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1、浅析发动机气门的设计和工艺控制张德江(湖南天雁机械有限责任公司，421005)摘要：气门是发动机的重要关键部件，结构设计是否合理，生产过程重要管理项目的设定和控制、有效的检测手段，是保证发动机气门质量的关键，三者缺一不可。关键词：气门结构设计材料概述某款发动机不能起动点火，经查排气门杆密封面有严重积碳，引发原因是气门工作间隙过小或负间隙；气门导管内径偏心，超差0.19mm，实际0.29mm，引发原因是气门杆的圆度、圆柱度出厂时未进行不同方向取3点检查；粗糙度达不到要求，引发原因是加工刀具的使用寿命无明
2、确规定；杆内径加工夹具角度和孔座加工夹具角度不同（孔座为23°57′，成品为24°02′），引发原因是加工工装未定期检查有误差。由此给我们启示：要充分理解每个部件的功能和作用，掌握该部件的工作条件和设计要求，设定重要管理项目，把握工程能力指数CP和CPK。正文1、气门的工作条件在汽油机中，进气门温度为300～500℃，排气门温度为600～800℃，甚至更高，尤其排气门刚刚开启时，气缸内压力较高，气门开度还小，高温燃烧气体以很高的速度（可达600m/s）经气门座和气门缝隙排出，使气门强烈地受热和腐蚀。看
3、到，排气门头顶面中心处、背面与杆部相交处的温度最高，后者是由于高速排气的的冲刷造成的。气门所受热量中大约有76％是经气门座散走的，其余24％是经气门杆部和导管传走的。从气门冷却角度来说，必须保持气门与气门座的锥面间接触良好并保持密封，否则，锥面就会由散热通道变成受热表面了。气门以很高的频率开启和关闭时，气门杆和气门导管之间有摩擦。气门在工作时要承受落座冲击载荷及燃气压力给予的静负荷，这种静负荷一般约为0.5MPa，冲击负荷一般约为1.2MPa。2、气门的设计要求对气门的设计要求有以下几点：2.1、气门
4、的工作温度是确定气门材料的主要依据，在气门工作温度范围内，材料应具有足够的强度、韧性和表面硬度。2.2、要求结构简单，加工方便，颈部形状恰当，以减小气体的流动阻力，增加进气充量。在保证足够强度、刚度和耐磨性的前提下，气门要轻。62.3、尽可能降低热负荷。气门的设计与气缸盖的设计要密切配合，气门座周围必须加强冷却，温度尽量均匀，如果结构允许，应尽量增加导管长度，适当减小气门升程与导管的配合间隙，以降低气门温度。2.4、气门是配气机构以凸轮开始的整个运动链中的末端零件，气门的设计必须从整个配气结构来考虑，
5、避免气门落座时承受过大冲击和振动，因为这些机械负荷是造成气门及气门座磨损的原因之一。3、气门的结构和设计气门属配气机构的关键基础件,如图1所示其主要结包括盘外圆、盘锥面、盘部厚度、颈部、杆部及锁夹槽等部分。3.1、盘外圆D为了获得最佳容积效率,气门头部直径通常是越大越好,但因受燃烧室间的限制,进气门直径为气缸直径的42～48%。即=(0.42～0.48)D=56.7～64.8mm,取用60mm.一般来说,考虑到吸气作用,进气门直径要比排气门大15～20%，以改善充气效率，即：=（0.8～0.85）=4
6、8～51mm,取用50mm.通常允许气门头部外圆伸出已精加工的气门座之外约0.5～1.0mm,气门盘外圆通常为气口直径的1.15倍,这样可以使气门座有足够的宽度以利于气门头的传热。3.2、锥面角度α气门头部的密封锥面有30°和45°两种,较大锥角可提高气门头部边缘的刚度,保证气门锥面与底座良好的自动对中作用和密封面的较大比压,利于辗压积炭。大多数气门设计都采用45°锥面角,实践证明,45°锥面角不但能提供良好的密封性,而且能够满足气门座合的耐磨性要求。锥面积炭比较厚的柴油机,一般都用45°锥面角,由此
7、可以获得较好的座合和较高的座合压力而不必减少密封面积,这样积炭就容易被压扁或擦掉。6气门与气门座合面宽度约为1.5～3.0mm,气门座圈的锥角应比气门密封锥面略大0.5°～1°（如图2）,这可形成一条较窄的座合面密封带,提高座合压力,限制积炭层厚度,改善热传导。气门锥面宽度一般为盘外圆的0.05～0.12倍,即：（0.05～0.12）=3～7.2mm。取4mm。3.3、盘部厚度H为保证气门头部有足够的刚性和尽可能轻的质量,在设计中应合理选取盘厚H尺寸,据资料表明,本设计中的爆发压力为7.6MPa,气门
8、盘直部厚度H为其径的0.1倍即可满足刚度要求。即H=0.1=6mm。3.4、颈部过渡锥角β和过渡半径R气门颈部过渡锥角β和过渡半径R的大小对气流有很大的影响,锥角β应保证气流的圆滑过渡,但更重要的是能够保证气门颈部表面各处的应力分布均匀。一般来说,排气门的过渡锥角β及过渡半径R比进气门要大些。R尺寸按（0.2～0.5）计算，β值一般为15°～30°,另外在均布压力作用下,气门头的变形主要发生在盘外缘,在H一定情况下,气门头的刚性主要取决于β和R的大小。R
