摘要：柴油發(fā)動(dòng)機氣門(mén)彈簧的作用是在凸輪軸沒(méi)有舉升氣門(mén)時(shí)保持氣門(mén)關(guān)閉，并使氣門(mén)與座保持緊密的結合。為了保證氣門(mén)關(guān)閉時(shí)所需要的運動(dòng)速度與克服氣門(mén)等機件的慣性力，彈簧必須具有足夠的彈力。簡(jiǎn)單的說(shuō)，氣門(mén)彈簧其實(shí)就是保證氣門(mén)及時(shí)落座并緊密貼合，防止氣門(mén)在振動(dòng)時(shí)發(fā)生跳動(dòng)，破壞其密封性的小工具。

一、氣門(mén)彈簧的原理特點(diǎn)及固定方式

1、原理

      氣門(mén)彈簧是指將位于氣門(mén)與搖臂等部件之間的彈簧。在柴油發(fā)動(dòng)機運行時(shí)，由于活塞上下運動(dòng)所帶來(lái)的慣性力，導致發(fā)動(dòng)機運動(dòng)不平穩，氣門(mén)開(kāi)合不連續。而氣門(mén)彈簧則能夠在這種情況下起到平衡力的作用，使氣門(mén)可以跟隨活塞的運動(dòng)而連續開(kāi)合，從而保證發(fā)動(dòng)機正常工作。氣門(mén)彈簧的作用原理可以用彈簧力和氣門(mén)控制之間相互作用的力學(xué)關(guān)系來(lái)解釋。

2、特點(diǎn)

      氣門(mén)彈簧具有結構簡(jiǎn)單、可靠性高、壽命長(cháng)等特點(diǎn)。在柴油發(fā)動(dòng)機運行中，氣門(mén)彈簧往往承受著(zhù)較大的彈性應力，因此其材料的選擇和強度問(wèn)題顯得尤為重要。一般來(lái)說(shuō)，氣門(mén)彈簧由多種鋼絲材料制成，包括碳素鋼絲、鉻釩鋼和鉻硅鋼。應力、負荷溫度和老化質(zhì)量決定了到底應采用哪種材料。彈簧的結構形式可以分為圓柱形、錐形、柿形等多種類(lèi)型。此外，不同類(lèi)型的氣門(mén)彈簧還有不同的彈性常數和疲勞極限，因此在選擇時(shí)需要根據具體的使用情況進(jìn)行綜合考慮。

3、固定方式

      氣門(mén)彈簧與鎖片共同固定在氣門(mén)桿上。氣門(mén)彈簧必須能夠正確地關(guān)閉氣門(mén)。如果氣門(mén)彈簧的彈力不夠，可能使氣門(mén)浮升。氣門(mén)浮升就是氣門(mén)打開(kāi)的時(shí)間稍稍大于設計值。這種情況通常在氣門(mén)彈簧軟化和發(fā)動(dòng)機高速運轉時(shí)發(fā)生。當氣門(mén)撞擊氣門(mén)座時(shí)，會(huì )發(fā)生氣門(mén)跳動(dòng)現象，從而使氣門(mén)關(guān)閉不嚴。所以，氣門(mén)彈簧由專(zhuān)用的彈簧鋼制成，在工作過(guò)程中受到?jīng)_擊負荷的作用，彈簧有很高的耐疲勞強度。

      氣門(mén)桿尾端的形狀決定氣門(mén)彈簧座的固定方式，常用的結構是鎖片式和鎖銷(xiāo)式兩種。采用剖分或兩半的錐形鎖片來(lái)固定彈簧座時(shí)，氣門(mén)桿的端部切出環(huán)槽，利用剖分成兩半且外表面為錐面的氣門(mén)鎖片與彈簧座的錐形內表面來(lái)固定彈簧座，其結構簡(jiǎn)單、工作可靠、拆裝方便，因此得到廣泛的應用。采用鎖銷(xiāo)式結構時(shí)，在氣門(mén)桿尾端鉆—徑向通孔，鎖銷(xiāo)插在通孔內來(lái)支承氣門(mén)彈簧座，而氣門(mén)彈簧座的邊緣又可阻止鎖銷(xiāo)的松脫，如圖1所示。不管采用何種固定措施，都應采用壓裝方式進(jìn)行壓入（如圖2所示），以免損壞。

二、氣門(mén)彈簧的類(lèi)型

      作用在彈簧上的力是周期性的，當作用力的頻率和氣門(mén)彈簧的固有頻率相同或彈簧的固有頻率是氣門(mén)作用力頻率的整數倍（10倍以上）時(shí)，就發(fā)生共振。共振時(shí)其振動(dòng)頻率的幅度最大，可能會(huì )造成彈簧與氣門(mén)瞬時(shí)脫開(kāi)，使氣門(mén)失去控制，甚至使彈簧斷裂。

      為了減小諧振，采用了多種設計，包括使用更強的彈簧、不等螺距彈簧、雙彈簧、改變彈簧的外徑、在彈簧內放置小的減振器。為了防止共振的產(chǎn)生常分為4種形式，如圖3所示。

① 等螺距彈簧

      提高氣門(mén)彈簧的自然振動(dòng)頻率，即采用等螺距彈簧，如圖3(a)圖所示，設法提高氣門(mén)彈簧的剛度，如加粗鋼絲直徑或減小彈簧的圈徑。這種方法較簡(jiǎn)單，但由于彈簧剛度大，增加了功率消耗和零件之間的沖擊載荷。

② 不等距彈簧

      不等螺距彈簧的結構如圖4所示。因彈簧圈距不等，故每一圈的固有頻率不同，當氣門(mén)上升時(shí)，彈簧被壓縮，圈距較小的一端逐漸疊合，使彈簧的實(shí)際工作圈數減少，彈簧的固有頻率跟著(zhù)改變，避免了共振的產(chǎn)生。安裝不等螺距的彈簧時(shí)，螺距較小的一端應當朝向汽缸蓋。 

③ 減振彈簧

      帶有減振彈簧的氣門(mén)彈簧就是采用等螺距的單彈簧，在其內圈加一個(gè)過(guò)盈配合的阻尼摩擦片來(lái)消除共振。減振彈簧可以嵌在氣門(mén)彈簧內如圖3（d）所示。

④ 雙氣門(mén)

      雙彈簧是將一個(gè)小彈簧裝在大彈簧里面，如圖5所示。由于兩根彈簧繞制的方向不一樣，剛度不同，發(fā)生共振的頻率也不同。當一根發(fā)生共振時(shí)，另一根彈簧起減振作用，所以采用雙彈簧，可防止發(fā)生共振現象。頂置式氣門(mén)機構采用雙彈簧時(shí)，一旦其中一根斷裂另一根還能維持工作，以免發(fā)生氣門(mén)落入汽缸內的嚴重事故。

⑤ 可變螺距氣門(mén)彈簧

      一些高性能汽油發(fā)動(dòng)機使用可變螺距單氣門(mén)彈簧，如圖6（b）所示?？勺兟菥鄰椈傻淖匀活l率不是固定的，因此可以避免共振。

⑥ 錐形氣門(mén)彈簧

      錐形氣門(mén)彈簧的剛度和固有振動(dòng)頻率沿彈簧軸線(xiàn)變化，因此可以消除共振的可能性。

三、氣門(mén)彈簧與氣門(mén)桿的連接方法

      氣門(mén)彈簧與氣門(mén)桿的連接是靠連接件來(lái)完成的，連接件由彈簧托盤(pán)和鎖片（或鎖銷(xiāo)）組成。彈簧托盤(pán)的作用是一方面將彈簧的作用力傳給氣門(mén)，另一方面使彈簧中心定位。

      氣門(mén)彈簧連接方式有如下幾種：

① 利用錐形鎖片進(jìn)行連接。

      這種連接方法如圖7（a）所示。它是在氣門(mén)腳部加工一凹槽，凹槽內裝有兩個(gè)半圓錐形鎖片，鎖片卡在彈簧托盤(pán)的錐形孔中，這樣就比較牢固地將彈簧和氣門(mén)桿連在一起。目前，采用這種連接方法較多。

② 利用鎖圈連接。

      鎖圈和托盤(pán)二者合為一體，鎖圈開(kāi)有口，氣門(mén)腳制成上小下大的圓錐形，鎖圈卡入氣門(mén)腳的圓錐體后，氣門(mén)彈簧與氣門(mén)便連接起來(lái)，如圖7（b）所示。

③ 利用鎖釘連接。

      這種連接方法是在氣門(mén)腳上打一圓形或長(cháng)方形小孔，孔內裝有銷(xiāo)子，用以支撐彈簧托盤(pán)，如圖7（c）所示。這種連接方法易使氣門(mén)腳處的強度下降，故現在很少采用。

④ 氣門(mén)鎖片和彈簧座

      氣門(mén)鎖片和彈簧座用于將氣門(mén)彈簧固定在氣門(mén)桿上。彈簧座的作用相當于一個(gè)墊圈，如圖8（a）所示。彈簧座安裝在彈簧的頂部，氣門(mén)從彈簧座中穿過(guò)。當彈簧壓力向上推彈簧座時(shí)，氣門(mén)鎖片被擠壓或楔入彈簧座，這樣使得彈簧在所有情況下都能牢固地與氣門(mén)相連。氣門(mén)鎖片有多種類(lèi)型，但最常用的是分體式鎖片。分體式鎖片拆卸方便，而且能夠保持自鎖功能。

      在一些氣門(mén)上，在兩個(gè)氣門(mén)鎖片的下面直接放置了一個(gè)0形圈，以阻止機油沿著(zhù)氣門(mén)導管向下流動(dòng)。如圖8（b）所示。

（2）氣門(mén)彈簧的檢測關(guān)鍵是觀(guān)察有無(wú)裂紋或折斷，測量彈簧自由長(cháng)度和垂直度，測量彈簧彈力，氣門(mén)彈簧不可以修理，必要時(shí)只能更換；

（3）氣門(mén)彈簧的自由長(cháng)度可用卡尺實(shí)行測量，氣門(mén)彈簧垂直度的檢測，氣門(mén)彈簧的垂直度大多數應不大于1.5～2.0mm，若氣門(mén)彈簧的自由長(cháng)度或垂直度不符合標準，應更換氣門(mén)彈簧；

（4）氣門(mén)彈簧的彈力應在專(zhuān)用彈簧檢驗儀上實(shí)行檢測，用檢驗儀對氣門(mén)彈簧施加壓力，在限定壓力下的氣門(mén)彈簧高度，或限定氣門(mén)彈簧高度下的壓力，應符合標準不然應更換氣門(mén)彈簧。

總結：

      氣門(mén)彈簧是柴油發(fā)動(dòng)機中非常重要的一個(gè)零件，它能夠控制氣門(mén)的開(kāi)合，讓發(fā)動(dòng)機運轉更加平穩。氣門(mén)彈簧具有結構簡(jiǎn)單、可靠性高、壽命長(cháng)等特點(diǎn)，但在使用過(guò)程中會(huì )受到各種因素的影響，因此需加以維護和保養。只有正確選用和維護好氣門(mén)彈簧，才能確保柴油發(fā)電機組的良好運行。