莊成莉 劉洋

摘 要：對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)氣門傳動(dòng)組件，凸輪軸、凸輪軸軸向定位、挺桿、搖臂的結(jié)構(gòu)原理、材質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行了分析，以提高維修人員對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的認(rèn)知。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)；氣門傳動(dòng)組；結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

中圖分類號(hào)：U464文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.03.055

氣門傳動(dòng)組主要由凸輪軸、凸輪軸軸向定位、挺桿、搖臂等組成。長(zhǎng)期工作中，由于周期性不均衡負(fù)荷的作用，會(huì)使氣門傳動(dòng)組件發(fā)生變形、磨損，從而破壞了配氣正時(shí)的準(zhǔn)確性，導(dǎo)致汽缸內(nèi)充氣量不均或不足，影響柴油機(jī)的工作性能。

1 凸輪軸

凸輪軸是氣門傳動(dòng)組的主要零件。它利用其上的進(jìn)、排氣凸輪控制氣門的運(yùn)動(dòng)，使氣門按一定工作順序和配氣相位開啟和關(guān)閉，并保證氣門有足夠的開度。凸輪軸承受周期性沖擊載荷，凸輪與挺柱間有較高的接觸應(yīng)力、相對(duì)滑動(dòng)速度很高。凸輪軸的損壞通常是凸起部分磨損和擦傷。因此要求凸輪表面耐磨，有足夠的剛度。凸輪軸一般用優(yōu)質(zhì)鋼模鍛或合金鑄鐵和球墨鑄鐵鑄造。YC6105QC型和YC6110Q型柴油機(jī)的凸輪軸均采用45號(hào)優(yōu)質(zhì)鋼制造，為了改善凸輪和軸頸的耐磨性，采用熱處理提高其表面硬度。凸輪軸一般都做成整體式，即各缸進(jìn)、排氣凸輪都在同一根軸上加工而成。進(jìn)、排氣凸輪的數(shù)目及其沿軸向的排列次序取決于柴油機(jī)的工作順序，如YC6105QC型柴油機(jī)，相繼工作的同名凸輪夾角為360°/6=60°。從凸輪軸前端觀看，順凸輪軸旋轉(zhuǎn)方向各缸同名凸輪按工作順序1-5-3-6-2-4成60°夾角相互排列。同一汽缸進(jìn)、排氣凸輪之間的夾角由配氣相位決定。

凸輪輪廓線形狀決定了氣門開、閉時(shí)刻和開啟持續(xù)時(shí)間，以及氣門的升程、速度、加速度等運(yùn)動(dòng)規(guī)律。理想的凸輪輪廓不僅使氣門在開啟時(shí)間內(nèi)有較大的氣流通過面積，以增加汽缸新鮮空氣的充量和使廢氣排除徹底，而且要保證整個(gè)配氣機(jī)構(gòu)零件不會(huì)因加速度過高而產(chǎn)生較大慣性力及迅速磨損。

凸輪軸一般每隔兩缸有一個(gè)軸頸支撐。有些負(fù)荷重的柴油機(jī)為減小凸輪軸彎曲變形，采用每缸凸輪兩邊均有軸頸支撐的全支撐凸輪軸結(jié)構(gòu)形式。柴油機(jī)通常用整體式滑動(dòng)軸承壓裝在汽缸體的凸輪軸軸承座孔內(nèi)，以支撐凸輪軸。

凸輪磨損后一般采用磨修方法修復(fù)，在保證恢復(fù)凸輪幾何形狀的前提下，盡量減小磨削量，以延長(zhǎng)凸輪軸的使用壽命。如果凸輪軸磨損到已經(jīng)不能保證有足夠的滲碳層厚度時(shí)，可采用堆焊的方法修復(fù)。

2 凸輪軸軸向定位

配氣機(jī)構(gòu)的正時(shí)齒輪傳動(dòng)多用斜齒輪，斜齒輪的軸向分力、機(jī)械的上、下坡或加速，使凸輪軸產(chǎn)生軸向竄動(dòng)，為防止由此而引起的對(duì)配氣相位帶來的不良影響，凸輪軸需要軸向定位。

凸輪軸軸向定位主要有以下幾種方法：（1）止推片軸向定位。止推片用螺釘固定在汽缸體上，定位于凸輪軸與正時(shí)齒輪之間。止推片與正時(shí)齒輪之間留有一定的間隙，如YC6105QC型和T815系列柴油機(jī)分別為0.08～0.20 mm和0.14～0.22 mm。其間隙大小可通過調(diào)整環(huán)來調(diào)整。（2）止推螺釘軸向定位。在凸輪軸中心處壓入一止推銷，在正時(shí)齒輪蓋上裝有止推螺釘。止推螺釘擰入并將凸輪軸壓向右端靠緊后再退回l/4圈，即形成所需要的軸向保留間隙，例如WD615型柴油機(jī)的凸輪軸的軸向間隙為0.10～0.40 mm。大功率柴油機(jī)多采用止推軸承的軸向定位方法，或凸輪軸頸和正時(shí)齒輪輪轂止推法。軸向間隙大小隨機(jī)型而異，應(yīng)按照產(chǎn)品說明書的規(guī)定進(jìn)行調(diào)整。

3 挺桿

挺桿的作用是把凸輪的推力通過推桿和搖臂傳到氣門。挺桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)是依靠汽缸體內(nèi)的圓柱形孔或挺桿導(dǎo)管導(dǎo)向，挺桿底面隨凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)升起或降落的同時(shí)，還要承受凸輪軸施加的側(cè)向推力，接觸應(yīng)力較大，表面磨損嚴(yán)重，甚至可能被刮傷，故挺桿側(cè)面及底面應(yīng)耐磨。挺桿底部通常堆焊合金或用激冷鑄鐵、球墨鑄鐵制造，其底面經(jīng)熱處理提高硬度后精磨。挺桿的材質(zhì)和底面的硬度應(yīng)與凸輪軸材質(zhì)及凸輪表面的硬度相互匹配。例如，YC6105QC型柴油機(jī)的挺桿采用20號(hào)鋼制造，底部堆焊合金，熱處理硬度≥HRC55。而凸輪軸材料為45號(hào)鋼，凸輪表面淬火處理后硬度為HRC54-63。

T815系列柴油機(jī)挺桿為筒形結(jié)構(gòu)。挺桿外徑制有凹溝，并設(shè)有油孔，與內(nèi)腔油道相通。當(dāng)挺桿被凸輪頂起時(shí)，挺桿的凹溝便與挺桿導(dǎo)管油孔相通，挺桿導(dǎo)管油孔又與曲軸箱主油道相通，機(jī)油便進(jìn)入挺桿內(nèi)腔，然后沿挺桿、推桿上升到搖臂軸處潤(rùn)滑搖臂軸。為了磨損均勻，挺桿中心與凸輪軸中心線偏移1.5 mm，工作時(shí)挺桿除隨凸輪上下運(yùn)動(dòng)外還能轉(zhuǎn)動(dòng)。

在下置凸輪軸的頂置氣門式配氣機(jī)構(gòu)中，用氣門推桿傳遞凸輪、挺桿的推力。推桿一般采用空心鋼管制造，以減輕運(yùn)動(dòng)質(zhì)量。推桿上端焊有凹球形端頭，氣門搖臂調(diào)整螺釘?shù)那蝾^落座其中；下端焊有球形端頭，插在氣門挺桿的凹面球形座內(nèi)。上、下端經(jīng)熱處理提高硬度，以改善其耐磨性。

挺柱的常見缺陷有擦傷、磨損和疲勞剝落等。挺柱底面或表面有輕微擦傷時(shí)，可用油石修磨后繼續(xù)使用，嚴(yán)重時(shí)應(yīng)更換。

4 搖臂

搖臂是推桿和氣門之間的傳動(dòng)件，它使推桿傳來的力改變方向后作用于氣門尾端。搖臂的幾何尺寸取決于氣門和凸輪軸的相對(duì)位置。為了使搖臂的質(zhì)量輕、剛性好，往往采用T字形或I字形斷面結(jié)構(gòu)。

搖臂多用鋼模鍛制成。近年來廣泛使用球墨鑄鐵制造。搖臂的長(zhǎng)臂、短臂長(zhǎng)度之比稱為搖臂比，其值為1.6左右。長(zhǎng)臂端推動(dòng)氣門桿端，在一定氣門開度下，可減少凸輪的最大升程。與氣門桿尾端接觸的長(zhǎng)臂端要求耐磨，以防止磨損而影響正常的配氣相位，故該部位要經(jīng)過熱處理并磨光。短臂端螺孔中裝有氣門間隙調(diào)整螺釘和鎖緊螺母，氣門間隙調(diào)整螺釘?shù)那蝾^與推桿上端凹球端頭接觸。

搖臂和搖臂軸常見缺陷是搖臂和搖臂軸的磨損。發(fā)生的原因是發(fā)動(dòng)機(jī)缺少機(jī)油或長(zhǎng)期缺乏保養(yǎng)，機(jī)油不清潔、機(jī)油泵工作壓力低是加速氣門搖臂磨損的重要原因。