밸브스프링의 설계방법

밸브 스프링 설계는 캠 설계만큼 엔진 시스템 성능에 중요합니다. 밸브 스프링의 기능에는 가스 압력 부하 하에서 밸브가 밸브 시트에서 뜨는 것을 방지하고 밸브 트레인 분리를 방지하기 위해 밸브 동작을 제어하는 ​​것이 포함됩니다. 밸브 스프링 설계는 캠 응력, 밸브 트레인 마찰 및 스프링 플러터에 영향을 미칩니다. 엔진의 밸브 스프링은 일반적으로 끝이 닫힌 개방형{3}}코일 나선형 압축 스프링입니다. 대부분의 엔진은 고정-속도 스프링을 사용하지만 일부는 가변-속도 스프링을 사용합니다. 저속 디젤 엔진의 경우 일반적으로 단일 스프링 설계로 충분하지만 밸브 스프링 플러터의 심각도를 줄이기 위해 댐핑 스프링 또는 내부 스프링이 있는 이중 스프링 설계가 필요한 경우도 있습니다. 밸브 스프링 설계는 매우 복잡한 작업입니다. 이는 두세 가지 이유로 엔진 시스템 설계의 원리를 설명하는 예 역할을 합니다. 첫째, 해석적 스프링 설계 방법은 부품 설계 매개변수와 시스템 설계 매개변수 간의 연관성을 보여줍니다. 둘째, 해석적 스프링 설계 방법은 동일한 설계 문제가 두 가지 다른 방식으로 공식화될 수 있음을 보여줍니다. 하나는 이를 결정론적 솔루션으로 처리하는 것이고, 다른 하나는 이를 최적화 문제로 해결하는 것입니다. 최적화 문제의 수학적 구성에서 목적 함수와 제약 함수는 모두 명시적 함수의 예로 나열됩니다. 엔진 시스템 설계의 다른 영역(예: 사이클 성능, 캠 설계, 밸브 트레인 동역학)에서 최적화 구성에 사용되는 함수는 일반적으로 더 복잡한 암시적 함수라는 점에 유의해야 합니다. 셋째, 해석적 스프링 설계 방법은 그래픽 설계 방법을 사용하여 매개변수 스윕 설계 다이어그램을 구성하는 예를 제공합니다. 이러한 일반적인 매개변수 다이어그램은 디젤 엔진 시스템 설계에서 자주 발생하는 다차원 설계 문제를 처리하는 데 사용할 수 있습니다.
밸브 스프링 설계에서 알려진 입력 데이터는 다음과 같습니다.
① 최대 밸브 리프트;
② 스프링 설치 길이를 고려하여;
③ 필요한 스프링 예압
④ 필요한 스프링 강성. 스프링 예압 및 강성은 최대 허용 스프링 힘 및 캠 응력, 배기 밸브 비{1}}비동 및 밸브 트레인 비비{2}}요구 사항을 충족해야 하는 엔진 시스템 수준의 설계 매개변수라는 점에 유의해야 합니다. 밸브 스프링 설계와 캠 설계 사이에는 강력한 상호 작용이 있습니다. 스프링 설계에서 해결책을 찾기 어려운 경우 이러한 입력 데이터를 수정해야 합니다.
밸브 스프링 설계에서는 다음 매개변수가 계산된 출력 데이터입니다.
① 기본 또는 독립적 스프링 설계 매개변수(예: 스프링 평균 직경, 스프링 코일 와이어 직경, 작동 코일 수)
② 파생된 설계 매개변수(예: 스프링 자유 길이, 최대 압축 길이, 압축 길이, 코일 사이 자유 간격, 최대 압축 시 코일 사이 솔리드 간격, 스프링 고유 진동수 및 플러터 차수, 최대 스프링 하중, 최대 스프링 비틀림 힘). 기본 스프링 설계 매개변수는 스프링의 강성을 결정합니다.
일부 출력 매개변수에는 설계 제약이 적용됩니다. 예를 들어, 설치 길이와 스프링 평균 직경은 포장 공간에 따라 제한됩니다. 최대 스프링 압축 및 압축 길이에서의 스프링 비틀림 응력은 스프링 피로 수명, 강도 및 최대 허용 응력 한계에 의해 제한됩니다. 스프링 플러터 보호에 대한 제약은 솔리드 갭과 스프링 고유 진동수를 제어하여 달성됩니다. 스프링 플러터의 차수는 엔진의 작동 주파수에 대한 스프링의 고유 주파수의 비율을 나타냅니다. 작동 중에 스프링이 강하게 흔들리지 않도록 하기 위해. 밸브 스프링의 고유 주파수는 일반적으로 엔진 작동 주파수의 13배 이상이어야 합니다. 즉, 스프링 플러터의 차수가 13보다 높을 것으로 기대됩니다. 스프링 고유 진동수 분석에 따르면 스프링이 캠 프로파일의 주요 고조파 중 하나에 매우 민감한 경우 플러터가 발생하는 경향이 있습니다. 이 경우 캠이나 스프링 설계를 수정해야 합니다. 때로는 가변 강성 또는 중첩 스프링을 사용하여 스프링 주파수를 변경하여 플러터 문제를 완화할 수 있습니다.
스프링 설계는 매개변수 민감도 추세를 조사하기 위해 그래픽 방식으로 처리할 수 있는 다차원 매개변수 문제입니다. 밸브 스프링 설계 최적화의 목표는 스프링 고유 진동수를 최대화하여 다음 제약 조건을 충족하면서 스프링 진동을 줄이는 것입니다.
① 엔진 시스템에 필요한 스프링 예압 및 밸브 스프링 강성;
② 최대 허용 스프링 응력;
③ 스프링 플러터를 제어하기 위한 적절한 물리적 간격을 확보합니다.