55CrSi鋼氣門(mén)彈簧斷裂原因分析

本文通過(guò)對(duì)氣門(mén)彈簧工作特點(diǎn)及其典型斷裂失效模式的分析,在此基礎(chǔ)上對(duì)過(guò)噴引起的氣門(mén)彈簧斷裂進(jìn)行了失效分析,并提出了噴丸工藝改進(jìn)意見(jiàn)。

氣門(mén)彈簧彈力減弱或折斷的原因分析

55CrSi油淬火—回火閥門(mén)彈簧鋼絲通條性能研究

采用斷口分析、外觀檢查、金相檢查和能譜分析等方法,對(duì)彈簧鋼絲在拉拔過(guò)程中發(fā)生的斷裂原因進(jìn)行了分析。結(jié)果表明附著于鋼絲表面的金屬鋅,在熱處理過(guò)程中處于液態(tài),引起鋼絲由外表面沿晶脆化開(kāi)裂進(jìn)而導(dǎo)致整體斷裂,從而得出彈簧鋼絲的斷裂是由低熔點(diǎn)金屬脆化開(kāi)裂造成的。

以氣門(mén)彈簧質(zhì)量最小以及防共振性能最好為目標(biāo),以鋼絲直徑、彈簧直徑、彈簧圈數(shù)為設(shè)計(jì)變量,以彈簧指數(shù)、彈簧強(qiáng)度、彈簧穩(wěn)定性、彈簧尺寸等為約束條件,建立了某內(nèi)燃機(jī)氣門(mén)彈簧數(shù)學(xué)模型,并應(yīng)用遺傳算法求解了優(yōu)化結(jié)果?？紤]制造誤差的影響,應(yīng)用蒙特卡羅方法對(duì)氣門(mén)彈簧的目標(biāo)函數(shù)、約束條件的概率分布特征等進(jìn)行穩(wěn)健性分析。分析表明在給定的制造精度下氣門(mén)彈簧穩(wěn)健性差,合格率低。重新修正制造精度后,氣門(mén)彈簧的穩(wěn)健性能得到了極大的提高。這種方法為氣門(mén)彈簧制造精度的確定提供了準(zhǔn)確的依據(jù)。

本文以變剛度氣門(mén)彈簧為研究對(duì)象,建立了氣門(mén)彈簧、彈簧座的三維有限元組合模型。使用有限元分析軟件,在考慮各組件接觸關(guān)系的基礎(chǔ)上,對(duì)該氣門(mén)彈簧在不同載荷下進(jìn)行了三維有限元計(jì)算。通過(guò)有限元仿真計(jì)算,快速地得到了變剛度氣門(mén)彈簧彈性特性曲線。并依據(jù)氣門(mén)彈簧應(yīng)力計(jì)算結(jié)果對(duì)該彈簧進(jìn)行了靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度校核。

安全閥是液化氣槽罐車(chē)上最重要的安全附件,安全閥的正常工作直接關(guān)系到槽罐車(chē)的安全運(yùn)行。由于移動(dòng)式壓力容器的充裝介質(zhì)大多為易燃易爆或腐蝕性氣體,并且容器在平時(shí)使用時(shí)經(jīng)常處于高速運(yùn)行狀態(tài),因此對(duì)安全閥的的使用壽命有很大的影響,其中安全閥彈簧斷裂是影響安全閥使用的最主要的因素。2014年1月3號(hào),在對(duì)一輛液化氣槽罐車(chē)的年度檢驗(yàn)過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)其安全閥彈簧斷裂。彈簧是安全閥最主要的配件,安全閥泄放主要是通過(guò)彈簧完成的。因此,彈簧的正常運(yùn)行對(duì)安全閥乃至整個(gè)槽罐車(chē)的安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。安全閥斷裂的影

油田現(xiàn)場(chǎng)用柴油機(jī)和各種車(chē)輛中的氣門(mén)彈簧座是易損零件之一。以往對(duì)其冷擠壓組合凹模設(shè)計(jì)采用經(jīng)驗(yàn)法,精確性不高,凹模易損壞。鑒于此,采用優(yōu)化設(shè)計(jì),給出冷擠壓組合凹模優(yōu)化設(shè)計(jì)模型,導(dǎo)出優(yōu)選組合凹模各圈直徑和過(guò)盈量的計(jì)算式;針對(duì)一種氣門(mén)彈簧座的組合凹模,給出優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果。

分析某機(jī)型改進(jìn)過(guò)程中,由于排氣背壓的增加導(dǎo)致氣門(mén)反跳的現(xiàn)象,并對(duì)新機(jī)型重新校核彈簧特性參數(shù);分析了增加彈簧預(yù)緊力對(duì)配氣機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性的影響,證明適當(dāng)增加彈簧預(yù)緊力能有效地解決反跳問(wèn)題,并對(duì)整個(gè)配氣機(jī)構(gòu)特性影響不大。

發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)彈簧的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及維修要領(lǐng)

以氣門(mén)彈簧凈質(zhì)量最小、剛度誤差最小為雙優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo),考慮可靠性等約束條件,建立了可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型,用線性加權(quán)組合法對(duì)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行處理,采用基于證據(jù)理論和區(qū)間分析的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行求解,得到了有價(jià)值的優(yōu)化方案。設(shè)計(jì)實(shí)例驗(yàn)證了該方法的有效性和實(shí)用性。

綜合運(yùn)用機(jī)械優(yōu)化理論的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,通過(guò)分析內(nèi)燃機(jī)氣門(mén)彈簧優(yōu)化設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)變量、目標(biāo)函數(shù)和約束條件,建立起以內(nèi)燃機(jī)氣門(mén)彈簧的質(zhì)量、高度及防共振性能為目標(biāo)函數(shù)的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型,對(duì)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了探討,并給出了設(shè)計(jì)實(shí)例。算例結(jié)果表明該方法具有工程實(shí)用價(jià)值。

氣門(mén)彈簧是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的重要元件,其對(duì)疲勞和穩(wěn)定性能的要求非?？量獭８攀隽藲忾T(mén)彈簧用鋼的化學(xué)成分、冶煉工藝等對(duì)提高彈簧性能的研究進(jìn)展。著重介紹了硅、錳、鉻、鎳、鉬、鈮及釩等元素對(duì)氣門(mén)彈簧用鋼的強(qiáng)度、疲勞極限以及抗松弛性能的影響,同時(shí)對(duì)冶煉工藝中夾雜物控制技術(shù)以及彈簧鋼表面處理技術(shù)的研究進(jìn)展進(jìn)行了系統(tǒng)歸納。

針對(duì)由67crva彈簧鋼制造的斯太爾發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)彈簧進(jìn)行了各項(xiàng)性能試驗(yàn),結(jié)果表明,氣門(mén)彈簧經(jīng)合適的噴丸強(qiáng)化、熱強(qiáng)壓工藝處理后,其疲勞壽命、負(fù)荷損失率均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求;松弛試驗(yàn)結(jié)果表明,67crva彈簧鋼是一種具有良好的抗松弛性能和疲勞性能的材料。最后進(jìn)行了裝機(jī)試驗(yàn),經(jīng)1000h臺(tái)架試驗(yàn),67crva彈簧鋼制造的斯太爾發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)彈簧性能指標(biāo)達(dá)到了qzz1118—1994標(biāo)準(zhǔn)的要求。

以氣門(mén)彈簧質(zhì)量最小以及防共振性能最好為目標(biāo),以鋼絲直徑、彈簧直徑、彈簧圈數(shù)為設(shè)計(jì)變量,以彈簧指數(shù)、彈簧強(qiáng)度、彈簧穩(wěn)定性、彈簧尺寸等為約束條件,建立了某內(nèi)燃機(jī)氣門(mén)彈簧數(shù)學(xué)模型,并應(yīng)用多島遺傳算法得到了全局優(yōu)化結(jié)果。應(yīng)用蒙特卡羅方法,將設(shè)計(jì)變量處理為具有正態(tài)分布特征的隨機(jī)變量,對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行穩(wěn)健性分析,研究設(shè)計(jì)變量變異對(duì)目標(biāo)函數(shù)的影響。分析表明:在給定的精度下此設(shè)計(jì)結(jié)果不能保證氣門(mén)彈簧的穩(wěn)健性能。應(yīng)用田口方法重新設(shè)計(jì),提高了氣門(mén)彈簧的穩(wěn)健性能。

介紹了蟻群算法的基本原理、模型和算法實(shí)現(xiàn)過(guò)程,并對(duì)內(nèi)燃機(jī)氣門(mén)彈簧進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),其計(jì)算結(jié)果表明該方法具有工程實(shí)用價(jià)值.

內(nèi)燃機(jī)的氣門(mén)彈簧是承受高頻振動(dòng)交變載荷的圓柱壓縮彈簧,它的好壞直接關(guān)系到內(nèi)燃機(jī)的工作性能。通過(guò)對(duì)遺傳算法的研究,構(gòu)造了內(nèi)燃機(jī)氣門(mén)彈簧的數(shù)學(xué)模型,通過(guò)編碼的方法對(duì)其進(jìn)行了尋優(yōu)設(shè)計(jì)。計(jì)算實(shí)例表明:遺傳算法用于內(nèi)燃機(jī)的氣門(mén)彈簧優(yōu)化設(shè)計(jì)可獲得較好的參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果,與傳統(tǒng)的優(yōu)化方法相比,該方法具有工程實(shí)用價(jià)值。

例1故障現(xiàn)象有1輛奧迪q5運(yùn)動(dòng)型多功能車(chē),發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)為cad,行駛里程5.3萬(wàn)km。在行駛中,怠速抖動(dòng)明顯。故障診斷及排除過(guò)程1.用v.a.s5052檢測(cè)怠速時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)1缸失火明顯;高怠速時(shí)失火現(xiàn)象輕微;2.拆檢火花塞,點(diǎn)火線圈正常;3.拆檢進(jìn)氣道,發(fā)現(xiàn)進(jìn)氣門(mén)積碳堆積嚴(yán)重,清洗積碳并把1缸噴油嘴和4缸噴油嘴調(diào)換位置,一切清洗干

氣門(mén)彈簧多為等螺距螺旋彈簧,一般在一個(gè)氣門(mén)上安裝一個(gè)彈簧。在有的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)上,為了防止彈簧發(fā)生共振,采用變螺距彈簧(如五十鈴cvr重型貨車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)彈簧);在多數(shù)高速發(fā)動(dòng)機(jī)上則采用雙氣門(mén)彈簧。變螺距氣門(mén)彈簧和雙氣門(mén)彈簧安裝的方法要正確,否則它們不能起到應(yīng)有的作用。1變螺距彈簧氣門(mén)彈簧在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中,容易發(fā)生

在sae9254鋼化學(xué)成分的基礎(chǔ)上增加碳含量和添加一些合金元素開(kāi)發(fā)出的高強(qiáng)度cr-si彈簧鋼可以提高氣門(mén)彈簧的抗松馳性能，且具有良好的疲勞性能。

指出了影響氣門(mén)彈簧鋼絲疲勞性能的主要因素是冶金因素，介紹了國(guó)外先進(jìn)的氣門(mén)彈簧鋼絲生產(chǎn)的冶煉、軋制和拉拔新工藝，提出了提高國(guó)產(chǎn)氣門(mén)彈簧鋼絲質(zhì)量應(yīng)采取的措施。

氣門(mén)彈簧是為了滿足配氣機(jī)構(gòu)的需求,保證氣門(mén)及時(shí)關(guān)閉、平穩(wěn)落座。同時(shí),抵消配氣機(jī)構(gòu)在工作過(guò)程中的慣性力,防止傳動(dòng)件之間的脫落。通過(guò)設(shè)計(jì)低剛度氣門(mén)彈簧,可以有效改善配氣機(jī)構(gòu)所帶來(lái)的振動(dòng),提高發(fā)動(dòng)機(jī)的舒適性;改善傳動(dòng)件之間的受力情況,降低傳動(dòng)件之間磨損程度;同時(shí)也可以降低凸輪驅(qū)動(dòng)力矩,減小驅(qū)動(dòng)能耗,保證發(fā)動(dòng)機(jī)輸出更高的有效能量。顯然,氣門(mén)彈簧在配氣機(jī)構(gòu)中起到了至關(guān)重要的作用。