A mola da porta é uma pequena ferramenta que garante o assentamento oportuno e o encaixe firme da válvula, evitando que ela salte e danifique sua vedação durante a vibração do motor.
A mola da válvula está localizada entre o cabeçote do cilindro e o assento da mola na extremidade da haste da válvula. A função da mola da válvula é garantir que a válvula possa se encaixar firmemente com o assento da válvula ou anel do assento da válvula quando a válvula estiver fechada e superar a força inercial gerada pelo mecanismo da válvula quando a válvula for aberta, de modo que as peças da transmissão sejam sempre controladas pelo came e não se soltem umas das outras.
As molas de válvula são frequentemente feitas de fio de aço de liga de alta qualidade e passam por tratamento térmico para melhorar sua resistência à fadiga. Para evitar corrosão da mola, a superfície da mola deve ser galvanizada e fosfatada. As duas extremidades da mola devem ser retificadas planas e perpendiculares ao eixo da mola para evitar que a mola incline durante a operação.
As molas de válvula são principalmente molas espirais cilíndricas. Quando a frequência de trabalho da mola da válvula é igual ou um múltiplo de sua frequência natural, a mola da válvula ressoará e a probabilidade de quebra aumentará. Para evitar ressonância, molas de passo variável podem ser usadas e, atualmente, a maioria dos motores usa molas duplas concêntricas. A direção de rotação das molas interna e externa é oposta, e a rigidez da mola externa é maior do que a da mola interna. As molas duplas não apenas evitam a ressonância, mas também encurtam o comprimento da mola. Além disso, quando uma mola quebra, a outra mola pode continuar a funcionar, evitando que a válvula caia no cilindro.
Método de projeto
O design da mola da válvula, assim como o design do came, tem igual importância para o desempenho do sistema do motor. A função de uma mola da válvula inclui evitar que a válvula salte do assento da válvula sob carga de pressão, bem como controlar o movimento da válvula para evitar a separação do mecanismo da válvula. O design das molas da válvula afeta o estresse do came, o atrito do mecanismo da válvula e a vibração da mola. A mola da válvula de um motor é geralmente uma mola de compressão de bobina aberta com extremidades fechadas. A maioria dos motores usa molas de rigidez fixa, embora alguns usem molas de rigidez variável. Para motores a diesel de baixa velocidade, usar um design de mola única geralmente é suficiente para atender aos requisitos, mas às vezes também é necessário usar um design de mola dupla com uma mola de amortecimento ou mola interna para reduzir a gravidade da vibração da mola da válvula. O design da mola da válvula é uma tarefa muito complexa. Pode servir como um exemplo para ilustrar os princípios do design do sistema do motor por dois ou três motivos. Em primeiro lugar, o método analítico de design da mola demonstra a ligação entre os parâmetros do componente e os parâmetros do design do sistema. Em segundo lugar, o método de projeto de mola analítica demonstra que, para o mesmo problema de projeto, pode haver dois métodos de construção matemática diferentes: um é tratá-lo como uma solução determinística e o outro é resolvê-lo como um problema de otimização. Na construção matemática de problemas de otimização, tanto a função objetivo quanto a função de restrição são listadas como funções explícitas como exemplos. Deve-se notar que em outras áreas do projeto do sistema do motor, como desempenho do ciclo, projeto do came e dinâmica do trem de válvulas. As funções usadas para otimizar a construção são geralmente funções implícitas mais complexas. Em terceiro lugar, o método de projeto de mola analítica fornece um exemplo de uso de design gráfico para construir um diagrama de projeto de varredura paramétrica. Esses diagramas de parâmetros típicos podem ser usados para abordar problemas de projeto multidimensionais comumente encontrados no projeto do sistema do motor a diesel.
No projeto da mola da válvula, os dados de entrada conhecidos incluem o seguinte: ① elevação máxima da válvula; ② Comprimento de instalação da mola fornecido; ③ A força de pré-carga da mola necessária; ④ A rigidez da mola necessária. Deve-se observar que a força de pré-carga e a rigidez da mola são parâmetros de projeto no nível do sistema do motor, que precisam atender à força máxima permitida da mola e ao estresse do came, evitar que a válvula de escape salte e garantir que o trem de válvulas não voe. Há uma forte interação entre o projeto da mola da válvula e o projeto do came. Se for difícil encontrar uma solução no projeto da mola, é necessário modificar esses dados de entrada.
No projeto da mola da válvula, os seguintes parâmetros são calculados como dados de saída: ① Parâmetros básicos ou independentes do projeto da mola (ou seja, diâmetro médio da mola, diâmetro do fio da bobina da mola, número de bobinas de trabalho); ② Os parâmetros de projeto exportados (como o comprimento livre da mola, comprimento máximo de compressão, comprimento de compressão, folga livre entre bobinas, folga sólida entre bobinas na compressão máxima, frequência natural e ordem de vibração da mola, carga máxima da mola, força máxima de torção da mola). Os parâmetros básicos do projeto da mola determinam a rigidez da mola.
Alguns parâmetros de saída são limitados por restrições de projeto. Por exemplo, o comprimento da instalação e o diâmetro médio da mola são limitados pelo espaço da embalagem. A compressão máxima da mola e o estresse de torção da mola no comprimento compactado são limitados pela vida útil da fadiga, resistência e limite máximo de estresse permitido da mola. As condições de restrição para proteção contra vibração da mola são obtidas controlando a folga física e a frequência natural da mola. A ordem de vibração da mola se refere à proporção da frequência natural da mola para a frequência operacional do motor. Para garantir que a mola não sofra forte vibração durante a operação. A frequência natural da mola da válvula deve ser geralmente pelo menos 13 vezes a frequência operacional do motor, o que significa que a ordem de vibração da mola deve ser maior que 13. A análise da frequência natural da mola mostra que se a mola responder muito sensivelmente a um dos harmônicos dominantes do perfil do came, a tendência de vibração está definitivamente presente. Neste caso, é necessário modificar o projeto do came ou da mola. Às vezes, rigidez variável ou molas aninhadas podem ser usadas para alterar a frequência da mola e ajudar a aliviar problemas de vibração.
O projeto da mola é um problema de parâmetro multidimensional que pode ser tratado por meio de uma abordagem gráfica para verificar tendências de sensibilidade de parâmetros. O objetivo de otimizar o projeto da mola da válvula é maximizar a frequência natural da mola para reduzir a vibração da mola, ao mesmo tempo em que atende às seguintes restrições: ① a pré-carga da mola necessária e a rigidez da mola da válvula no sistema do motor; ② Tensão máxima permitida da mola; ③ Folga física apropriada para controlar a vibração da mola
Etapas do projeto
O cálculo de molas de válvula é uma questão complexa de projeto de sistema. Uma mola bem projetada pode minimizar o atrito e o desgaste no mecanismo da válvula. O método de fórmula de análise para projeto de mola de válvula com base na construção do diagrama de projeto de sensibilidade de parâmetro é resumido da seguinte forma:
(1) Etapa 1: Analisando o desempenho de direção em declive do veículo e a frenagem do motor, determine a meta de projeto da velocidade de decolagem do trem de válvulas para determinar a pré-carga da mola da válvula e a rigidez da mola necessárias;
(2) Etapa 2: Estabelecer um modelo dinâmico do trem de válvulas para prever com precisão o descontrole e avaliar o impacto da pressão de recompressão do cilindro no descontrole;
(3) Etapa 3: Execute cálculos de varredura de parâmetros em diferentes valores de pré-carga da mola e rigidez da mola para construir um diagrama de parâmetros da dinâmica do trem de válvulas, a fim de examinar seu impacto na vibração do trem de válvulas. É necessário desenhar as curvas de força da haste de pressão, aceleração do trem de válvulas e desaceleração da mola em relação ao ângulo do virabrequim na figura para exibir a margem de projeto para fuga, de modo a selecionar conveniente e sabiamente os valores-alvo de pré-carga da mola e rigidez da mola necessários na etapa 4;
(4) Etapa 4: Com base no equilíbrio de força estática da cabeça da válvula de escape, calcule a pré-carga da mola necessária para evitar que a válvula de escape salte. Selecione a pré-carga da mola da válvula de escape para motores com e sem freios de escape e use o diagrama de parâmetros de projeto na etapa 3 para escolher a rigidez da mola correspondente;
(5) Etapa 5: Execute o cálculo de varredura de parâmetros nos parâmetros de projeto e use métodos de projeto gráfico para construir um diagrama de projeto de sensibilidade de parâmetros para o projeto da mola. Escolha o diâmetro médio da mola, o diâmetro do fio da bobina e o número de bobinas, enquanto satisfaz as restrições de projeto, como tensão de torção da mola, frequência natural e folga da bobina. Alternativamente, métodos de otimização analítica podem ser usados para resolver diretamente a equação.
O método de quebra
Como a mola da válvula suporta torque durante a operação, a distribuição de tensão em sua seção transversal circular é irregular. A tensão aumenta gradualmente da origem perto do centro para cada ponto na borda, e a superfície experimenta a maior tensão. Em termos de pontos de superfície, a superfície interna suporta a maior tensão e é submetida a tensão plana. Portanto, uma vez que haja um defeito na superfície da mola da válvula, é possível gerar a concentração máxima de tensão no local do defeito, levando à fratura precoce da mola.
Motivo da quebra
O motivo da fratura da mola da válvula, além de defeitos de fabricação, o uso impróprio também pode causar danos prematuros. Os motivos comuns são os seguintes:
① Há pites e corrosão na superfície da mola. O armazenamento inadequado pode causar pites de corrosão na superfície da mola. Quando a mola é submetida a alto torque, a concentração de tensão pode facilmente ocorrer nos pites de corrosão, levando, em última análise, à fratura por fadiga da mola.
O método de inspeção de qualidade para novas molas de válvula: prenda a mola em um torno e comprima-a até o comprimento mínimo, de modo que não haja folga entre os anéis o máximo possível, e mantenha-a por 48 horas. Se houver defeitos na superfície da mola, ela quebrará após esse tratamento de compressão. Isso ocorre porque o estresse interno da mola é altamente concentrado perto do defeito, fazendo com que a mola quebre.
A força da elasticidade da mola da válvula pode ser identificada pelo método de comparação. O método específico é primeiro conectar a mola da válvula antiga que está sendo inspecionada em série com uma mola da válvula nova e separá-las com uma arruela de aço no meio. Em seguida, aplique uma certa quantidade de pressão em uma mola da válvula e observe o grau de compressão das molas novas e antigas. Se a elasticidade da mola antiga for insuficiente, ela deve ser pressionada para baixo primeiro.
② A linha central da mola está torta. Se as duas faces finais da mola da válvula não forem perpendiculares à linha central da mola, a mola funcionará em alta velocidade por um longo tempo, e seu material metálico também estará sujeito a fraturas devido à fadiga. O método para verificar a verticalidade das molas da válvula é primeiro colocar a mola verticalmente em uma placa plana, usar uma régua quadrada para descansar no círculo inferior da mola, então girar a mola uma vez e medir a distância máxima entre o círculo superior da mola e a régua quadrada. Normalmente, a distância de inclinação da mola da válvula para a linha vertical é de 1.0-1.5mm. Se exceder esse valor, é melhor substituí-la por uma nova.
③ Movimento da guia da válvula ou rolamentos soltos do eixo de comando. Se a guia da válvula se mover durante o uso, pode causar a quebra da mola da válvula devido ao estresse de flexão quando comprimida. Rolamentos soltos do eixo de comando podem causar ressonância nas molas da válvula e também levar à sua quebra.
④ Operação ou instalação inadequada. Durante a operação de um motor a diesel, se a velocidade mudar repentinamente com frequência, a frequência de compressão e extensão da mola da válvula aumentará repentinamente, levando à fratura por fadiga.
⑤ A mola da válvula não foi montada conforme necessário. Ao montar molas de válvula, alguns modelos têm requisitos especiais. Por exemplo, o motor diesel Isuzu 6BBl requer que o lado azul da mola fique voltado para a superfície plana do cabeçote do cilindro. Caso contrário, a mola está propensa a quebrar.
Gerenciamento de Emergência
Se a mola da válvula de um motor a diesel for quebrada durante a condução, a mola quebrada pode ser removida primeiro e, em seguida, as superfícies de trabalho em ambas as extremidades da mola podem ser reinstaladas para uso temporário. Se a mola quebrar em várias seções, os parafusos de ajuste das válvulas de admissão e escape do cilindro podem ser removidos para manter as válvulas fechadas. Em seguida, o tubo de óleo de alta pressão da bomba de injeção de combustível que leva ao cilindro pode ser removido para evitar que ele injete combustível no cilindro, permitindo que o carro continue dirigindo até o destino.
Etapas de inspeção
(1) Verifique o comprimento livre da mola da válvula. Meça o comprimento livre da mola da válvula com um paquímetro, e seu valor deve atender ao valor padrão. Se não atender aos requisitos, deve ser substituído.
(2) Verifique a verticalidade da mola da válvula. Use uma régua quadrada e uma placa plana para verificar a verticalidade da mola da válvula. Seu valor deve atender ao valor padrão, caso contrário, deve ser substituído.
(3) Verifique a pré-carga da mola da válvula. Use um medidor de força para detectar a força de pré-carga da mola da válvula, e seu valor deve atender ao padrão. Se a força de pré-carga for menor que o valor padrão, a mola da válvula deve ser substituída.
(4) Para evitar danos, a mola deve ser comprimida com frequência.
