發(fā)動機氣門彈簧的選用

沈玉芳，韋玉昆

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州545007）

發(fā)動機氣門彈簧的選用

沈玉芳，韋玉昆

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州545007）

為確保某種高應(yīng)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；配氣機構(gòu)；動力學分析

配氣機構(gòu)是汽車發(fā)動機最重要的組成部分之一，而氣門彈簧是配氣機構(gòu)氣門組的重要零件。其功用是保證氣門關(guān)閉時能緊密地與氣門座或氣門座圈貼合，并克服在氣門開啟時配氣機構(gòu)產(chǎn)生的慣性力，使傳動件始終受凸輪控制而不相互脫離。

針對某發(fā)動機，為了滿足高應(yīng)力、小空間、輕量化等的要求，根據(jù)計算公式設(shè)計出三種方案氣門彈簧。為確認氣門彈簧設(shè)計方案的選用，建立配氣機構(gòu)動力學模型，進行相關(guān)計算，以保證氣門彈簧選用的可靠性。

1　氣門彈簧靜態(tài)參數(shù)

為配合使用已量產(chǎn)的氣門鎖夾及氣門彈簧座，且滿足氣門單槽改三槽的設(shè)計更改，氣門彈簧需要重新設(shè)計。根據(jù)氣門的安裝高度及最大升程時所需要的負荷，設(shè)計三種可滿足條件的靜態(tài)氣門彈簧設(shè)計。

其中，方案一為圓形鋼絲圓柱狀變節(jié)距氣門彈簧，材料為CrSiVNi，如圖1所示。此方案優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，使用普遍，缺點是優(yōu)化的材料導致成本增加。

圖1　方案一氣門彈簧

方案二為卵形鋼絲圓柱變節(jié)距氣門彈簧，材料為CrSiV，如圖2.采用卵形截面鋼絲來設(shè)計制造高應(yīng)力螺旋彈簧具有降低并緊高度，減輕重量，減少應(yīng)力等優(yōu)點［1］，缺點是工藝控制需加強。

圖2　方案二氣門彈簧

方案三為圓形鋼絲蜂窩狀變節(jié)距氣門彈簧簧，材料為CrSiV，如圖3所示。此方案優(yōu)點是可適應(yīng)空間要求，缺點是工藝控制需加強。

圖3　方案三氣門彈簧

三種氣門彈簧方案的具體參數(shù)如表1所列。

表1　氣門彈簧靜態(tài)參數(shù)對比表

表2　進氣側(cè)結(jié)果對比

2　配氣機構(gòu)模型建立

該發(fā)動機配氣機構(gòu)屬于帶機械式平面挺柱的頂置凸輪軸氣門頂置式配氣機構(gòu)（OHC），其結(jié)構(gòu)示意如圖4所示［2］。為比較氣門彈簧三種方案的優(yōu)劣，使用動力學的計算軟件VALDYN進行計算分析。此軟件結(jié)合配氣機構(gòu)，簡化配氣機構(gòu)相關(guān)部件設(shè)置或進行轉(zhuǎn)換，最終建立單閥系動力學計算模型，如圖5所示。在輸入?yún)?shù)過程中，除已知部分參數(shù)外，模型中各零件質(zhì)量及慣量由Pro/E建模計算得到，氣門彈簧數(shù)據(jù)由VALDYN中的VALKIN模塊獲得。

圖4　配氣機構(gòu)

圖5　單閥系動力學模型

3　分析結(jié)果

針對進氣側(cè)及排氣側(cè)輸入相關(guān)數(shù)據(jù)，得到三種氣門彈簧方案的最終結(jié)果對比，其中進氣側(cè)如表2所列，排氣側(cè)如表3所列。

表3　排氣側(cè)結(jié)果對比

分析結(jié)果的指標值如表4所列，通過對比可知，進氣側(cè)的方案一在5 000 rpm狀態(tài)下凸輪軸與氣門挺柱的接觸應(yīng)力705 MPa，超過指標值700 MPa，超標的應(yīng)力圖，如圖6所示；排氣側(cè)的方案二在5 000 rpm狀態(tài)下凸輪軸與氣門挺柱的接觸應(yīng)力704 MPa，超過指標值700 MPa，超標的應(yīng)力圖如圖7所示。

表4　指標值

圖6　進氣側(cè)超標轉(zhuǎn)速應(yīng)力圖

圖7　排氣側(cè)超標轉(zhuǎn)速應(yīng)力圖

4　結(jié)束語

根據(jù)分析結(jié)果可知，對于此機型的發(fā)動機，方案一及方案二均在5 000 rpm狀態(tài)下凸輪軸與氣門挺柱的接觸應(yīng)力過大，會導致零件磨損，有使配氣機構(gòu)功能性減弱的風險。因此氣門彈簧優(yōu)先選擇方案三。

［1］陳立.橢圓或卵形鋼絲高應(yīng)力螺旋彈簧設(shè)計和制造［J］.機械工業(yè)標準化與質(zhì)量，2014，（7）：51-57.

［2］張加麗，薄關(guān)鋒.泛亞C14發(fā)動機配氣機構(gòu)單閥系動力學分析［J］.電子世界，2012，（3）：66-68.

The Selection of Valve Spring in Engine

SHEN Yu-fang，WEI Yu-kun
（SAIC GM Wuling Automation Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545007，China）

In order to ensure a selection of valve spring in the high stress and small space，it’s necessary to calculate valve-train dynamics analysis after the static parameters of valve spring.So，use a dynamic analysis software，VALDYN，to calculate three parameters of valve springs valve-train dynamics analysis in an aircraft engine，ensure the reliability of the valve spring is chosen.

valve spring；valve-train；dynamics analysis

U464

A

1672-545X（2016）07-0142-02

2016-04-08

沈玉芳（1987-），女，湖北武漢人，本科，助理工程師，研究方向：發(fā)動機配氣機構(gòu)的設(shè)計與開發(fā)；韋玉昆（1986-），女，廣西南寧人，本科，助理工程師，研究方向：發(fā)動機零部件的設(shè)計與開發(fā)。