发动机气门弹簧的选用
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Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｍ ａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｎｏ．０７，２０１６
发 动机气 门弹簧 的选用
沈 玉 芳 ，韦 玉 昆 （上 汽通 用 五菱 汽 车股 份有 限公 司 ，广西 柳 州 ５４５００７）
摘 要 ：为确保 某种 高应 力小空间的 气门弹簧 的选用 ，在 获得 气门弹簧静 态参数之后有 必要进行 发动机配 气机 构动力学 计算。为此 ，针 对某机型发动机 ，使 用动 力学分析 软件 ＶＡＬＤＹＮ，对三种参数的 气门弹簧分别进行配 气机 构的动力学分 析 ，以确保 气 门弹簧选用的可靠性 。 关键 词 ：气 门弹簧 ；配 气机 构；动力 学分析
卵形 截 面
１ 气 门弹簧静态参数
为配合使用已量产 的气 门锁夹及气 门弹簧座 ，且 满足气 门单槽改三槽 的设计更改 ，气 门弹簧需要重新 设 计 。根 据气 门的安装 高度 及最 大 升程 时所需 要 的负 荷 ，设 计 三种 可满 足条 件 的静 态 气 门弹簧设 计 。
其 中 ，方 案 一 为 圆形 钢 丝 圆柱状 变 节 距 气 门弹 簧，材料为 ＣｒＳｉＶＮｉ，如图 １所示。此方案优点是结构 简单 ，使用普遍 ，缺点是优化的材料导致成本增加。
表 １ 气 门弹簧 静态 参数对 比表
《装备制造技术）２０１６年第 ０７期
表 ２ 进 气 侧 结 果对 比
２ 配气 机构模型 建立
该 发 动 机 配 气机 构 属 于 带 机 械式 平 面挺 柱 的顶 置 凸 轮 轴 气 门顶 置 式 配 气 机 构 （ＯＨＣ），其 结 构 示 意 如 图 ４所 示 ［２１。为 比较 气 门弹 簧 三种 方 案 的优 劣 ，使 用动力学的计算软件 ＶＡＬＤＹＮ进行计算分析 。此软 件结合配气机构 ，简化配气机构相关部件设置或进 行转换 ，最终建立单 阀系动力学计算模型 ，如图 ５所 示 。在输人参数过程中 ，除 已知部分参数外 ，模 型中 各 零件 质 量及 惯 量 由 Ｐｒｏ／Ｅ建 模计 算 得 到 ，气 门弹 簧 数 据 由 ＶＡＬＤＹＮ中 的 ＶＡＬＫＩＮ模 块 获得 。
表 ３ 排气 侧 结 果 对 比
２：气肇篱门翼挺霪 柱 、气门弹簧座、气门锁夹 图 圈 ５单 旱阀 ｌ鼍Ｉ系 糸动力学 字 模受型
３．气门弹簧 ４气 门
分析 结果 的指 标值 如表 ４所 列 ，通 过对 比可 知 ， 进 气 侧 的 方 案 一 在 ５ ０００ ｒｐｍ状 态下 凸轮 轴 与 气 门 挺柱 的接触 应 力 ７０５ ＭＰａ，超 过 指标 值 ７００ ＭＰａ，超 标 的应力图 ，如图 ６所示；排气侧 的方案二在 ５ ０００ ｒｐｍ状态下凸轮轴与气门挺柱 的接触应力 ７０４ ＭＰａ， 超过指标值 ７００ ＭＰａ，超标 的应力图如图 ７所示 。
图 ２ 方 案 二 气 门弹 簧
方 案 三 为 圆形 钢 丝 蜂 窝 状 变 节 距 气 门 弹 簧 簧 ， 材 料 为 ＣｒＳｉＶ，如 图 ３所示 。此 方 案优 点 是 可适 应 空 间要求 ，缺 点 是工艺 控 制需 加强 。
图 １ 方 案一气 门弹簧
图 ３ 方案三气门弹簧
三种气门弹簧方案的具体参数如表 １所列。
业 大 学 ，２０１０． ［４】吴 志光．基于 ｆａｎｕｅ Ｏｉ系统宏 程序 在二次 曲面铣 削加 工中
收 稿 日期 ：２０１６—０４—０８ 作者 简介 ：沈玉芳 （１９８７一），女 ，湖北武汉 人 ，本科 ，助理 工程师 ，研 究方 向 ：发 动机配气 机构 的设计 与开发 ；韦 玉昆 （１９８６－），女 ，
广西南 宁人 ，本科 ，助理工程师 ，研 究方向 ：发动机零 部件的设 计与开发。
１４２
针 对 某 发 动 机 ，为 了满 足 高 应 力 、小 空 间 、轻 量 化等 的要求 ，根据计算公式设计 出三种方案气门弹 簧 。为确认气门弹簧设计方案的选用 ，建立配气机构 动力学模型 ，进行相关计算 ，以保证气 门弹簧选用的 可 靠性 。
方案二为卵形钢丝 圆柱变节距气 门弹簧 ，材料 为 ＣｒＳｉＶ，如图 ２．采用 卵形截面钢丝来设计制造高应 力螺旋 弹簧具有降低并紧高度 ，减轻重量 ，减少应力 等优 点 【ｌ＿，缺点 是工 艺 控制 需加 强 。
参 考 文 献 ： 【１］严 亚 萍 ．椭 圆面 上 圆 弧 螺纹 的 编程 方 法 ［Ｊ］．机 械工 程 师 ，
２０１１，（１１）：９３—９４． ［２］计 小 辈 ，王 丽 敏．椭 圆弧 面螺 纹 的参 数 化 编 程 与加 ３２［Ｊ］
刑 台职业技术学 院学报 ，２００９，２６（１）：９０—９２． 【３】吕孝 敏．基 于宏程序 的二次 曲线数控 加工【Ｄ】．合肥：合 肥工
中 图 分类 号 ：Ｕ４６４
文 献 标 识 码 ：Ａ
文章 编 号 ：１６７２—５４５Ｘ（２０１６）０７—０１４２－０２
配 气机构 是汽 车发 动机 最重要 的组 成部 分之 一 ， 而气 门弹簧是配气机构气门组 的重要零件 。其功 用 是 保 证气 门关 闭 时 能 紧密 地 与气 门座 或 气 门座 圈 贴合 ，并克服在气门开启时配气机构产生的惯性力 ， 使 传 动件 始终 受 凸轮控 制 而不 相 互脱 离 。
曩落 座速度 ＜ｏｌ６（ａｌ“ ａｌ ｄ ｐ 。ｄ）
气 门反 跳高度
最 大凸轮 ／挺柱 间隙
最 大气 门 落座力
最大凸轮艇 柱接触应力
（下转第 １５１页 ） １４３ Baidu Nhomakorabea
《装备制造技术￣２０１６年第 ０７期
修改性 ，避免复杂的数学计算 、误差减少 、程序简化 ， 大大提高 了编程效率 。其具有广泛的实用价值 。
图 ４ 配 气 机 构
表 ４ 指标值
３ 分 析 结 果
毳奎
评 价指标值
，
针 对进 气 侧 及 排 气 侧 输人 相 关 数 据 ，得 到 三 种 气 门弹 簧 方 案 的 最终 结 果 对 比 ，其 中进 气 侧 如 表 ２ 所 列 ，排 气 侧如 表 ３所 列 。
羹尘耋 曩
，
发 动机气 门弹簧 的选用
沈 玉 芳 ，韦 玉 昆 （上 汽通 用 五菱 汽 车股 份有 限公 司 ，广西 柳 州 ５４５００７）
摘 要 ：为确保 某种 高应 力小空间的 气门弹簧 的选用 ，在 获得 气门弹簧静 态参数之后有 必要进行 发动机配 气机 构动力学 计算。为此 ，针 对某机型发动机 ，使 用动 力学分析 软件 ＶＡＬＤＹＮ，对三种参数的 气门弹簧分别进行配 气机 构的动力学分 析 ，以确保 气 门弹簧选用的可靠性 。 关键 词 ：气 门弹簧 ；配 气机 构；动力 学分析
卵形 截 面
１ 气 门弹簧静态参数
为配合使用已量产 的气 门锁夹及气 门弹簧座 ，且 满足气 门单槽改三槽 的设计更改 ，气 门弹簧需要重新 设 计 。根 据气 门的安装 高度 及最 大 升程 时所需 要 的负 荷 ，设 计 三种 可满 足条 件 的静 态 气 门弹簧设 计 。
其 中 ，方 案 一 为 圆形 钢 丝 圆柱状 变 节 距 气 门弹 簧，材料为 ＣｒＳｉＶＮｉ，如图 １所示。此方案优点是结构 简单 ，使用普遍 ，缺点是优化的材料导致成本增加。
表 １ 气 门弹簧 静态 参数对 比表
《装备制造技术）２０１６年第 ０７期
表 ２ 进 气 侧 结 果对 比
２ 配气 机构模型 建立
该 发 动 机 配 气机 构 属 于 带 机 械式 平 面挺 柱 的顶 置 凸 轮 轴 气 门顶 置 式 配 气 机 构 （ＯＨＣ），其 结 构 示 意 如 图 ４所 示 ［２１。为 比较 气 门弹 簧 三种 方 案 的优 劣 ，使 用动力学的计算软件 ＶＡＬＤＹＮ进行计算分析 。此软 件结合配气机构 ，简化配气机构相关部件设置或进 行转换 ，最终建立单 阀系动力学计算模型 ，如图 ５所 示 。在输人参数过程中 ，除 已知部分参数外 ，模 型中 各 零件 质 量及 惯 量 由 Ｐｒｏ／Ｅ建 模计 算 得 到 ，气 门弹 簧 数 据 由 ＶＡＬＤＹＮ中 的 ＶＡＬＫＩＮ模 块 获得 。
表 ３ 排气 侧 结 果 对 比
２：气肇篱门翼挺霪 柱 、气门弹簧座、气门锁夹 图 圈 ５单 旱阀 ｌ鼍Ｉ系 糸动力学 字 模受型
３．气门弹簧 ４气 门
分析 结果 的指 标值 如表 ４所 列 ，通 过对 比可 知 ， 进 气 侧 的 方 案 一 在 ５ ０００ ｒｐｍ状 态下 凸轮 轴 与 气 门 挺柱 的接触 应 力 ７０５ ＭＰａ，超 过 指标 值 ７００ ＭＰａ，超 标 的应力图 ，如图 ６所示；排气侧 的方案二在 ５ ０００ ｒｐｍ状态下凸轮轴与气门挺柱 的接触应力 ７０４ ＭＰａ， 超过指标值 ７００ ＭＰａ，超标 的应力图如图 ７所示 。
图 ２ 方 案 二 气 门弹 簧
方 案 三 为 圆形 钢 丝 蜂 窝 状 变 节 距 气 门 弹 簧 簧 ， 材 料 为 ＣｒＳｉＶ，如 图 ３所示 。此 方 案优 点 是 可适 应 空 间要求 ，缺 点 是工艺 控 制需 加强 。
图 １ 方 案一气 门弹簧
图 ３ 方案三气门弹簧
三种气门弹簧方案的具体参数如表 １所列。
业 大 学 ，２０１０． ［４】吴 志光．基于 ｆａｎｕｅ Ｏｉ系统宏 程序 在二次 曲面铣 削加 工中
收 稿 日期 ：２０１６—０４—０８ 作者 简介 ：沈玉芳 （１９８７一），女 ，湖北武汉 人 ，本科 ，助理 工程师 ，研 究方 向 ：发 动机配气 机构 的设计 与开发 ；韦 玉昆 （１９８６－），女 ，
广西南 宁人 ，本科 ，助理工程师 ，研 究方向 ：发动机零 部件的设 计与开发。
１４２
针 对 某 发 动 机 ，为 了满 足 高 应 力 、小 空 间 、轻 量 化等 的要求 ，根据计算公式设计 出三种方案气门弹 簧 。为确认气门弹簧设计方案的选用 ，建立配气机构 动力学模型 ，进行相关计算 ，以保证气 门弹簧选用的 可 靠性 。
方案二为卵形钢丝 圆柱变节距气 门弹簧 ，材料 为 ＣｒＳｉＶ，如图 ２．采用 卵形截面钢丝来设计制造高应 力螺旋 弹簧具有降低并紧高度 ，减轻重量 ，减少应力 等优 点 【ｌ＿，缺点 是工 艺 控制 需加 强 。
参 考 文 献 ： 【１］严 亚 萍 ．椭 圆面 上 圆 弧 螺纹 的 编程 方 法 ［Ｊ］．机 械工 程 师 ，
２０１１，（１１）：９３—９４． ［２］计 小 辈 ，王 丽 敏．椭 圆弧 面螺 纹 的参 数 化 编 程 与加 ３２［Ｊ］
刑 台职业技术学 院学报 ，２００９，２６（１）：９０—９２． 【３】吕孝 敏．基 于宏程序 的二次 曲线数控 加工【Ｄ】．合肥：合 肥工
中 图 分类 号 ：Ｕ４６４
文 献 标 识 码 ：Ａ
文章 编 号 ：１６７２—５４５Ｘ（２０１６）０７—０１４２－０２
配 气机构 是汽 车发 动机 最重要 的组 成部 分之 一 ， 而气 门弹簧是配气机构气门组 的重要零件 。其功 用 是 保 证气 门关 闭 时 能 紧密 地 与气 门座 或 气 门座 圈 贴合 ，并克服在气门开启时配气机构产生的惯性力 ， 使 传 动件 始终 受 凸轮控 制 而不 相 互脱 离 。
曩落 座速度 ＜ｏｌ６（ａｌ“ ａｌ ｄ ｐ 。ｄ）
气 门反 跳高度
最 大凸轮 ／挺柱 间隙
最 大气 门 落座力
最大凸轮艇 柱接触应力
（下转第 １５１页 ） １４３ Baidu Nhomakorabea
《装备制造技术￣２０１６年第 ０７期
修改性 ，避免复杂的数学计算 、误差减少 、程序简化 ， 大大提高 了编程效率 。其具有广泛的实用价值 。
图 ４ 配 气 机 构
表 ４ 指标值
３ 分 析 结 果
毳奎
评 价指标值
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针 对进 气 侧 及 排 气 侧 输人 相 关 数 据 ，得 到 三 种 气 门弹 簧 方 案 的 最终 结 果 对 比 ，其 中进 气 侧 如 表 ２ 所 列 ，排 气 侧如 表 ３所 列 。
羹尘耋 曩
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