Dørfjæren er et lite verktøy som sikrer rettidig plassering og tett passform av ventilen, og forhindrer at ventilen hopper og skader tetningen under motorvibrasjoner.
Ventilfjæren er plassert mellom sylinderhodet og fjærsetet på enden av ventilstammen. Ventilfjærens funksjon er å sikre at ventilen kan passe tett med ventilsetet eller ventilseteringen når ventilen er lukket, og å overvinne treghetskraften som genereres av ventilmekanismen når ventilen åpnes, slik at transmisjonen deler styres alltid av kammen og løsner ikke fra hverandre.
Ventilfjærer er ofte laget av høykvalitets legert ståltråd og gjennomgår varmebehandling for å forbedre utmattelsesstyrken. For å unngå fjærkorrosjon bør fjærens overflate galvaniseres og fosfateres. De to endene av fjæren må slipes flatt og vinkelrett på fjæraksen for å hindre at fjæren vipper under drift.
Ventilfjærer er for det meste sylindriske spiralfjærer. Når arbeidsfrekvensen til ventilfjæren er lik eller et multiplum av dens naturlige frekvens, vil ventilfjæren gi resonans og sannsynligheten for brudd vil øke. For å forhindre resonans kan fjærer med variabel stigning brukes, og for tiden bruker de fleste motorer konsentriske doble fjærer. Rotasjonsretningen til de indre og ytre fjærene er motsatt, og stivheten til den ytre fjæren er større enn den indre fjæren. Doble fjærer forhindrer ikke bare resonans, men forkorter også lengden på fjæren. I tillegg, når en fjær bryter, kan den andre fjæren fortsette å virke, og forhindrer at ventilen faller inn i sylinderen.
Designmetode
Ventilfjærdesign, som kamdesign, har like stor betydning for motorsystemets ytelse. Funksjonen til en ventilfjær inkluderer å forhindre at ventilen hopper av ventilsetet under trykkbelastning, samt å kontrollere ventilbevegelsen for å unngå separasjon av ventilmekanismen. Utformingen av ventilfjærer påvirker kamspenningen, ventilmekanismens friksjon og fjærvibrasjonen. Ventilfjæren til en motor er vanligvis en åpen spiralkompresjonsfjær med lukkede ender. De fleste motorer bruker fjærer med fast stivhet, selv om noen bruker fjærer med variabel stivhet. For lavhastighets dieselmotorer er bruk av en enkelt fjærdesign vanligvis tilstrekkelig for å oppfylle kravene, men noen ganger er det også nødvendig å bruke en dobbel fjærdesign med en dempende fjær eller indre fjær for å redusere alvorlighetsgraden av ventilfjærfladder. Ventilfjærdesign er en veldig kompleks oppgave. Det kan tjene som et eksempel for å illustrere prinsippene for motorsystemdesign av to eller tre grunner. For det første demonstrerer den analytiske fjærdesignmetoden sammenhengen mellom komponentparametere og systemdesignparametere. For det andre demonstrerer den analytiske fjærdesignmetoden at for samme designproblem kan det være to forskjellige matematiske konstruksjonsmetoder: den ene er å behandle den som en deterministisk løsning, og den andre er å løse den som et optimaliseringsproblem. I den matematiske konstruksjonen av optimaliseringsproblemer er både objektivfunksjonen og begrensningsfunksjonen oppført som eksplisitte funksjoner som eksempler. Det bør bemerkes at i andre områder av motorsystemdesign, for eksempel syklusytelse, kamdesign og ventiltogdynamikk. Funksjonene som brukes for å optimalisere konstruksjonen er vanligvis mer komplekse implisitte funksjoner. For det tredje gir den analytiske fjærdesignmetoden et eksempel på bruk av grafisk design for å konstruere et parametrisk sveipedesigndiagram. Disse typiske parameterdiagrammene kan brukes til å løse flerdimensjonale designproblemer som ofte oppstår i dieselmotorsystemdesign.
I ventilfjærdesign inkluderer kjente inngangsdata følgende: ① maksimal ventilløft; ② Gitt fjærinstallasjonslengden; ③ Nødvendig fjærforspenningskraft; ④ Nødvendig fjærstivhet. Det skal bemerkes at forspenningskraften og stivheten til fjæren er designparametere på motorsystemnivå, som må oppfylle den maksimalt tillatte fjærkraften og kamspenningen, forhindre at eksosventilen hopper, og sikre at ventiltoget ikke fly avgårde. Det er et sterkt samspill mellom ventilfjærdesign og kamdesign. Hvis det er vanskelig å finne en løsning i fjærdesign, er det nødvendig å modifisere disse inngangsdataene.
I ventilfjærdesign beregnes følgende parametere som utgangsdata: ① Grunnleggende eller uavhengige fjærdesignparametere (dvs. gjennomsnittlig fjærdiameter, fjærspiraltråddiameter, antall arbeidsspoler); ② De eksporterte designparametrene (som fjærens frie lengde, maksimal kompresjonslengde, kompresjonslengde, fritt gap mellom spoler, solid gap mellom spoler ved maksimal kompresjon, naturlig frekvens og flutterrekkefølge for fjæren, maksimal fjærbelastning, maksimal fjær torsjonskraft). De grunnleggende fjærdesignparametrene bestemmer fjærens stivhet.
Noen utdataparametere er begrenset av designbegrensninger. For eksempel er installasjonslengde og gjennomsnittlig fjærdiameter begrenset av emballasjeplass. Den maksimale fjærkompresjonen og vridningsspenningen til fjæren ved den komprimerte lengden er begrenset av utmattelseslevetiden, styrken og maksimalt tillatte spenningsgrense for fjæren. Begrensningsforholdene for fjærfladderbeskyttelse oppnås ved å kontrollere den fysiske klaringen og fjærens egenfrekvens. Rekkefølgen av fjærfladder refererer til forholdet mellom fjærens egenfrekvens og driftsfrekvensen til motoren. For å sikre at fjæren ikke opplever sterke vibrasjoner under drift. Egenfrekvensen til ventilfjæren bør vanligvis være minst 13 ganger driftsfrekvensen til motoren, noe som betyr at rekkefølgen på fjærvibrasjonen forventes å være høyere enn 13. Analysen av fjærens egenfrekvens viser at hvis fjæren reagerer veldig følsomt på en av de dominerende harmoniske i kamprofilen, trenden med vibrasjon er definitivt tilstede. I dette tilfellet er det nødvendig å endre utformingen av kammen eller fjæren. Noen ganger kan variabel stivhet eller nestede fjærer brukes til å endre fjærens frekvens for å lindre vibrasjonsproblemer.
Fjærdesign er et flerdimensjonalt parameterproblem som kan håndteres gjennom en grafisk tilnærming for å sjekke trender for parameterfølsomhet. Hensikten med å optimalisere ventilfjærdesignen er å maksimere fjærens naturlige frekvens for å redusere fjærvibrasjoner, samtidig som de oppfyller følgende begrensninger: ① nødvendig fjærforspenning og ventilfjærstivhet i motorsystemet; ② Maksimal tillatt fjærspenning; ③ Passende fysisk klaring for å kontrollere fjærvibrasjoner
Designtrinn
Beregningen av ventilfjærer er et komplekst systemdesignproblem. En godt utformet fjær kan minimere friksjon og slitasje i ventilmekanismen. Analyseformelmetoden for ventilfjærdesign basert på å konstruere parameterfølsomhetsdesigndiagram er oppsummert som følger:
(1) Trinn 1: Ved å analysere kjøreytelsen i nedoverbakke og motorbremsen, bestemme designmålet for ventiltogets starthastighet for å bestemme nødvendig ventilfjærforspenning og fjærstivhet;
(2) Trinn 2: Etabler en dynamisk modell av ventiltoget for nøyaktig å forutsi løping og evaluere virkningen av sylinderkompresjonstrykk på løping;
(3) Trinn 3: Utfør parametersveipberegninger på forskjellige verdier av fjærforspenning og fjærstivhet for å konstruere et parameterdiagram over ventiltogets dynamikk, for å undersøke deres innvirkning på vibrasjonen til ventiltoget. Det er nødvendig å tegne kurvene for trykkstangskraft, ventiltogakselerasjon og fjærretardasjon i forhold til veivakselvinkelen i figuren for å vise designmarginen for løping, slik at man enkelt og klokt kan velge målverdiene for fjærforspenning og fjær. stivhet som kreves i trinn 4;
(4) Trinn 4: Basert på den statiske kraftbalansen til eksosventilhodet, beregne den nødvendige fjærforspenningen for å forhindre at eksosventilen hopper. Velg eksosventilens fjærforspenning for motorer med og uten eksosbremser, og bruk designparameterdiagrammet i trinn 3 for å velge matchende fjærstivhet;
(5) Trinn 5: Utfør parametersveipberegning på designparametrene og bruk grafiske designmetoder for å konstruere et designdiagram for parameterfølsomhet for fjærdesignet. Velg den gjennomsnittlige diameteren på fjæren, diameteren på spoleledningen og antall spiraler, samtidig som du tilfredsstiller designbegrensninger som fjærvridningsspenning, egenfrekvens og spoleklaring. Alternativt kan analytiske optimaliseringsmetoder brukes for å løse ligningen direkte.
Metoden for å bryte
Fordi ventilfjæren bærer dreiemoment under drift, er spenningsfordelingen på dens sirkulære tverrsnitt ujevn. Spenningen øker gradvis fra origo nær sentrum til hvert punkt på kanten, og overflaten opplever den høyeste spenningen. Når det gjelder overflatepunkter, bærer den indre overflaten den høyeste spenningen og er utsatt for plan spenning. Derfor, så snart det er en defekt på overflaten av ventilfjæren, er det mulig å generere maksimal spenningskonsentrasjon på defektstedet, noe som fører til tidlig brudd på fjæren.
Årsak til brudd
Årsaken til ventilfjærbrudd, i tillegg til produksjonsfeil, kan feil bruk også forårsake tidlig skade. De vanlige årsakene er som følger:
① Det er groper og korrosjonsgroper på overflaten av fjæren. Feil lagring kan forårsake korrosjonsgroper på overflaten av fjæren. Når fjæren utsettes for høyt dreiemoment, kan det lett oppstå spenningskonsentrasjon ved korrosjonsgropene, noe som til slutt fører til utmattingsbrudd i fjæren.
Kvalitetskontrollmetoden for nye ventilfjærer: Klem fjæren på en skrustikke og komprimer den til minimumslengden, slik at det ikke er et gap mellom ringene så mye som mulig, og hold den i 48 timer. Hvis det er defekter på overflaten av fjæren, vil den knekke etter denne kompresjonsbehandlingen. Dette er fordi den indre spenningen til fjæren er sterkt konsentrert nær defekten, noe som får fjæren til å brekke.
Styrken til ventilfjærelastisiteten kan identifiseres ved sammenligningsmetode. Den spesifikke metoden er å først koble den gamle ventilfjæren som inspiseres i serie med en ny ventilfjær, og skille dem med en stålskive i midten. Påfør deretter et visst trykk på en ventilfjær og observer graden av kompresjon av de nye og gamle fjærene. Hvis elastisiteten til den gamle fjæren ikke er tilstrekkelig, må den først trykkes ned.
② Fjærens senterlinje er skjev. Hvis de to endeflatene til ventilfjæren ikke er vinkelrett på fjærens senterlinje, vil fjæren arbeide med høy hastighet i lang tid, og metallmaterialet er også utsatt for brudd på grunn av tretthet. Metoden for å kontrollere vertikaliteten til ventilfjærene er å først plassere fjæren vertikalt på en flat plate, bruke en kvadratisk linjal til å hvile på den nederste sirkelen av fjæren, deretter rotere fjæren en gang og måle maksimal avstand mellom toppsirkelen på våren og den firkantede linjalen. Normalt er helningsavstanden til ventilfjæren til den vertikale linjen 1,0-1,5 mm. Hvis den overskrider denne verdien, er det best å erstatte den med en ny.
③ Ventilføringsbevegelse eller løse kamaksellagre. Hvis ventilføringen beveger seg under bruk, kan det føre til at ventilfjæren brekker på grunn av bøyespenning når den komprimeres. Løse kamaksellagre kan forårsake resonans i ventilfjærer og også føre til at de går i stykker.
④ Feil drift eller installasjon. Under drift av en dieselmotor, hvis hastigheten plutselig endres ofte, vil frekvensen av kompresjon og utvidelse av ventilfjæren plutselig øke, noe som fører til tretthetsbrudd.
⑤ Ventilfjæren ble ikke montert som nødvendig. Ved montering av ventilfjærer har noen modeller spesielle krav. For eksempel krever Isuzu 6BBl dieselmotoren at den blå siden av fjæren vender mot den flate overflaten av sylinderhodet. Ellers er fjæren utsatt for brudd.
Beredskapsledelse
Hvis ventilfjæren til en dieselmotor viser seg å være ødelagt under kjøring, kan den ødelagte fjæren fjernes først, og deretter kan arbeidsflatene i begge ender av fjæren installeres på nytt for midlertidig bruk. Hvis fjæren bryter i flere seksjoner, kan justeringsboltene til sylinderens inntaks- og eksosventiler fjernes for å holde ventilene lukket. Deretter kan høytrykksoljerøret til drivstoffinnsprøytningspumpen som fører til sylinderen fjernes for å forhindre at den sprøyter drivstoff inn i sylinderen, slik at bilen kan fortsette å kjøre til målet.
Inspeksjonstrinn
(1) Sjekk den frie lengden på ventilfjæren. Mål den frie lengden på ventilfjæren med en skyvelære, og verdien skal oppfylle standardverdien. Hvis den ikke oppfyller kravene, bør den skiftes ut.
(2) Kontroller vertikaliteten til ventilfjæren. Bruk en firkantet linjal og en flat plate for å kontrollere vertikaliteten til ventilfjæren. Verdien bør oppfylle standardverdien, ellers må den erstattes.
(3) Kontroller forspenningen til ventilfjæren. Bruk en kraftmåler for å oppdage forspenningskraften til ventilfjæren, og verdien bør oppfylle standarden. Hvis forspenningskraften er lavere enn standardverdien, bør ventilfjæren skiftes.
(4) For å unngå skade, bør fjæren komprimeres ofte.
