Mètode de disseny de la molla de la vàlvula

El disseny de la molla de la vàlvula és tan important per al rendiment del sistema del motor com el disseny de la lleva. Les funcions de la molla de la vàlvula inclouen evitar que la vàlvula surti del seient de la vàlvula sota càrregues de pressió de gas i controlar el moviment de la vàlvula per evitar la separació del tren de vàlvules. El disseny de la molla de la vàlvula afecta la tensió de la lleva, la fricció del tren de la vàlvula i l'aleteig de la molla. Els ressorts de vàlvules d'un motor solen ser molls de compressió helicoïdals-oberts amb extrems tancats. La majoria dels motors utilitzen molles de ritme-constant, encara que alguns utilitzen molles de ritme-variable. Per als motors dièsel de velocitat més baixa, sol ser suficient un disseny de molla única, però de vegades es requereix un disseny de molla doble amb molla d'amortiment o molla interior per reduir la gravetat de la molla de la vàlvula. El disseny de la molla de la vàlvula és una tasca molt complexa. Serveix com a exemple per il·lustrar els principis del disseny del sistema del motor per dues o tres raons. En primer lloc, el mètode analític de disseny de molles mostra la connexió entre els paràmetres de disseny dels components i els paràmetres de disseny del sistema. En segon lloc, el mètode analític de disseny de molles mostra que el mateix problema de disseny es pot formular de dues maneres diferents: una és tractar-lo com una solució determinista i l'altra és resoldre'l com un problema d'optimització. En la construcció matemàtica del problema d'optimització, tant la funció objectiu com la funció de restricció es mostren com a exemples de funcions explícites. Cal tenir en compte que en altres àrees del disseny del sistema del motor (com ara el rendiment del cicle, el disseny de lleves i la dinàmica del tren de vàlvules), les funcions utilitzades per a la construcció d'optimització solen ser funcions implícites més complexes. En tercer lloc, el mètode de disseny analític de molles ofereix un exemple d'ús de mètodes de disseny gràfic per construir diagrames de disseny d'escombrat de paràmetres. Aquests diagrames de paràmetres típics es poden utilitzar per tractar problemes de disseny multi-dimensionals que sovint es troben en el disseny de sistemes de motors dièsel.
En el disseny de la molla de la vàlvula, les dades d'entrada conegudes inclouen les següents:
① Elevació màxima de la vàlvula;
② Donada la longitud d'instal·lació de la molla;
③ Precàrrega de molla necessària
④ Rigidesa de molla necessària. Cal tenir en compte que la precàrrega i la rigidesa de la molla són paràmetres de disseny a nivell del sistema del motor, que han de complir els requisits de força de molla i tensió de la lleva màxima permesa, la vàlvula d'escapament no -flota i el tren de vàlvules no-volant. Hi ha una forta interacció entre el disseny de la molla de la vàlvula i el disseny de la lleva. Si és difícil trobar una solució en el disseny de la molla, aquestes dades d'entrada s'han de modificar.
En el disseny de la molla de la vàlvula, es calculen les dades de sortida dels paràmetres següents:
① Paràmetres bàsics o independents de disseny de molles (és a dir, diàmetre mitjà de molla, diàmetre del fil de bobina de molla, nombre de bobines de treball);
② Paràmetres de disseny derivats (per exemple, longitud lliure de molla, longitud màxima de compressió, longitud compactada, espai lliure entre bobines, espai sòlid entre bobines a la màxima compressió, freqüència natural de molla i ordre de vibració, càrrega màxima de molla, força màxima de torsió de molla). Els paràmetres bàsics de disseny de la molla determinen la rigidesa de la molla.
Alguns paràmetres de sortida estan subjectes a restriccions de disseny. Per exemple, la longitud d'instal·lació i el diàmetre mitjà de la molla estan limitats per l'espai d'embalatge. La tensió de torsió de la molla a la màxima compressió de la molla i a la longitud compactada està limitada per la vida a la fatiga de la molla, la força i el límit de tensió màxim admissible. Les limitacions sobre la protecció contra l'aleteig de la molla s'aconsegueixen controlant la bretxa sòlida i la freqüència natural de la molla. L'ordre de l'aleteig de la molla fa referència a la relació entre la freqüència natural de la molla i la freqüència de funcionament del motor. Per tal d'assegurar que la molla no oscil·li amb força durant el funcionament. La freqüència natural de la molla de la vàlvula hauria de ser almenys 13 vegades la freqüència de funcionament del motor; és a dir, s'espera que l'ordre de l'aleteig de la molla sigui superior a 13. L'anàlisi de la freqüència natural de la molla mostra que si la molla és molt sensible a un dels harmònics dominants del perfil de la lleva, hi ha una tendència a produir-se un aleteig. En aquest cas, cal modificar el disseny de la lleva o de la molla. De vegades, es poden utilitzar molles de rigidesa variable o niu per canviar la freqüència de la molla per ajudar a alleujar el problema de l'aleteig.
El disseny de primavera és un problema de paràmetres multi-dimensionals que es pot gestionar de manera gràfica per examinar les tendències de la sensibilitat dels paràmetres. L'objectiu de l'optimització del disseny de la molla de la vàlvula és maximitzar la freqüència natural de la molla per reduir la vibració de la molla alhora que es compleixen les limitacions següents:
① Precàrrega de la molla i rigidesa de la molla de la vàlvula requerida pel sistema del motor;
② Tensió de molla màxima admissible;
③ L'espai físic adequat per controlar l'aleteig de la molla.