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

一、氣門彈簧的原理特點(diǎn)及固定方式

1、原理

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

2、特點(diǎn)

      氣門彈簧具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中，氣門彈簧往往承受著較大的彈性應(yīng)力，因此其材料的選擇和強(qiáng)度問(wèn)題顯得尤為重要。一般來(lái)說(shuō)，氣門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(yīng)力、負(fù)荷溫度和老化質(zhì)量決定了到底應(yīng)采用哪種材料。彈簧的結(jié)構(gòu)形式可以分為圓柱形、錐形、柿形等多種類型。此外，不同類型的氣門彈簧還有不同的彈性常數(shù)和疲勞極限，因此在選擇時(shí)需要根據(jù)具體的使用情況進(jìn)行綜合考慮。

3、固定方式

      氣門彈簧與鎖片共同固定在氣門桿上。氣門彈簧必須能夠正確地關(guān)閉氣門。如果氣門彈簧的彈力不夠，可能使氣門浮升。氣門浮升就是氣門打開(kāi)的時(shí)間稍稍大于設(shè)計(jì)值。這種情況通常在氣門彈簧軟化和發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生。當(dāng)氣門撞擊氣門座時(shí)，會(huì)發(fā)生氣門跳動(dòng)現(xiàn)象，從而使氣門關(guān)閉不嚴(yán)。所以，氣門彈簧由專用的彈簧鋼制成，在工作過(guò)程中受到?jīng)_擊負(fù)荷的作用，彈簧有很高的耐疲勞強(qiáng)度。

      氣門桿尾端的形狀決定氣門彈簧座的固定方式，常用的結(jié)構(gòu)是鎖片式和鎖銷式兩種。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鎖片與彈簧座的錐形內(nèi)表面來(lái)固定彈簧座，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、拆裝方便，因此得到廣泛的應(yīng)用。采用鎖銷式結(jié)構(gòu)時(shí)，在氣門桿尾端鉆—徑向通孔，鎖銷插在通孔內(nèi)來(lái)支承氣門彈簧座，而氣門彈簧座的邊緣又可阻止鎖銷的松脫，如圖1所示。不管采用何種固定措施，都應(yīng)采用壓裝方式進(jìn)行壓入（如圖2所示），以免損壞。

二、氣門彈簧的類型

      作用在彈簧上的力是周期性的，當(dāng)作用力的頻率和氣門彈簧的固有頻率相同或彈簧的固有頻率是氣門作用力頻率的整數(shù)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)造成彈簧與氣門瞬時(shí)脫開(kāi)，使氣門失去控制，甚至使彈簧斷裂。

      為了減小諧振，采用了多種設(shè)計(jì)，包括使用更強(qiáng)的彈簧、不等螺距彈簧、雙彈簧、改變彈簧的外徑、在彈簧內(nèi)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(shè)法提高氣門彈簧的剛度，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(jié)構(gòu)如圖4所示。因彈簧圈距不等，故每一圈的固有頻率不同，當(dāng)氣門上升時(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(shù)減少，彈簧的固有頻率跟著改變，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(yīng)當(dāng)朝向汽缸蓋。 

③ 減振彈簧

      帶有減振彈簧的氣門彈簧就是采用等螺距的單彈簧，在其內(nèi)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彈簧內(nèi)如圖3（d）所示。

④ 雙氣門

      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(dāng)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(xiàn)象。頂置式氣門機(jī)構(gòu)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)生氣門落入汽缸內(nèi)的嚴(yán)重事故。

⑤ 可變螺距氣門彈簧

      一些高性能汽油發(fā)動(dòng)機(jī)使用可變螺距單氣門彈簧，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 錐形氣門彈簧

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

三、氣門彈簧與氣門桿的連接方法

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

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

② 利用鎖圈連接。

      鎖圈和托盤二者合為一體，鎖圈開(kāi)有口，氣門腳制成上小下大的圓錐形，鎖圈卡入氣門腳的圓錐體后，氣門彈簧與氣門便連接起來(lái)，如圖7（b）所示。

③ 利用鎖釘連接。

      這種連接方法是在氣門腳上打一圓形或長(zhǎng)方形小孔，孔內(nèi)裝有銷子，用以支撐彈簧托盤，如圖7（c）所示。這種連接方法易使氣門腳處的強(qiáng)度下降，故現(xiàn)在很少采用。

④ 氣門鎖片和彈簧座

      氣門鎖片和彈簧座用于將氣門彈簧固定在氣門桿上。彈簧座的作用相當(dāng)于一個(gè)墊圈，如圖8（a）所示。彈簧座安裝在彈簧的頂部，氣門從彈簧座中穿過(guò)。當(dāng)彈簧壓力向上推彈簧座時(shí)，氣門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相連。氣門鎖片有多種類型，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。

      在一些氣門上，在兩個(gè)氣門鎖片的下面直接放置了一個(gè)0形圈，以阻止機(jī)油沿著氣門導(dǎo)管向下流動(dòng)。如圖8（b）所示。

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

（3）氣門彈簧的自由長(zhǎng)度可用卡尺實(shí)行測(cè)量，氣門彈簧垂直度的檢測(cè)，氣門彈簧的垂直度大多數(shù)應(yīng)不大于1.5～2.0mm，若氣門彈簧的自由長(zhǎng)度或垂直度不符合標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)更換氣門彈簧；

（4）氣門彈簧的彈力應(yīng)在專用彈簧檢驗(yàn)儀上實(shí)行檢測(cè)，用檢驗(yàn)儀對(duì)氣門彈簧施加壓力，在限定壓力下的氣門彈簧高度，或限定氣門彈簧高度下的壓力，應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)不然應(yīng)更換氣門彈簧。

總結(jié)：

      氣門彈簧是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中非常重要的一個(gè)零件，它能夠控制氣門的開(kāi)合，讓發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)。氣門彈簧具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、壽命長(zhǎng)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(hù)和保養(yǎng)。只有正確選用和維護(hù)好氣門彈簧，才能確保柴油發(fā)電機(jī)組的良好運(yùn)行。