Kapı yayı, valfin zamanında oturmasını ve sıkıca oturmasını sağlayarak, motor titreşimi sırasında valfin atlayıp contasının bozulmasını önleyen küçük bir araçtır.
Supap yayı, supap sapının ucundaki silindir kapağı ile yay yuvası arasında yer alır. Supap yayının işlevi, supap kapalıyken supap yuvasına veya supap yuvası halkasına sıkıca oturmasını sağlamak ve supap açıldığında supap mekanizması tarafından üretilen eylemsizlik kuvvetini yenmektir, böylece aktarma parçaları her zaman kam tarafından kontrol edilir ve birbirlerinden ayrılmazlar.
Valf yayları genellikle yüksek kaliteli alaşımlı çelik telden yapılır ve yorulma mukavemetlerini artırmak için ısıl işleme tabi tutulur. Yay korozyonunu önlemek için, yayın yüzeyi galvanizlenmeli ve fosfatlanmalıdır. Yayın iki ucu düz ve yay eksenine dik olacak şekilde taşlanmalı ve böylece yayın çalışma sırasında eğilmesi önlenmelidir.
Valf yayları çoğunlukla silindirik spiral yaylardır. Valf yayının çalışma frekansı doğal frekansına eşit veya bir katı olduğunda, valf yayı rezonansa girecek ve kırılma olasılığı artacaktır. Rezonansı önlemek için değişken eğimli yaylar kullanılabilir ve şu anda çoğu motor eş merkezli çift yaylar kullanmaktadır. İç ve dış yayların dönüş yönü zıttır ve dış yayın sertliği iç yayın sertliğinden daha büyüktür. Çift yaylar sadece rezonansı önlemekle kalmaz, aynı zamanda yayın uzunluğunu da kısaltır. Ayrıca, bir yay kırıldığında, diğer yay çalışmaya devam ederek valfin silindire düşmesini önleyebilir.
Tasarım yöntemi
Supap yayı tasarımı, kam tasarımı gibi, motor sistemi performansı için eşit öneme sahiptir. Bir supap yayının işlevi, basınç yükü altında supabın supap yuvasından atlamasını önlemenin yanı sıra supap mekanizmasının ayrılmasını önlemek için supap hareketini kontrol etmeyi içerir. Supap yaylarının tasarımı, kam gerilimini, supap mekanizması sürtünmesini ve yay titreşimini etkiler. Bir motorun supap yayı genellikle kapalı uçlu açık bobin sıkıştırma yayıdır. Çoğu motor sabit sertlik yayları kullanırken, bazıları değişken sertlik yayları kullanır. Düşük hızlı dizel motorlar için, tek bir yay tasarımı kullanmak genellikle gereksinimleri karşılamak için yeterlidir, ancak bazen supap yayı titremesinin şiddetini azaltmak için sönümleme yayı veya iç yay ile çift yay tasarımı kullanmak da gerekir. Supap yayı tasarımı çok karmaşık bir iştir. İki veya üç nedenden dolayı motor sistemi tasarımının prensiplerini göstermek için bir örnek görevi görebilir. İlk olarak, analitik yay tasarım yöntemi, bileşen parametreleri ile sistem tasarım parametreleri arasındaki bağlantıyı gösterir. İkinci olarak, analitik yay tasarım yöntemi, aynı tasarım problemi için iki farklı matematiksel yapılandırma yöntemi olabileceğini gösterir: biri bunu kesin bir çözüm olarak ele almak, diğeri ise bir optimizasyon problemi olarak çözmektir. Optimizasyon problemlerinin matematiksel yapılandırmasında, hem amaç fonksiyonu hem de kısıt fonksiyonu örnek olarak açık fonksiyonlar olarak listelenir. Motor sistemi tasarımının çevrim performansı, kam tasarımı ve valf treni dinamikleri gibi diğer alanlarında, yapılandırmayı optimize etmek için kullanılan fonksiyonların genellikle daha karmaşık örtük fonksiyonlar olduğu unutulmamalıdır. Üçüncüsü, analitik yay tasarım yöntemi, parametrik bir tarama tasarım diyagramı oluşturmak için grafik tasarımın kullanılmasına bir örnek sağlar. Bu tipik parametre diyagramları, dizel motor sistemi tasarımında sıklıkla karşılaşılan çok boyutlu tasarım problemlerini ele almak için kullanılabilir.
Valf yayı tasarımında, bilinen giriş verileri şunları içerir: ① maksimum valf kaldırma kuvveti; ② Verilen yay montaj uzunluğu; ③ Gerekli yay ön yükleme kuvveti; ④ Gerekli yay sertliği. Yayın ön yükleme kuvveti ve sertliğinin, motor sistemi seviyesindeki tasarım parametreleri olduğu ve izin verilen maksimum yay kuvvetini ve kam gerginliğini karşılaması, egzoz valfinin sıçramasını önlemesi ve valf mekanizmasının uçup gitmemesini sağlaması gerektiği unutulmamalıdır. Valf yayı tasarımı ile kam tasarımı arasında güçlü bir etkileşim vardır. Yay tasarımında bir çözüm bulmak zorsa, bu giriş verilerini değiştirmek gerekir.
Valf yayı tasarımında, aşağıdaki parametreler çıkış verisi olarak hesaplanır: ① Temel veya bağımsız yay tasarım parametreleri (yani ortalama yay çapı, yay bobin teli çapı, çalışan bobin sayısı); ② Dışa aktarılan tasarım parametreleri (yayın serbest uzunluğu, maksimum sıkıştırma uzunluğu, sıkıştırma uzunluğu, bobinler arasındaki serbest boşluk, maksimum sıkıştırmada bobinler arasındaki katı boşluk, yayın doğal frekansı ve çırpınma düzeni, maksimum yay yükü, maksimum yay burulma kuvveti gibi). Temel yay tasarım parametreleri yayın sertliğini belirler.
Bazı çıktı parametreleri tasarım kısıtlamaları ile sınırlıdır. Örneğin, montaj uzunluğu ve ortalama yay çapı paketleme alanı ile sınırlıdır. Sıkıştırılmış uzunluktaki yayın maksimum sıkıştırması ve burulma gerilimi, yayın yorulma ömrü, mukavemeti ve izin verilen maksimum gerilim sınırı ile sınırlıdır. Yay çırpınımı koruması için kısıtlama koşulları, yayın fiziksel boşluğunu ve doğal frekansını kontrol ederek elde edilir. Yay çırpınımının derecesi, yayın doğal frekansının motorun çalışma frekansına oranını ifade eder. Yayın çalışma sırasında güçlü titreşim yaşamamasını sağlamak için. Valf yayının doğal frekansı genellikle motorun çalışma frekansının en az 13 katı olmalıdır, yani yay titreşiminin derecesinin 13'ten yüksek olması beklenir. Yayın doğal frekansının analizi, yay kam profilinin baskın harmoniklerinden birine çok hassas bir şekilde tepki veriyorsa, titreşim eğiliminin kesinlikle mevcut olduğunu gösterir. Bu durumda kam veya yayın tasarımını değiştirmek gerekir. Bazen titreşim sorunlarını hafifletmeye yardımcı olmak için yay frekansını değiştirmek amacıyla değişken sertlik veya iç içe geçmiş yaylar kullanılabilir.
Yay tasarımı, parametre duyarlılığı eğilimlerini kontrol etmek için grafiksel bir yaklaşımla ele alınabilen çok boyutlu bir parametre problemidir. Valf yayı tasarımını optimize etmenin amacı, aşağıdaki kısıtlamaları karşılayarak yay titreşimini azaltmak için yayın doğal frekansını maksimize etmektir: ① motor sistemindeki gerekli yay ön yükü ve valf yayı sertliği; ② İzin verilen maksimum yay gerilimi; ③ Yay titreşimini kontrol etmek için uygun fiziksel boşluk
Tasarım Adımları
Valf yaylarının hesaplanması karmaşık bir sistem tasarım sorunudur. İyi tasarlanmış bir yay, valf mekanizmasındaki sürtünmeyi ve aşınmayı en aza indirebilir. Parametre duyarlılığı tasarım diyagramını oluşturmaya dayalı valf yayı tasarımı için analiz formülü yöntemi aşağıdaki gibi özetlenmiştir:
(1) Adım 1: Aracın yokuş aşağı sürüş performansını ve motor frenlemesini analiz ederek, gerekli valf yayı ön yükünü ve yay sertliğini belirlemek için valf mekanizmasının kalkış hızının tasarım hedefini belirleyin;
(2) Adım 2: Kaçmayı doğru bir şekilde tahmin etmek ve silindir yeniden sıkıştırma basıncının kaçma üzerindeki etkisini değerlendirmek için valf treninin dinamik bir modelini oluşturun;
(3) Adım 3: Valf treninin titreşimi üzerindeki etkilerini incelemek için, valf treni dinamiklerinin parametre diyagramını oluşturmak üzere farklı yay ön yükü ve yay sertliği değerleri üzerinde parametre tarama hesaplamaları gerçekleştirin. Kaçış için tasarım marjını görüntülemek amacıyla, şekildeki itme çubuğu kuvveti, valf treni ivmelenmesi ve yay yavaşlamasının eğrilerini çizmek gerekir; böylece adım 4'te gerekli olan yay ön yükü ve yay sertliği hedef değerleri uygun ve akıllıca seçilir;
(4) Adım 4: Egzoz valf kafasının statik kuvvet dengesine dayanarak, egzoz valfinin zıplamasını önlemek için gereken yay ön yükünü hesaplayın. Egzoz freni olan ve olmayan motorlar için egzoz valfi yay ön yükünü seçin ve eşleşen yay sertliğini seçmek için adım 3'teki tasarım parametre diyagramını kullanın;
(5) Adım 5: Tasarım parametreleri üzerinde parametre tarama hesaplaması yapın ve yay tasarımı için bir parametre duyarlılığı tasarım diyagramı oluşturmak üzere grafiksel tasarım yöntemlerini kullanın. Yay burulma gerilimi, doğal frekans ve bobin boşluğu gibi tasarım kısıtlamalarını karşılayarak yayın ortalama çapını, bobin telinin çapını ve bobin sayısını seçin. Alternatif olarak, denklemi doğrudan çözmek için analitik optimizasyon yöntemleri kullanılabilir.
Kırılma yöntemi
Valf yayı çalışma sırasında tork taşıdığı için dairesel kesitindeki gerilim dağılımı eşit değildir. Gerilim, merkeze yakın başlangıç noktasından kenardaki her noktaya doğru kademeli olarak artar ve yüzey en yüksek gerilimi yaşar. Yüzey noktaları açısından, iç yüzey en yüksek gerilimi taşır ve düzlemsel gerilime maruz kalır. Bu nedenle, valf yayının yüzeyinde bir kusur olduğunda, kusur konumunda maksimum gerilim konsantrasyonunun oluşması mümkündür ve bu da yayın erken kırılmasına yol açar.
Kırılma nedeni
Valf yayının kırılmasının nedeni, üretim hatalarına ek olarak, yanlış kullanım da erken hasara neden olabilir. Yaygın nedenler şunlardır:
① Yay yüzeyinde çukurlaşma ve korozyon çukurları vardır. Uygunsuz depolama yay yüzeyinde korozyon çukurlarına neden olabilir. Yay yüksek torka maruz kaldığında, korozyon çukurlarında kolayca gerilim yoğunlaşması meydana gelebilir ve bu da nihayetinde yayda yorulma kırılmasına yol açabilir.
Yeni valf yayları için kalite kontrol yöntemi: yayı bir mengeneye sıkıştırın ve halkalar arasında mümkün olduğunca boşluk kalmayacak şekilde minimum uzunluğa sıkıştırın ve 48 saat boyunca tutun. Yay yüzeyinde kusurlar varsa, bu sıkıştırma işleminden sonra kırılacaktır. Bunun nedeni, yayın iç geriliminin kusurun yakınında oldukça yoğunlaşması ve yayın kırılmasına neden olmasıdır.
Valf yayının elastikiyet gücü karşılaştırma yöntemi ile belirlenebilir. Özel yöntem, önce incelenen eski valf yayını yeni bir valf yayına seri olarak bağlamak ve bunları ortada çelik bir rondela ile ayırmaktır. Daha sonra valf yayına belirli bir miktarda basınç uygulayın ve yeni ve eski yayların sıkıştırma derecesini gözlemleyin. Eski yayın elastikiyeti yetersizse, önce aşağı bastırılmalıdır.
② Yayın merkez çizgisi eğiktir. Valf yayının iki uç yüzü yayın merkez çizgisine dik değilse, yay uzun süre yüksek hızda çalışır ve metal malzemesi de yorulma nedeniyle kırılmaya eğilimlidir. Valf yaylarının dikeyliğini kontrol etme yöntemi, önce yayı düz bir plakaya dikey olarak yerleştirmek, kare bir cetveli yayın alt çemberine dayamak, ardından yayı bir kez döndürmek ve yayın üst çemberi ile kare cetvel arasındaki maksimum mesafeyi ölçmektir. Normalde, valf yayının dikey çizgiye olan eğim mesafesi 1.0-1.5mm'dir. Bu değeri aşarsa, yenisiyle değiştirmek en iyisidir.
③ Supap kılavuzu hareketi veya gevşek eksantrik mili yatakları. Supap kılavuzu kullanım sırasında hareket ederse, sıkıştırıldığında bükülme gerilimi nedeniyle supap yayının kırılmasına neden olabilir. Gevşek eksantrik mili yatakları supap yaylarında rezonansa neden olabilir ve ayrıca kırılmalarına yol açabilir.
④ Uygunsuz çalıştırma veya montaj. Dizel motorun çalışması sırasında, devir aniden sık sık değişirse, valf yayının sıkışma ve uzama sıklığı aniden artacak ve yorulma kırılmasına yol açacaktır.
⑤ Supap yayı gerektiği gibi monte edilmemiştir. Supap yaylarını monte ederken bazı modellerde özel gereksinimler vardır. Örneğin, Isuzu 6BBl dizel motorunda yayın mavi tarafının silindir kapağının düz yüzeyine bakması gerekir. Aksi takdirde yay kırılmaya meyillidir.
Acil Durum Yönetimi
Dizel motorun valf yayının sürüş sırasında kırıldığı tespit edilirse, önce kırılan yay çıkarılabilir ve ardından yayın her iki ucundaki çalışma yüzeyleri geçici kullanım için yeniden takılabilir. Yay birkaç bölüme ayrılırsa, valfleri kapalı tutmak için silindirin emme ve egzoz valflerinin ayar cıvataları çıkarılabilir. Daha sonra, silindire giden yakıt enjeksiyon pompasının yüksek basınçlı yağ borusu, silindire yakıt enjekte etmesini önlemek için çıkarılabilir ve böylece aracın hedefe doğru sürüşe devam etmesi sağlanabilir.
Muayene adımları
(1) Valf yayının serbest uzunluğunu kontrol edin. Valf yayının serbest uzunluğunu bir kumpasla ölçün ve değeri standart değere uymalıdır. Gereksinimleri karşılamıyorsa, değiştirilmelidir.
(2) Valf yayının dikeyliğini kontrol edin. Valf yayının dikeyliğini kontrol etmek için kare bir cetvel ve düz bir plaka kullanın. Değeri standart değere uygun olmalıdır, aksi takdirde değiştirilmesi gerekir.
(3) Valf yayının ön yükünü kontrol edin. Valf yayının ön yük kuvvetini tespit etmek için bir kuvvet ölçer kullanın ve değeri standarda uygun olmalıdır. Ön yük kuvveti standart değerden düşükse, valf yayı değiştirilmelidir.
(4) Hasarı önlemek için yay sık sık sıkıştırılmalıdır.
