Designmetod för ventilfjäder

Ventilfjäderdesignen är lika viktig för motorsystemets prestanda som kamdesignen. Ventilfjäderns funktioner inkluderar att förhindra ventilen från att flyta från ventilsätet under gastrycksbelastningar och att kontrollera ventilrörelsen för att förhindra att ventiltåget separeras. Ventilfjäderdesign påverkar kamspänning, ventiltågsfriktion och fjäderfladder. Ventilfjädrarna i en motor är vanligtvis öppna-spiralformade kompressionsfjädrar med stängda ändar. De flesta motorer använder konstant-fjädrar, även om vissa använder fjädrar med variabel-hastighet. För dieselmotorer med lägre hastighet räcker vanligtvis en enkel fjäderkonstruktion, men ibland krävs en dubbelfjäderkonstruktion med en dämpande fjäder eller inre fjäder för att minska svårighetsgraden av ventilfjäderns fladder. Ventilfjäderdesign är en mycket komplex uppgift. Den tjänar som ett exempel för att illustrera principerna för motorsystemdesign av två eller tre skäl. Först visar den analytiska fjäderdesignmetoden sambandet mellan komponentdesignparametrar och systemdesignparametrar. För det andra visar den analytiska fjäderdesignmetoden att samma designproblem kan formuleras på två olika sätt: det ena är att behandla det som en deterministisk lösning och det andra är att lösa det som ett optimeringsproblem. I den matematiska konstruktionen av optimeringsproblemet listas både objektivfunktionen och begränsningsfunktionen som exempel på explicita funktioner. Det bör noteras att inom andra områden av motorsystemdesign (såsom cykelprestanda, kamdesign och ventiltågsdynamik) är de funktioner som används för optimeringskonstruktion vanligtvis mer komplexa implicita funktioner. För det tredje ger den analytiska fjäderdesignmetoden ett exempel på att använda grafiska designmetoder för att konstruera parametersvepdesigndiagram. Dessa typiska parameterdiagram kan användas för att hantera fler{16}}dimensionella konstruktionsproblem som ofta uppstår vid design av dieselmotorsystem.
I ventilfjäderdesign inkluderar de kända indata följande:
① Maximal ventillyft;
② Med tanke på fjäderinstallationslängden;
③ Erforderlig fjäderförspänning
④ Erforderlig fjäderstyvhet. Det bör noteras att fjäderförspänningen och styvheten är designparametrar på motorsystemnivå, som måste uppfylla kraven för den maximalt tillåtna fjäderkraften och kamspänningen, avgasventilen inte-flytande och ventiltåget som inte-flyger. Det finns en stark växelverkan mellan ventilfjäderdesign och kamdesign. Om det är svårt att hitta en lösning i fjäderkonstruktion måste dessa indata ändras.
I ventilfjäderdesign är följande parametrar beräknade utdata:
① Grundläggande eller oberoende fjäderdesignparametrar (dvs. fjädermedeldiameter, fjäderspole-tråddiameter, antal arbetsspolar);
② Härledda konstruktionsparametrar (t.ex. fjäderfri längd, maximal kompressionslängd, komprimerad längd, fritt gap mellan spolarna, fast gap mellan spolarna vid maximal kompression, fjäderns naturliga frekvens och fladderordning, maximal fjäderbelastning, maximal fjädertorsionskraft). Grundläggande fjäderdesignparametrar bestämmer fjäderns styvhet.
Vissa utdataparametrar är föremål för designbegränsningar. Till exempel begränsas installationslängden och fjäderns genomsnittliga diameter av förpackningsutrymmet. Fjäderns vridningsspänning vid maximal fjäderkompression och vid komprimerad längd begränsas av fjäderutmattningslivslängd, styrka och maximalt tillåten spänningsgräns. Begränsningarna på fjäderfladderskyddet uppnås genom att kontrollera den fasta spalten och fjäderns egenfrekvens. Ordningen för fjäderfladder hänvisar till förhållandet mellan fjäderns naturliga frekvens och motorns arbetsfrekvens. För att säkerställa att fjädern inte fladdrar kraftigt under drift. Ventilfjäderns naturliga frekvens bör vanligtvis vara minst 13 gånger motorns arbetsfrekvens; det vill säga man hoppas att fjäderfladderordningens ordning är högre än 13. Fjäderns egenfrekvensanalys visar att om fjädern är mycket känslig för en av de dominerande övertonerna i kamprofilen finns det en tendens att fladder uppstår. I det här fallet måste kam- eller fjäderdesignen modifieras. Ibland kan variabel styvhet eller kapslade fjädrar användas för att ändra fjäderfrekvensen för att lindra fladderproblemet.
Spring design är ett flerdimensionellt parameterproblem som kan hanteras på ett grafiskt sätt för att undersöka trender i parameterkänslighet. Målet med optimering av ventilfjäderdesign är att maximera fjäderns naturliga frekvens för att minska fjädervibrationen samtidigt som följande begränsningar uppfylls:
① Fjäderförspänning och ventilfjäderstyvhet som krävs av motorsystemet;
② Maximal tillåten fjäderspänning;
③ Lämpligt fysiskt spelrum för att kontrollera fjäderfladder.