金屬材料課程設(shè)計--內(nèi)燃機氣門彈簧的選材與工藝設(shè)計(已修改)
2025-06-23 10:53 本頁面
【正文】 1 金屬材料課程設(shè)計 題 目 ： 內(nèi)燃機氣門彈簧的選材與工藝設(shè)計 學 院 ： 材料科學與工程學院 專業(yè)班級 ： 金屬材料工程 10 級 1 班 第三小組 ： 1004040111 吳登輝 1004040112 張文峰 1004040113 張國兵 1004040114 張振宇 1004040115 李長秋 指導(dǎo)老師 ： 孫瑞雪 日 期 ： 2 1 內(nèi)燃機氣門彈簧簡介 內(nèi)燃機是 將液體或氣體燃料與空氣混合 后 輸入汽缸內(nèi)部的高壓燃燒室燃燒 ，通過燃氣膨脹、推動活塞 、曲柄 — 連桿機構(gòu) 從而輸出 機械能的一種熱機。 內(nèi)燃機的配氣機構(gòu)直接影響內(nèi)燃機的經(jīng) 濟動力性能和運轉(zhuǎn)的可靠性。 氣門 的作用是 專門負責向 發(fā)動機 內(nèi)輸入燃料并排出廢氣，傳統(tǒng) 發(fā)動機 每個汽缸只有一個進氣門和一個排氣門 。 這種設(shè)計結(jié)構(gòu)相對簡單，成本較低，維修方便，低速性能較好 ； 缺點是 功率 很難提高，尤其是高轉(zhuǎn)速時充氣效率低、性能較弱。為了提高進排氣效率，現(xiàn)在多采用多氣門技術(shù)， 這種結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)容易形成緊湊型燃燒室，噴油器布置在中央，這樣可以令油氣混合氣燃燒更迅速、更均勻，各氣門的重量和開度適當?shù)販p小，使氣門開啟或閉合的速度更快。 （圖 1）內(nèi)燃機氣門彈簧 隨著上述技術(shù)的不斷發(fā)展，這就對控制氣門運動的氣門彈簧就提出了更高 的要求。 氣門彈簧是圓柱形螺旋彈簧，如圖（ 1）所示，其一端支承在氣缸蓋 (體 )上，而另一端則壓靠在氣門桿端的彈簧座上，彈簧座用鎖片固定在氣門桿的末端。 氣門的動作推動氣門往下開啟，來進行進氣和排氣，至于關(guān)閉的動作則是交給氣門彈簧負責。氣門彈簧依靠其彈簧的張力使開啟的汽門迅速回到關(guān)閉的位置，并防止氣門在引擎的運動過程中因慣性力量而產(chǎn)生間隙，確保氣門在關(guān)閉狀態(tài)時能緊密貼合，同時也防止氣門在振動時因跳動而破壞密封性。 3 2 氣門彈簧的工作條件 、 失效形式 及 性能要求 本次設(shè)計的彈簧為氣缸直徑小于或等于 200mm 的中小型內(nèi)燃機的氣門彈簧， 其 最大工作載荷 在 700N 左右 ，在工作過程中彈簧要受到每分鐘 1500 到 3000 次的壓縮作用，因此會受到相當大的振動和沖擊作用 ；同時 要求其工作溫度在 150到 200℃，也 要 受到排出的廢氣的腐蝕，工作條件 比較 差。 氣門彈簧承受著頻繁的交變載荷，為保證氣門彈簧可靠地工作，要求氣門彈簧必須具有合適的彈力，足夠的強度和抗疲勞強度。 氣門彈簧的 失效主要表現(xiàn)為彈力不足，以致發(fā)生漏氣而影響發(fā)動機的正常工作，其性能決定 于 材料成分和熱處理工藝。 氣門彈簧是壓縮彈簧，在安裝時已經(jīng)被壓縮，靠此 力來保證氣門與缸蓋的密封。當氣門打開時氣門彈簧更是進一步被壓縮。當施加的力小于彈簧材料的變形臨界值時，彈簧處于彈性變形，可正?；匚?。若大于此值，彈簧會發(fā)生塑性變形，彈簧將無法恢復(fù)初始狀態(tài) 。 性能要求 氣門彈簧每圈鋼絲之間留有一定的間距作為伸縮余地。作為氣門的復(fù)位裝置 ， 氣門彈簧的好壞直接影響到氣門能否正常工作 。 (1)氣門彈簧不允許有任何裂紋、傾斜面、兩端不平整或者倒置使用，否則就會發(fā)生彈簧折斷，不平整者會增加氣門桿與導(dǎo)管的磨損，造成氣門擺動關(guān)閉不嚴。 (2)氣門彈簧的自由長度及在 規(guī)定壓縮長度內(nèi)的相應(yīng)壓力應(yīng)符合原廠規(guī)定標準，否則就會產(chǎn)生氣門關(guān)閉時彈簧自由長度不夠而壓力減弱，使氣門關(guān)閉不嚴或氣門關(guān)閉無力，這會使氣門工作面燒蝕。壓縮后的長度過長者，會產(chǎn)生凸輪轉(zhuǎn)動頂面還未到頂彈簧圈已經(jīng)無空隙，彈簧很容易斷裂，座圈容易破裂，而且挺桿球面和凸輪軸凸輪尖端會強制性磨損。 (3)氣門彈簧的相應(yīng)壓力不得過高，必須按照原廠規(guī)定標準使用，否則就會使凸輪軸凸輪尖端與氣門挺桿球面加劇磨損，造成氣門腳間隙過大而出現(xiàn)異響，經(jīng)調(diào)整后間隙也難以排除。 避免共振的措施 當氣門彈簧的工作頻 率與其自然振動頻率相等或成某一倍數(shù)時，將會發(fā)生共 4 振，造成氣門反跳、落座沖擊，并可使彈簧折斷。為此， 可 采取如下幾種結(jié)構(gòu)措施： (1) 提高氣門彈簧的自然振動頻率 即設(shè)法提高氣門彈簧的剛度，如加粗鋼絲直徑或減小彈簧的圈徑。這種方法較簡單，但由于彈簧剛度大，增加了功率消耗和零件之間的沖擊載荷。 (2)采用雙氣門彈簧 每個氣門裝兩根直徑不同、旋向相反的內(nèi)外彈簧。由于兩彈簧的自然振動頻率不同，當某一彈簧發(fā)生共振時，另一彈簧可起減振作用。旋向相反，可以防止一根彈簧折斷時卡入另一根彈簧內(nèi)，導(dǎo)致好的 彈簧被卡住或損壞。另外，萬一某根彈簧折斷時，另一根彈簧仍可保持氣門不落入氣缸內(nèi)。 (3)采用不等螺距彈簧 這種彈簧在工作時，螺距小的一端逐漸疊合，有效圈數(shù)逐漸減小，自然頻率也就逐漸提高，使共振成為不可能。 采用等螺距的單彈簧，在其內(nèi)圈加一個過盈配合的阻尼摩擦片來消除共振， 因氣門彈簧一直處于交變的應(yīng)力作用下，如果質(zhì)量存在問題，可能產(chǎn)生彈簧斷裂。當氣門彈簧斷裂時，會導(dǎo)致氣門不能彈回，致使活塞與進排氣門干涉，導(dǎo)致氣門桿被頂彎，活塞受損，甚至造成缸蓋蓋報廢。同時，發(fā)動機將突然熄火，容易造成交通 事故。 3 零件結(jié)構(gòu)圖 標準視圖 5
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