發動機氣門傳動組件結構特點分析

莊成莉 劉洋

摘 要：對發動機氣門傳動組件，凸輪軸、凸輪軸軸向定位、挺桿、搖臂的結構原理、材質特點進行了分析，以提高維修人員對發動機結構特點的認知。

關鍵詞：發動機；氣門傳動組；結構特點

中圖分類號：U464文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.03.055

氣門傳動組主要由凸輪軸、凸輪軸軸向定位、挺桿、搖臂等組成。長期工作中，由于周期性不均衡負荷的作用，會使氣門傳動組件發生變形、磨損，從而破壞了配氣正時的準確性，導致汽缸內充氣量不均或不足，影響柴油機的工作性能。

1 凸輪軸

凸輪軸是氣門傳動組的主要零件。它利用其上的進、排氣凸輪控制氣門的運動，使氣門按一定工作順序和配氣相位開啟和關閉，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力、相對滑動速度很高。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。凸輪軸一般用優質鋼模鍛或合金鑄鐵和球墨鑄鐵鑄造。YC6105QC型和YC6110Q型柴油機的凸輪軸均采用45號優質鋼制造，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、排氣凸輪都在同一根軸上加工而成。進、排氣凸輪的數目及其沿軸向的排列次序取決于柴油機的工作順序，如YC6105QC型柴油機，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、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、閉時刻和開啟持續時間，以及氣門的升程、速度、加速度等運動規律。理想的凸輪輪廓不僅使氣門在開啟時間內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，而且要保證整個配氣機構零件不會因加速度過高而產生較大慣性力及迅速磨損。

凸輪軸一般每隔兩缸有一個軸頸支撐。有些負荷重的柴油機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構形式。柴油機通常用整體式滑動軸承壓裝在汽缸體的凸輪軸軸承座孔內，以支撐凸輪軸。

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

2 凸輪軸軸向定位

配氣機構的正時齒輪傳動多用斜齒輪，斜齒輪的軸向分力、機械的上、下坡或加速，使凸輪軸產生軸向竄動，為防止由此而引起的對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齒輪之間。止推片與正時齒輪之間留有一定的間隙，如YC6105QC型和T815系列柴油機分別為0.08～0.20 mm和0.14～0.22 mm。其間隙大小可通過調整環來調整。（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型柴油機的凸輪軸的軸向間隙為0.10～0.40 mm。大功率柴油機多采用止推軸承的軸向定位方法，或凸輪軸頸和正時齒輪輪轂止推法。軸向間隙大小隨機型而異，應按照產品說明書的規定進行調整。

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。挺桿的往復運動是依靠汽缸體內的圓柱形孔或挺桿導管導向，挺桿底面隨凸輪轉動升起或降落的同時，還要承受凸輪軸施加的側向推力，接觸應力較大，表面磨損嚴重，甚至可能被刮傷，故挺桿側面及底面應耐磨。挺桿底部通常堆焊合金或用激冷鑄鐵、球墨鑄鐵制造，其底面經熱處理提高硬度后精磨。挺桿的材質和底面的硬度應與凸輪軸材質及凸輪表面的硬度相互匹配。例如，YC6105QC型柴油機的挺桿采用20號鋼制造，底部堆焊合金，熱處理硬度≥HRC55。而凸輪軸材料為45號鋼，凸輪表面淬火處理后硬度為HRC54-63。

T815系列柴油機挺桿為筒形結構。挺桿外徑制有凹溝，并設有油孔，與內腔油道相通。當挺桿被凸輪頂起時，挺桿的凹溝便與挺桿導管油孔相通，挺桿導管油孔又與曲軸箱主油道相通，機油便進入挺桿內腔，然后沿挺桿、推桿上升到搖臂軸處潤滑搖臂軸。為了磨損均勻，挺桿中心與凸輪軸中心線偏移1.5 mm，工作時挺桿除隨凸輪上下運動外還能轉動。

在下置凸輪軸的頂置氣門式配氣機構中，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，以減輕運動質量。推桿上端焊有凹球形端頭，氣門搖臂調整螺釘的球頭落座其中；下端焊有球形端頭，插在氣門挺桿的凹面球形座內。上、下端經熱處理提高硬度，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，可用油石修磨后繼續使用，嚴重時應更換。

4 搖臂

搖臂是推桿和氣門之間的傳動件，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位置。為了使搖臂的質量輕、剛性好，往往采用T字形或I字形斷面結構。

搖臂多用鋼模鍛制成。近年來廣泛使用球墨鑄鐵制造。搖臂的長臂、短臂長度之比稱為搖臂比，其值為1.6左右。長臂端推動氣門桿端，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，故該部位要經過熱處理并磨光。短臂端螺孔中裝有氣門間隙調整螺釘和鎖緊螺母，氣門間隙調整螺釘的球頭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。發生的原因是發動機缺少機油或長期缺乏保養，機油不清潔、機油泵工作壓力低是加速氣門搖臂磨損的重要原因。