多目標(biāo)的內(nèi)燃機(jī)氣門彈簧優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

6sigma管理法代表了新的管理度量和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),是一種組織工作業(yè)績獲得突破性改進(jìn)的手段和追求卓越的管理方法。介紹了6sigma方法的語言———過程變差σ與100萬件產(chǎn)品可能出現(xiàn)的缺陷數(shù)之間的關(guān)系,以及6sigma的改進(jìn)模式———dmaic;并以內(nèi)燃機(jī)氣門彈簧清洗過程的6sigma改進(jìn)過程為例,說明了如何應(yīng)用dmaic方法尋找出該過程的關(guān)鍵影響因素、提高清洗工藝的穩(wěn)健性

油田現(xiàn)場用柴油機(jī)和各種車輛中的氣門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盈量的計(jì)算式;針對(duì)一種氣門彈簧座的組合凹模,給出優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果。

對(duì)海上平臺(tái)雙燃料柴油機(jī)氣門彈簧進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)研究,通過對(duì)氣門彈簧材質(zhì)選取、加工工藝、熱處理工藝的策劃研究,理順了制造工藝流程.對(duì)氣門彈簧進(jìn)行了共振和穩(wěn)性驗(yàn)算,并進(jìn)行了疲勞壽命試驗(yàn),通過實(shí)際裝機(jī)運(yùn)行,使用效果超過進(jìn)口氣門彈簧.

采用化學(xué)成分分析、金相檢驗(yàn)和硬度測試等方法對(duì)3.6mm55crsi鋼氣門彈簧在臺(tái)架試驗(yàn)中的斷裂原因進(jìn)行分析。結(jié)果表明:由于鋼絲表面存在的脆性非金屬夾雜物,導(dǎo)致氣門彈簧在試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)早期疲勞斷裂。

采用體視檢測、顯微組織觀察、硬度測試、成分分析等分析方法,對(duì)氣門彈簧早期失效原因進(jìn)行分析。結(jié)果表明,失效彈簧材料成分和組織基本符合55crsi鋼的技術(shù)要求,預(yù)先存在的裂紋是導(dǎo)致該批試樣提早失效的根本原因。

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

以氣門彈簧凈質(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。

本文分析了柴油汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣門彈簧的作用及使用要求,分析其最優(yōu)化設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)變量、目標(biāo)函數(shù)和約束條件。提出了氣門彈簧最優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型,克服了傳統(tǒng)的試湊法和圖解法的不足,并通過實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證說明。提高了氣門彈簧的設(shè)計(jì)效率及設(shè)計(jì)質(zhì)量。

氣門彈簧彈力減弱或折斷的原因分析

以氣門彈簧質(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。考慮制造誤差的影響,應(yīng)用蒙特卡羅方法對(duì)氣門彈簧的目標(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彈簧穩(wěn)健性差,合格率低。重新修正制造精度后,氣門彈簧的穩(wěn)健性能得到了極大的提高。這種方法為氣門彈簧制造精度的確定提供了準(zhǔn)確的依據(jù)。

某發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)初期,突然發(fā)生異響,拆解發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)現(xiàn)氣門彈簧和氣門斷裂。分別對(duì)氣門、氣門彈簧進(jìn)行材質(zhì)分析,檢測結(jié)果正常。通過對(duì)氣門彈簧外觀觀察,氣門彈簧工作時(shí)內(nèi)外表面、不同螺旋角和壓縮變形時(shí)的切應(yīng)力分析,從而得出彈簧表面擦傷導(dǎo)致氣門彈簧斷裂,氣門進(jìn)氣缸內(nèi)撞擊導(dǎo)致異響及氣門變形、斷裂的結(jié)論。

本文以變剛度氣門彈簧為研究對(duì)象,建立了氣門彈簧、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)該氣門彈簧在不同載荷下進(jìn)行了三維有限元計(jì)算。通過有限元仿真計(jì)算,快速地得到了變剛度氣門彈簧彈性特性曲線。并依據(jù)氣門彈簧應(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。

分析某機(jī)型改進(jìn)過程中,由于排氣背壓的增加導(dǎo)致氣門反跳的現(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)氣門彈簧的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及維修要領(lǐng)

發(fā)動(dòng)機(jī)氣門彈簧多用圓柱形螺旋壓縮彈簧,在氣門關(guān)閉過程中用于克服氣門及傳動(dòng)件的慣性力,保證氣門及時(shí)落座并緊密貼合,防止氣門在發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生跳動(dòng)。本文通過分析其優(yōu)化設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)變量、目標(biāo)函數(shù)和約束條件,提出并驗(yàn)證優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型,該方法簡便易行,且可以達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目的。

氣門彈簧是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的重要元件,其對(duì)疲勞和穩(wěn)定性能的要求非常苛刻。概述了氣門彈簧用鋼的化學(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。

分析了用swosc-v,oteva-75sc牌號(hào)彈簧鋼絲卷制的汽油機(jī)氣門彈簧引入氮化工藝的可行性,經(jīng)討論后確定以450±10℃溫度對(duì)氣門彈簧進(jìn)行低溫氣體氮碳共滲(氣體軟氮化)處理,通過工藝試驗(yàn)和分析,確定了汽油機(jī)氣門彈簧氣體氮化工藝。對(duì)處理后的彈簧經(jīng)金相、靜壓試驗(yàn)和疲勞試驗(yàn)表明,氣體軟氮化能進(jìn)一步提高汽油機(jī)氣門彈簧的抗松弛及工作可靠性。

車用內(nèi)燃機(jī)的氣門彈簧和對(duì)其優(yōu)化設(shè)計(jì)是十分重要的,所以這篇文章主要是對(duì)車用內(nèi)燃機(jī)氣門彈簧的作用進(jìn)行簡單的介紹和深入的研究,并且構(gòu)造出車用內(nèi)燃機(jī)氣門彈簧優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型,通過對(duì)氣門彈簧的涉及變量、目標(biāo)函數(shù)和限制條件等因素出發(fā)對(duì)車用內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行分析研究,并且得出結(jié)論。

內(nèi)燃機(jī)氣門彈簧的設(shè)計(jì)一般屬于多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)。根據(jù)內(nèi)燃機(jī)氣門彈簧在實(shí)際中的設(shè)計(jì)要求,建立其多目標(biāo)優(yōu)化模型。采用nsga-ii優(yōu)化算法對(duì)其進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化,克服了傳統(tǒng)的試湊法和圖解法存在的不足,實(shí)現(xiàn)了多方案優(yōu)化設(shè)計(jì),提高了氣門彈簧的設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率,具有較大的工程使用價(jià)值。

氣門彈簧多為等螺距螺旋彈簧,一般在一個(gè)氣門上安裝一個(gè)彈簧。在有的汽車發(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重型貨車發(fā)動(dòng)機(jī)氣門彈簧);在多數(shù)高速發(fā)動(dòng)機(jī)上則采用雙氣門彈簧。變螺距氣門彈簧和雙氣門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變螺距彈簧氣門彈簧在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中,容易發(fā)生

文章簡述了柴油機(jī)氣門彈簧的功用,并針對(duì)氣門彈簧工作的的惡劣條件下容易產(chǎn)生早期失效,對(duì)氣門彈簧的工藝流程各階段進(jìn)行了闡述并提出相關(guān)制造工藝注意事項(xiàng)。

為確保某種高應(yīng)力小空間的氣門彈簧的選用,在獲得氣門彈簧靜態(tài)參數(shù)之后有必要進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)計(jì)算。為此,針對(duì)某機(jī)型發(fā)動(dòng)機(jī),使用動(dòng)力學(xué)分析軟件valdyn,對(duì)三種參數(shù)的氣門彈簧分別進(jìn)行配氣機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)分析,以確保氣門彈簧選用的可靠性。