本文分析了柴油汽車發(fā)動機氣門彈簧的作用及使用要求,分析其最優(yōu)化設計的設計變量、目標函數(shù)和約束條件。提出了氣門彈簧最優(yōu)化設計的數(shù)學模型,克服了傳統(tǒng)的試湊法和圖解法的不足,并通過實例進行驗證說明。提高了氣門彈簧的設計效率及設計質(zhì)量。

氣門彈簧是汽車發(fā)動機的重要元件,其對疲勞和穩(wěn)定性能的要求非?？量獭８攀隽藲忾T彈簧用鋼的化學成分、冶煉工藝等對提高彈簧性能的研究進展。著重介紹了硅、錳、鉻、鎳、鉬、鈮及釩等元素對氣門彈簧用鋼的強度、疲勞極限以及抗松弛性能的影響,同時對冶煉工藝中夾雜物控制技術(shù)以及彈簧鋼表面處理技術(shù)的研究進展進行了系統(tǒng)歸納。

針對由67crva彈簧鋼制造的斯太爾發(fā)動機氣門彈簧進行了各項性能試驗,結(jié)果表明,氣門彈簧經(jīng)合適的噴丸強化、熱強壓工藝處理后,其疲勞壽命、負荷損失率均達到標準要求;松弛試驗結(jié)果表明,67crva彈簧鋼是一種具有良好的抗松弛性能和疲勞性能的材料。最后進行了裝機試驗,經(jīng)1000h臺架試驗,67crva彈簧鋼制造的斯太爾發(fā)動機氣門彈簧性能指標達到了qzz1118—1994標準的要求。

本文通過對氣門彈簧工作特點及其典型斷裂失效模式的分析,在此基礎上對過噴引起的氣門彈簧斷裂進行了失效分析,并提出了噴丸工藝改進意見。

采用化學成分分析、金相檢驗和硬度測試等方法對3.6mm55crsi鋼氣門彈簧在臺架試驗中的斷裂原因進行分析。結(jié)果表明:由于鋼絲表面存在的脆性非金屬夾雜物,導致氣門彈簧在試驗時出現(xiàn)早期疲勞斷裂。

采用體視檢測、顯微組織觀察、硬度測試、成分分析等分析方法,對氣門彈簧早期失效原因進行分析。結(jié)果表明,失效彈簧材料成分和組織基本符合55crsi鋼的技術(shù)要求,預先存在的裂紋是導致該批試樣提早失效的根本原因。

分析某機型改進過程中,由于排氣背壓的增加導致氣門反跳的現(xiàn)象,并對新機型重新校核彈簧特性參數(shù);分析了增加彈簧預緊力對配氣機構(gòu)運動學和動力學特性的影響,證明適當增加彈簧預緊力能有效地解決反跳問題,并對整個配氣機構(gòu)特性影響不大。

某發(fā)動機運轉(zhuǎn)初期,突然發(fā)生異響,拆解發(fā)動機發(fā)現(xiàn)氣門彈簧和氣門斷裂。分別對氣門、氣門彈簧進行材質(zhì)分析,檢測結(jié)果正常。通過對氣門彈簧外觀觀察,氣門彈簧工作時內(nèi)外表面、不同螺旋角和壓縮變形時的切應力分析,從而得出彈簧表面擦傷導致氣門彈簧斷裂,氣門進氣缸內(nèi)撞擊導致異響及氣門變形、斷裂的結(jié)論。

氣門彈簧彈力減弱或折斷的原因分析

以氣門彈簧質(zhì)量最小以及防共振性能最好為目標,以鋼絲直徑、彈簧直徑、彈簧圈數(shù)為設計變量,以彈簧指數(shù)、彈簧強度、彈簧穩(wěn)定性、彈簧尺寸等為約束條件,建立了某內(nèi)燃機氣門彈簧數(shù)學模型,并應用遺傳算法求解了優(yōu)化結(jié)果?？紤]制造誤差的影響,應用蒙特卡羅方法對氣門彈簧的目標函數(shù)、約束條件的概率分布特征等進行穩(wěn)健性分析。分析表明在給定的制造精度下氣門彈簧穩(wěn)健性差,合格率低。重新修正制造精度后,氣門彈簧的穩(wěn)健性能得到了極大的提高。這種方法為氣門彈簧制造精度的確定提供了準確的依據(jù)。

以氣門彈簧凈質(zhì)量最小、剛度誤差最小為雙優(yōu)化設計目標,考慮可靠性等約束條件,建立了可靠性優(yōu)化設計數(shù)學模型,用線性加權(quán)組合法對多目標優(yōu)化設計的目標函數(shù)進行處理,采用基于證據(jù)理論和區(qū)間分析的可靠性優(yōu)化設計方法進行求解,得到了有價值的優(yōu)化方案。設計實例驗證了該方法的有效性和實用性。

油田現(xiàn)場用柴油機和各種車輛中的氣門彈簧座是易損零件之一。以往對其冷擠壓組合凹模設計采用經(jīng)驗法,精確性不高,凹模易損壞。鑒于此,采用優(yōu)化設計,給出冷擠壓組合凹模優(yōu)化設計模型,導出優(yōu)選組合凹模各圈直徑和過盈量的計算式;針對一種氣門彈簧座的組合凹模,給出優(yōu)化設計結(jié)果。

本文以變剛度氣門彈簧為研究對象,建立了氣門彈簧、彈簧座的三維有限元組合模型。使用有限元分析軟件,在考慮各組件接觸關(guān)系的基礎上,對該氣門彈簧在不同載荷下進行了三維有限元計算。通過有限元仿真計算,快速地得到了變剛度氣門彈簧彈性特性曲線。并依據(jù)氣門彈簧應力計算結(jié)果對該彈簧進行了靜強度和疲勞強度校核。

byj發(fā)動機結(jié)構(gòu)特點： 該發(fā)動機是前期中外合資生產(chǎn)的較為先進的缸內(nèi)直噴式1.8t汽油發(fā)動機。該機是雙進、 雙排、帶有電控可變配氣相位調(diào)節(jié)裝置，頂置雙凸輪驅(qū)動。 一、基本參數(shù)如下所示：凸輪軸調(diào)節(jié)范圍0o-42o曲軸轉(zhuǎn)角；壓縮比：10.5；功率118kw， 缸徑：82.5mm，行程84.2mm。 二、可變配氣相位調(diào)節(jié)裝置： 1、結(jié)構(gòu)及工作原理：該發(fā)動機主要是由ecu根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化及工況變化的情況， 通過控制凸輪軸電磁閥的工作來控制進入進氣凸輪軸轉(zhuǎn)角調(diào)節(jié)器的機內(nèi)壓力，從而達到調(diào)節(jié) 凸輪軸的轉(zhuǎn)角來實現(xiàn)改變配氣相位，使進氣門早開、排氣門關(guān)閉，提高進氣效率及排氣效率， 也就相應提高了發(fā)動的功率。 2、該發(fā)動機壓縮比為10.5，比同類汽油發(fā)動機較高，缸蓋上的氣門與活塞的距離很小， 如果配氣相位錯亂，就很容易發(fā)生氣門與活塞相碰，這就要求可變進氣相位調(diào)節(jié)裝置控制

介紹了蟻群算法的基本原理、模型和算法實現(xiàn)過程,并對內(nèi)燃機氣門彈簧進行優(yōu)化設計,其計算結(jié)果表明該方法具有工程實用價值.

內(nèi)燃機的氣門彈簧是承受高頻振動交變載荷的圓柱壓縮彈簧,它的好壞直接關(guān)系到內(nèi)燃機的工作性能。通過對遺傳算法的研究,構(gòu)造了內(nèi)燃機氣門彈簧的數(shù)學模型,通過編碼的方法對其進行了尋優(yōu)設計。計算實例表明:遺傳算法用于內(nèi)燃機的氣門彈簧優(yōu)化設計可獲得較好的參數(shù)優(yōu)化設計結(jié)果,與傳統(tǒng)的優(yōu)化方法相比,該方法具有工程實用價值。

分析了用swosc-v,oteva-75sc牌號彈簧鋼絲卷制的汽油機氣門彈簧引入氮化工藝的可行性,經(jīng)討論后確定以450±10℃溫度對氣門彈簧進行低溫氣體氮碳共滲(氣體軟氮化)處理,通過工藝試驗和分析,確定了汽油機氣門彈簧氣體氮化工藝。對處理后的彈簧經(jīng)金相、靜壓試驗和疲勞試驗表明,氣體軟氮化能進一步提高汽油機氣門彈簧的抗松弛及工作可靠性。

闡述了汽車發(fā)動機氣門彈簧的作用,分析其最優(yōu)化設計的設計變量、目標函數(shù)和約束條件,提出了氣門彈簧最優(yōu)化設計的數(shù)學模型,并通過實例進行驗證說明,該模型可提高氣門彈簧的設計效率。

氣門彈簧多為等螺距螺旋彈簧,一般在一個氣門上安裝一個彈簧。在有的汽車發(fā)動機上,為了防止彈簧發(fā)生共振,采用變螺距彈簧(如五十鈴cvr重型貨車發(fā)動機氣門彈簧);在多數(shù)高速發(fā)動機上則采用雙氣門彈簧。變螺距氣門彈簧和雙氣門彈簧安裝的方法要正確,否則它們不能起到應有的作用。1變螺距彈簧氣門彈簧在發(fā)動機工作過程中,容易發(fā)生

例1故障現(xiàn)象有1輛奧迪q5運動型多功能車,發(fā)動機型號為cad,行駛里程5.3萬km。在行駛中,怠速抖動明顯。故障診斷及排除過程1.用v.a.s5052檢測怠速時,發(fā)動機1缸失火明顯;高怠速時失火現(xiàn)象輕微;2.拆檢火花塞,點火線圈正常;3.拆檢進氣道,發(fā)現(xiàn)進氣門積碳堆積嚴重,清洗積碳并把1缸噴油嘴和4缸噴油嘴調(diào)換位置,一切清洗干

為確保某種高應力小空間的氣門彈簧的選用,在獲得氣門彈簧靜態(tài)參數(shù)之后有必要進行發(fā)動機配氣機構(gòu)動力學計算。為此,針對某機型發(fā)動機,使用動力學分析軟件valdyn,對三種參數(shù)的氣門彈簧分別進行配氣機構(gòu)的動力學分析,以確保氣門彈簧選用的可靠性。

氣門彈簧是為了滿足配氣機構(gòu)的需求,保證氣門及時關(guān)閉、平穩(wěn)落座。同時,抵消配氣機構(gòu)在工作過程中的慣性力,防止傳動件之間的脫落。通過設計低剛度氣門彈簧,可以有效改善配氣機構(gòu)所帶來的振動,提高發(fā)動機的舒適性;改善傳動件之間的受力情況,降低傳動件之間磨損程度;同時也可以降低凸輪驅(qū)動力矩,減小驅(qū)動能耗,保證發(fā)動機輸出更高的有效能量。顯然,氣門彈簧在配氣機構(gòu)中起到了至關(guān)重要的作用。