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柴油发电机配气机构：摇臂总成零件图 |
摘要：柴油机配气机构是指控制柴油发电机进气和排气的部件按柴油机工作情况，适时开启和关闭。在柴油机内部，这些部件协同工作，以确保柴油柴油机正常运行。康明斯柴油机采用独特的PT燃油系统，其配气机构还有控制喷油正时功能。主要组成分为由正时齿轮系、凸轮轴、随动组件、推杆、摇臂、丁字压板、气门等零部件组成。其配气相位以曲轴顺时针转动方向计，当进气开始上止点前26°；当进气结束下止点后50°；当排气开始下止点前64°；当排气结束上止点后26°。本文将对柴油机配气机构中的摇臂组进行主要介绍，以及其优缺点分析。
一、配气机构的类别
气门式配气机构由气门组和气门传动组两部分组成，每组的零件组成则与气门的位置、凸轮轴的位置和气门驱动形式等有关（如图1所示）。现代柴油柴油机均采用顶置气门，即进排气门置于气缸盖内，倒挂在气缸顶上。 凸轮轴的位置有下置式、中置式和上置式3种（如图2所示）。
1、凸轮轴下置式配气机构
凸轮轴置于曲轴箱内的配气机构为凸轮轴下置式配气机构 。 其中气门组零件包括气门、气门座圈、 气门导管、气门弹簧、气门弹簧座和气门锁夹等；气门传动组零件则包括凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂、摇臂轴、摇臂轴座和气门间隙调整螺钉等。下置凸轮轴由曲轴定时齿轮驱动。柴油机工作时，曲轴通过定时 齿轮驱动凸轮轴旋转。当凸轮的上升段顶起挺柱时，经推杆和气门间隙调整螺钉推动摇臂绕摇臂轴摆动， 压缩气门弹簧使气门开启。当凸轮的下降段与挺柱接触时，气门在气门弹簧力的作用下逐渐关闭。 四冲程柴油机每完成一个工作循环，每个气缸进、排气一次。这时曲轴转两周，而凸轮轴只旋转一周，所以曲轴 与凸轮轴的转速比或传动比为2 ∶ 1。
2、凸轮轴中置式配气机构
凸轮轴置于机体上部的配气机构被称为凸轮轴中置式配气机构。 与凸轮轴下置式配气机构的组成相 比，减少了推杆，从而减轻了配气机构的往复运动质量，增大了机构的刚度，更适用于较高转速的柴油机。有些凸轮轴中置式配气机构的组成与凸轮轴下置式配气机构没有什么区别，只是推杆较短而已。
凸轮轴中置式配气机构的分类可以分为直顶式和曲顶式两种。直顶式凸轮轴中心线与气门中心线重合，曲顶式凸轮轴中心线则有一定的偏移。凸轮轴与气门的布置方式不同，可以分为单侧布置和双侧布置两种。单侧布置时，凸轮轴和气门都安装在同一侧，双侧布置时则分别安装在左右两侧。
3、凸轮轴上置式配气机构
凸轮轴置于气缸盖上的配气机构为凸轮轴上置式配气机构(OHC) 。其主要优点是运动件少，传动链短， 整个机构的刚度大，适合于高速柴油机。由于气门排列和气门驱动形式的不同，凸轮轴上置式配气机构有多种多样的结构形式。气门驱动形式有摇臂驱动、摆臂驱动和直接驱动三种类型。
（1）摇臂驱动
凸轮轴推动液力挺柱，液力挺柱推动摇臂，摇臂再驱动气门； 或凸轮轴直接驱动摇臂，摇臂驱动气门。
（2）摆臂驱动
由于摆臂驱动气门的配气机构比摇臂驱动式刚度更好，更有利于高速柴油机，因此在柴油柴油机上的应用比较广泛。
（3）直接驱动
在这种形式的配气机构中，凸轮通过吊杯形机械挺柱驱动气门； 或通过吊杯形液力挺柱驱动气门。与上述各种形式的配气机构相比，直接驱动式配气机构的刚度最大，驱动气门的能量损失最小。因此，在高度强化柴油机上得到广泛的应用。
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图1 柴油机配气机构立体图 |
图2 柴油机配气机构分类 |
二、摇臂组工作原理
柴油机摇臂组是柴油机中的一个重要部件，它承担着将曲轴的旋转运动转化为气门的开闭运动的工作。柴油机摇臂组结构如图3所示，其工作原理如下：
（1）柴油机摇臂通常由摇臂杆、摇臂轴和滚子或凸轮等部件组成。摇臂杆连接着气门和摇臂轴，而摇臂轴则通过滚子或凸轮与曲轴相连。
（2）柴油机工作时，曲轴通过连杆将活塞的上下运动转化为旋转运动，并传递给摇臂轴。摇臂轴将旋转运动传递给摇臂杆，使其产生上下摆动的运动。摇臂杆通过连接气门杆或直接连接气门，将摇臂轴的运动传递给气门，使气门实现开闭动作。
（3）摇臂杆的长度和角度设计得非常重要，它们直接影响到气门的开闭时间和幅度。通过合理设计摇臂杆的长度和角度，可以实现柴油机气门的精确控制，从而调节进气量和排气量，提高柴油机的燃烧效率和动力性能。
（4）摇臂杆通常采用金属材料制造，具有足够的强度和刚度，以承受高速运动时的冲击和振动。摇臂轴则需要具有良好的耐磨和耐疲劳性能，以确保长时间运行不会出现断裂或损坏。
（5）滚子或凸轮的选择也非常重要。滚子通常采用滚针轴承，具有较小的摩擦和磨损，可以减少能量损失和热量产生。凸轮则需要具有合适的轮廓和尺寸，以确保摇臂杆能够按照设计要求进行运动。
（6）摇臂润滑原理如图4所示。由凸轮轴上进、排气凸轮的压力油孔喷出润滑油，通过摇臂开挡飞溅至两侧的渗油槽，润滑油渗入到滚轮轴轴向油槽（渗油槽与滚轮轴轴向油槽对齐），将油输入到滚轮轴与滚轮之间，达到润滑滚轮与滚轮轴摩擦副的目的。
柴油机摇臂的工作原理可以用一个简单的比喻来解释。摇臂杆就像是一个杠杆，曲轴的旋转运动作为杠杆的作用力，通过摇臂轴传递给气门，使其产生开闭运动。而摇臂杆的长度和角度则相当于杠杆的长度和角度，可以调节气门的开闭时间和幅度。
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图3 柴油机摇臂组结构图 |
图4 柴油机摇臂滚轮结构润滑原理 |
三、摇臂结构和作用
摇臂是一个双臂杠杆，用来改变推杆传来的力的方向，使其作用到气门杆端而打开气门。摇臂装在摇臂轴上，摇臂轴通过摇臂轴支座装在汽缸盖上。摇臂是一个不等臂杠杆，其长臂一端驱动气门。整个摇臂总成称之为摇臂组，其具体零件组成见表1。
1、摇臂的结构和类型
摇臂是柴油机的核心部件之一，用于将曲轴拉杆的快速运动转化为气缸内活塞的线性运动，从而推动汽车运动。摇臂结构一般由摇臂杆、滚柱、摇臂轴和阀杆组成，一般有简单摇臂和复杂摇臂两种类型。
（1）简单摇臂
由摇臂杆、轴承、滚子和止动器构成，用于将曲轴运动传递到气缸内的活塞，常用于单气门柴油机。
（2）复杂摇臂
包括摇臂杆、轴承、支撑杆、平衡杆和锥销组成，用于控制多个气门的开启和关闭，常用于多气门柴油机，外形如图5所示，零件组成如图6所示。
2、摇臂的作用
摇臂的功用是将推杆和凸轮传来的运动和作用力，改变方向传给气门使其开启，也就是将曲轴旋转的动力转化为气缸内的线性运动，从而推动柴油机运动。同时，摇臂还能够通过控制气门的开启和关闭调节柴油机的进气量，提高燃烧效率和排放性能。摇臂在摆动过程中会承受很大的弯矩，因此应有足够的强度和刚度以及较小的质量。摇臂由锻钢、可锻铸球、球墨铸铁或铝合金制造。摇臂是一个双臂杠杆，以摇臂轴为支点，两臂不等长。短臂端加工有螺纹孔，用来拧入气门间隙调整螺钉。长臂端加工成圆弧面，是推动气门的工作面。
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图5 配气机构之摇臂结构图 |
图4 摇臂总成零件图 |
表1 摇臂零件（如图4所示） Rocker Lever BP 4010 BP 4016 BP 4026
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级别
LV |
零件号
Part Number |
图上标号
Ref No |
零件名称Part Name
|
数量
Req |
|
|
中文
|
英文
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||||
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02
|
3065810
|
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摇臂总成
|
LEVER,ROCKER
|
6
|
|
03
|
168306
|
16
|
开槽调节螺栓
|
SCREW,SLOTTED SET
|
3
|
|
03
|
3053476
|
|
摇臂
|
LEVER,ROCKER
|
1
|
|
04
|
207344
|
7
|
衬套
|
BUSHING
|
1
|
|
04
|
208084
|
|
铆钉
|
RIVTE
|
1
|
|
04
|
3418857
|
6
|
摇臂
|
LEVER,ROCKER
|
1
|
|
03
|
3053477
|
|
摇臂
|
LEVER,ROCKER
|
1
|
|
04
|
207344
|
9
|
衬套
|
BUSHING
|
1
|
|
04
|
208084
|
|
铆钉
|
RIVTE
|
1
|
|
04
|
3418859
|
8
|
摇臂
|
LEVER,ROCKER
|
1
|
|
03
|
3053478
|
|
摇臂
|
LEVER,ROCKER
|
1
|
|
04
|
194037
|
5
|
摇臂凹头
|
SOCKET,ROCKER LEVER
|
1
|
|
04
|
207226
|
4
|
衬套
|
BUSHING
|
1
|
|
04
|
208084
|
|
铆钉
|
RIVTE
|
1
|
|
04
|
3418858
|
3
|
摇臂
|
LEVER,ROCKER
|
1
|
|
03
|
S 212
|
15
|
六角螺母
|
NUT,BEGULAR HEXAGON
|
3
|
|
03
|
3176773
|
|
摇臂轴
|
SHAFT,ROCKER LEVER
|
1
|
|
04
|
203933
|
11
|
碗型塞
|
PLUG,EXPANSION
|
1
|
|
04
|
3176875
|
10
|
摇臂轴
|
SHAFT,ROCKER LEVER
|
1
|
|
02
|
MP 5480
|
|
摇臂安装
|
LEVER,ROKER MTG
|
6
|
|
03
|
205128
|
2
|
平垫圈
|
WASHER PLAIN
|
2
|
|
03
|
205393
|
17
|
十二角螺栓
|
SCREW,TWELVE POINT CAP
|
1
|
|
03
|
205394
|
12
|
十二角螺栓
|
SCREW,TWELVE POINT CAP
|
1
|
|
02
|
MP 5479
|
|
摇臂室安装
|
HOUSING,ROCKER ARM MTG
|
6
|
|
03
|
108602
|
13
|
六角螺栓
|
SCREW,HEXAGON HEAD C
|
5
|
|
03
|
205128
|
2
|
平垫圈
|
WASHER PLAIN
|
6
|
|
03
|
3630839
|
14
|
摇臂室衬垫
|
GASKET,RKR LEVER HOUSING
|
1
|
|
03
|
S125
|
1
|
六角螺栓
|
SCREW,HEXAGON HEAD CAP
|
1
|
总结：
柴油机摇臂是柴油发电机中实现气门控制的重要部件，它通过将曲轴的旋转运动转化为气门的开闭运动，实现了柴油机的正常工作。摇臂杆、摇臂轴和滚子或凸轮等部件在柴油机中承担着重要的作用，需要合理设计和优质材料制造，以确保柴油机的正常运行和稳定性能。
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