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第三章配气机构3.1 概述 (2)3.2 配气相位 (5)3.3 配气机构的零件和组件 (8)3.4 可变进气系统 (21)学习目标：1.掌握配气机构的组成及各零部件的结构特点；2.掌握配气相位、气门间隙；3.掌握凸轮轴的结构特点；4.掌握可变进气系统的结构类型特点。
学习方法：介绍发动机配气机构的结构及组成，通过实物教学和多媒体课件动态演示相结合，并和汽车拆装与调整实践教学相辅相承，使学生掌握各零部件的结构特点和安装要求。
学习内容：§3.1 概述§3.2 配气相位§3.3 配气机构的零件和组件§3.4 用配气相位图分析可调间隙的气门§3.5 可变进气系统学习重点：1.配气相位；2.气门间隙；3.凸轮轴的结构特点；4.可变进气系统的结构类型。
作业习题：1.影响充气效率的因素主要有哪些？2.配气机构的功用是什么？3.如何从一根凸轮轴上找出各缸的进排气凸轮和该发动机的发火顺序？4.气门弹簧起什么作用，为什么在装配气门弹簧时要预先压缩？5.挺柱的类型主要有哪些，液压挺柱有哪些优点？6.可变进气系统主要有哪几种型式？3.1 概述配气机构的功用就是根据每一气缸内所进行的工作循环和点火顺序的要求，定时打开和关闭各缸的进排气门，使新气及时进入气缸和废气及时排出气缸，使换气过程最佳。
好的配气机构应使发动机在各种工况下工作时获得最佳的进气量，以保证发动机在各种工况下工作时发出最好的性能。
发动机在全负荷下工作时，需获得最大功率和扭矩，这就要求在此工况下，配气机构应保证获得最大进气充量。
吸入的进气越多，发动机发出的功率和扭矩越大。
进气充满气缸的程度，常用充气效率 ( 也称充气系数 ) η v 表示。
即：ηv =M/Mo式中M －进气过程中，实际充入气缸的进气量；Mo －在进气状态下充满气缸工作容积的进气量。
一般情况下发动机充气效率η v 总是小于 l 的。
η v 的大致范围是：四冲程汽油机 0.7 ～ 0.85 ；四冲程非增压柴油机 0.75 ～ 0.90 ；四冲程增压柴油机 0.90 ～ 1.05 。
配气机构课程设计一、教学目标本课程旨在让学生了解和掌握配气机构的基本原理、组成及工作过程，培养学生分析和解决实际问题的能力。
具体目标如下：1.知识目标：（1）掌握配气机构的基本原理及作用；（2）了解配气机构的组成及其各部分的功能；（3）熟悉配气机构的工作过程及其影响因素。
2.技能目标：（1）能够画出配气机构的结构示意图；（2）能够分析配气机构的工作原理及性能；（3）能够运用所学知识解决实际问题。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生对配气机构的兴趣，激发学生学习热机事业的激情；（2）培养学生珍惜能源、保护环境的意识；（3）培养学生勇于探索、创新的精神。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括配气机构的基本原理、组成、工作过程及其相关应用。
具体安排如下：1.第一课时：配气机构的基本原理及作用（1）介绍配气机构的概念；（2）讲解配气机构的工作原理；（3）分析配气机构在发动机中的作用。
2.第二课时：配气机构的组成及其各部分的功能（1）介绍配气机构的组成；（2）讲解各组成部分的功能及作用；（3）分析各部分相互之间的关系。
3.第三课时：配气机构的工作过程及其影响因素（1）讲解配气机构的工作过程；（2）分析影响配气机构工作性能的因素；（3）探讨如何优化配气机构的工作性能。
4.第四课时：配气机构的应用及实例分析（1）介绍配气机构在发动机中的应用；（2）分析实际发动机中配气机构的工作情况；（3）分析配气机构在发动机性能提升中的作用。
三、教学方法为了提高学生的学习兴趣和主动性，本课程将采用以下教学方法：1.讲授法：讲解配气机构的基本原理、组成、工作过程等基本知识；2.讨论法：学生讨论配气机构在各领域中的应用及其影响因素；3.案例分析法：分析实际发动机中配气机构的工作情况，培养学生解决实际问题的能力；4.实验法：安排实验课程，让学生亲身体验配气机构的工作过程，增强实践操作能力。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的配气机构教材；2.参考书：提供相关领域的参考书籍，拓展学生知识面；3.多媒体资料：制作精美的PPT、视频等多媒体资料，提高学生的学习兴趣；4.实验设备：准备相应的实验设备，让学生能够亲身体验配气机构的工作过程。
摘要配气机构作为内燃机的重要组成部分，其设计合理与否直接关系到内燃机的动力性能、经济性能、排放性能及工作的可靠性、耐久性。
随着内燃机高功率、高速化，人们对其性能指标的要求越来越高，要求其在高速运行的条件下仍然能够平稳、可靠地工作，因而对其配气机构提出了更高的要求。
配气凸轮型线是配气机构的核心部分，配气凸轮型线设计是配气机构优化设计的重要途径之一。
模拟计算和实验研究是内燃机配气机构研究两种重要手段。
关键词：内燃机；配气机构；凸轮型线；IABSTRACTThe valve train is one of the most important mechanisms in a internal combustion engine, whether the performances are good or bad, that affecting the power performance, economic performance, emissions performance of the engine, as well as affecting the reliability and wear performances of the whole engine. Along with the requests of the engine’s high power, super-speed, people demand a higher index. That is, when the engine runs under a high speed, it can still work steadily and dependably, which demand that the valve train system should have a high performance. Cam profile is the hard core of the valve train, which design is one of the important ways to carry out valve train optimal design. Simulation calculation and experimentation research are two important ways to carry out research and development on valve train of internal-combustion engine.Key words:Internal combustion engine; Valve train; Cam profile;II目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章绪论 (1)1.1 概述 (2)1.2 配气机构的研究历程 (3)1.3配气机构优化设计的目的及意义 (3)1.4配气机构采用的新技术 (4)1.4.1顶置凸轮轴技术 (4)1.4.2 多气门技术 (5)1.4.3 可变气门正时配气机构 (6)1.5本章小结 (6)第2章配气机构的总体布置 (7)2.1 气门的布置形式 (7)2.2 凸轮轴的布置形式 (7)2.3 凸轮轴的传动方式 (7)2.4 每缸气门数及其排列方式 (7)2.5 气门间隙 (8)2.6 本章小结 (8)第3章配气正时的工作原理 (9)3.1配气正时的介绍 (9)3.2工作原理 (9)3.3本章小结 (10)第4章配气机构的零件及组件 (11)4.1 气门组 (11)4.1.1 气门 (11)4.1.2 气门座圈 (16)4.1.3 气门导管 (16)4.1.4 弹簧设计计算 (17)4.2 气门传动组 (22)4.2.1 凸轮轴 (22)III4.2.2 凸轮型线设计 (22)4.2.3 缓冲段设计 (24)4.2.4 凸轮轴进排气凸轮角度设计 (25)4.2.5 基本段设计 (25)4.2.6 曲轴正时链轮与凸轮轴正时链轮 (27)4.2.7 挺柱 (27)第5章正时链设计方法 (28)5.1汽车链服役条件及失效形式 (28)5.1.1汽车链的服役条件 (28)5.1.2汽车链的失效形式 (28)5.2汽车链的选择 (29)5.3汽车链传动系统设计 (30)5.4本章小结 (34)结论 (34)致谢 (35)参考文献 (36)附录三维建模过程及部分渲染图片 (38)IV1第1章绪论1.1 概述配气机构是发动机的重要组成部分。
它的功能是实现换气过程，即根据气缸的工作次序，定时地开启和关闭进、排气门，以保证气缸吸入新鲜空气和排除燃烧废气。
一台内燃机的经济性能是否优越，动力性是否足够大，工作是否可靠，噪音与振动能否控制在较低的限度，常常与其配气机构设计是否合理有密切关系。
配气机构设计的优劣不仅影响发动机的结构紧凑性和制造、使用的成本，而且还决定了高速运转时柴油机的工作可靠性、耐久性。
配气机构设计的好坏对柴油机的性能指标有着很重要的影响。
配气机构的功用是按照发动机每一气缸内所进行的工作循环和发火次序的要求，定时开启和关闭进、排气门，使新鲜充量得以及时进入气缸，而废气得以及时从气缸排出。
新鲜充量充满气缸的程度用充量系数 c来表示。
充量系数越高，表明进入气缸内的新鲜空气或可燃混合气的质量越多，发动机发出的功率越大。
压力越高，温度越低，则一定容积的气体质量越大，因此充量系数越高。
由于在实际工作中，压力，温度都有不利因素，所以充量系数总是小于1，一般在0.8—0.9。
就配气机构而言，主要是要求其结构有利于减小进气和排气的阻力，而且进、排气门的开启时刻和持续开启时间比较适当，使进气和排气都尽可能充分。
一般说来，设计合理的配气机构应具有良好的换气性能，进气充分，排气彻底，即具有较大的时间-断面值，泵气损失小，配气正时恰当。
与此同时，配气机构还应具有良好的动力性能，工作时运动平稳，振动和噪音较小，不发生强烈的冲击磨损等现象，这就要求配气机构的从动件具有良好的运动加速度变化规律，以及不太大的正、负加速度值。
例如，对气门通过能力的要求，实际上可理解为是对由凸轮外形所决定的气门位移规律的要求。
显然，气门开闭迅速就能增大时面值，但这将导致气门机构运动件的加速度和惯性负荷增大，冲击、振动加剧，机构动力特性变差。
因此，对气门通过能力的要求与对机构动力特性的要求之间存在一定矛盾，应视所设计发动机的特点，如发动机工作转速、性能要求、2配气机构系统刚度大小等，在凸轮外形设计中兼顾解决。
配气机构的结构形式是多种多样的，四行程发动机广泛地采用气门式配气机构。
气门式配气机构可从不同角度分类。
按气门的布置形式不同，主要有气门顶置式和气门侧置式；顶置气门式的配气机构又可根据凸轮轴的布置位置及凸轮轴数目的不同分为凸轮轴下置式、凸轮轴中置式和凸轮轴上置式。
侧置气门式配气机构的进、排气门设置在气缸体的一侧。
气门不但是气体流动的通道，而且是燃烧室的组成部分，这种燃烧室只适应于早期低压缩比内燃机。
它不紧凑，单位燃烧室体积的表面积大，燃烧室散热面积大，热损失多。
此外，进、排气道由于气门侧置拐弯增多，进、排气阻力大，但结构简单，目前只用于廉价小功率汽油机。
为减少进、排气流通阻力，改进换气性能，将低压缩比燃烧室变为高压缩比燃烧室，以提高燃烧热效率和降低热损失;将气门从气缸体上移到气缸盖上，因而出现了顶置气门式的配气机构，大大的改善了内燃机的动力型和经济性而广泛采用在现代内燃机上。
1.2 配气机构的研究历程作为发动机的重要组成部件，配气机构的研究内容从最初单纯的凸轮经验设计，发展到常将配气机构传动链当作完全刚性物体只进行运动学计算，再发展到了整个配气机构的运动学与动力学的综合研究。
国外自20世纪初就有许多学者开始进行这方面的深入研究；相比而言，国内则起步较迟，20 世纪70 年代起才开始全面研究凸轮设计与动力学分析，研究的重点放在凸轮型线设计、多质量动力学研究方面。
电子计算机的采用和测试技术的发展为配气机构动力学的研究开辟了新途径。
利用电子计算机进行多方案的选择, 并预测配气机构动力学的性能已经成为有效而节省的手段。
目前，国际上已有各种配气凸轮设计软件，国内也出现了一些类似的软件，这些软件在速度与计算精度上都有所提高。
1.3配气机构优化设计的目的及意义目前，随着人们生活水平的提高，汽车、摩托车日益成为人们生活当中重要交通工具，对机械产品的需求量是越来越大，产品质量要求是越来越高。
同时，随着科学技术的发展，机械产品与设备也日益向高速、高效、3精密、轻量化和自动化方向发展。
产品的结构也日趋复杂，对其工作性能的要求也越来越高，为使产品能够安全可靠地工作，其结构系统必须具有良好的静动态特性。
同时，设备在工作时产生的振动和噪声，会损害操作者的身心健康，污染环境。
因此必须对机械产品进行动态分析和动态设计，以满足机械结构静、动态特性与低振动、低噪声的要求。
这一切都要求工程师在设计阶段就能精确的预测出产品或工程的技术性能，需要对结构的静、动力强度以及温度场等技术参数进行分析计算。
为了在工程应用中节约成本、提高设计效率、缩短设计周期，很多厂家已经把前期的软件模拟作为检验设计成败的一个关键步骤。
发动机在车辆中是动力部件，其性能直接影响车辆在使用中的工作状况和可靠性。
发动机的发展向着大功率轻重量的方向发展，使得其刚度不断减少，从而加剧了发动机的振动和结构噪声，这类振动将直接影响发动机的寿命。
因此对发动机必须进行动态设计与分析，把动态特性作为设计的重要目标。
配气机构是发动机的重要组成部分，发动机配气机构，经常处在高温、高压下工作，因此气门机构是发动机最容易发生故障的零部件之一。
而配气机构性能的好坏, 直接影响到发动机的经济性、可靠性, 并对发动机噪声与振动产生直接影响。
1.4配气机构采用的新技术配气机构的作用是根据内燃机工况的需要适时适度地开闭进排气门，对气缸进行换气。
目前广泛采用的是气门—凸轮式配气机构，它具有保证气缸密封性的优点。
气门—凸轮式配气机构按气门布置分侧置气门和顶置气门机构。
现代发动机配气机构采用的技术主要有以下三方面：顶置凸轮轴技术，多气门技术，可变配气定时及气门升程技术。
1.4.1顶置凸轮轴技术顶置气门配气机构，内燃机的充气系数较高，燃烧室比较紧凑，内燃机有较好的性能指标，是侧置气门机构所不能达到的，故侧置气门机构已被淘汰。
顶置气门配气机构又由凸轮轴的放置位置分成凸轮轴下置型和顶置凸轮轴型。
绝大部分发动机采用凸轮轴下置型，但这种机构高速运转时产生4较大的惯性力和振动及噪声，消耗较大的动力。
目前的趋向是把凸轮轴放在气门上方，省去了推杆、挺柱，称顶置凸轮轴型(OHC)；还有些机构将顶置凸轮轴放在气门室罩里，凸轮直接作用于气门上，这种机构省去了摇臂，高速时气门工作良好，零件惯性力极小，工作平稳。
