內(nèi)燃機氣門鎖夾機構(gòu)設(shè)計

歐陽炳森

摘 要：氣門鎖夾機構(gòu)作為內(nèi)燃機的重要組成部分，其設(shè)計的合理性直接關(guān)系著內(nèi)燃機的動力性、經(jīng)濟性、排放性、可靠性和耐久性。因此，對內(nèi)燃機氣門鎖夾機構(gòu)的設(shè)計進行了分析，并確定了最佳設(shè)計方案。

關(guān)鍵詞：氣門鎖夾；載荷；內(nèi)燃機；設(shè)計方案

中圖分類號：TK423 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.05.082

隨著社會的不斷進步和發(fā)展，內(nèi)燃機產(chǎn)業(yè)對配氣機構(gòu)的要求越來越高。配氣機構(gòu)作為內(nèi)燃機的重要組成部分，控制著內(nèi)燃機的換氣過程，內(nèi)燃機配氣機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計對發(fā)動機的各項性能均有較大的影響。在內(nèi)燃機的配氣結(jié)構(gòu)中，氣門鎖夾和氣門彈簧上座是固定發(fā)動機心臟部件——氣門的重要零部件，其性能直接影響著氣門功能的實現(xiàn)。因此，為了提高內(nèi)燃機運行的穩(wěn)定性和耐久性，需要不斷優(yōu)化氣門鎖夾機構(gòu)。本文提出了2種氣門鎖夾結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方案，采用有限元法對其進行了結(jié)構(gòu)分析，采用非線性有限元分析軟件MSC.Marc進行了強度計算，并在綜合比較后選出了最佳設(shè)計方案。

1 氣門鎖夾及其設(shè)計方案

在采用氣門式配氣機構(gòu)的內(nèi)燃機中，無論是側(cè)置式氣門，還是頂置式氣門，其配氣機構(gòu)的氣門彈簧座多采用氣門鎖夾固定。氣門鎖夾是內(nèi)燃機配氣機構(gòu)的重要零部件之一，其R弧與氣門上的鎖夾槽相配合、外錐面與氣門彈簧上座的內(nèi)錐面貼合，通過凸輪軸、挺桿、氣門搖譬等實現(xiàn)鎖定功能。如果氣門鎖夾失去作用，則氣門會掉入氣缸內(nèi)，進而造成重大事故。氣門桿的加工精度較高，且與氣門導(dǎo)管的配合間隙較小，因此，其運行時的磨損不嚴(yán)重，起到了良好的導(dǎo)向和散熱作用；氣門尾端的形狀決定于氣門彈簧上座的固定方式，而采用2個外表面為錐面的氣門鎖夾固定氣門彈簧上座，具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、拆裝方便的特點。

氣門鎖夾的外錐面有多種角度，氣門彈簧上座的內(nèi)錐面也有多種角度。為了提髙發(fā)動機關(guān)鍵零部件的強度和延長其使用壽命，正確選擇氣門彈簧上座的內(nèi)、外錐面角度非常重要。

根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，該發(fā)動機氣門鎖緊機構(gòu)中的氣門彈簧上座采用合金鋼材料，具備承受變形和循環(huán)交變載荷的能力，可保證氣門彈簧上座在實際運行中具有一定的強度。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)嚴(yán)格控制氣門彈簧上座的尺寸和質(zhì)量，并在滿足零件使用功能、結(jié)構(gòu)要求的前提下，盡可能地優(yōu)化該部件。由于氣門彈簧上座在內(nèi)燃機的運行中會承受較大的循環(huán)交變載荷，因此，利用有限元分析軟件計算氣門彈簧上座在工作載荷工況下的應(yīng)力情況很有必要。

利用MSC.Software公司的非線性有限元分析軟件MSC.Marc，對氣門彈簧上座在承受最大工作載荷時所受的強度進行了計算，得到了該部件各個部位的應(yīng)力情況，進一步校核了該部件的安全系數(shù)，準(zhǔn)確地找出了不同設(shè)計方案的優(yōu)劣，為確定氣門彈簧上座的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案提供了指導(dǎo)，最終滿足了該部件的實際使用要求。

2 有限元模型的建立

根據(jù)氣門彈簧上座及其部件的結(jié)構(gòu)幾何特征和承載方式，以Pra/E軟件建造的氣門彈簧上座及其部件三維實體模型為基礎(chǔ)，并經(jīng)過合理簡化，建立了詳細的氣門鎖緊機構(gòu)的有限元模型。

2.1 網(wǎng)格劃分

采用6面體單元進行了網(wǎng)格劃分，結(jié)點數(shù)和單元數(shù)如表1所示。

2.2 材料參數(shù)

計算和分析中使用的材料的參數(shù)如表2所示。

兩種設(shè)計方案均用于同一款發(fā)動機，因此，其邊界條件相同，外載荷由TYCON求得，氣門頂端平面受分布載荷為769 N。

3 計算結(jié)果及分析

在第一種設(shè)計方案中，氣門彈簧上座的最大應(yīng)力σmax=224.4 MPa；在第二種設(shè)計方案中，氣門彈簧上座的最大應(yīng)力σmax=436.7 MPa。該氣門彈簧上座的材料為合金鋼，允許應(yīng)力極限為490 MPa。由此可見，第一種設(shè)計方案的安全系數(shù)n=2，第二種設(shè)計方案的安全系數(shù)n=1.1.雖然第二種設(shè)計方案使用的原材料較少，工作應(yīng)力也在材料允許的應(yīng)力極限范圍內(nèi)，但存在應(yīng)力值過大、安全系數(shù)過低的問題。而發(fā)動機在正常運行時，氣門彈簧上座需要承受氣門彈簧和氣門鎖夾的機械負荷。因此，第一種設(shè)計方案為最佳設(shè)計方案。

架如圖1所示。由圖1可知，該框架需要增加DTMB電路來實現(xiàn)DTMB的功能。增加DMTB電路后的硬件框架如圖2所示。目前，DVB-C的應(yīng)用已比較成熟，在電視內(nèi)設(shè)有電視芯片的內(nèi)置接口。但DTMB的接口并不完善，因此，需要外設(shè)接口，從而使電視具有高清畫質(zhì)的畫中畫功能。

3 畫中畫功能的實現(xiàn)

對于傳統(tǒng)電視的畫中畫功能而言，一般是在電視屏幕的左面和右面各有一個畫面，或是一個小畫面占據(jù)大畫面的1/4，且往往只有主畫面有聲音。因此，主畫面和次畫面會互相干擾，且上述畫面比例會給人不協(xié)調(diào)的感覺，進而影響了觀看效果。

目前，高清電視的分辨率可達到3 840×2 160，而在播放3D畫面時，人眼看到的分辨率大概為1 920×2 160.在傳輸DTMB信號時，人們可通過佩戴3D眼鏡的方式實現(xiàn)高清電視的畫中畫功能。但需要將3D眼鏡的一只鏡片改造成只顯示左眼看到的影像，另一只鏡片只顯示右眼看到的影像，并在電視上安裝相應(yīng)的軟件，在遙控器上設(shè)置DTMB的控制鍵。在觀看者按下控制鍵后，可選擇信號源和開啟畫中畫功能。開啟畫中畫功能后，觀看者的左眼可看到DTMB圖像，右眼可看到HDMI圖像。此外，還需要提高播放系統(tǒng)軟件的幀頻，從而消除電視畫面的閃爍現(xiàn)象。

利用播放系統(tǒng)軟件可創(chuàng)建不同的遙控系統(tǒng)，觀看者可根據(jù)自己的需要調(diào)整電視的音量、亮度等。此外，觀看者可通過不同的設(shè)備收聽畫面的聲音，比如，一個觀賞者可通過音響收聽，而另一個觀賞者可通過藍牙耳機收聽。

4 結(jié)束語

隨著科技的發(fā)展，電視的畫質(zhì)在不斷提升，人們對電視畫質(zhì)等方面的要求也在不斷提高。如何在電視上實現(xiàn)高清的畫中畫模式，且畫面比例協(xié)調(diào)，是相關(guān)技術(shù)人員必須解決的問題。

參考文獻

[1]湯圓.解讀數(shù)字電視[M].北京：機械工業(yè)出版社，2014.

〔編輯：張思楠〕