La molla della porta è un piccolo utensile che assicura il posizionamento tempestivo e la tenuta stagna della valvola, impedendo alla valvola di saltare e di danneggiarne la tenuta durante le vibrazioni del motore.
La molla della valvola è posizionata tra la testata del cilindro e la sede della molla all'estremità dello stelo della valvola. La funzione della molla della valvola è di garantire che la valvola possa adattarsi saldamente alla sede della valvola o all'anello della sede della valvola quando la valvola è chiusa e di superare la forza inerziale generata dal meccanismo della valvola quando la valvola è aperta, in modo che le parti della trasmissione siano sempre controllate dalla camma e non si stacchino l'una dall'altra.
Le molle delle valvole sono spesso realizzate in filo di acciaio legato di alta qualità e sono sottoposte a trattamento termico per migliorarne la resistenza alla fatica. Per evitare la corrosione della molla, la superficie della molla deve essere zincata e fosfatata. Le due estremità della molla devono essere rettificate piatte e perpendicolari all'asse della molla per evitare che la molla si inclini durante il funzionamento.
Le molle delle valvole sono per lo più molle a spirale cilindriche. Quando la frequenza di lavoro della molla della valvola è uguale o un multiplo della sua frequenza naturale, la molla della valvola risuonerà e la probabilità di rottura aumenterà. Per prevenire la risonanza, è possibile utilizzare molle a passo variabile e attualmente la maggior parte dei motori utilizza molle doppie concentriche. La direzione di rotazione delle molle interna ed esterna è opposta e la rigidità della molla esterna è maggiore di quella della molla interna. Le molle doppie non solo prevengono la risonanza, ma accorciano anche la lunghezza della molla. Inoltre, quando una molla si rompe, l'altra molla può continuare a funzionare, impedendo alla valvola di cadere nel cilindro.
Metodo di progettazione
La progettazione della molla della valvola, come quella della camma, ha pari importanza per le prestazioni del sistema motore. La funzione di una molla della valvola include impedire che la valvola salti fuori dalla sede della valvola sotto carico di pressione, nonché controllare il movimento della valvola per evitare la separazione del meccanismo della valvola. La progettazione delle molle della valvola influisce sullo stress della camma, sull'attrito del meccanismo della valvola e sulla vibrazione della molla. La molla della valvola di un motore è solitamente una molla di compressione a spirale aperta con estremità chiuse. La maggior parte dei motori utilizza molle a rigidità fissa, sebbene alcuni utilizzino molle a rigidità variabile. Per i motori diesel a bassa velocità, l'utilizzo di una progettazione a molla singola è solitamente sufficiente per soddisfare i requisiti, ma a volte è anche necessario utilizzare una progettazione a doppia molla con una molla di smorzamento o una molla interna per ridurre la gravità dello sfarfallio della molla della valvola. La progettazione della molla della valvola è un compito molto complesso. Può servire come esempio per illustrare i principi della progettazione del sistema motore per due o tre motivi. In primo luogo, il metodo di progettazione analitica della molla dimostra il collegamento tra i parametri dei componenti e i parametri di progettazione del sistema. In secondo luogo, il metodo di progettazione analitica delle molle dimostra che per lo stesso problema di progettazione possono esserci due diversi metodi di costruzione matematica: uno è trattarlo come una soluzione deterministica e l'altro è risolverlo come un problema di ottimizzazione. Nella costruzione matematica dei problemi di ottimizzazione, sia la funzione obiettivo che la funzione di vincolo sono elencate come funzioni esplicite come esempi. Va notato che in altre aree della progettazione del sistema motore, come le prestazioni del ciclo, la progettazione delle camme e la dinamica del treno valvole. Le funzioni utilizzate per l'ottimizzazione della costruzione sono solitamente funzioni implicite più complesse. In terzo luogo, il metodo di progettazione analitica delle molle fornisce un esempio di utilizzo della progettazione grafica per costruire un diagramma di progettazione di sweep parametrico. Questi tipici diagrammi dei parametri possono essere utilizzati per affrontare problemi di progettazione multidimensionali comunemente riscontrati nella progettazione del sistema motore diesel.
Nella progettazione delle molle delle valvole, i dati di input noti includono quanto segue: ① sollevamento massimo della valvola; ② lunghezza di installazione della molla data; ③ forza di precarico della molla richiesta; ④ rigidità della molla richiesta. Va notato che la forza di precarico e la rigidità della molla sono parametri di progettazione a livello di sistema motore, che devono soddisfare la massima forza consentita della molla e lo stress della camma, impedire che la valvola di scarico salti e garantire che il treno valvole non voli via. Esiste una forte interazione tra la progettazione delle molle delle valvole e la progettazione della camma. Se è difficile trovare una soluzione nella progettazione delle molle, è necessario modificare questi dati di input.
Nella progettazione delle molle delle valvole, i seguenti parametri vengono calcolati come dati di output: ① Parametri di progettazione delle molle di base o indipendenti (ad esempio diametro medio della molla, diametro del filo della spirale della molla, numero di spire di lavoro); ② Parametri di progettazione esportati (ad esempio lunghezza libera della molla, lunghezza di compressione massima, lunghezza di compressione, spazio libero tra le spire, spazio solido tra le spire alla massima compressione, frequenza naturale e ordine di vibrazione della molla, carico massimo della molla, forza di torsione massima della molla). I parametri di progettazione delle molle di base determinano la rigidità della molla.
Alcuni parametri di output sono limitati da vincoli di progettazione. Ad esempio, la lunghezza di installazione e il diametro medio della molla sono limitati dallo spazio di confezionamento. La compressione massima della molla e lo stress torsionale della molla alla lunghezza compattata sono limitati dalla durata a fatica, dalla resistenza e dal limite di stress massimo ammissibile della molla. Le condizioni di vincolo per la protezione dallo sfarfallio della molla sono ottenute controllando il gioco fisico e la frequenza naturale della molla. L'ordine dello sfarfallio della molla si riferisce al rapporto tra la frequenza naturale della molla e la frequenza di funzionamento del motore. Per garantire che la molla non subisca forti vibrazioni durante il funzionamento. La frequenza naturale della molla della valvola dovrebbe solitamente essere almeno 13 volte la frequenza di funzionamento del motore, il che significa che l'ordine di vibrazione della molla dovrebbe essere superiore a 13. L'analisi della frequenza naturale della molla mostra che se la molla risponde in modo molto sensibile a una delle armoniche dominanti del profilo della camma, la tendenza della vibrazione è sicuramente presente. In questo caso, è necessario modificare la progettazione della camma o della molla. A volte è possibile utilizzare molle a rigidità variabile o nidificate per modificare la frequenza della molla e contribuire ad alleviare i problemi di vibrazione.
La progettazione della molla è un problema di parametri multidimensionali che può essere gestito tramite un approccio grafico per controllare le tendenze di sensibilità dei parametri. Lo scopo dell'ottimizzazione della progettazione della molla della valvola è di massimizzare la frequenza naturale della molla per ridurre le vibrazioni della molla, rispettando al contempo i seguenti vincoli: ① il precarico della molla richiesto e la rigidità della molla della valvola nel sistema motore; ② Sollecitazione massima consentita della molla; ③ Gioco fisico appropriato per controllare le vibrazioni della molla
Fasi di progettazione
Il calcolo delle molle delle valvole è un problema di progettazione di sistema complesso. Una molla ben progettata può ridurre al minimo l'attrito e l'usura nel meccanismo della valvola. Il metodo della formula di analisi per la progettazione delle molle delle valvole basato sulla costruzione del diagramma di progettazione della sensibilità dei parametri è riassunto come segue:
(1) Fase 1: Analizzando le prestazioni di guida in discesa del veicolo e la frenata del motore, determinare l'obiettivo di progettazione della velocità di decollo del treno valvole per determinare il precarico della molla della valvola e la rigidità della molla richiesti;
(2) Fase 2: stabilire un modello dinamico del treno valvole per prevedere con precisione la fuga e valutare l'impatto della pressione di ricompressione del cilindro sulla fuga;
(3) Fase 3: Eseguire calcoli di sweep dei parametri su diversi valori di precarico molla e rigidità molla per costruire un diagramma dei parametri della dinamica del treno valvole, al fine di esaminare il loro impatto sulla vibrazione del treno valvole. È necessario disegnare le curve della forza dell'asta di spinta, dell'accelerazione del treno valvole e della decelerazione molla rispetto all'angolo dell'albero motore nella figura per visualizzare il margine di progettazione per la fuga, in modo da selezionare in modo conveniente e saggio i valori target di precarico molla e rigidità molla richiesti nella fase 4;
(4) Fase 4: Sulla base del bilanciamento della forza statica della testa della valvola di scarico, calcolare il precarico della molla necessario per impedire alla valvola di scarico di saltare. Selezionare il precarico della molla della valvola di scarico per motori con e senza freni di scarico e utilizzare il diagramma dei parametri di progettazione nella fase 3 per scegliere la rigidità della molla corrispondente;
(5) Fase 5: Eseguire il calcolo di sweep dei parametri sui parametri di progettazione e utilizzare metodi di progettazione grafica per costruire un diagramma di progettazione della sensibilità dei parametri per la progettazione della molla. Scegliere il diametro medio della molla, il diametro del filo della bobina e il numero di spire, soddisfacendo al contempo vincoli di progettazione quali stress torsionale della molla, frequenza naturale e gioco della bobina. In alternativa, è possibile utilizzare metodi di ottimizzazione analitica per risolvere direttamente l'equazione.
Il metodo di rottura
Poiché la molla della valvola sopporta una coppia durante il funzionamento, la distribuzione dello stress sulla sua sezione trasversale circolare è irregolare. Lo stress aumenta gradualmente dall'origine vicino al centro a ciascun punto sul bordo e la superficie subisce lo stress più elevato. In termini di punti di superficie, la superficie interna sopporta lo stress più elevato ed è soggetta a stress piano. Pertanto, una volta che si verifica un difetto sulla superficie della molla della valvola, è possibile generare la massima concentrazione di stress nel punto del difetto, portando alla frattura precoce della molla.
Motivo della rottura
La causa della frattura della molla della valvola, oltre ai difetti di fabbricazione, può essere anche un uso improprio che può causare danni precoci. Le cause più comuni sono le seguenti:
① Sulla superficie della molla sono presenti vaiolature e corrosioni. Una conservazione non corretta può causare corrosioni sulla superficie della molla. Quando la molla è sottoposta a coppia elevata, la concentrazione di stress può facilmente verificarsi nelle corrosioni, portando infine alla frattura da fatica della molla.
Metodo di controllo qualità per nuove molle valvola: bloccare la molla su una morsa e comprimerla alla lunghezza minima, in modo che non ci sia il più possibile spazio tra gli anelli, e tenerla per 48 ore. Se ci sono difetti sulla superficie della molla, si romperà dopo questo trattamento di compressione. Questo perché lo stress interno della molla è altamente concentrato vicino al difetto, causando la rottura della molla.
La forza di elasticità della molla della valvola può essere identificata tramite il metodo di confronto. Il metodo specifico consiste nel collegare prima la vecchia molla della valvola da ispezionare in serie con una nuova molla della valvola e separarle con una rondella in acciaio al centro. Quindi applicare una certa quantità di pressione su una molla della valvola e osservare il grado di compressione delle molle nuove e vecchie. Se l'elasticità della vecchia molla è insufficiente, deve essere premuta prima verso il basso.
② La linea centrale della molla è obliqua. Se le due facce terminali della molla della valvola non sono perpendicolari alla linea centrale della molla, la molla lavorerà ad alta velocità per lungo tempo e il suo materiale metallico è anche soggetto a fratture dovute alla fatica. Il metodo per verificare la verticalità delle molle della valvola consiste nel posizionare prima la molla verticalmente su una piastra piana, utilizzare un righello quadrato per appoggiarla sul cerchio inferiore della molla, quindi ruotare la molla una volta e misurare la distanza massima tra il cerchio superiore della molla e il righello quadrato. Normalmente, la distanza di inclinazione della molla della valvola rispetto alla linea verticale è di 1,5 mm. Se supera questo valore, è meglio sostituirla con una nuova.
③ Movimento della guida valvola o cuscinetti dell'albero a camme allentati. Se la guida valvola si muove durante l'uso, potrebbe causare la rottura della molla valvola a causa dello stress di flessione quando compressa. I cuscinetti dell'albero a camme allentati possono causare risonanza nelle molle valvola e anche portare alla loro rottura.
④ Funzionamento o installazione non corretti. Durante il funzionamento di un motore diesel, se la velocità cambia improvvisamente e frequentemente, la frequenza di compressione ed estensione della molla della valvola aumenterà improvvisamente, causando una frattura da fatica.
⑤ La molla della valvola non è stata assemblata come richiesto. Quando si assemblano le molle delle valvole, alcuni modelli hanno requisiti speciali. Ad esempio, il motore diesel Isuzu 6BBl richiede che il lato blu della molla sia rivolto verso la superficie piana della testata del cilindro. Altrimenti, la molla è soggetta a rottura.
Gestione dell'emergenza
Se si scopre che la molla della valvola di un motore diesel è rotta durante la guida, è possibile rimuovere prima la molla rotta e poi reinstallare le superfici di lavoro su entrambe le estremità della molla per un uso temporaneo. Se la molla si rompe in più sezioni, i bulloni di regolazione delle valvole di aspirazione e di scarico del cilindro possono essere rimossi per mantenere le valvole chiuse. Quindi, il tubo dell'olio ad alta pressione della pompa di iniezione del carburante che porta al cilindro può essere rimosso per impedirgli di iniettare carburante nel cilindro, consentendo all'auto di continuare a guidare fino a destinazione.
Fasi di ispezione
(1) Controllare la lunghezza libera della molla della valvola. Misurare la lunghezza libera della molla della valvola con un calibro e il suo valore dovrebbe soddisfare il valore standard. Se non soddisfa i requisiti, dovrebbe essere sostituita.
(2) Controllare la verticalità della molla della valvola. Utilizzare un righello quadrato e una piastra piana per controllare la verticalità della molla della valvola. Il suo valore deve soddisfare il valore standard, altrimenti deve essere sostituita.
(3) Controllare il precarico della molla della valvola. Utilizzare un misuratore di forza per rilevare la forza di precarico della molla della valvola e il suo valore dovrebbe soddisfare lo standard. Se la forza di precarico è inferiore al valore standard, la molla della valvola dovrebbe essere sostituita.
(4) Per evitare danni, la molla deve essere compressa frequentemente.
