Опруга врата је мали алат који обезбеђује правовремено налегање и чврсто приањање вентила, спречавајући да вентил искочи и оштети његово заптивање током вибрација мотора.
Опруга вентила се налази између главе цилиндра и седишта опруге на крају вретена вентила. Функција опруге вентила је да осигура да вентил може чврсто да стане са седиштем вентила или прстеном седишта вентила када је вентил затворен, и да превазиђе инерцијску силу коју генерише механизам вентила када се вентил отвори, тако да пренос делови се увек контролишу помоћу брега и не одвајају се један од другог.
Опруге вентила су често направљене од висококвалитетне легиране челичне жице и подвргавају се топлотној обради како би се побољшала чврстоћа на замор. Да би се избегла корозија опруге, површину опруге треба поцинковати и фосфатирати. Два краја опруге морају бити равно брушена и окомита на осу опруге како би се спречило нагињање опруге током рада.
Опруге вентила су углавном цилиндричне спиралне опруге. Када је радна фреквенција опруге вентила једнака или вишеструка од њене природне фреквенције, опруга вентила ће резонирати и вероватноћа лома ће се повећати. Да би се спречила резонанција, могу се користити опруге променљивог корака, а тренутно већина мотора користи концентричне двоструке опруге. Смер ротације унутрашње и спољашње опруге је супротан, а крутост спољашње опруге је већа од крутости унутрашње опруге. Двоструке опруге не само да спречавају резонанцију, већ и скраћују дужину опруге. Поред тога, када се једна опруга сломи, друга опруга може наставити да ради, спречавајући да вентил падне у цилиндар.
Метод дизајна
Дизајн опруге вентила, као и дизајн брега, има једнаку важност за перформансе система мотора. Функција опруге вентила укључује спречавање вентила да искочи са седишта вентила под притиском, као и контролу кретања вентила како би се избегло раздвајање механизма вентила. Дизајн опруга вентила утиче на напрезање гребена, трење механизма вентила и вибрације опруге. Опруга вентила мотора је обично отворена компресијска опруга са затвореним крајевима. Већина мотора користи опруге фиксне крутости, иако неки користе опруге променљиве крутости. За дизел моторе ниске брзине, коришћење дизајна једне опруге је обично довољно да се испуне захтеви, али понекад је такође неопходно користити дизајн са двоструком опругом са пригушном опругом или унутрашњом опругом да би се смањила јачина треперења опруге вентила. Дизајн опруге вентила је веома сложен задатак. Може послужити као пример за илустрацију принципа пројектовања система мотора из два или три разлога. Прво, аналитичка метода пројектовања опруге показује везу између параметара компоненти и параметара дизајна система. Друго, аналитичка метода пројектовања опруге показује да за исти пројектни проблем могу постојати две различите методе математичке конструкције: једна је да се третира као детерминистичко решење, а друга да се реши као проблем оптимизације. У математичкој конструкцији оптимизацијских проблема, и циљна функција и функција ограничења су наведене као експлицитне функције као примери. Треба напоменути да у другим областима дизајна система мотора, као што су перформансе циклуса, дизајн брега и динамика склопа вентила. Функције које се користе за оптимизацију конструкције су обично сложеније имплицитне функције. Треће, метода аналитичког дизајна опруге даје пример коришћења графичког дизајна за конструисање дијаграма дизајна параметарског потеза. Ови типични дијаграми параметара се могу користити за решавање проблема вишедимензионалног дизајна који се обично сусрећу у дизајну система дизел мотора.
У дизајну опруге вентила, познати улазни подаци укључују следеће: ① максимално подизање вентила; ② Задата дужина уградње опруге; ③ Потребна сила предоптерећења опруге; ④ Потребна крутост опруге. Треба напоменути да су сила предоптерећења и крутост опруге пројектни параметри на нивоу система мотора, који треба да задовоље максималну дозвољену силу опруге и напрезање гребена, да спрече прескакање издувног вентила и да обезбеде да склоп вентила не прође. одлетети. Постоји јака интеракција између дизајна опруге вентила и дизајна брега. Ако је тешко наћи решење у дизајну опруге, потребно је изменити ове улазне податке.
У дизајну опруге вентила, следећи параметри се израчунавају као излазни подаци: ① Основни или независни параметри дизајна опруге (тј. просечан пречник опруге, пречник жице завојнице опруге, број радних намотаја); ② Извезени параметри дизајна (као што су слободна дужина опруге, максимална дужина компресије, дужина компресије, слободни размак између намотаја, чврст размак између завојница при максималној компресији, природна фреквенција и редослед треперења опруге, максимално оптерећење опруге, максимална опруга торзиона сила). Основни параметри дизајна опруге одређују крутост опруге.
Неки излазни параметри су ограничени ограничењима дизајна. На пример, дужина уградње и просечни пречник опруге су ограничени простором за паковање. Максимална компресија опруге и торзиони напон опруге на збијеној дужини ограничени су веком трајања, чврстоћом и максималном дозвољеном границом напрезања опруге. Услови ограничења за заштиту од треперења опруге се постижу контролом физичког зазора и природне фреквенције опруге. Редослед треперења опруге се односи на однос природне фреквенције опруге и радне фреквенције мотора. Да би се осигурало да опруга не доживи јаке вибрације током рада. Природна фреквенција опруге вентила обично треба да буде најмање 13 пута већа од радне фреквенције мотора, што значи да се очекује да ће редослед вибрација опруге бити већи од 13. Анализа природне фреквенције опруге показује да ако опруга Реагује веома осетљиво на један од доминантних хармоника брегастог профила, тренд вибрација је дефинитивно присутан. У овом случају, потребно је изменити дизајн гребена или опруге. Понекад се могу користити променљива крутост или угнежђене опруге за промену фреквенције опруге како би се ублажили проблеми са вибрацијама.
Дизајн опруге је вишедимензионални проблем параметара који се може решити кроз графички приступ за проверу трендова осетљивости параметара. Сврха оптимизације дизајна опруге вентила је да се максимизира природна фреквенција опруге како би се смањиле вибрације опруге, уз испуњавање следећих ограничења: ① потребно преднапрезање опруге и крутост опруге вентила у систему мотора; ② Максимално дозвољено напрезање опруге; ③ Одговарајући физички размак за контролу вибрација опруге
Кораци дизајна
Прорачун опруга вентила је сложено питање дизајна система. Добро дизајнирана опруга може смањити трење и хабање у механизму вентила. Метода формуле анализе за пројектовање опруге вентила на основу конструисања дијаграма дизајна осетљивости параметара је сажето на следећи начин:
(1) Корак 1: Анализом возних перформанси возила низбрдо и кочења мотором, одредите пројектовани циљ брзине узлета воза вентила како бисте одредили потребно предоптерећење вентила и крутост опруге;
(2) Корак 2: Успоставити динамички модел склопа вентила да би се тачно предвидео одлет и проценио утицај притиска рекомпресије цилиндра на бежање;
(3) Корак 3: Извршите калкулације параметара за различите вредности преднапрезања опруге и крутости опруге да бисте конструисали дијаграм параметара динамике склопа вентила, како би се испитао њихов утицај на вибрације споја вентила. Неопходно је нацртати кривуље силе потисне шипке, убрзања воза вентила и успоравања опруге у односу на угао радилице на слици да би се приказала граница пројектовања за бежање, како би се погодно и мудро одабрали циљне вредности преднапрезања опруге и опруге крутост потребна у кораку 4;
(4) Корак 4: На основу равнотеже статичке силе главе издувног вентила, израчунајте потребно предоптерећење опруге како бисте спречили да издувни вентил искочи. Изаберите предоптерећење опруге издувног вентила за моторе са и без издувних кочница и користите дијаграм параметара дизајна у кораку 3 да бисте изабрали одговарајућу крутост опруге;
(5) Корак 5: Извршите прорачун померања параметара на пројектним параметрима и користите методе графичког дизајна да бисте направили дијаграм пројектовања осетљивости параметара за дизајн опруге. Одаберите просечан пречник опруге, пречник жице завојнице и број намотаја, док задовољавате дизајнерска ограничења као што су торзиони напон опруге, природна фреквенција и зазор завојнице. Алтернативно, методе аналитичке оптимизације се могу користити за директно решавање једначине.
Метода разбијања
Пошто опруга вентила носи обртни момент током рада, расподела напрезања на њеном кружном попречном пресеку је неуједначена. Напон се постепено повећава од почетка близу центра до сваке тачке на ивици, а површина доживљава највећи напон. Што се тиче тачака површине, унутрашња површина подноси највећи напон и подвргнута је равном напрезању. Стога, када постоји дефект на површини опруге вентила, могуће је генерисати максималну концентрацију напона на месту дефекта, што доводи до раног лома опруге.
Разлог лома
Узрок лома опруге вентила, поред фабричких грешака, неправилна употреба може изазвати и рано оштећење. Уобичајени разлози су следећи:
① На површини опруге постоје јаме и корозије. Неправилно складиштење може изазвати корозивне јаме на површини опруге. Када је опруга подвргнута великом обртном моменту, концентрација напрезања се лако може јавити на корозионим јамама, што на крају доводи до лома опруге због замора.
Метода провере квалитета за нове опруге вентила: стегните опругу на стегу и стисните је на минималну дужину, тако да нема што већег размака између прстенова, и држите је 48 сати. Ако постоје недостаци на површини опруге, она ће се сломити након овог третмана компресијом. То је зато што је унутрашњи напон опруге високо концентрисан у близини дефекта, што доводи до лома опруге.
Јачина еластичности опруге вентила може се идентификовати методом поређења. Специфична метода је да се прво споји стара опруга вентила која се испитује у серији са новом опругом вентила и одвоји их челичном подлошком у средини. Затим примените одређени притисак на опругу вентила и посматрајте степен компресије нове и старе опруге. Ако је еластичност старе опруге недовољна, прво се мора притиснути.
② Средња линија опруге је нагнута. Ако две крајње стране опруге вентила нису окомите на средишњу линију опруге, опруга ће дуго радити великом брзином, а њен метални материјал је такође подложан ломовима због замора. Метода за проверу вертикалности опруга вентила је да прво поставите опругу вертикално на равну плочу, употребите квадратни лењир да се наслони на доњи круг опруге, затим једном заротирате опругу и измерите максимално растојање између горњег круга опруге. извор и квадратни лењир. Обично је растојање нагиба опруге вентила до вертикалне линије 1.0-1.5 мм. Ако премашује ову вредност, најбоље је да га замените новим.
③ Померање вођице вентила или лабави лежајеви брегастог вратила. Ако се вођица вентила помера током употребе, то може проузроковати ломљење опруге вентила услед напрезања савијања када се компресује. Лабави лежајеви брегасте осовине могу изазвати резонанцију у опругама вентила и такође довести до њиховог лома.
④ Неправилан рад или инсталација. Током рада дизел мотора, ако се брзина нагло мења често, учесталост компресије и продужења опруге вентила ће се нагло повећати, што ће довести до лома замора.
⑤ Опруга вентила није састављена како је потребно. Приликом склапања опруга вентила, неки модели имају посебне захтеве. На пример, Исузу 6ББл дизел мотор захтева да плава страна опруге буде окренута према равној површини главе цилиндра. У супротном, опруга је склона ломљењу.
Управљање ванредним ситуацијама
Ако се открије да је опруга вентила дизел мотора покварена током вожње, поломљена опруга се прво може уклонити, а затим се радне површине на оба краја опруге могу поново поставити за привремену употребу. Ако се опруга разбије на неколико делова, вијци за подешавање усисних и издувних вентила цилиндра могу се уклонити како би вентили остали затворени. Затим се уљна цев под високим притиском пумпе за убризгавање горива која води до цилиндра може уклонити како би се спречило да убризга гориво у цилиндар, омогућавајући аутомобилу да настави вожњу до одредишта.
Кораци инспекције
(1) Проверите слободну дужину опруге вентила. Измерите слободну дужину опруге вентила помоћу чељусти, а њена вредност треба да задовољи стандардну вредност. Ако не испуњава услове, треба га заменити.
(2) Проверите вертикалност опруге вентила. Користите квадратни лењир и равну плочу да проверите вертикалност опруге вентила. Његова вредност треба да одговара стандардној вредности, иначе се мора заменити.
(3) Проверите предоптерећење опруге вентила. Користите мерач силе да бисте открили силу преднапрезања опруге вентила, а њена вредност треба да задовољи стандард. Ако је сила предоптерећења мања од стандардне вредности, опругу вентила треба заменити.
(4) Да би се спречило оштећење, опругу треба често компресовати.
