第三章气阀传动机构课件

第三节、气阀传动机构 气阀传动机构的作用是把凸轮的运动传给气阀.当凸轮顶升气阀传动机构时,气阀及时开启.在凸轮转过之后,在气阀弹簧的作用下气阀及时关闭.气阀驱动机构有机械式和液压式两种。机械式是传统的气阀驱动机构。广泛用于各型柴油机上。新型低速柴油机均采新型低速柴油机均采用了液压式气阀驱动机构。用了液压式气阀驱动机构。1机械式气阀传动机构中小型柴油机常见的气阀驱动机构。它主要由带滚轮的顶头D、推杆【顶杆】C 和摇臂B1等组成。摇臂经轴销安装在摇臂座B2上，摇臂座用螺栓固定在气缸盖上。凸轮在转动中将顶头、推杆顶起，从而使摇臂绕摇臂轴转动，克服气阀弹簧的弹力将气阀打开。当滚轮沿凸轮的形线下降时，在气阀弹簧的作用下气阀逐渐关闭。因而凸轮的形状与安装位置就决定了气阀的启闭时刻。1）1顶头顶头 顶头是位于顶杆下端被凸轮直接驱动的传动件。它的功用是将凸轮的回转运动变为往复运动，把凸轮的推动传给顶杆，并承受凸轮的侧推力。顶头的柱面和底面要求耐磨。左图为滑动式顶头。底面常制成平面或半径较大的球面，以与凸轮良好的接触。这种顶头结构简单，制作方便，成本较低，但摩擦阻力较大，一般多用于小型柴油机。右图为船用柴油机多用滚动式项头。这种顶头与滑动式大体相同，仅在底部装有滚轮以减小摩擦及侧推力，工作时不允许顶头绕自身轴线转动。顶头的结构形式顶头的结构形式1-导承；2-顶头；3-凸轮2）顶杆）顶杆 顶杆是直接顶动摇臂的杆件。为减小运动惯性力，提高抗弯能力，要求顶杆轻、刚性好，故顶杆常用无缝钢管制成，两端铆接或焊接经硬化处理的钢制端塞。端塞的顶面常制成凸、凹球面形，以与顶头及摇臂形成关节连接。一般下端凸球面曲率小于顶头凹球面，以利形成油楔。上端凹球面与调节螺钉的凸球面形成球绞式滑配，使顶杆在倾斜状态下也能正常工作。3）摇臂装置）摇臂装置 摇臂的作用是将顶杆的往复运动改变方向传给气阀。摇臂轴安装在摇臂座内，摇壁座固定在气缸盖上。摇臂有单臂型、叉型等型式。为减轻重量并保持足够的刚度，其截面常制成“工”字形、“T”字形或长方形等。为减小传动时与气阀之间的摩擦力和侧推力，摇臂与阀杆的接触端（前臂端）常制成圆弧形接触面或装置滚轮、活络头等；摇臂与顶杆接触的一端（后臂端）则装有调节螺钉和锁紧螺母，用来调节摇臂与阀杆顶端之间的间隙气阀间隙。为实现用较小的凸轮升程使气阀获得足够开度，摇臂的前臂较后臂长。摇臂与摇臂轴上钻有油孔，来自机身的压力润滑油由油管通入摇臂轴，润滑摇壁轴承后流向摇臂两端润滑。气阀关闭时，阀杆顶端位置应比摇臂轴线高出气阀升程的1/31/2。对于机械式气阀传动机构，在柴油机冷态时，滚轮落在凸轮的基圆上，摇臂与气阀之间应留有间隙。气阀机构和气阀传动机构之间要留有间隙，称为气阀间隙气阀间隙。在柴油机热态时，气阀间隙允许气阀阀杆向上膨胀，保证气阀的关闭。如果不留气阀间隙，气阀在工作时将因向下膨胀而关闭不严，造成气阀漏气，并可能引起其它故障。4）、液压式气阀间隙补偿装置（液压调隙器）、液压式气阀间隙补偿装置（液压调隙器）作用：在柴油机工作时，通过液压活塞在液压缸中位置的自动调整来消除气阀间隙，减轻气阀机构的撞击、磨损和噪声。2液压式气阀传动机构 液压式气阀传动机构是在气阀、顶头的上端各设液压传动器，二者之间通过油管连通。开阀靠液压传动器产生的油压，关阀靠“空气弹簧”的气体压力来实现。这种气阀传动机构具有尺寸小、重量轻、利于布置、气阀不承受侧椎力、噪音小、拆装方便等优点。但存在着调试困难与密封困难等缺陷。目前普通用于超长行程低速柴油机的排气阀中。图图3-17 3-17 液压式气阀传动机构和气阀机构液压式气阀传动机构和气阀机构1-凸轮轴；2-凸轮；3-顶头；4-顶杆；5-套筒；6-柱塞；7-安全阀；8-补油阀；9-油管；10-缓冲销；11-柱塞；12-套筒；13-活塞；14-气缸；15-卡环；16-弹簧板；17-气阀；18-转翼；A-补油管；B-补油孔；C、D-油空间；M、N-气空间 3变排气阀关正时及升程（变排气阀关正时及升程（VEC）系）系统统柴油机在不同工况下，进排气有不同的 最佳正时。主机通常是根据标定工况来确定配气正时的。部分负荷运行时，配气正时就很不理想。大功率中速机发展到用两根凸轮轴分别调节喷油正时和进排气正时。MAN-B&W和Sulzer在其低速机上则均已开发了 变排气阀关正时及升程（VEC）系统。优化部分负荷性能，减少排气污染。其VEC机构设在驱动油泵处。图为用于RTA84T柴油机的VEC系统，它是用改变液压驱动系统中的滑油量，来改变排气阀关正时及升程的。在负荷降低时，泄放其中部分滑油。这样可以提早关闭排气阀，1)减少过后排气，使缸内空气量增多，有效压缩比提高，压缩终点压力提高，最高爆发压力提高，热效率提高；2)新鲜空气流失减少，也使燃烧完善，热效率提高；3)过量空气系数增大，同时也减少了排气污染。第四节、凸轮轴及传动机构 1凸轮轴 凸轮轴是柴油机中非常重要的传动轴。它的主要作用是控制柴油机中需要定时的设备，使它们按照定的工作顺序准确地工作。主要包括进、排气阀，喷油泵和空气分配器凸轮。此外凸轮轴还带动调速器及其它附件的传动轮。装在凸轮轴上的凸轮是每缸一组，组数与缸数.在四冲程柴油机中，凸轮轴上安装有各缸的进、排气凸轮和喷油凸轮，有的还装有空气分配器凸轮。在二冲程柴油机中，除直流扫气式柴油机凸轮轴上装有排气凸轮外，一般只装有喷油泵凸轮和示功器凸轮，有的也装有空气分配器凸轮和带动调速器等各附件的传动轮。这些凸轮按照一定的顺序和角度排列，凸轮轴的结构有整体式和装配式两大类。前者用于小型机，后者用于大型机。整体式凸轮轴的凸轮是与轴本体锻成或铸成一体的。装配式凸轮轴的凸轮和轴分开制造，然后根据定时的要求将凸轮紧固在轴上。这种凸轮轴上的凸轮是可调的，以便定时调节，并且任何一个凸轮损坏时都可以单独更换。由于大型柴油机的凸轮轴很长，故都是分成几段组装而成的。为了使柴油机结构简单，控制进、排气阀和喷油泵的凸轮一般都装在同一根轴上。某些新型柴油机采用了两根凸轮轴的结构；对于电子控制式柴油机，则取消了凸轮轴。凸轮可以制成整体的，也可以做成组合式的。凸轮在轴上的安装方法分无键连接和有键连接两种，大中型柴油机凸轮在凸轮轴上的安装，往往采用 可调节式。凸轮在凸轮轴上可调节的安装方式多种多样，当前得到广泛应用的是 液压套合式。凸轮在顶动凸轮过程中，在工作表面上产生摩擦和很高的接触应力。当接触应力过高时，工作向会发生疲劳损坏，产生麻点或金属剥落；因此，凸轮要有很好的耐磨、耐疲劳性能。凸轮轴材料一般是碳素钢、合金钢和球墨铸铁。凸轮工作表面应渗碳或表面淬火，以提高硬度。2凸轮轴传动机构凸轮轴传动机构 凸轮轴传动机构是位于曲轴与凸轮轴之间，用以使曲轴按一定速比和定时关系驱动凸轮轴回转的机构。凸轮轴由曲轴带动，两者保持准确的相对位置。按照柴油机工作循环的要求，由凸轮控制的机构每循环必须动作一次。由于四冲程柴油机曲轴回转两周完成一个工作循环，因此其凸轮轴与曲轴的转速比应该是1:2。同理，二冲程柴油机则应该为1:1。凸轮轴传动机构的结构型式与凸轮轴的安装位置及所驱动的附件等因素有关。常见的有齿轮式、链式和混合式三种形式。凸轮轴的传动机构分为齿轮传动机构和链传动机构。其中以齿轮传动的应用最为普遍。无论采用何种传动方式，其传动机构必须保持正确的定时关系.此外，还应尽量减小扭振及凸轮轴扭转变形引起的定时偏差.曲轴带动凸轮轴的方式曲轴带动凸轮轴的方式1-曲轴齿轮；2-凸轮轴齿轮；3-中间齿轮；4-链条；5-曲轴；6-凸轮轴四冲程柴油机通常采用齿轮传动。大型低速二冲程柴油机根据凸轮轴的位置有两种传动方式：一种是凸轮轴布置在机架中部，因曲轴与凸轮轴距离较近，采用齿轮传动；一种是凸轮轴布置在气缸体中部，因曲轴与凸轮轴的距离较远，采用链传动。还有采用齿轮和链条联合传动的(称为二级传动)。1)齿轮传动机构 四冲程柴油机采用齿轮传动轮系，称之为定时齿轮。为了减小曲轴扭振的影响，凸轮轴传动机构都安装在飞轮端。这是因为轴系的扭转振动节点多数在飞轮附近。把传动机构布置在飞轮端可因 扭振的振幅小 而使传动较准确可靠。少数小型高速机(135系列)安装在自由端，为方便布置和安装。最简单的凸轮轴传动轮系只有两个齿轮，即曲轴齿轮和凸轮轴上的定时齿轮。它仅适用于小型低置凸轮轴式柴油机中。这种布置的最大缺点是增大了柴油机的横向宽度。轮系不能和机身的外形轮廓符合。在较大的柴油机中，另外加有中间齿轮，以缩小凸轮轴定时齿轮的尺寸，减小机身横向尺寸。这些齿轮一般制成正齿轮或斜齿轮。为了增加齿轮啮合的平滑性，减少传动噪音，一般采用斜齿轮。为保证柴油机各定时正确，在互相啮合的齿轮上做有标记，安装时必须保证对正记号，否则会使定时改变，影响柴油机的正常运行。为减小磨损，在柴油机润滑系统中常分出一些支路通到各传动齿轮轴承处及其啮合位置进行润滑。当要调整定时时，首先拆下中间齿轮，解脱两轴的传动关系，将曲轴盘车至计算好的位置后转动凸轮轴至第一缸（如进气阀或排气阀）开启位置（气阀间隙预先调好），最后使齿轮啮合即可。曲轴飞轮上的角度和有关记号都是以第一缸为准而刻制的。齿轮式传动机构工作可靠，能保证恒定的传动比，在中小型柴油机上得到广泛采用；但制造、安装精度要求较高，成本也较高；不宜作远距离传动。噪音较大，齿轮间隙的积累误差会使定时受到影响。为此有些机型的中间齿轮设有调整轴心位置的装置，可根据需要调整中间齿轮轴心位置，便能获得适当的齿间间隙。2)链传动机构 链传动装置结构简单、紧凑，且在柴油机换向时可以避免齿轮传动中可能产生的齿间间隙累积误差，因而在正、倒车运转时都能得到准确的定时，对于轴线的不平行度与中心距的误差都不敏感。此外，还可以通过链轮、链条驱动往复惯件力矩平衡装置因而在大型低速柴油机广泛使用。但链条传动装置的润滑不如齿轮传动装置，磨损快，容易松弛，需经常检查。链传动机构由曲轴上的主动链轮1、凸轮轴上的从动链轮4、链条5、中间轮6、链条张紧装毕2、张紧轮3、张紧弹簧等组成。主动链轮1由两个半块组成，用螺栓紧固在曲轴上。从动链轮4为整体式，用键连接在凸轮轴上。曲轴与凸轮轴之间采用级链传动，速比为1：1。链条5选用双排套筒滚子链。导轨是由导轨板和装在导轨板上的特种耐油橡胶块组成的，以防止链条的横向抖动和敲击，使链条工作平稳。链传动装置由于链条磨损较快，容易松弛，这就影响了凸轮的定时，并引起链条振动。故在链传动装置中设有中间轮6和链条张紧装置，用以减少链条的振动和调节链条的松紧程度，保证链条与链轮啮合良好，传动平稳。凸轮轴的链条凸轮轴的链条传动机构传动机构1-主动链轮；2-链条；3-惰轮；4-从动链轮；5-张紧机构；6-张紧轮；7-橡胶导轨 张紧弹簧7的弹力通过张紧臂2、张紧轮3，作用到链条5上将它拉紧。在链条松边装有（中间轮）惰轮，使链条与链轮间有足够大的包角，并缩短链条的跨度，减小其振幅。为了保证定时正确，链条按啮合记号装在链轮上。张紧轮可位于正车转动时链条的紧边或松边。老机型多位于紧边；新机型多位于松边。张紧链条时要边盘车边张紧。盘车时要使张紧轮一侧的链条为松边。要注意的是，链条、链轮磨损后，链条会松弛，再度张紧时，定时会发生变化。若链条长度增加15时，需换新。当前，除MC型柴油机继续采用链传动外，其它的低速柴油机的凸轮轴传动均采用齿轮传动。为了缩短柴油机长度，降低柴油机重量和造价，新型低速柴油机都在推力盘外缘装上齿圈，作为传动凸轮轴的主动链（齿）轮。传动机构一般都安置在专门的传动轮箱中。