毕业设计__配气机构的设计讲解

毕业设计说明书配气机构的设计姓名 :所属院校：专业 :班级 :学号 :指导教师：配气机构的设计【内容摘要 】气门配气机构是四冲程柴油机所特有的机构，它是按照发动机的点火次序和各缸工作循环的要求，定时开启和关闭进、排气门，完成换气过程。因此配气机构要满足：进、排气的定时和准确；气门关闭要严密可靠；气流阻力要小；结构简单拆装方便。气门配气机构由气门组、 气门传动组、 凸轮轴传动机构三部分组成。气门组主要由：气门、阀座、气门导管、气门弹簧和连接键组成， 195B 型柴油机采用不带阀壳气门组气门的开启和关闭是靠传动机构来实现的，传动机构可分为机械和液压传动机构。195B 型柴油机采用下置式传动形式，由凸轮、挺柱、推杆、摇臂、摇臂座、摇臂轴、调整螺钉等组成。凸轮轴与曲轴之间的传动机构与柴油机的型式、凸轮轴与曲轴的相对位置、 气门传动机构的型式等有关， 一般有齿轮传动和链传动。 195B 型柴油机采用齿轮传动，柴油机曲轴与凸轮轴的传动比为 2：1.配气机构控制发动机进排气过程 , 直接影响着发动机的性能，是衡量发动机可靠性的指标之一 .本组 成 员：杨尚俊寇志奎伍立资料 准 备：杨尚俊寇志奎伍立测绘、制图：杨尚俊说明书定制：寇志奎伍立校审：杨尚俊寇志奎伍立目录概述1、配气机构的功用. . . . .62、配气机构的设计要求. . . .63、配气机构计算参数的确定. .7一、凸轮轴的设计：1、凸轮轴的设计要求 . . .72、凸轮轴的结构 . . .73、凸轮轴的选材 . 74、凸轮轴的支承轴颈轴承的材料 . 75、凸轮轴的定位方式 .76、凸轮轴的最小尺寸定位方式.77、凸轮轴的热处理工艺88、凸轮轴的损坏形式89、凸轮轴的计算9二、凸轮的设计1、凸轮设计的要求 . .102、凸轮基圆设计 .11基圆半径的确定 .13凸轮位置的确定13配气相位与凸轮的作用角.14凸轮顶部的圆弧半径14三、挺柱的设计1、挺柱的结构 . .102、挺柱的材料 .153、平面挺柱导向面与导向孔之间挤压应力的计算164、平面挺柱的最大速度165、凸轮与挺柱间接触应力的计算17、挺柱导向面直径d r与长度Lr按照下面的公式确定186.7、挺柱头部球面支座的设计 .198、凸轮和挺柱的主要损坏形式及其预防.19四、推杆的设计1、推杆的功能 . . 202、推杆的材料 . . . .203、推杆的结构形式 .204、尺寸设计 .205、推杆稳定性安全系数的确定 .206、推杆球头与挺柱球面支座，推杆球头与摇臂调节螺钉球面支座间接触应力的计算 .21五、摇臂的设计1、摇臂的工作原理 . . 222、摇臂的结构 . . .223、摇臂比 . . . .224、摇臂润滑 . . 225、摇臂的定位 .236、摇臂的材料 .237、摇臂与气门杆顶面间接触应力的计算.23六、气门组的设计1、气门的设计 . 251）气门设计的基本要求 .252)气门的工作条件分析 .253）气门材料的选择 .264）气门头的设计 .275）气门杆的设计 .292、气门旋转机构的设计 . 303、气门座圈的设计 . 304、气门导管的设计 .325、气门的主要损坏形式和预防措33七、气门弹簧的设计1、气门弹簧的设计要求 . 342、气门弹簧的作用 . 353、气门弹簧的工作条件 .354、气门弹簧的结构 . . . 355、气门弹簧的选材 . . .356、气门弹簧特性曲线与气门惯性力曲线的配合 . .367、气门弹簧的有关计算 . . 371）弹簧的最大弹力 .372）弹簧最小的弹力 . 383）弹簧的刚度 .384）弹簧变形 .38.5）内、外弹簧之间的负荷分配 .396）内外弹簧的刚度 .397）弹簧的尺寸 .408、提高气门弹簧疲劳强度的措施42.参考文献 .43致谢 .43配气机构的设计概述1、配气机构的功用：是完成换气过程，根据发动机气缸的工作循环次序，定时地开启和关闭进、排气门，不断的用新鲜的气体来气缸内上一循环的的废气。2、配气机构的要求：对于一个正常工作的配气机构应该具有如下的要求： 进、排气门的时间足够大，泵气损失小，配气正时恰当，在排气过程中能较好的排出废气， 进气过程中能吸入较多的新鲜空气， 因而使发动机具有较高的充量系数和合适的扭矩特性。振动、噪声较小，并且工作可靠和耐磨。结构简单、紧凑。为了减轻惯性负荷，使配气机构运动零件的质量减到最小。3、配气机构设计的计算参数确定：从确定气门座处的通过截面Fxn以及确定喉口流通截面frop开始。气阀处的流通截面积根据气体不可压缩连续流动的条件确定， 也即在额定转速况，气门最大升程时，按气门座截面处假设的平均速度来确定。I 情已知：气缸直径D=95，气道喉口的最带直径，在气缸直径D，配气机构的结构方案以及燃烧是的形式都已给定的情况下，气门布置在气缸上可能性的限制。进气门drop 的数值应大于下列规定的范围：采用气门顶置式：drop( 0 . 35 0 . 52 ) D ，则可以得到：drop(33 .25 44 .9) ，根据柴油机的 195B 的结构，选择 drop=36mm,排 气门 的气 道喉 口的 直 径， 通常 取得 比进 气门 的气道喉 口直 径小10%20%，气阀升程 h 时，某研究瞬间具有圆锥密封面之气门的流通截面为：F k nh k nd r o *pc o ass i na c o 2sa 式中 a气门头斜面角（现代发动机上， a=45 度); hkn 气门的升程，它的取值一般是气门头的 25%左右，气门头的直径是 40.mm，则：h k n=10mm所以 :fkn = Fknhkn drop * cos a sin a cos 2 a=10（35*COS45+10*Sin45*Cos45)=865mm对 drop 进行校核： Frop=（1.11.2） Fxn=(1.11.2)x865=(951.51038) 取 1000mm喉口的直径为：drop = 4Frop / 3.14x10=36mm喉口的直径经过检验取值正确。一、凸轮轴的设计1、凸轮轴设计的要求：1）正确的设计进排气凸轮的位置，实现配气正时，使柴油机正确的按照一定规律运转。2）从柴油机的总体布局来设计凸轮的允许弯曲变形，合理的计算出支撑它的轴颈数目，轴颈的直径、和凸轮轴的最小直径尺寸。3）选择合理的材料和热处理工艺，使它不仅有足够的刚度与韧性，而且要使凸轮和支撑轴的表面有合理的硬度，具有较好的耐磨性。2、凸轮轴的结构：195B 柴油机是小功率柴油机， 可以采用整体式凸轮轴， 它的结构较紧凑，这种结构都是将凸轮轴从机体一端插入的， 所以将它的两个支撑轴颈加工的尺寸大小是不同， 前端的支撑轴颈尺寸大， 后端的小些， 而且前端轴颈的尺寸必须大于凸轮轴的高度，这样便于安装。轴颈上安装滑动轴承。3、凸轮轴支承轴颈的数目：由于该柴油机是单缸四冲程发动机，不必将支承轴颈设计的过多，只是将凸轮轴的前后端各设计一个就已经足够了，所以将该轴颈数目为2 个。4、凸轮轴的选材：因为凸轮轴要承受一定的机械强度，必须要有足够的强度和韧性，同时还应具有一定的耐磨性， 才能让发动机在正常的工况下工作， 选择碳钢， 一般选择 45 钢就可以满足要求了。5、凸轮轴的支承轴颈轴承的材料：195B 柴油机经过查表得知， 采用铁基粉末冶金， 它是将它直接安装在凸轮轴轴承座孔内，它的型号： 195 01018内径外径宽度前端404727后端2835266、凸轮轴的定位方式：定位的原因 : 由于汽车的上下坡或者在加速的时候，都可能使凸轮轴发生轴向窜动。为防止由此引起的对配气定时的不良影响，需要采用轴向定位措施。对也 195B 型柴油机的采用的是轴向定位方式。7、凸轮轴的最小直径确定：凸轮轴的最小尺寸可以按照下面的公式：Db=2Ro（ 24）（mm）上式中的 Ro 是凸轮的基圆半径，由表可知： Ro=14.5 Db=2Ro（ 24） =2x14.5（ 24）=（2527）当转速较高时，支承轴颈间距离较大、凸轮上受力较大时取上限值。 凸轮轴支承轴颈与轴承孔德径向间隙一般在 0.020.03mm，范 围内 ，轴 向间 隙为0.010.25mm。8、凸轮轴的热处理工艺：a 渗碳；b 渗碳；c 机械加工；d 高频淬火（回火）； f 机械加工；9、凸轮轴的损坏形式：（1）支承轴颈的磨损。（2）凸轮表面的磨损、刮伤和点蚀。10、凸轮轴的计算：根据 气 门弹 簧和 配气 的 计 算 的： 配气 机构 运 动零 件的 质量Mkn=115g，Mn=75gMr=0/Mmr=0和 Mn=120g，凸轮的尺寸 Ro=14.5mm，R1=138R2=8.3mmHtmax=7mm摇 臂 的 尺 寸 ： Lr=46L=32凸 轮 轴 的 角 速 度 =115rad/s弹簧的最小弹力是P=239牛顿，进气么的喉口直径d=36mm。从排气门作用到凸轮上的最大的力为：Prmax=Pnp min + d n2/4 （Pr p"r ）Ln/Lr+Mrw2x （ r1 r2 ）=239+3.14*0.33 /4x （0.4450.1）x 10 6 x46/32+374x1152 x（ 13814.5） x 106 =2539牛顿注： 式中的 d a =36mm为排气门的直径d ba =42mm为进气门的直径Pr 0.445兆帕，是由指示功图而确定pr p0 =0.1兆帕Mr= （ mnk + mnp /3 ）x （ l nr / lr ) 2 +99=374gmn = mk l kn2 /3 lr2 =120x462 /3x 322 =81g凸轮轴的弯曲量：Ptmax a2b22417* 262* 692Y=0.8 El (d p40.8p4 )2.2 * 105 * 95* (324 104 )=0.0003mm式中E=2.2* 105 兆帕钢的弹性模量 ;L=a+b=26+70=96mm-凸轮轴跨距长度根据结构总体布置来取：2r0 2 2 * 14.5 2 32mm轴的外径-p 10mm轴的外径，选取时要考虑利用轴的外径向凸轮供给润滑油和保持轴具有足够的刚度。挤压应力：cm0.418 Pr m a xE / bn r1=0.4180.002417* 2.2 * 106 / 0.025* 0.0572=255兆帕式中：bn =25mm凸轮的宽度二、凸轮的设计虽然瞬时的打开和关闭气门能够获得最大的时间截面， 但是这样做会使零件产生很大的惯性力。 因此在设计配气机构时选用这样的凸轮型线， 使它保证可以有足够的气缸冲量的同时，同时也保证运动零件的惯性力数值在允许的范围内。1、凸轮的设计时应该满足以下的要求：1) 具有合适的配气相位。它能照顾到发动机功率、扭矩、转速、燃油消耗量、怠速和启动等各方面的性能要求。2) 为使发动机具有良好的充气性能，因而时间面积值应尽可能大些。3) 加速度不宜过大，并应连续变化。4) 具有恰当的气门落座速度，以免气门和气门座的过度磨损和损坏。5) 应使配气机构在所有工作转速范围内都在平稳工作，不产生脱离现象和过大的振动。6) 工作时噪声较小。7) 应使气门弹簧产生共振的倾向达到最小程度。8) 应使配气机构各传动零件受力和磨损较小，工作可靠，使用期长。上述这些要求往往相互矛盾，必须根据发动机的具体情况要求，抓住主要矛盾，协调各种因素，妥善解决。凸轮线性通常根据所选的线型形成规律做出， 这样保证制造比较简单的凸轮线形。2、凸轮的基圆设计：凸轮型线从基圆开始绘制， 从保证配气机构有足够刚性的条件出发选择它的基圆半径 R，其值在 R= （1.52.5）xhn max 范围。基圆半径： R=(1.52.5)x10=1525对与 195B 柴油机取14.5mm。105B 柴油机的配气相位角根据手册可以得到：进气提前角190进气滞后角490排气提前角047排气滞后角210凸轮的布置：（进排气的夹角）9001ra4=90+1/4（47-21+49-19）=104配气相位与凸轮的作用角： =0.5 （180 a1 a2 )式中分别为进排气的提前开启角、进排气的滞后关闭角。 =0.5（180a1 a2 )= 0.5 * 1080 190 210= 1100 凸轮顶部的圆弧半径：rr0hr max *cospo21cospo=7 *cos 620=14.5cos 6201=8.3a(r0hr maxr2 ) mmro2a2r222roa cos por12 rr2a cosa po0222= 14.514.578.32 * a * cosa / 2(r0r2a cosa)=138为了保证气门的间隙，凸轮的背面部分的半径r0 加工的比 rk 小一个间隙s: rn ro sos 值中包括了配气机构的温度间隙及弹性变形量。对于进气s = （0.250.35）mm ，而排气门则 s = （0.350.50 ）mm 。半径为 r 的圆与半径为 r1 的圆弧或者与直线（ r1= ）的接合，可以按抛物线或者按某给定半径的圆弧连接。三、挺柱的设计1、挺柱的结构：挺柱的功能是按凸轮的运动规律推动传动机构， 同时承受凸轮的侧向压力。特别是挺柱的底面， 由于和凸轮表面接触的面积很小， 接触应力很大， 表面磨损很大，甚至可能刮伤，因此挺柱侧面以及底面要求耐磨。形状是筒型，这种结构可以减轻它的质量， 从而达到减小它的往复惯性力。 它的这种结构同时也保证凸轮轴在旋转时， 挺柱底面所受的偏心切向力使挺柱产生旋转运动， 保证工作表面的磨损时很均匀的挺柱的轴线相对于凸轮的轴线的偏移量为 13，而 195B 柴油机的偏移量为 2mm。对于 195B 柴油机采用的是平面挺柱，它的特点是结构简单，质量轻。对于高速发动机也是比较适合的。2、挺柱的材料：挺柱一般用的是低碳钢底部堆焊合金， 或者铸铁底部采用冷激， 或球墨铸铁制造，其摩擦表面应经过热处理提高硬度后精磨。 挺柱的材料和底面的硬度是和凸轮轴材质及凸轮表面的硬度相匹配的。对与 295B 柴油机的是 20 钢制造，底部堆焊合金，热处理的硬度 HBC55。凸轮轴的材料为 45 钢，凸轮表面淬火处后，硬度为 BRC5465。3、平面挺柱导向面与导向孔之间挤压应力的计算：最大挤压应力 kmax 按下式计算：k6mm a xkgf / mm2m a xdr l 2上式中： dl 挺柱导向面直径（mm）；L在凸轮的计算位置是，挺柱插入导向孔中的长度（mm）；mma x作用在凸轮上的最大力矩k m a x6 m m a x kgf / m m2d r l 2= 6* 448 kgf / mm216* 6.52=39.36kgf2m m4、平面挺柱的最大速度：平面挺柱最大速度受限于推柱端面直径D t ，依据平面挺柱的凸轮机构运动学可知，挺柱 与凸 轮的 接触 点偏移量e 与挺柱速 度 vr 成正 比：v rewednrd因此，如挺柱端面直径Dr35mm ， 由发动机的总体布置决定，则确定挺柱的dht最大速度（dmax时，必须保证凸轮与平面挺柱不产生干涉，为此满足22dhtmax emaxDta Bd22e( Dt/ 2) 2a B / 2 2m a x( 35 / 2 ) 222 14 / 2 1 2306 .25811 2224 .251 213 14m / s5、凸轮与挺柱间接触应力的计算：平面挺柱接触应力r 的计算：Fr 0 5 6 5B 1 ur21ue2ErEe式中：F作用在凸轮上的力（ kgf）;凸轮廓线瞬时曲率半径（ mm）；B凸轮与挺柱底面间的接触线宽度（mm）；ueur 分别为凸轮材料与挺柱材料的泊松比；EeEr 分别为凸轮材料与挺柱材料的弹性模量（kgf/mm ）以上 ue 或 ur 当使用的材料为铸铁可取做0.27，材料为钢材是取0.30。弹性模量经过查表可知 :碳钢： 2.0x104 （kgf/ mm2 ）如使 ur ue0.30 并将此值代入公式中泽可以简化：r 0565Fkgf / m m 211BE eE r0.5924.611p * 182.0 * 10 42.0 * 10 45.67x1066、挺柱导向面直径dr 与长度 Lr 按照下面的公式确定：d r =(0.150.20）D（ mm）=（ 0.150.20）*95=(14.2519)取 16mm式中D气缸直径 (mm）Lr =（ 3.03.5） dr（mm）=（3.03.5)*16=(4859)mm根据 195 的结构取 d r =58mm挺柱导向面直径与挺柱孔间的径向间隙一般在0.020.08mm的范围内。7、挺柱头部球面支座的设计：挺柱头部加工有凹形的球面支座，它是支撑推杆球头的。在这种球头与球面支座的配合副中， 为了再两者之间形成楔形油膜，球面支座半径 r2 应比推杆的球头半径略大，但 r2 与 r1 也不应相差过大，否则将使接触应力剧增，一般r2r10.2 0.3mm ，如图：8、凸轮和挺柱的主要损坏形式及其预防：一、表面刮伤刮伤的原因：由于凸轮和挺柱让润滑情况恶化引起的。防止的方法： 1、改善润滑：（1）保证在凸轮与挺柱面间经常供给黏度、成分、温度和数量均匀合适的润滑油； （2）采用具有特殊添加剂的润滑油； （3）使凸轮与挺柱的接触面光洁度尽可能的高一些； 2、降低接触应力：（ 1）尽量减轻配气机构的往复运动质量； （2）增加凸轮的刚度 ;(3)采用弹性模量较小的但有较高硬度和强度的金属作为凸轮和挺柱的材料。 3、表面磷化处理。 4、凸轮、挺柱的化学成分及其金相组织的选择适当。 5、采用热导性好的材料。二、表面蚀点发生的主要原因：点蚀是金属的疲劳过程。预防的措施： 1、改善润滑； 2、降低接触应力； 3、降低残余应力；4、材料的化学成分和金相组织； 4、采用热导性好的材料 6、材料内部应尽量减少气泡。夹渣等缺陷。 7、提高材料的抗疲劳强度和抗腐蚀能力。三、表面磨损凸轮磨损有两种情况：（1）是一个缓慢的抛光过程，最后形成一个硬而光滑的摩擦表面。这种抛光的过程常开始于凸轮廓线零加速度的位置，而止于凸轮廓线的顶端之前，顶端不会被磨平。 （ 2）随着时间逐渐或迅速磨损下去，直至影响发动机的性能。不正常的迅速磨损，严重者则在几个小时内即可将凸轮定磨平。四、推杆的设计1、推杆的功能：把凸轮的运动从凸轮轴传至顶置气门处，完成发动机的配气。2、推杆的材料：45 钢。3、推杆的结构形式：它是一个细长杆， 在工作时容易发生纵向弯曲， 它是配气机构中刚度薄弱的环节。在 195B 型柴油机上是采用冷拔无缝钢管（或铝制空心管）制造。采用冷拔无缝钢管可减轻它的质量， 减小往复惯性力。 此外，缩短推杆的长度是减轻质量，提高纵向弯曲应力和整个配气机构刚度的有效办法。4、尺寸设计：根据 195B 柴油机的结构，它的长设计为 291mm ，外径 9mm，球头半径 4.5mm。才可以满足其要求。5、推杆稳定性安全系数的确定推杆的纵向弯曲按下列计算：Prp2 Ejl 2k g f3.142 * E*1.19* 106=33022.5x105 kgf式中： P作用于推杆上的临界力；E推杆材料的弹性模量；J推杆中央横断面的惯性力；J2dm2d f643.14 / 64 9 4541.19 x10 6m m2d f 推杆的外径dm 空心推杆的孔径L推杆的长度P xpn pP p=2.5x105 /46.25x105式中Pt作用在推杆上的最大作用力对于各种用途的发动机，np 在如下的范围：（1）、高功率轻型发动机，np =2.53(2)、汽车拖拉机发动机。高速船用发动机，np =35（3）、固定式和船用发动机np =466、推杆球头与挺柱球面支座，推杆球头与摇臂调节螺钉球面支座间接触应力的计算：接触应力按下面的公式计算：1221r 0.3383 Pp Emrr21252110.3383 2.5x10Em4.55= 180 kgf / mm2式中p p 作用于推杆上的最大作用力（kgf）Em挺柱与推杆两种材料的平均弹量kgf / mm2r1 推杆的球头半径（ mm）r2 挺柱球面支座的半径（mm）对于各种用途发动机的许用接触应力r如下：(1)汽车拖拉机发动机，r=150200 kgf / mm2（ 2）固定式和船用发动机，r=100120 kgf / mm2五、摇臂的设计1、摇臂的工作原理：摇臂是推杆和气门之间的传动件， 它是推杆传来的力改变方向后作用于气门尾部以推开气门。2、摇臂的结构：摇臂的几何尺寸决定于气门和凸轮轴的相对位置。 为了获得较轻的质量刚性好的结构，往往才有 T 字型的或者 I 字型的断面。 195B 柴油机采用的就是 T 字型摇臂断面。3、摇臂比：摇臂有长、短臂之分，长短之比成为摇臂比，其值在1.6 左右。长臂推动气门的杆端， 短臂端螺孔中装有气门间隙调节螺钉和锁紧螺母， 气门间隙调节螺钉的球头与推杆上端凹球端头 接触 ， 195B 柴油 机的 摇臂 比：46/32=1.43。4、摇臂润滑：摇臂依靠摇臂轴支撑在摇臂支座上， 摇臂上钻有油孔，摇臂轴为中空型，机油由支座油道经摇臂轴内腔润滑到摇臂的衬套， 然后从摇臂上油道上流出， 滴落在摇臂两端进行润滑。5、摇臂的定位 ：摇臂轴上两摇臂间装有摇臂弹簧，一防止摇臂轴向窜动，从而保证各摇臂相对气门杆的确定位置。在 195B 柴油机上，采用的是用摇臂支座将两个摇臂分开，并且在两边缘处用卡簧将其锁紧。6、摇臂的材料：所采用的材料是 QT602 摇臂在与气门的尾部接触时既有滚动又有滑动，所以对材料的要求是要耐磨， 为了防止磨损影响正常的配气相位， 故该表面要求淬火热处理的工艺。7、摇臂与气门杆顶面间接触应力的计算：r3 PeEm220.3382kgf / mmr2.5x105 Em20.338382420 kfg/ mm2式中Pr 气门杆顶面上的最大作用力（kgf ）；R摇臂敲击部分的球面半径（mm）；摇臂与气门顶面间的许用接触应力：r450 kfg/ mm2 。摇臂断面 A-A 中的总应力为：（如图）P aP cosa1GWAFAkgf / mm21800* 51800* cosa1WA25=400 kgf / mm2式中Pr 气门上的最大作用力；Wa 气门侧摇臂计算断面的断面模数；FA 气门侧摇臂断面的面积；A1从计算断面重心到作用力的垂直距离A2作用力的垂直线与计算断面A-A 的夹角；断面 B_B 中的总应力：P aP c o as1GWAkgf / mm2FA1900* 51900* cosa1WA25=420 kgf / mm2式中Pr 气门上的最大作用力；Wa 气门侧摇臂计算断面的断面模数；FA 气门侧摇臂断面的面积；A1从计算断面重心到作用力的垂直距离A2作用力的垂直线与计算断面A-A 的夹角；上述应力c 的许用值c如下：（1）铸铁：r2 .5 kgf/ mm 2（2）锻造碳钢：r10 kgf/ mm 2（3）锻造合金钢：r20 kgf/ mm 2(4) 铸钢：r5 kgf/ mm 2（ 5）轻合金：r2.0kgf/ mm 2对于 195B 柴油机选择（ 4）式中的 r5 kgf / mm 2 。六、气门组的设计一、气门的设计：1、气门设计的基本要求：材料方面：气门的工作温度是确定气门材料的主要因素。 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。由于排气呢锥面磨损常为腐蚀磨损，因此在选择材料时候必须考虑化学腐蚀（主要是硫和磷）的性能。进气门锥面多属磨损摩擦，因此进气门侧重耐磨。机构方面要求结构简单、加工方便，且颈部形状也要恰当，以便减少气体的流动阻力，增加其进气冲量。在保证足够的强度、刚度和耐磨性的前提下的重量选择。 尽可能的降低热负荷，是气门设计的一个重要方面 。排气门是气门组中的高温零件， 气门头部 75%左右的热量经气门座导出， 25%的热量经气门导管导出，因此，气门的设计应与气缸盖的设计密切配合，气门座周围必须加强冷剂，并使温度尽量均匀。此外，如结构允许，尽量增加导管的长度，适当减小气门杆与导管的间隙，以减低气门的温度。 气门室配气机构从凸轮开始的整个运动链中的末端零件 。它的运动受到凸轮廓线、挺柱、摇臂、气门弹簧等零件特性的制约，因此气门的设计还必须从整个配气结构来考虑分析， 要避免气门在落座时承受过大的冲击和振动， 因为在这些机械负荷也是造成气门及气门座磨损的原因之一。2、气门的工作条件分析：气门室发动机的重要零件之一。工作时需要承受较高的机械负荷和热负荷，尤其是排气门，由于经常高温燃气的冲刷，因而易于产生漏气。腐蚀与烧损等现象，工作条件也更为严酷。气门工作时承受落座冲击负荷及燃气压力给以的静负荷， 这种静负荷一般在4 kgf / mm 2 左右，而冲击负荷一般为 11.6kgf / mm 2 左右；气门的工作温度：进气门约为200450 度，而排气门则可达 650850 度，甚至更高，下面是195 B 柴油机的排气门的温度场。3、气门材料的选择：气门材料的选择必须考利到它的工作温度、 腐蚀、冲击载荷以及气门杆部与端面的耐磨等因素。 而且进、排气门的对材料的要求也是不同。 因为进气门的温度要低一些，排气门的温度要高些。就 195B 发动机的选材：进气门的材料用 40Cr；排气门的材料用 40Cr9Si2。气门选择材料的方法：（ 1）马氏体钢 一般气门中采用铁素体合金钢，气碳含量在 0.350.80%之间，经淬火后可得到马氏体组织以上耐磨的要求，这种材料的机械性能加工性好，滑动性好，在工作温度超过6500 c 的排气门上广泛应用，如 4crsi2.、 4Cr10Si2Mn 等。但在强化程度较高的发动机上，由于热负荷和机械负荷高，因而对气门锥面的耐磨、耐腐蚀性能提出更高的要求，这时，可采用堆焊气门， 这是一种头部采用奥氏体钢， 杆部采用马氏体钢的气门。 可用摩擦焊或闪光焊来堆焊。 堆焊气门设计的关键是正确地焊接部位。 应从以下两个方面来考虑： 1）界面处应在气门头部应力区之外并离颈部顶圆弧中点附近的热点较远； 2）耐热性较差的杆部材料不要受到高温燃气的侵蚀；焊接的部位以选在气门全开时界面与导管下端相齐或略高为宜。（2）奥氏体钢 这类钢在常温和工作温度下基本上全是奥氏体组织， 不能淬硬。它的高温强度好，耐腐蚀性好、奥氏体钢用做高功率柴油机的排气门，其最高工作温度允许达870 0 c 。国产奥氏体钢4Cr14NiW2Mo 广泛用作机车和大型载重汽车的柴油机排气门。国产常用气门钢的化学成分以及机械性能见下表：除表列的气门钢之外，我国还试制了新的气门钢种，如 TF3,奥氏体钢，这种钢在机械性能和耐磨性能方面超过了 4Cr10Si2Mn 从而逐步形成了国产排气门钢系列。当气门锥面仅耐磨蚀及耐磨性不能满足需要时可采用堆焊。 堆焊钱先把气门锥面加工出半圆形环槽，槽的深度由实验选定，注意不要过分削弱气门本体强度，然后再堆焊金属焊上。焊接方法有手工焊、等离子焊高频冷凝焊等。为了使奥氏体钢气门杆端面耐磨也可采用堆焊或焊上一小段马氏体钢。用作柴油机排气门和增压柴油机进气门堆焊的材料，目前多数是钻基硬质合金，其材料成分：4、气门头的设计：（1）气门头部的形状：气门头部的形状除了影响气体的流通特性之外，还会影响到气门的刚度、重量、导热性能以及制造成本等，同时也关系到气门的使用期限。因此根据不同发动机的不同情况进行具体的分析，然后确定合理的方法。根据 195B 柴油发动机的结构采用平底型气门。 因为这种气门的结构简单、 工艺性好、 受热面小，具有一定的刚度， 基本上式满足进排去的要求。 这种型号在各类柴油机得到了广泛的运用。下图是平底型气门的示意图：（ 2）气门头部的直径：增大进、排气流通截面是减少进、排气阻力，提高进气量的途径，同时气门头部直径的选择还要考虑到燃烧室的形状，气缸盖进、排气门的布置， 气道之间冷却水套的设计以及气门受热和冷却的均匀性等因素。综上的条件 195B 柴油发动机的进、排气门的直径 42 和 36mm。（ 3）气门锥面斜角：在气门开启初期及接近关闭时，气门锥面斜角的大小对于气体的流通断面有较大的影响。这时的流通断面大致与斜角 的余弦成正比。此外，气门与气门座之间的单位压力随斜角的增加而增大， 而气门与气门座之间的相对滑移则随斜角的减小人减小，因此气门 的确定必须根据发动机的综合情况而定，对于 195柴油发动机的气门斜角都是度。（）气门头部厚度及锥面宽度：气门头部厚度的设计， 主要是从气门的刚度来考虑， 气门在燃烧压力的作用下会引起变形， 变形过大会使气门的密封性下降， 锥面磨损加剧。 由于头部厚度对气