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重型車氣門彈簧

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無(wú)錫凱倫納彈簧有限公司

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氣門彈簧設(shè)汁與凸輪設(shè)計(jì)一樣，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)性能具有同等重要性

詳細(xì)介紹

氣門彈簧設(shè)汁與凸輪設(shè)計(jì)一樣，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)性能具有同等重要性。氣門彈簧的功能包括防止氣門在氣壓載荷下跳浮離開(kāi)氣門座，以及控制氣門運(yùn)動(dòng)以避免配氣機(jī)構(gòu)分離。氣門彈簧設(shè)計(jì)影響凸輪應(yīng)力、配氣機(jī)構(gòu)摩擦和彈簧顫振。發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門彈簧通常是兩端封閉的開(kāi)圈螺旋壓縮彈簧。大多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)使用定剛度彈簧，雖然有些使用變剛度彈簧。對(duì)于轉(zhuǎn)速較低的柴油機(jī)來(lái)講，使用單彈簧設(shè)計(jì)通常足以滿足要求，但有時(shí)也需要使用帶一個(gè)阻尼彈簧或內(nèi)簧的雙彈簧設(shè)計(jì)，以減小氣門彈簧顫振的嚴(yán)重程度。氣門彈簧設(shè)計(jì)是個(gè)非常復(fù)雜的任務(wù)。它可以作為一個(gè)范例來(lái)說(shuō)明發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則，原因有二三。首先，分析式彈簧設(shè)計(jì)方法展示了在部件沒(méi)計(jì)參數(shù)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)之間的鏈接。第二，分析式彈簧設(shè)計(jì)方法展示了對(duì)于同一個(gè)設(shè)計(jì)問(wèn)題，可以有兩種不同的數(shù)學(xué)構(gòu)造方法：一種是作為確定性的解來(lái)處理，另一種是作為優(yōu)化問(wèn)題來(lái)求解。在優(yōu)化問(wèn)題的數(shù)學(xué)構(gòu)造上，目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)均以顯式函數(shù)作為示例列出。需要注意的是，在發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的其他領(lǐng)域（例如循環(huán)性能、凸輪設(shè)計(jì)、配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)）。用于優(yōu)化構(gòu)造的函數(shù)通常是更為復(fù)雜的隱式函數(shù)。第三，分析式彈簧設(shè)計(jì)方法給出了使用圖形設(shè)計(jì)法來(lái)構(gòu)造參變量掃值設(shè)計(jì)圖的一個(gè)范例。這些典型的參數(shù)圖可以川來(lái)處理在柴油機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中經(jīng)常遇到的多維設(shè)計(jì)問(wèn)題。

在氣門彈簧設(shè)計(jì)中，已知的輸人數(shù)據(jù)包括以下內(nèi)容：①更大氣門升程；②給定的彈簧安裝長(zhǎng)度；③所需的彈簧預(yù)緊力；④所需的彈簧剛度。需要注意的是，彈簧的預(yù)緊力和剛度是發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)層面的設(shè)計(jì)參數(shù)，需要滿足所允許的更大彈簧力和凸輪應(yīng)力、排氣門不跳浮、配氣機(jī)構(gòu)不飛脫等要求。氣門彈簧設(shè)計(jì)凸輪設(shè)計(jì)之間存在著強(qiáng)烈的相互作用。如果在彈簧設(shè)計(jì)上很難找到解決方案，就必須修改這些輸入數(shù)據(jù)。

在氣門彈簧設(shè)計(jì)中，以下參數(shù)是計(jì)算輸出數(shù)據(jù)：①基本或獨(dú)立的彈簧設(shè)計(jì)參數(shù)（即彈簧平均直徑、彈簧線圈鋼絲直徑、工作線圈數(shù)目）；②導(dǎo)出的設(shè)計(jì)參數(shù)（例如彈簧的自由長(zhǎng)度、更大壓縮長(zhǎng)度、壓實(shí)長(zhǎng)度、線圈之間的自由間隙、在更大壓縮時(shí)線圈之間的實(shí)體間隙、彈簧的固有頻率和顫振階數(shù)、更大彈簧載簡(jiǎn)、更大彈簧扭轉(zhuǎn)成力）?；镜膹椈稍O(shè)計(jì)參數(shù)決定了彈簧的剛度。

一些輸出參數(shù)受設(shè)計(jì)約束條件限制。例如，安裝長(zhǎng)度和彈簧平均直徑受包裝空間限制。在更大彈簧壓縮量和在壓實(shí)長(zhǎng)度下的彈簧扭轉(zhuǎn)應(yīng)力受彈簧疲勞壽命、強(qiáng)度和更大允許應(yīng)力極限限制。關(guān)于彈簧顫振保護(hù)的約束條件是通過(guò)控制實(shí)體間隙和彈簧固有頻率實(shí)現(xiàn)的。彈簧顫振的階數(shù)是指彈簧的固有頻率與發(fā)動(dòng)機(jī)的工作頻率之比。為了保證彈簧不在運(yùn)行中發(fā)生強(qiáng)烈顫振。氣門彈簧的固有頻率通常至少應(yīng)當(dāng)是發(fā)動(dòng)機(jī)工作頻率的13倍，即希望彈簧顫振的階要高于13。彈簧固有頻率分析表明，如果彈簧對(duì)于凸輪型線的主導(dǎo)諧波之一響應(yīng)非常靈敏的話，顫振的趨勢(shì)肯定是存在的。在這種情況下，就需要對(duì)凸輪或者彈簧的設(shè)計(jì)進(jìn)行修改。有時(shí)可以使用變剛度或嵌套彈簧來(lái)改變彈簧的頻率，以幫助減輕顫振問(wèn)題。

彈簧設(shè)計(jì)是一個(gè)多維參數(shù)的沒(méi)汁問(wèn)題，可以通過(guò)一個(gè)圖形化的方式來(lái)處理，以檢查參數(shù)敏感度趨勢(shì)。氣門彈簧設(shè)計(jì)優(yōu)化的目的是更大限度地增大彈簧的固有頻率，以減少?gòu)椈烧駝?dòng)，同時(shí)滿足以下限制條件：①發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)方面所要求的彈簧預(yù)緊力和氣門彈簧剛度；②更大允許的彈簧應(yīng)力；③適當(dāng)?shù)膶?shí)體間隙以控制彈簧顫振。