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(一)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r
現(xiàn)代汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)的發(fā)展十分迅速,這種趨勢(shì)要求各發(fā)動(dòng)機(jī)廠家不僅要具有大批量生產(chǎn)的能力,也同時(shí)要具有小批量、多品種的生產(chǎn)技術(shù)。所以,在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)廠家現(xiàn)在已經(jīng)普及了互換性、自動(dòng)化生產(chǎn),做到了流水線式生產(chǎn)線布置及工藝安排,實(shí)現(xiàn)了按節(jié)拍生產(chǎn)。輔助時(shí)間包括上料、輸送、檢驗(yàn)時(shí)間,而機(jī)加工時(shí)間則是指從夾具定位、夾緊到機(jī)加工完成,夾具松開(kāi)并推出工件這段時(shí)間。
除按節(jié)拍生產(chǎn)以外,我國(guó)的發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)廠家多數(shù)采用流水線布置。生產(chǎn)線分為半自動(dòng)生產(chǎn)線與全自動(dòng)生產(chǎn)線兩種形式。半自動(dòng)生產(chǎn)線與全自動(dòng)生產(chǎn)線的區(qū)別在于前者靠人工在工序間輸送工件,而后者則實(shí)現(xiàn)了無(wú)人操作、輸送、加工及檢驗(yàn)全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。全自動(dòng)生產(chǎn)線雖然自動(dòng)化程度高,質(zhì)量穩(wěn)定、可靠,但是投資巨大,成本太高,而我們國(guó)家人力資源豐富,人工價(jià)格偏低,所以大部分發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)廠家采用半自動(dòng)生產(chǎn)線與局部全自動(dòng)化生產(chǎn)線相結(jié)合的方式布置生產(chǎn)線,在保證生產(chǎn)節(jié)拍和產(chǎn)品質(zhì)量的前提下,盡可能的降低產(chǎn)品的成本。
此外,在各種發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)上均采用了一些先進(jìn)的形式及工藝。例如多氣缸多氣門(mén)的設(shè)計(jì),從直列三缸到V型雙列十二缸,從二氣門(mén)到四氣門(mén)、五氣門(mén)。多氣門(mén)的布置可以增加充氣效率,便于阻止缸內(nèi)氣流壓力。頂置式凸輪軸設(shè)計(jì),精密加工,柔性生產(chǎn),在線自動(dòng)測(cè)量及自動(dòng)補(bǔ)償?shù)鹊?,這些都為機(jī)加工生產(chǎn)及工藝安排增加了難度,向技術(shù)人員提出了更高的要求。
人們對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能要求概括為以下幾點(diǎn):⑴高的動(dòng)力性能。⑵高的燃料經(jīng)濟(jì)性。⑶高的工作可靠性和足夠的使用壽命。⑷結(jié)構(gòu)緊湊,外形小,重量輕。⑸高的環(huán)境性能,低排放,低消耗,低污染。尤其是{zh1}一點(diǎn),在近些年中得到很大的關(guān)注。由于發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)的不斷提高,其加工精度、難度也不斷增加,所以在發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)中,數(shù)控機(jī)床,精密加工機(jī)床,加工中心,自動(dòng)生產(chǎn)線,成組技術(shù)等先進(jìn)設(shè)備及技術(shù)都得到了廣泛的普及。
(二)凸輪軸的性能要求
在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)零件及機(jī)構(gòu)中,配氣機(jī)構(gòu)是非常重要的,配氣機(jī)構(gòu)必須根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)所發(fā)生的工作過(guò)程,保證正確地打開(kāi)和關(guān)閉氣門(mén)。而凸輪軸是配氣機(jī)構(gòu)中最重要、 最關(guān)鍵的零件,它決定著氣門(mén)的升程曲線和氣門(mén)開(kāi)關(guān)時(shí)刻,從而直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)排氣量,影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放。
發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)現(xiàn)在都采用氣門(mén)頂置式配氣機(jī)構(gòu),其主要原因是由于頂置式配氣機(jī)構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)能選用較高的壓縮比。其氣門(mén)可以設(shè)計(jì)的比較大,混合氣進(jìn)入和廢氣排出的必經(jīng)路程又比較短,因而頂置氣門(mén)式發(fā)動(dòng)機(jī)的容積效率比較高。另外,頂置氣門(mén)式發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的S/V比值較?。⊿/V比值是燃燒室的表面積S和燃燒室的容積V之比),這樣,不僅廢氣中未燃碳?xì)浠衔锏暮枯^少,而且發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率也較高,這在排放標(biāo)準(zhǔn)日益提高的今天是非常重要的。
在頂置氣門(mén)式配氣機(jī)構(gòu)中,除通常采用挺桿、推桿和搖臂控制氣門(mén)的形式外,還有采用頂置凸輪軸(SOHC)的。在頂置凸輪軸的發(fā)動(dòng)機(jī)中,凸輪軸置于氣缸蓋上,凸輪直接作用于搖臂或者挺桿來(lái)控制氣門(mén)。除單頂置凸輪軸外,還有雙頂置凸輪軸(DOHC)的,其中一根凸輪軸操縱進(jìn)氣門(mén),另一根控制排氣門(mén)。
這種單頂置凸輪軸發(fā)動(dòng)機(jī),由于沒(méi)有推桿和挺桿,因而減小了配氣機(jī)構(gòu)的慣性力,減少了氣門(mén)產(chǎn)成顫動(dòng)的傾向,同時(shí)也減少了系統(tǒng)的變形量。而且這種單頂置凸輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn),由于運(yùn)動(dòng)質(zhì)量小,凸輪輪廓可以設(shè)計(jì)的比較陡一些,可以使氣門(mén)能夠更快的打開(kāi)和關(guān)閉,保持更多的時(shí)間停留在全開(kāi)的位置上,改善發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣,提高容積的效率,這樣可提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能,特別是高速下的性能。
由于發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)為多氣缸多氣門(mén)設(shè)計(jì),而每一個(gè)氣門(mén)的進(jìn)氣與排氣都必須由凸輪軸上的凸輪外形控制。所以凸輪軸的發(fā)展趨勢(shì)是一個(gè)凸輪軸上排列著越來(lái)越多的凸輪,如果是三缸以下的發(fā)動(dòng)機(jī),不論是兩氣門(mén)還是四氣門(mén),排氣凸輪與進(jìn)氣凸輪還可以排在一根凸輪軸上。如果是四缸以上,則必須配備兩根凸輪軸,其中一根凸輪軸控制進(jìn)氣門(mén),另一根控制排氣門(mén)。
凸輪軸是內(nèi)燃機(jī)配氣系統(tǒng)中關(guān)鍵的零件之一,整個(gè)配氣機(jī)構(gòu)是由凸輪軸驅(qū)動(dòng)的,凸輪的設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)配氣系統(tǒng)的性能起著決定性的作用。凸輪軸剛性差、易變形;精度高,加工難度大;因此,對(duì)于凸輪軸的設(shè)計(jì)、加工、選材、加工工藝等都提出了許多要求