Opruga vrata je mali alat koji osigurava pravovremeno nasjedanje i čvrsto prianjanje ventila, sprječavajući da ventil iskače i ošteti njegovo zaptivanje tokom vibracija motora.
Opruga ventila se nalazi između glave cilindra i sjedišta opruge na kraju vretena ventila. Funkcija opruge ventila je da osigura da ventil može čvrsto da stane sa sjedištem ventila ili prstenom sjedišta ventila kada je ventil zatvoren, i da savlada inercijsku silu koju stvara mehanizam ventila kada je ventil otvoren, tako da prijenos dijelovi su uvijek kontrolirani ekscentrom i ne odvajaju se jedan od drugog.
Opruge ventila se često izrađuju od visokokvalitetne legirane čelične žice i podvrgavaju se toplinskoj obradi kako bi se poboljšala čvrstoća na zamor. Da bi se izbjegla korozija opruge, površina opruge treba biti pocinčana i fosfatirana. Dva kraja opruge moraju biti ravno brušena i okomita na osu opruge kako bi se spriječilo naginjanje opruge tokom rada.
Opruge ventila su uglavnom cilindrične spiralne opruge. Kada je radna frekvencija opruge ventila jednaka ili višestruka od njene prirodne frekvencije, opruga ventila će rezonirati i vjerovatnoća loma će se povećati. Da bi se spriječila rezonancija, mogu se koristiti opruge promjenjivog koraka, a trenutno većina motora koristi koncentrične dvostruke opruge. Smjer rotacije unutrašnje i vanjske opruge je suprotan, a krutost vanjske opruge je veća od krutosti unutrašnje opruge. Dvostruke opruge ne samo da sprečavaju rezonanciju, već i skraćuju dužinu opruge. Osim toga, kada jedna opruga pukne, druga opruga može nastaviti s radom, sprječavajući da ventil padne u cilindar.
Metoda projektovanja
Dizajn opruge ventila, kao i dizajn brega, ima jednaku važnost za performanse sistema motora. Funkcija opruge ventila uključuje sprečavanje da ventil iskoči sa sjedišta ventila pod pritiskom, kao i kontrolu kretanja ventila kako bi se izbjeglo razdvajanje mehanizma ventila. Dizajn opruga ventila utiče na naprezanje grebena, trenje mehanizma ventila i vibracije opruge. Opruga ventila motora je obično otvorena zavojna opruga sa zatvorenim krajevima. Većina motora koristi opruge fiksne krutosti, iako neki koriste opruge promjenjive krutosti. Za dizel motore male brzine, upotreba jedne opruge je obično dovoljna za ispunjavanje zahtjeva, ali ponekad je također potrebno koristiti dizajn s dvostrukom oprugom s prigušnom oprugom ili unutrašnjom oprugom kako bi se smanjila jačina treperenja opruge ventila. Dizajn opruge ventila je vrlo složen zadatak. Može poslužiti kao primjer za ilustraciju principa dizajna sistema motora iz dva ili tri razloga. Prvo, analitička metoda projektovanja opruge pokazuje vezu između parametara komponenti i parametara dizajna sistema. Drugo, analitička metoda projektovanja opruge pokazuje da za isti projektni problem mogu postojati dvije različite metode matematičke konstrukcije: jedna je tretirati ga kao determinističko rješenje, a druga je riješiti ga kao optimizacijski problem. U matematičkoj konstrukciji optimizacijskih problema, i ciljna funkcija i funkcija ograničenja su navedene kao eksplicitne funkcije kao primjeri. Treba napomenuti da u drugim oblastima dizajna sistema motora, kao što su performanse ciklusa, dizajn brega i dinamika sklopa ventila. Funkcije koje se koriste za optimizaciju konstrukcije su obično složenije implicitne funkcije. Treće, metoda analitičkog dizajna opruge daje primjer korištenja grafičkog dizajna za konstruiranje dijagrama dizajna parametarskog zamaha. Ovi tipični dijagrami parametara mogu se koristiti za rješavanje problema višedimenzionalnog dizajna koji se obično susreću u dizajnu sistema dizel motora.
U dizajnu opruge ventila, poznati ulazni podaci uključuju sljedeće: ① maksimalno podizanje ventila; ② S obzirom na dužinu ugradnje opruge; ③ Potrebna sila predopterećenja opruge; ④ Potrebna krutost opruge. Treba napomenuti da su sila predopterećenja i krutost opruge projektni parametri na nivou sistema motora, koji treba da zadovolje maksimalnu dozvoljenu silu opruge i naprezanje grebena, da spreče iskakanje ispušnog ventila i da obezbede da sklop ventila ne prođe. odletjeti. Postoji jaka interakcija između dizajna opruge ventila i dizajna brega. Ako je teško naći rješenje u dizajnu opruge, potrebno je modificirati ove ulazne podatke.
U dizajnu opruge ventila, sledeći parametri se izračunavaju kao izlazni podaci: ① Osnovni ili nezavisni parametri dizajna opruge (tj. prosečan prečnik opruge, prečnik žice zavojnice opruge, broj radnih namotaja); ② Izvezeni parametri dizajna (kao što su slobodna dužina opruge, maksimalna dužina kompresije, dužina kompresije, slobodni razmak između zavojnica, čvrsti razmak između zavojnica pri maksimalnoj kompresiji, prirodna frekvencija i red treperenja opruge, maksimalno opterećenje opruge, maksimalna opruga torziona sila). Osnovni parametri dizajna opruge određuju krutost opruge.
Neki izlazni parametri su ograničeni ograničenjima dizajna. Na primjer, dužina ugradnje i prosječni promjer opruge ograničeni su prostorom za pakovanje. Maksimalna kompresija opruge i torzijsko naprezanje opruge na zbijenoj dužini ograničeni su vijekom trajanja, čvrstoćom i maksimalnom dopuštenom granicom naprezanja opruge. Uslovi ograničenja za zaštitu od treperenja opruge postižu se kontrolom fizičkog zazora i prirodne frekvencije opruge. Redoslijed treperenja opruge odnosi se na omjer prirodne frekvencije opruge i radne frekvencije motora. Kako bi se osiguralo da opruga ne doživi jake vibracije tokom rada. Prirodna frekvencija opruge ventila obično bi trebala biti najmanje 13 puta veća od radne frekvencije motora, što znači da se očekuje da će redoslijed vibracija opruge biti veći od 13. Analiza prirodne frekvencije opruge pokazuje da ako opruga Reaguje veoma osetljivo na jedan od dominantnih harmonika bregastog profila, trend vibracija je definitivno prisutan. U tom slučaju potrebno je izmijeniti dizajn grebena ili opruge. Ponekad se mogu koristiti promjenjive krutosti ili ugniježđene opruge za promjenu frekvencije opruge kako bi se ublažili problemi s vibracijama.
Dizajn opruge je višedimenzionalni problem parametara koji se može riješiti kroz grafički pristup za provjeru trendova osjetljivosti parametara. Svrha optimizacije dizajna opruge ventila je maksimiziranje prirodne frekvencije opruge kako bi se smanjile vibracije opruge, uz ispunjavanje sljedećih ograničenja: ① potrebno prednaprezanje opruge i krutost opruge ventila u sistemu motora; ② Maksimalno dozvoljeno naprezanje opruge; ③ Odgovarajući fizički razmak za kontrolu vibracija opruge
Dizajnerski koraci
Proračun opruga ventila je složen problem dizajna sistema. Dobro dizajnirana opruga može smanjiti trenje i habanje mehanizma ventila. Metoda formule analize za projektovanje opruge ventila na osnovu konstruisanja dijagrama projektovanja osetljivosti parametara sažeta je na sledeći način:
(1) Korak 1: Analizom voznih performansi vozila na nizbrdici i kočenja motorom, odredite projektni cilj brzine uzletanja sklopa ventila kako biste odredili potrebno predopterećenje ventila i krutost opruge;
(2) Korak 2: Uspostavite dinamički model sklopa ventila za precizno predviđanje odlaska i procjenu uticaja pritiska rekompresije u cilindru na bijeg;
(3) Korak 3: Izvršite kalkulacije parametarskog sweep-a na različitim vrijednostima prednaprezanja opruge i krutosti opruge kako biste konstruirali dijagram parametara dinamike sklopa ventila, kako bi se ispitao njihov utjecaj na vibracije spoja ventila. Potrebno je nacrtati krivulje sile potisne šipke, ubrzanja voza ventila i usporavanja opruge u odnosu na ugao radilice na slici kako bi se prikazala projektna margina za bijeg, kako bi se povoljno i mudro odabrali ciljne vrijednosti prednaprezanja opruge i opruge krutost potrebna u koraku 4;
(4) Korak 4: Na osnovu ravnoteže statičke sile glave izduvnog ventila, izračunajte potrebno predopterećenje opruge kako biste spriječili da izduvni ventil iskoči. Odaberite predopterećenje opruge ispušnog ventila za motore sa i bez ispušnih kočnica i koristite dijagram parametara dizajna u koraku 3 da odaberete odgovarajuću krutost opruge;
(5) Korak 5: Izvršite proračun zakretanja parametara na projektnim parametrima i koristite metode grafičkog dizajna za izradu dijagrama dizajna osjetljivosti parametara za dizajn opruge. Odaberite prosječni prečnik opruge, prečnik žice zavojnice i broj namotaja, dok zadovoljavate dizajnerska ograničenja kao što su torzijsko naprezanje opruge, prirodna frekvencija i zazor zavojnice. Alternativno, analitičke metode optimizacije se mogu koristiti za direktno rješavanje jednadžbe.
Metoda razbijanja
Zbog toga što opruga ventila nosi obrtni moment tokom rada, raspodjela naprezanja na njenom kružnom poprečnom presjeku je neravnomjerna. Napon se postepeno povećava od početka blizu centra do svake tačke na ivici, a površina doživljava najveći stres. Što se tiče tačaka površine, unutrašnja površina podnosi najveće naprezanje i izložena je ravnom naprezanju. Stoga, kada postoji defekt na površini opruge ventila, moguće je stvoriti maksimalnu koncentraciju naprezanja na mjestu defekta, što dovodi do ranog loma opruge.
Razlog loma
Uzrok loma opruge ventila, osim fabričkih grešaka, nepravilna upotreba može uzrokovati i rano oštećenje. Uobičajeni razlozi su sljedeći:
① Na površini opruge postoje jame i korozije. Nepravilno skladištenje može uzrokovati korozijske jame na površini opruge. Kada je opruga podvrgnuta velikom momentu, koncentracija naprezanja se lako može pojaviti na korozivnim jamama, što u konačnici dovodi do loma opruge zbog zamora.
Metoda provjere kvaliteta za nove opruge ventila: stegnite oprugu na škripcu i stisnite je na minimalnu dužinu, tako da nema razmaka između prstenova što je više moguće, i držite je 48 sati. Ako postoje defekti na površini opruge, ona će se slomiti nakon ovog tretmana kompresijom. To je zato što je unutrašnji napon opruge visoko koncentrisan u blizini defekta, što uzrokuje lomljenje opruge.
Jačina elastičnosti opruge ventila može se utvrditi metodom poređenja. Specifična metoda je da se prvo spoji stara opruga ventila koja se ispituje u seriji sa novom oprugom ventila i odvoji ih čeličnom podloškom u sredini. Zatim primenite određeni pritisak na oprugu ventila i posmatrajte stepen kompresije nove i stare opruge. Ako je elastičnost stare opruge nedovoljna, prvo se mora pritisnuti.
② Središnja linija opruge je nagnuta. Ako dvije krajnje strane opruge ventila nisu okomite na središnju liniju opruge, opruga će dugo raditi velikom brzinom, a njen metalni materijal je također podložan lomovima zbog zamora. Metoda za provjeru vertikalnosti opruga ventila je da prvo postavite oprugu okomito na ravnu ploču, koristite četvrtasto ravnalo na donjem krugu opruge, zatim jednom zarotirate oprugu i izmjerite maksimalnu udaljenost između gornjeg kruga opruge. opruga i kvadratni lenjir. Normalno, nagib opruge ventila prema vertikalnoj liniji je 1.0-1.5mm. Ako premašuje ovu vrijednost, najbolje je zamijeniti ga novim.
③ Pokret vodilice ventila ili labavi ležajevi bregastog vratila. Ako se vodilica ventila pomiče tokom upotrebe, to može uzrokovati lomljenje opruge ventila zbog naprezanja savijanja kada se kompresuje. Labavi ležajevi bregastog vratila mogu uzrokovati rezonanciju u oprugama ventila i dovesti do njihovog loma.
④ Nepravilan rad ili instalacija. Za vrijeme rada dizel motora, ako se brzina naglo mijenja često, učestalost kompresije i istezanja opruge ventila će se naglo povećati, što će dovesti do loma od zamora.
⑤ Opruga ventila nije sastavljena kako je potrebno. Prilikom sastavljanja opruga ventila, neki modeli imaju posebne zahtjeve. Na primjer, Isuzu 6BBl dizel motor zahtijeva da plava strana opruge bude okrenuta prema ravnoj površini glave cilindra. U suprotnom, opruga je sklona lomljenju.
Upravljanje u hitnim slučajevima
Ako se otkrije da je opruga ventila dizel motora pokvarena tokom vožnje, polomljena opruga se prvo može ukloniti, a zatim se radne površine na oba kraja opruge mogu ponovo postaviti za privremenu upotrebu. Ako se opruga razbije na nekoliko dijelova, vijci za podešavanje usisnih i ispušnih ventila cilindra mogu se ukloniti kako bi ventili ostali zatvoreni. Zatim se uljna cijev visokog pritiska pumpe za ubrizgavanje goriva koja vodi do cilindra može ukloniti kako bi se spriječilo ubrizgavanje goriva u cilindar, omogućavajući automobilu da nastavi vožnju do odredišta.
Koraci inspekcije
(1) Provjerite slobodnu dužinu opruge ventila. Izmjerite slobodnu dužinu opruge ventila pomoću čeljusti, a njena vrijednost treba da odgovara standardnoj vrijednosti. Ako ne ispunjava uslove, treba ga zamijeniti.
(2) Provjerite vertikalnost opruge ventila. Koristite četvrtasto ravnalo i ravnu ploču da provjerite vertikalnost opruge ventila. Njegova vrijednost bi trebala odgovarati standardnoj vrijednosti, inače se mora zamijeniti.
(3) Provjerite predopterećenje opruge ventila. Upotrijebite mjerač sile da otkrijete silu prednaprezanja opruge ventila i njena vrijednost bi trebala zadovoljiti standard. Ako je sila predopterećenja niža od standardne vrijednosti, oprugu ventila treba zamijeniti.
(4) Da biste spriječili oštećenje, oprugu treba često stiskati.
