)8、凸轮和挺柱的主要损坏形式及其预防 (19)四、推杆的设计1、推杆的功能 (20)2、推杆的材料 (20)3、推杆的结构形式 (20)4、尺寸设计 (20)5、推杆稳定性安全系数的确定 (20)6、推杆球头与挺柱球面支座，推杆球头与摇臂调节螺钉球面支座间接触应力的计算 (21)五、摇臂的设计1、摇臂的工作原理 (22)2、摇臂的结构 (22)3、摇臂比 (22)4、摇臂润滑 (22)5、摇臂的定位 (23)6、摇臂的材料 (23)7、摇臂与气门杆顶面间接触应力的计算 (23)六、气门组的设计1、气门的设计 (25)➢1）气门设计的基本要求 (25)➢2)气门的工作条件分析 (25)➢3）气门材料的选择 (26)➢4）气门头的设计 (27)➢5）气门杆的设计 (29)2、气门旋转机构的设计 (30)3、气门座圈的设计 (30)4、气门导管的设计 (32)5、气门的主要损坏形式和预防措 (33)七、气门弹簧的设计1、气门弹簧的设计要求 (34)2、气门弹簧的作用 (35)3、气门弹簧的工作条件 (35)4、气门弹簧的结构 (35)5、气门弹簧的选材 (35)6、气门弹簧特性曲线与气门惯性力曲线的配合 (36)7、气门弹簧的有关计算 (37)➢1）弹簧的最大弹力 (37)➢2）弹簧最小的弹力 (38)➢3）弹簧的刚度 (38)➢4）弹簧变形 (38)➢5）内、外弹簧之间的负荷分配 (39)➢6）内外弹簧的刚度 (39)➢7）弹簧的尺寸 (40)8、提高气门弹簧疲劳强度的措施 (42)参考文献 (43)致谢 (43)配气机构的设计概述1、配气机构的功用：是完成换气过程，根据发动机气缸的工作循环次序，定时地开启和关闭进、排气门，不断的用新鲜的气体来气缸内上一循环的的废气。
配气机构课程设计
配气机构课程设计一、教学目标本课程旨在让学生了解和掌握配气机构的基本原理、组成及工作过程，培养学生分析和解决实际问题的能力。
具体目标如下：1.知识目标：（1）掌握配气机构的基本原理及作用；（2）了解配气机构的组成及其各部分的功能；（3）熟悉配气机构的工作过程及其影响因素。
2.技能目标：（1）能够画出配气机构的结构示意图；（2）能够分析配气机构的工作原理及性能；（3）能够运用所学知识解决实际问题。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生对配气机构的兴趣，激发学生学习热机事业的激情；（2）培养学生珍惜能源、保护环境的意识；（3）培养学生勇于探索、创新的精神。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括配气机构的基本原理、组成、工作过程及其相关应用。
具体安排如下：1.第一课时：配气机构的基本原理及作用（1）介绍配气机构的概念；（2）讲解配气机构的工作原理；（3）分析配气机构在发动机中的作用。
2.第二课时：配气机构的组成及其各部分的功能（1）介绍配气机构的组成；（2）讲解各组成部分的功能及作用；（3）分析各部分相互之间的关系。
3.第三课时：配气机构的工作过程及其影响因素（1）讲解配气机构的工作过程；（2）分析影响配气机构工作性能的因素；（3）探讨如何优化配气机构的工作性能。
4.第四课时：配气机构的应用及实例分析（1）介绍配气机构在发动机中的应用；（2）分析实际发动机中配气机构的工作情况；（3）分析配气机构在发动机性能提升中的作用。
三、教学方法为了提高学生的学习兴趣和主动性，本课程将采用以下教学方法：1.讲授法：讲解配气机构的基本原理、组成、工作过程等基本知识；2.讨论法：学生讨论配气机构在各领域中的应用及其影响因素；3.案例分析法：分析实际发动机中配气机构的工作情况，培养学生解决实际问题的能力；4.实验法：安排实验课程，让学生亲身体验配气机构的工作过程，增强实践操作能力。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的配气机构教材；2.参考书：提供相关领域的参考书籍，拓展学生知识面；3.多媒体资料：制作精美的PPT、视频等多媒体资料，提高学生的学习兴趣；4.实验设备：准备相应的实验设备，让学生能够亲身体验配气机构的工作过程。
《配气机构设计》课件
结构设计优化
优化方法
结构优化目标：降低重量、 减小体积、提高刚度和稳定
性。
01
02
03
1. 运用现代设计理论，如有 限元分析、拓扑优化等。
2. 考虑制造工艺和装配要求 ，确保设计的可实现性。
04
05
3. 进行多方案比较，选择最 优设计方案。
03
配气机构关键部件设计
流体动力学分析
总结词
研究配气机构内部气体流动的规律和特性。
详细描述
流体动力学分析通过数值模拟和实验手段，研究配气机构内部气体流动的规律和特性，包括气体在气 门通道、气门座圈等处的流动特性、流动损失等，为优化配气机构设计提供依据。
05
配气机构优化设计
基于仿真的优化设计
仿真模型建立
建立配气机构的数学模型，通过仿真软件进行模拟， 预测其性能和行为。
气门设计
01
气门类型
根据发动机类型和性能要求，选 择合适的气门类型，如平顶、球 顶等。
气门尺寸
02
03
气门材料
根据发动机排量和性能要求，确 定气门的尺寸，包括直径和高度 。
选择耐高温、耐磨损、抗腐蚀的 气门材料，如合金钢、不锈钢等 。凸轮设计 Nhomakorabea01
02
03
凸轮形状
根据配气机构的工作要求 ，设计合适的凸轮形状， 如圆形、椭圆形等。
配气机构性能分析
动力学分析
总结词
研究配气机构在各种工况下的运动规律和动态响应。
详细描述
通过动力学分析，可以了解配气机构在发动机运转过程中的运动规律，包括气门 开启和关闭时刻、气门升程等参数，以及这些参数对发动机性能的影响。
柴油机配气机构毕业设计说明书
§2.2.3压缩终点参数计算8
§2.2.4燃烧过程的计算8
§2.2.5膨胀终点参数的计算8
§2.2.6指示参数的计算9
§2.2.7有效参数的计算9
第三章485柴油机主要性能参数的选择10
§3.1平均有效压力p10
vme
§3.2活塞平均速度Cw10
§3.3行程缸径比〜11
§3.4曲柄连杆比12
ABSTRACT
This thesis introduces the design of valve timing mechanism of 485 diesel engines，mainly the design of its various components. The 485 diesel engine in this design is mostly used in light truck.
KEY WORDS: Diesel engine, Valve timing mechanism，Camshaft，Valve
第一章485柴油机的设计要求3
第二章485柴油机工作过程热计算6
§2.1485柴油机工作过程热计算已知参数6
§2.2 485柴油机工作过程热计算6
§2.2.1一般参数的计算6
第六章气门弹簧的设计23
§6.1气门弹簧概述23
§6.2气门弹簧尺寸的确定23
§6.3气门弹簧的校核28
§6.3.1气门弹簧的强度校核28
§6.3.2气门弹簧的共振校核29
第七章凸轮轴与气门传动件的设计31
§7.1凸轮轴的设计31
§7.1.1凸轮轴的设计要求及结构31
§7.1.2凸轮轴尺寸的设计31
本次配气机构的设计，主要包括进、排气门的设计，气门弹簧的设计，以及凸轮轴的设计。编写Matlab程序，计算得到挺柱升程表，绘出挺柱升程、速度、加速度曲线。
《内燃机设计》第二版课后习题答案(袁兆成主编)
《内燃机设计》第二版课后习题答案（袁兆成主编）第一章：内燃机设计总论1-1根据公式 τ2785.0ZD v p P m me e = ，可以知道，当设计的活塞平均速度V m 增加时，可以增加有效功率，请叙述活塞平均速度增加带来的副作用有哪些？具体原因是什么？ 答：①摩擦损失增加，机械效率ηm 下降，活塞组的热负荷增加，机油温度升高，机油承 载能力下降，发动机寿命降低。
②惯性力增加，导致机械负荷和机械振动加剧、机械效率降低、寿命低。
③进排气流速增加，导致进气阻力增加、充气效率ηv 下降。
1-2汽油机的主要优点是什么？柴油机主要优点是什么？ 答：柴油机优点： 1）燃料经济性好。
2）因为没有点火系统，所以工作可靠性和耐久性好。
3）可以通过增压、扩缸来增加功率。
4）防火安全性好，因为柴油挥发性差。
5）CO 和HC 的排放比汽油机少。
汽油机优点：1）空气利用率高，转速高，因而升功率高。
2）因为没有柴油机喷油系统的精密偶件，所以制造成本低。
3）低温启动性好、加速性好，噪声低。
4）由于升功率高，最高燃烧压力低，所以结构轻巧，比质量小。
5）不冒黑烟，颗粒排放少。
1-3假如柴油机与汽油机的排量一样，都是非增压或者都是增压机型，哪一个升功率高？为什么？答：汽油机的升功率高，在相同进气方式的条件下， ①由PL=Pme*n/30τ可知，汽油机与柴油机的平均有效压力相差不多。
但是由于柴油机后燃较多，在缸径相同情况下，转速明显低于汽油机，因此柴油机的升功率小。
②柴油机的过量空气系数都大于1，进入气缸的空气不能全部与柴油混合，空气利用率低，在转速相同、缸径相同情况下，单位容积发出的功率小于汽油机，因此柴油机的升功率低，汽油机的升功率高。
1-4柴油机与汽油机的汽缸直径、行程都一样，假设D=90mm 、S=90mm ，是否都可以达到相同的最大设计转速（如n=6000r/min ）？为什么？答：对于汽油机能达到，但是柴油机不能。
配气机构设计
配气机构设计9.1配气机构的工作条件和设计要求配气机构的功用是按发动机所进行的工作循环和发火次序的要求，定时开启和关闭进排气门，使新鲜的可燃混合气得以及时进入气缸，废气得以及时排出气缸O在高速的发动机中，每个工作循环的进、排气过程只有千分之几秒，在这短暂的肘间内，废气排出得愈彻底，进入的可燃混合气愈多，发动机发出的功率愈大。
同时.配气机构在急剧变化的高速条件卜.工作，要受到很大的冲击力，还要受高温燃气的热负荷及化学腐蚀的作用，工作条件恶劣。
现代摩托车发动机对配气机构和制造质量都有很高的要求，四行程发动机的要求有：1）要有足够的气体流通面积，以提高进气量；2）要有小的排气阻力，使排气干净，以提高进气量；3）结构要简单，工作要可靠，维修要方便。
9.2配气机构的型式选择配气机构因发动机结构不同而异，H前摩托车常用的配气机构有：气孔式配气机构和气门式配气机构。
由于气孔式配气机构适用于二冲程发动机，气门式配气机构适用于四冲程发动机，且它充气系数高，燃料热量的利用率高，燃烧较完全，排放污染小，润滑条件好，机件磨损慢，同时发动机的动力性和经济性都比较好。
因此本设计采用气门式配气机构。
9.3配气机构的布置及传动931气门的布置气门式配气机构由气门组和气门传动组组成。
进气门布置在进气道上, 开启时•可燃混合气能顺利地进入气缸；排气门布置在排气道上，开启时废气能排出气缸。
气门收集配气机构有侧置气门式和顶置气门式两种形式。
由于侧置气门式配气机构燃烧室面积大，热量损失多，气道长，进气阻力大，压缩比较低，燃料经济性差。
而顶置气门式配气机构进气道短，充气效率高，燃烧室紧凑，压缩比较高，发动机的热效率高，其动力性和经济性比侧置气门式好。
因此，选取顶置气门式配气机构。
顶置气门式配气机构的进气门和排气门都倒挂在气缸上。
其气门组包括排气门和进气门、气门导管、气门弹簧、气门弹簧座和气门锁夹等。
气门传动组包括气门摇臂、摇臂轴、凸轮轴、正时从动链轮和链条等。
第五章 配气机构设计1
内燃机设计第五章
气门运动规律
2011-4-6
内燃机设计第五章
2、复合正弦凸轮
用一个正半波大幅短周期正 弦曲线和一个负1/4波小幅长 周期正弦曲线组成半作用角 的挺柱加速度曲线。
ht1 A0 A1c1 A2 sin( / 1 )c1
0 c1 1
ht 2 B0 B1 sin( / 2 2 ) c 2
2011-4-6
二、各零件设计
• 1、挺柱 • 对于平面挺柱，应注意其材料与凸轮材料 相异，形成合理的摩擦副，并应注意其底 平面最小半径的设计计算。 • 大缸径发动机常采用滚子挺柱。 • 为了消除气门间隙，可采用液压挺柱，如 书中图示了各种形式的液压挺柱。
2011-4-6
内燃机设计第五章
1、挺柱
为保证此系统的力闭合，必须满足下列条件：
F m h 0
* s * " c t
2011-4-6
或
内燃机设计第五章
h F / m
" t * s
* c
气门凸轮机构不同转速下的工作情况
2、弹性气门机构
• 实际系统并不是刚性的，各构件存在弹性， 需建立弹性模型进行动力学研究计算。 • 无阻尼单质量模型 • 气门凸轮机构动力学曲线比较（刚性模型 与弹性模型）
d / d c 1
dht / d c d sin (d / d c ) d sin
d ht / d d cos (d / d c ) d cos
2 2 c
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内燃机设计第五章
凸轮外形的曲率半径及接触点偏心量
最后得
e dht / d c
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内燃机设计第五章
配气机构概述ppt课件.ppt
引言：
充气效率Hv: 新鲜空气或可燃混合气被吸入气缸 愈多，则发动机可能发出的功率愈 大。新鲜空气或可燃混合气充满气 缸的程度，用充气效率hv表示。
涡轮增压
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
A. 气门打开：由曲轴通过正时齿轮驱动凸轮轴旋转，使 凸轮轴上的凸轮凸起部分通过挺柱、推杆、调整螺钉，推 动摇臂摆动，摇臂的另一端便向下推开气门，同时使弹簧 进一步压缩。
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
3）. 齿轮传动
（1）优点： 配气相位准确，工作可靠性好， 耐久性好。 （2）缺点： 噪音大，布置困难。 （3）应用： 凸轮轴下置式、 凸轮轴中置式。
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
1、按气门布置形式分类
气 门 顶 置 式
气 门 侧 置 式
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
2、按凸轮轴布置形式分为
凸
凸
轮
轮
轴
轴
下
中
置
置
式
式
发动机配气机构课件
拧松紧定螺母，调正调节螺钉 测发动量机气配气门机间构课隙件
第三节 配气机构的零件和组件
一、气门组：
发动机配气机构课件
（一）气门：
※—— ——※
功 用： 在任何情况下都能保证燃烧室的气密性。 工作条件： 热力负荷、机械负荷大，冷却、润滑困难。 材 料： 合金钢（耐磨、耐热、强度高）
摇臂比： 1：（1.2～1.8）
观看动画
发动机配气机构课件
桑塔纳发动机液压挺柱工作示意图
单向阀
弹簧被压缩
气门关闭时
气门打开时
发动机配气机构课件
本田雅阁发动机气门间隙的调 整
1．只有当缸盖温度降到38度以下后，才能进行气门间 隙调整。
(1)拆下缸盖罩和正时皮带上罩。 (2)设置1号气缸活塞在压缩上死点位置。凸轮轴皮带轮
一、配气机构的功用：
按发动机工作过程的需要，适时开启、关闭进排气门， 使新鲜充量进入，废气排出。充气量越大，发动机可能 发出的功率越大。
二、充气效率 —— 新鲜充量充满气缸的程度
由于进、排气阻力故： ηv = （0.8 — 0.9）
↑ηv的措施
1、在结构上采取措施，减少进、排气阻力。
2、选择适当的进、排、气门开启和持续的时 间、 使进、排气尽可能充分。
取值：一般取γ=45º，个别进气门γ=30º
气门直径： 为减少进气阻力，提高气缸的充气效率，进气门直径大，排气 门直径小。有些发动机为使制造工艺简单，常采用直径相等。
气门杆部：
为气门运动导向，承受侧压力及传热。气门杆部
尾端的形状取决气门弹簧座的固定方式。
柴油机配气机构设计
柴油机配气机构设计
柴油机配气机构设计是柴油机制造过程中的一个重要环节。
柴油机配气机构的设计直接影响了柴油机的性能和使用寿命。
为了使柴油机能够正常工作，必须保证它的配气机构能够精确控制气门的开闭时间和幅度，并且在各工作状态下能够保持稳定的摩擦力和密封性。
因此，柴油机配气机构设计必须充分考虑到各种因素，如气门的直径、弹簧的刚度、凸轮轴的设计和材料等。
在柴油机的设计中，配气机构的设计应当遵循以下几个原则：
1.保证气门的开启和关闭时间、幅度与柴油机的运转速度和工作状态相适应，以充分利用气门开放时间，实现高效的燃烧；
2.合理选择气门的直径和凸轮轴的设计，以保证柴油机在高转速下的顺畅运行，同时兼顾低速和怠速工况的功率输出；
3.考虑到柴油机的使用寿命，需要优化气门弹簧的刚度和材料，以保证气门的开启和关闭不失精度和稳定性；
4.保证气门和气门座的密封性，以避免燃油和水分渗入燃烧室，同时减少气门磨损，延长柴油机的使用寿命。
综上所述，柴油机配气机构设计是一个复杂的过程，需要充分考虑各种因素，以保证柴油机的性能和寿命。
只有通过科学的设计和精细的制造，才能生产出高效、可靠的柴油机。
- 1 -。
汽车发动机-配气机构详细设计资料
汽车发动机配气机构6.1配气机构功用：•配气机构是控制内燃机进、排气过程的机构，即呼吸系统。
•按气缸的发火顺序和气缸中的工作过程，适时开启和关闭进气阀及排气阀，进入新鲜空气，排出废气。
工作条件：•转速高，若n=1000，四冲程，500次，以很高而变化的速度工作，惯性力和热负荷大，且润滑不良，零件磨损大。
要求：•定时准确；•有足够大的气体流通面积；•振动，噪音小；•工作可靠，寿命长；•结构简单，维修方便。
6.1配气机构的布置及传动• 配气机构的类型有气阀式，气孔式，气孔-气阀式。
6.1.1气阀式配气机构的布置：按气阀的布置可分为：•顶置式气阀和侧置式气阀按凸轮轴的位置可分为：•上置式凸轮和下置式凸轮。
按曲轴和凸轮轴的传动方式可分为•齿轮传动和链条传动侧置气门式气门机构3、优缺点：曲轴到气门距离近，方便齿轮传动，气门间隙调整方便，但气道拐弯多，流动阻力大，充气效率低，燃烧室扁平，结构不紧凑，容易爆震，压缩比低。
...1、结构特点： 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，齿轮传动。
...2、工作原理： 正时齿轮副带动凸轮轴转动，转到凸轮桃尖顶起气门挺杆，推动气门克服弹簧预紧力开启。
凸轮基圆与气门挺杆接触时，气门在气门弹簧预紧力的作用下关闭。
...顶置式气阀优点：燃烧室结构紧凑，可减小进，排气系统的阻力。
缺点：传动链的零件多，质量大因而惯性载荷较大。
2．凸轮轴布置形式1）下置式凸轮轴优点：凸轮轴与曲轴距离近，传动方便。
缺点：传动距离远，传动组件多，惯性大，加剧了零件的震动和磨损。
2）上置式凸轮轴优点：凸轮直接作用于摇臂，省去了挺柱和顶杆缺点：曲轴到凸轮轴传动机构复杂。
3）顶置式凸轮轴优点：凸轮轴直接驱动气阀，无惯性载荷的作用。
缺点：气阀杆受侧推力的作用磨损大。
曲轴列凸轮轴传动复杂，，拆装气缸盖也较麻烦。
3．气阀数及布置1）每气缸两个气阀的布置•每缸两阀，总是采用较大的气阀道路面积，且进气阀直径大于排气阀直径。
配气机构毕业设计
摘要配气机构作为内燃机的重要组成部分，其设计合理与否直接关系到内燃机的动力性能、经济性能、排放性能及工作的可靠性、耐久性。
随着内燃机高功率、高速化，人们对其性能指标的要求越来越高，要求其在高速运行的条件下仍然能够平稳、可靠地工作，因而对其配气机构提出了更高的要求。
配气凸轮型线是配气机构的核心部分，配气凸轮型线设计是配气机构优化设计的重要途径之一。
模拟计算和实验研究是内燃机配气机构研究两种重要手段。
关键词：内燃机；配气机构；凸轮型线；ABSTRACTThe valve train is one of the most important mechanisms in a internal combustion engine, whether the performances are good or bad, that affecting the power performance, economic performance, emissions performance of the engine, as well as affecting the reliability and wear performances of the whole engine. Along with the requests of the engine’s high power, super-speed, people demand a higher index. That is, when the engine runs under a high speed, it can still work steadily and dependably, which demand that the valve train system should have a high performance. Cam profile is the hard core of the valve train, which design is one of the important ways to carry out valve train optimal design. Simulation calculation and experimentation research are two important ways to carry out research and development on valve train of internal-combustion engine.Key words:Internal combustion engine; Valve train; Cam profile;目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章绪论 (1)1.1 概述 (1)1.2 配气机构的研究历程 (2)1.3配气机构优化设计的目的及意义 (2)1.4配气机构采用的新技术 (3)1.4.1顶置凸轮轴技术 (3)1.4.2 多气门技术 (4)1.4.3 可变气门正时配气机构 (5)1.5本章小结 (5)第2章配气机构的总体布置 (6)2.1 气门的布置形式 (6)2.2 凸轮轴的布置形式 (6)2.3 凸轮轴的传动方式 (6)2.4 每缸气门数及其排列方式 (6)2.5 气门间隙 (7)2.6 本章小结 (7)第3章配气正时的工作原理 (8)3.1配气正时的介绍 (8)3.2工作原理 (8)3.3本章小结 (9)第4章配气机构的零件及组件 (10)4.1 气门组 (10)4.1.1 气门 (10)4.1.2 气门座圈 (15)4.1.3 气门导管 (15)4.1.4 弹簧设计计算 (16)4.2 气门传动组 (21)4.2.1 凸轮轴 (21)4.2.2 凸轮型线设计 (21)4.2.3 缓冲段设计 (23)4.2.4 凸轮轴进排气凸轮角度设计 (24)4.2.5 基本段设计 (24)4.2.6 曲轴正时链轮与凸轮轴正时链轮 (26)4.2.7 挺柱 (26)第5章正时链设计方法 (27)5.1汽车链服役条件及失效形式 (27)5.1.1汽车链的服役条件 (27)5.1.2汽车链的失效形式 (27)5.2汽车链的选择 (28)5.3汽车链传动系统设计 (29)5.4本章小结 (33)结论 (33)致谢 (34)参考文献 (35)附录三维建模过程及部分渲染图片 (37)第1章绪论1.1 概述配气机构是发动机的重要组成部分。
配气机构的传动与布置
内燃机结构
配气机构的传动与布置
典型配气机构结构型式
右图所示为一种典型配气机构，其组成包括凸轮轴、挺柱、顶杆、摇臂、气阀、
气阀导管、气阀弹簧以及弹
簧上座等零件。
u 实现配气正时
u 保证换气质量
配气机构的功用
按照各气缸的工作过程和气缸间的发火顺序，适时开启和关闭气缸的进气阀和排气阀，使新鲜空气进入各气缸，并使燃烧废气从各气缸中排出。
气阀的布置形式
u顶置式气阀
u侧置式气阀
u下置式凸轮轴u上置式凸轮轴u顶置式凸轮轴
u圆柱齿轮式传动u锥齿轮传动
u链条式传动
本节课主要内容：
1.配气机构的功用；
2.气阀的布置形式；
3.凸轮轴的布置形式；
4.凸轮轴的传动方式。
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第三节 配气机构动力学
• 1、刚性气门机构 刚性气门机构
* Fc = Fs* + mc ht"
F 式中，Fc为凸轮与挺柱间的作用力； s*为气门弹簧换算 * mc为气门凸轮机构换算到凸轮处的 到凸轮上的弹簧力； 当量质量； " d 2 ht d 2 ht ht = = ω c2 dt 2 dϕ c2
各待定系数和幂指数根 据边界条件计算。
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内燃机设计第五章
三、有关配气凸轮机构的一些几何问题
• 确定了挺柱的 运动规律（升 程表）后，凸 轮外形设计就 算完成。之后 必须进行几何 校核。
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内燃机设计第五章
1、凸轮外形的曲率半径及接触点偏心量
• 凸轮与平底挺柱配对工作时有：
0 ≤ ϕ c1 ≤ Φ 1
0 ≤ ϕ c2 ≤ Φ 2
•这种凸轮存在冲击性惯性负荷，甚至“飞脱”
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气门运动规律
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内燃机设计第五章
2、复合正弦凸轮
用一个正半波大幅短周期正 弦曲线和一个负1/4波小幅长 周期正弦曲线组成半作用角 的挺柱加速度曲线。
ht1 = A0 + A1ϕ c1 + A2 sin(π / Φ 1 )ϕ c1
工作条件： 工作条件：
杆部
A、进气门570K~670K，排气门 、进气门 ，排气门1050K~1200K。 。 B、头部承受气体压力、气门弹簧力等， 、头部承受气体压力、气门弹簧力等， C、冷却和润滑条件差， 、冷却和润滑条件差， D、被气缸中燃烧生成物中的物质所腐蚀。 、被气缸中燃烧生成物中的物质所腐蚀。
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内燃机设计第五章
3） 气门头部直径 气门头部直径越大，气门口通道截面就越 大，进、排气阻力就越小。通常进气门头 部直径大于排气门。另外，排气门稍小些， 还不易变形。 h1<h2
h1
h2
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内燃机设计第五章
气门杆
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内燃机设计第五章
气门
进大，排小 密封锥角一般为30度（进）或45度（排） 研磨密封，密封带宽为1～2mm 工作温度：进气门为300～500℃， 排气门为600～800℃ 材料：进气门为40Cr、38CrSi、4Cr9Si2; 排气门为马氏体耐热钢、奥氏体耐 热钢。
性能： 性能：
头部
强度和刚度大、耐热、耐腐蚀、 强度和刚度大、耐热、耐腐蚀、耐磨 进气门570K~670K（铬钢 （ 进气门 或铬镍钢） 或铬镍钢） 排气门1050K~1200K（硅 排气门 （ 铬钢） 铬钢） 内燃机设计第五章
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气门头部的结构形式
平顶式
结构简单，制造方便，吸热面积小，质量也较小，进、 结构简单，制造方便，吸热面积小，质量也较小， 排气门都可采用。 排气门都可采用。 适用于排气门，因为其强度高，排气阻力小， 适用于排气门，因为其强度高，排气阻力小，废气的清 除效果好，但球形的受势面积大，质量和惯性力大,加 除效果好，但球形的受势面积大，质量和惯性力大 加 工较复杂。 工较复杂。
一缸二气门
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一缸四气门
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内燃机设计第五章
一缸五气门
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四、凸轮轴的传动
• 齿轮（正时）传动； 链条传动；齿带传动。 • 最近出现了各种配气 定时可调的内燃机， 使之能在更宽的范围 内保持较为有利的配 气定时。
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第二节 配气机构运动学和凸轮形线
• • • • • 一、凸轮设计与机构运动学 凸轮设计与机构运动学 配气凸轮外形决定气门的通过能力和构 件加速度变化规律。 件加速度变化规律。 一般设计过程: 一般设计过程 从动件加速度规律→从动件运动规律 从动件加速度规律 从动件运动规律→ 从动件运动规律 凸轮外形 生产中， 生产中，配气凸轮外形都是用靠模机床 加工的， 加工的，而凸轮靠模往往是用展成法制 造的。 造的。
（2） 气门锥角 1） 定义：气门锥面与顶平面的夹角称气 门锥角。 α
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2） 气门锥角的作用
就向锥形塞子可以塞紧瓶口一样， 能获得较大的气门座合压力，以提高 密封性和导热性； • 气门落座时有自动定位作用； • 避免气流拐弯过大而降低流速； • 气门落座时能挤掉接触面的沉积物， 即有自洁作用。 •
0 ≤ ϕ c1 ≤ Φ 1
ht 2 = B0 + B1 sin(π / 2Φ 2 )ϕ c 2
0 ≤ ϕ c2 ≤ Φ 2
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3、高次多项式凸轮
• 为得到高阶光滑，提出 高次多项式凸轮
ht = hmax [1 + C2 (ϕ / Φ) 2 + C p (ϕ / Φ) p + Cq (ϕ / Φ) q + Cr (ϕ / Φ) r + CS (ϕ / Φ) S ]
• 形状：高速机常采用菌形、 杯形。 • 液压挺柱：可自动补偿气门 机构的间隙，从而减轻冲击 噪声。 • 滚轮挺柱：可减小挺柱直径， 同时减小摩擦损失，提高机 械效率。
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内燃机设计第五章
2、推杆
• 推杆主要用于下置凸轮轴 顶置气门结构中，要求有 足够的刚度，重量轻，直 线度有要求。为保证压杆 稳定性常采用空心钢管结 构，并焊接装配球头。
第五章 配气机构设计
• • • • • 第一节 配气机构的形式及评价 第二节 配气机构运动学和凸轮形线设计 第三节 配气机构动力学 第四节 配气机构主要零件设计要点 第五节 可变配气机构
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第一节 配气机构形式及评价
• • 一、配气机构的设计要求 配气机构的设计要求 基本要求： 基本要求：气缸换气良好 气门通过能力大 气门开启时面值大 气门开口面积大且快开快关 磨损↗ 惯性力↗
充气系数大，但零件多，质量大， 刚性差。
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3、顶置凸轮轴顶置气门
动力性能好，但传动链长。
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电磁气门
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三、每缸气门数
• • • • 一般一进一排； 现在有：二进二排 三进二排 二进一排
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内燃机设计第五章
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内燃机设计第五章
3、摇臂
• 应在最小质量下保证必要的强度和尽可能 高的刚度。 • 常用钢材锻造或高强度铸铁铸造，有些轿 车汽油机用钢板冲压。 • 摇臂或摆臂与凸轮的接触可以是滑动摩擦， 也可用滚轮。 • 摇臂或摆臂的支承轴及轴的支座必须有足 够的刚度，否则会使整个机构的固有频率 下降。
2011-4-6 内燃机设计第五章
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内燃机设计第五章
(180 + ϕe1+ ϕe2)/2 °CA
2ϕ °CA ϕ
(180 + ϕi1+ ϕi2)/2 °CA
ϕi1
ϕe2
BDC 180°CA ϕe1
排气行程
TDC
180°CA 进气行程
BDC
ϕi2
2 ϕ=(ϕe1+ 180°+ 180°+ ϕi2) ϕ ° ° - (180° + ϕe1+ ϕe2)/2 ° -(180° + ϕi1+ ϕi2)/2 ° ϕ =90°+(ϕe1+ ϕi2- ϕe2- ϕi1)/4 ° ϕ = 90°+(40°+56°-19°-20°) ° ° ° ° ° =104°15´（凸轮转角） ° 内燃机设计第五章 ´ 凸轮转角）
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二、各零件设计
• 1、挺柱 • 对于平面挺柱，应注意其材料与凸轮材料 相异，形成合理的摩擦副，并应注意其底 平面最小半径的设计计算。 • 大缸径发动机常采用滚子挺柱。 • 为了消除气门间隙，可采用液压挺柱，如 书中图示了各种形式的液压挺柱。
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内燃机设计第五章
1、挺柱
为保证此系统的力闭合，必须满足下列条件：
− h 〈F / m 气门凸轮机构不同转速下的工作情况
或
" t * s
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F + m h 〉0
* s * " c t
* c
2、弹性气门机构 弹性气门机构
• 实际系统并不是刚性的，各构件存在弹性， 需建立弹性模型进行动力学研究计算。 • 无阻尼单质量模型 • 气门凸轮机构动力学曲线比较（刚性模型 与弹性模型）
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内燃机设计第五章
凸轮外形的曲率半径及接触点偏心量
最后得
e = dht / dϕ c
ρ = r0 + ht + d ht / d ϕ
2 2
2 c
挺柱的工作面直径一定要大于2倍的e。
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2、凸轮副的润滑特性
• 根据动态液体润滑理论，在接触处应有尽 可能大的液体润滑有效速度，以便建立足 够的油膜厚度。液体润滑有效速度为： υ e = (υ c − υ m ) + (υ t − υ m )
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3） 进、排气门锥角的大小 进气门锥角较小，多用300。因锥角越小， 进气通道截面越大，进气量越多。 排气门锥角较大，通常为450。因锥角越 大，气门头部边缘的厚度大，不易变形。 排气门热负荷较大而用较大的锥角，以加 强散热和避免受热变形。且锥角越大，座 合压力越大，自洁作用越大。
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