发动机气门传动组件结构特点分析

庄成莉 刘洋

摘 要：对发动机气门传动组件，凸轮轴、凸轮轴轴向定位、挺杆、摇臂的结构原理、材质特点进行了分析，以提高维修人员对发动机结构特点的认知。

关键词：发动机；气门传动组；结构特点

中图分类号：U464文献标识码：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.03.055

气门传动组主要由凸轮轴、凸轮轴轴向定位、挺杆、摇臂等组成。长期工作中，由于周期性不均衡负荷的作用，会使气门传动组件发生变形、磨损，从而破坏了配气正时的准确性，导致汽缸内充气量不均或不足，影响柴油机的工作性能。

1 凸轮轴

凸轮轴是气门传动组的主要零件。它利用其上的进、排气凸轮控制气门的运动，使气门按一定工作顺序和配气相位开启和关闭，并保证气门有足够的开度。凸轮轴承受周期性冲击载荷，凸轮与挺柱间有较高的接触应力、相对滑动速度很高。凸轮轴的损坏通常是凸起部分磨损和擦伤。因此要求凸轮表面耐磨，有足够的刚度。凸轮轴一般用优质钢模锻或合金铸铁和球墨铸铁铸造。YC6105QC型和YC6110Q型柴油机的凸轮轴均采用45号优质钢制造，为了改善凸轮和轴颈的耐磨性，采用热处理提高其表面硬度。凸轮轴一般都做成整体式，即各缸进、排气凸轮都在同一根轴上加工而成。进、排气凸轮的数目及其沿轴向的排列次序取决于柴油机的工作顺序，如YC6105QC型柴油机，相继工作的同名凸轮夹角为360°/6=60°。从凸轮轴前端观看，顺凸轮轴旋转方向各缸同名凸轮按工作顺序1-5-3-6-2-4成60°夹角相互排列。同一汽缸进、排气凸轮之间的夹角由配气相位决定。

凸轮轮廓线形状决定了气门开、闭时刻和开启持续时间，以及气门的升程、速度、加速度等运动规律。理想的凸轮轮廓不仅使气门在开启时间内有较大的气流通过面积，以增加汽缸新鲜空气的充量和使废气排除彻底，而且要保证整个配气机构零件不会因加速度过高而产生较大惯性力及迅速磨损。

凸轮轴一般每隔两缸有一个轴颈支撑。有些负荷重的柴油机为减小凸轮轴弯曲变形，采用每缸凸轮两边均有轴颈支撑的全支撑凸轮轴结构形式。柴油机通常用整体式滑动轴承压装在汽缸体的凸轮轴轴承座孔内，以支撑凸轮轴。

凸轮磨损后一般采用磨修方法修复，在保证恢复凸轮几何形状的前提下，尽量减小磨削量，以延长凸轮轴的使用寿命。如果凸轮轴磨损到已经不能保证有足够的渗碳层厚度时，可采用堆焊的方法修复。

2 凸轮轴轴向定位

配气机构的正时齿轮传动多用斜齿轮，斜齿轮的轴向分力、机械的上、下坡或加速，使凸轮轴产生轴向窜动，为防止由此而引起的对配气相位带来的不良影响，凸轮轴需要轴向定位。

凸轮轴轴向定位主要有以下几种方法：（1）止推片轴向定位。止推片用螺钉固定在汽缸体上，定位于凸轮轴与正时齿轮之间。止推片与正时齿轮之间留有一定的间隙，如YC6105QC型和T815系列柴油机分别为0.08～0.20 mm和0.14～0.22 mm。其间隙大小可通过调整环来调整。（2）止推螺钉轴向定位。在凸轮轴中心处压入一止推销，在正时齿轮盖上装有止推螺钉。止推螺钉拧入并将凸轮轴压向右端靠紧后再退回l/4圈，即形成所需要的轴向保留间隙，例如WD615型柴油机的凸轮轴的轴向间隙为0.10～0.40 mm。大功率柴油机多采用止推轴承的轴向定位方法，或凸轮轴颈和正时齿轮轮毂止推法。轴向间隙大小随机型而异，应按照产品说明书的规定进行调整。

3 挺杆

挺杆的作用是把凸轮的推力通过推杆和摇臂传到气门。挺杆的往复运动是依靠汽缸体内的圆柱形孔或挺杆导管導向，挺杆底面随凸轮转动升起或降落的同时，还要承受凸轮轴施加的侧向推力，接触应力较大，表面磨损严重，甚至可能被刮伤，故挺杆侧面及底面应耐磨。挺杆底部通常堆焊合金或用激冷铸铁、球墨铸铁制造，其底面经热处理提高硬度后精磨。挺杆的材质和底面的硬度应与凸轮轴材质及凸轮表面的硬度相互匹配。例如，YC6105QC型柴油机的挺杆采用20号钢制造，底部堆焊合金，热处理硬度≥HRC55。而凸轮轴材料为45号钢，凸轮表面淬火处理后硬度为HRC54-63。

T815系列柴油机挺杆为筒形结构。挺杆外径制有凹沟，并设有油孔，与内腔油道相通。当挺杆被凸轮顶起时，挺杆的凹沟便与挺杆导管油孔相通，挺杆导管油孔又与曲轴箱主油道相通，机油便进入挺杆内腔，然后沿挺杆、推杆上升到摇臂轴处润滑摇臂轴。为了磨损均匀，挺杆中心与凸轮轴中心线偏移1.5 mm，工作时挺杆除随凸轮上下运动外还能转动。

在下置凸轮轴的顶置气门式配气机构中，用气门推杆传递凸轮、挺杆的推力。推杆一般采用空心钢管制造，以减轻运动质量。推杆上端焊有凹球形端头，气门摇臂调整螺钉的球头落座其中；下端焊有球形端头，插在气门挺杆的凹面球形座内。上、下端经热处理提高硬度，以改善其耐磨性。

挺柱的常见缺陷有擦伤、磨损和疲劳剥落等。挺柱底面或表面有轻微擦伤时，可用油石修磨后继续使用，严重时应更换。

4 摇臂

摇臂是推杆和气门之间的传动件，它使推杆传来的力改变方向后作用于气门尾端。摇臂的几何尺寸取决于气门和凸轮轴的相对位置。为了使摇臂的质量轻、刚性好，往往采用T字形或I字形断面结构。

摇臂多用钢模锻制成。近年来广泛使用球墨铸铁制造。摇臂的长臂、短臂长度之比称为摇臂比，其值为1.6左右。长臂端推动气门杆端，在一定气门开度下，可减少凸轮的最大升程。与气门杆尾端接触的长臂端要求耐磨，以防止磨损而影响正常的配气相位，故该部位要经过热处理并磨光。短臂端螺孔中装有气门间隙调整螺钉和锁紧螺母，气门间隙调整螺钉的球头与推杆上端凹球端头接触。

摇臂和摇臂轴常见缺陷是摇臂和摇臂轴的磨损。发生的原因是发动机缺少机油或长期缺乏保养，机油不清洁、机油泵工作压力低是加速气门摇臂磨损的重要原因。