Клапанная пружина предназначена для замыкания кинематической связи системы кулачок распределительного вала — клапан в процессе его перемещения, а также для удерживания клапана в закрытом положении при превышении силы давления в трубопроводе над силой давлением в цилиндре. Она работает в условиях резко меняющихся динамических нагрузок.
Материалом для изготовления пружин является пружинная сталь. Пружину подвергают закалке и среднему отпуску. Концевые витки пружин шлифуют для получения плоской кольцевой опорной поверхности. Для повышения усталостной прочности пружины обрабатывают стальной дробью, а для защиты от коррозии пружину оксидируют, оцинковывают или кадмируют.
Шаг витка цилиндрической пружины обычно делают постоянным по всей длине. Для уменьшения склонности к возникновению резонанса пружину делают с переменным шагом или конической.
Использование двух пружин в клапанном узле позволяет уменьшить габариты клапанного узла и повысить долговечность пружин. Для предотвращения попадания витков одной пружины между витками другой внутренняя и наружная пружины должны иметь противоположные направления или различные углы навивки.
Чтобы повысить долговечность опорной поверхности головки блока цилиндров, под пружину устанавливают стальную штампованную тарелку.
Направляющая втулка обеспечивает поступательное перемещение клапана и отвод теплоты от стержня клапана. Для фиксации в головке цилиндров втулки выполняют с выточкой под пружинное стопорное кольцо, с заплечиками или с наружным конусом. Втулку изготовляют из антифрикционных серых чугунов, бронзы, спекаемой хромистой или хромони-келевой керамики. Для повышения износостойкости и антифрикционных свойств керамические втулки, пористая структура которых позволяет хорошо удерживать смазку, сульфидируют и гра-фитизируют в масле.
Зазор между направляющей втулкой и стержнем клапана для впускных клапанов устанавливают меньше, чем для выпускных, из-за разной температуры нагрева.
Клапан с пружиной крепятся опорной тарелкой и двумя разрезными сухарями 2 с углом конуса 10. 15°.
В верхней части стержня клапана для установки сухарей делают специальные выточки: цилиндрическую с галтелями, с одним или двумя поясками или коническую.
Поворотный механизм клапана используется для увеличения долговечности и надежности работы фасок в сопряжении клапан-седло головка клапана. Конструктивно он может быть выполнен в виде обоймы, на которую опирается пружина, или дополнительной конической втулки. Обойма вращается за счет перекатывания шариков в наклонных углублениях из-за изменения сил, вызывающих перемещение клапана. Втулка нижним торпом опирается на днище тарелки по небольшой площади. В определенные моменты времени, когда суммарная сила, действующая вдоль оси клапана, невелика и сила трения в плоскости контакта мала, вибрация двигателя вызывает колебания втулки, отрывает ее от тарелки и поворачивает вместе с клапаном.
Клапанные пружины механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания
Клапанные пружины служат для плотной посадки клапанов в сёдла, а также для постоянного поддержания беззазорного контакта передаточных деталей: клапан-коромысло-штанга-толкатель-кулачок. В основном на впускные и выпускные клапаны устанавливаются одинаковые пружины.
Широкое распространение в современных автомобильных и тракторных двигателях получили цилиндрические витые клапанные пружины (с постоянным либо переменным шагом). Переменный шаг витков позволяет предотвратить вибрации клапана при высокой частоте вращения коленчатого вала. В данном случае конец пружины, имеющий меньший шаг, обращён вниз, то есть в сторону тарелки (головки) клапана.
Основная масса дизельных двигателей комплектуется сдвоенными цилиндрическими пружинами с постоянным шагом. Пара пружин позволяет снизить их длину, повысить надёжность работы двигателя (в случае поломки одной из пружин, клапан будет удерживать другая), улучшить резонансную характеристику клапанного механизма. Различное направление витков внутренней и наружной пружин выполняется с целью предотвращения попадания витков одной пружины (в случае её поломки) между витками другой. Пружины (5) и (6) [рис. 1] центрируются относительно клапана (1) за счёт установки специальной упорной шайбы (7) в головку цилиндров (9).
Рис. 1. Установка клапанных пружин.
4) – Тарелка клапана;
5) – Наружная пружина клапана;
6) – Внутренняя пружина клапана;
7) – Шайба пружин клапана;
8) – Направляющая втулка;
9) – Головка цилиндра.
В двигателях ЗМЗ-53, Д-144 и ЗИЛ-130 устанавливается по одной пружине на каждый клапан, а в двигателях СМД-60, А-41, КамАЗ, Д-240, ЯМЗ и А-01 – по две.
Клапанные пружины изготавливаются методом навивки из проволоки диаметром 3-8 мм (число рабочих витков 5-14). Материал клапанных пружин: кремнемарганцовистые, марганцовистые, хромованадиевые и прочие стали. По завершении навивки пружины подвергаются термообработке (закалка, отпуск) и механической обработке (наклёп).
Клапанные пружины обеспечивают плотное прилегание клапанов к седлам и своевременное закрытие их после завершения действия кулачков распределительного вала. Характеристика (жесткость) клапанных пружин подбирается из условий сохранения кинематической связи между деталями механизма газораспределения при работе двигателя на практически допустимом скоростном режиме.
В существующих конструкциях автомобильных клапанных механизмов наиболее широко применяются витые цилиндрические пружины с постоянным шагом навивки. Наружный диаметр пружин определяется условиями их размещения на двигателе, а высота—типом газораспределения. Пружины нижнеклапанных механизмов обычно имеют 8—10 витков, верхнеклапанных — соответственно 6—8 витков. Два крайних витка являются опорными. Их размещают вплотную к соседним виткам и прошлифовывают, создавая сплошную кольцевую поверхность, перпендикулярную к оси пружины (см. рис. 1, а). Один из этих витков опирается на тарелку 3 крепления и центрирования пружины, а второй — на блок 5 или на головку цилиндров 19 при верхних клапанах (см. рис. 1, б), причем в алюминиевых головках (блоках) под пружину ставится стальная шайба 15, предохраняющая их поверхности от разрушения.
Чтобы устранить возможность возникновения опасного для прочности пружины резонанса, на клапаны ставят по две пружины с навивкой витков в противоположные стороны или делают пружины с переменным шагом навивки. Обычно по две пружины применяют в верхнеклапанных механизмах (см. рис. 1, б). Наружная пружина 13 имеет при этом большее, чем внутренняя 14, сечение витка Установка двух пружин с разной навивкой на каждый клапан позволяет также несколько уменьшать общую высоту клапанного механизма, что очень важно для верхнеклапанных двигателей и увеличивает надежность их работы. Так, при поломке одной из пружин клапаны не проваливаются в цилиндр, а витки поломанной пружины не могут войти в витки сохранившейся пружины, вызвать ее поломку и тяжелую аварию двигателя.
Материалом для изготовления клапанных пружин служит 3—4 мм стальная проволока С65А, 65Г и др. Для предохранения от коррозии пружины лудят, оцинковывают или кадмируют.
Источник: Райков И.Я., Рытвинский Г.Н. Двигатели внутреннего сгорания, 1971 г.
Почему на отдельных тракторных дизельных двигателях устанавливают по две пружины на клапаны?
Основная масса дизельных двигателей комплектуется сдвоенными цилиндрическими пружинами с постоянным шагом. Пара пружин позволяет снизить их длину, повысить надёжность работы двигателя (в случае поломки одной из пружин, клапан будет удерживать другая), улучшить резонансную характеристику клапанного механизма.
Для чего клапанные пружины выполняют с переменным шагом?
Для чего предназначена пружина клапана?
Клапанные пружины предназначены для закрытия клапана и возврата его на седло после того, как с него будет снята нагрузка распределительного вала. Кроме того, пружина клапана обеспечивает удержание клапана в закрытом положении, что обеспечивает плотную посадку клапана в седле.
Какая деталь или узел относится к Газораспределительному механизму?
2. Толкатели. Толкатели – это детали газораспределительного механизма, которые служат для передачи усилий от кулачков распределительного вала к штангам коромысел. Толкатели изготавливают из высокопрочной стали или чугуна.
Для чего диаметр тарелки впускного клапана больше чем у выпускного?
Главное отличие впускного клапана от выпускного — диаметр тарелки: у впускного она больше. Почему? Потому что всасывание воздуха из атмосферы в цилиндр под действием разрежения происходит с меньшей скоростью, чем выталкивание его из цилиндра поршнем.
Для чего служат сухари на клапане?
Известное применение сухарей — фиксация клапанов газораспределительного механизма двигателей внутреннего сгорания. Внешняя поверхность сухарей в клапанном узле газораспределительного механизма коническая и воспринимает осевое усилие от клапанной пружины. Возникает прижимная сила.
Для чего нужны пружины в грм?
Клапанные пружины обеспечивают закрытие клапана и его плотную посадку в седло, воспринимают усилия, возникающие при работе ГРМ.
Для чего нужен клапанный узел?
Клапаны предназначены для герметизации цилиндра в процессе сжатия и расширения и соединения его с трубопроводами впускной или выпускной систем при тактах впуска или выпуска в процессе газообмена. Условно клапан можно разделить на головку и стержень, плавно соединенные между собой.
Как можно различить по внешнему виду впускные и выпускные клапаны?
Отличием впускного клапана от выпускного является то, что его тарелка имеет больший диаметр сравнительно с тарелкой выпускного клапана. Такое различие вызвано тем, что момент открытия впускного клапана происходит именно тогда, кода в камере сгорания появляется разрежение.
Какая деталь двигателя относится к Газораспределительному механизму?
В этот механизм входят:
распределительный вал и его привод (шестерни или звездочка и цепь); передаточные детали — толкатели с направляющими втулками, а при верхнем расположении клапанов еще штанги и коромысла; клапаны, их направляющие втулки и пружины, опорные шайбы пружин с деталями их крепления.
Для чего клапанные пружины выполняют с переменным шагом
К клапанной группе механизмов газораспределения относят клапаны, их направляющие втулки, клапанные пружины с деталями крепления, гнезда (седла) клапанов и некоторые другие детали.
Клапаны состоят из головки (тарелки) и стержня. Для уменьшения сопротивления при впуске и выпуске переход от головки клапана к стержню делают возможно более плавным.
Головки клапанов чаще всего имеют такие формы: плоскую, тюльпанообразную и выпуклую. Клапаны с плоской головкой просты по конструкции, их применяют обычно в качестве впускных клапанов. Тюльпанообразную форму головки имеют впускные клапаны большого Диаметра. Такая головка, хотя и несколько сложна в изготовлении, однако имеет сравнительно небольшую массу, достаточную жесткость и хорошую обтекаемость. Клапаны с выпуклой головкой применяют в качестве выпускных. Они отличаются повышенной жесткостью и хорошей обтекаемостью со стороны цилиндра.
Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Дополнительные материалы по теме:
Головка клапана имеет конусную запорную часть. Для плотной посадки в седло на запорной части клапана делают прошлифованную фаску, которая индивидуально притирается к фаске соответствующего седла. Угол конуса фаски составляет, как правило, 45 или 30°. При угле фаски 30ч необходимое проходное сечение клапана достигается при меньшем его подъеме, что позволяет уменьшить силы инерции и износ клапанов. Однако применение клапанов с таким углом фаски в механизмах с нижним боковым расположением клапанов приводит к резкому изменению направления всасываемого потока и ухудшению наполнения.
Угол фаски 45° применяется как при нижнем, так и при верхнем расположении клапанов; угол фаски 30ч имеют верхние впускные клапаны отдельных двигателей. Диаметры головок впускных и выпускных клапанов двигателя или одинаковые, или диаметр головки впускного клапана для лучшего наполнения цилиндров делается большим.
Направляющая часть клапана (цилиндрическая поверхность стержня) шлифуется. Хвостовая часть стержня приспособлена для крепления пружины к клапану. Для этого на хвостовике стержня делают кольцевую проточку, или коническую поверхность для сухариков, или сверлят сквозное отверстие для чеки.
Кроме этого, на стержне подвесного клапана иногда делают выточку для установки проволочного кольца, предотвращающего падение клапана в цилиндр при отъединении пружины от клапана.
Торец стержня клапана, воспринимающий удары коромысла или толкателя, закаливают или закрывают специальным защитным каленым колпачком.
Впускные и выпускные клапаны работают в разных условиях: если средняя температура заряда, омывающего впускной клапан, составляет 300…400 °С, то температура отработавших газов, в среде которых работает выпускной клапан, достигает 600…800 °С. Поэтому к материалу выпускного клапана, особенно его головки, предъявляются повышенные требования с точки зрения жаростойкости, сопротивления коррозии и образованию окалины, износостойкости.
Для изготовления впускных клапанов применяют хромистые стали, а выпускных — специальные жароупорные сильхромовые стали. В некоторых случаях головку выпускного клапана делают из жароупорной стали и электросваркой соединяют ее со стержнем из хромистой стали.
Чтобы повысить износостойкость клапана, часто стержень хромируют, а фаски головок наплавляют жаростойкими хромоникелевыми сплавами.
Выпускные клапаны некоторых двигателей имеют специальное охлаждение. В стержне клапана со стороны головки делают глухое сверление, которое наполовину заполняют легкоплавким веществом (натрием или специальными солями), затем заваривают. При работе двигателя наполнитель в стержне плавится, взбалтывается и интенсивно отводит теплоту от головки к стержню.
Направляющая втулка центрирует клапан относительно гнезда и обеспечивает плотную, без перекосов посадку головки клапана в гнездо. Ее изготовляют из чугуна или металлокерамического сплава.
Клапанное гнездо является опорой для головки клапана. При закрытом клапане его фаска прижимается к фаске гнезда, обеспечивая надежное уплотнение. Клапанные гнезда выполняют непосредственно в теле головки цилиндров блок-картера или изготовляют отдельно в виде колец из специального чугуна или жароупорных сталей. Вставные кольца применяют в качестве гнезд для выпускных клапанов, а если головка цилиндров (блок-картер) изготовлена из легких, относительно мягких сплавов, то и для всех клапанов.
Клапанные пружины предназначены для плотной посадки клапанов в гнезда. В процессе работы клапанная пружина обеспечивает постоянный беззазорный контакт передаточных деталей (клапан — коромысло — штанга — толкатель — кулачок).
Как правило, пружины впускных и выпускных клапанов изготовляют одинаковыми.
Клапанные пружины цилиндрические, с постоянным или переменным шагом, из круглой проволоки диаметром 3…8 мм и числом рабочих витков от 5 до 14. В качестве материала для изготовления клапанных пружин применяют марганцовистую, кремнемарганцевую, хромованадие-вую и другие стали (например, 65Г, 50ХВА, 50ХФА).
Нижние клапаны обычно имеют по одной пружине, верхние для уменьшения габаритной высоты двигателя и снижения напряжения на клапан могут иметь по две короткие пружины. В случае применения двух пружин на клапан направления навивки наружной и внутренней пружин делают различными. Это исключает попадание витков одной пружины между витками другой.
Пружины с переменным шагом меньше вибрируют. Их следует устанавливать большим шагом навивки к головке клапана.
Пружины относительно клапана центрируют за счет опорного гнезда в головке цилиндров или блок-картере.
Крепление пружины к стержню клапана может выполняться при помощи опорной шайбы и цилиндрических или конических сухариков, конуса на хвостовике стержня или чеки. Первый способ получил наибольшее распространение.
На некоторых двигателях применяют приспособления для небольшого поворота выпускного клапана относительно своей оси при каждом подъеме. Это создает эффект самопритирания фасок и предотвращает образование нагара на них.
