一種氣門油封裝拆保護工裝的設計

熊繼芬 吳定勇

摘要： 通過對氣門油封裝拆工藝進行分析，闡述了大部分工藝過程不使用氣門油封裝拆保護工裝，或部分在用的工裝只能滿足裝配而忽視了拆卸工藝需求的現(xiàn)狀，設計了一種能同時滿足氣門油封裝配和拆卸的保護工裝，并對方案進行驗證，保證了有效性。

Abstract： Through the analysis of valve oil seal assembly and disassembly process， this paper expounds the current status of most process doesn′t use the valve oil seal protection tooling， or part of the use of tooling can only meet the demand of assembly and ignore the disassembly process， designs a protection tooling can also satisfy the protection of the valve oil seal assembly and disassembly， and verifies the design to ensure the effectiveness.

關(guān)鍵詞： 氣門油封;裝拆;工裝

Key words： valve oil seal;assembly and disassembly;tooling

中圖分類號：S219.031? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）23-0001-02

1? 氣門油封裝拆保護工裝研究目的

發(fā)動機氣門油封是氣門密封的重要零件之一，能避免機油泄漏造成機油耗增加，對裝拆工藝要求十分嚴格。在發(fā)動機生產(chǎn)制造領(lǐng)域，往往零部件研發(fā)、生產(chǎn)線裝配過程很少對氣門桿油封進行保護，這在發(fā)動機排放標準越來越嚴苛，對產(chǎn)品的性能和質(zhì)量要求也越來越高的情況下是可能會導致油封在經(jīng)過氣門桿鎖夾凹槽的時候，由于抱緊力及相對運動出現(xiàn)直接損壞或產(chǎn)生潛在失效可能的，且目前多采用多密封唇型油封，與之匹配的氣門也多采用多鎖夾槽型，更增加了氣門油封在經(jīng)過氣門鎖夾槽的過程中損壞的可能性;在教學領(lǐng)域，發(fā)動機氣門檢修實訓時，需反復練習拆裝氣門，在不使用氣門油封裝拆保護工裝的情況下進行拆卸和安裝，氣門油封損壞率提升，造成教學耗材成本提高。因此，設計一種發(fā)動機氣門桿油封裝拆保護工裝及完善氣門桿油封裝拆工藝應用于本領(lǐng)域十分必要。

2? 氣門油封裝拆保護工裝設計思路

現(xiàn)多數(shù)研究主要針對氣門桿油封在裝配過程中的導向性、對中性、壓裝到位性、裝配效率等方面進行研究，所涉及的工裝和裝拆方法并沒有考慮氣門鎖夾槽對氣門桿油封產(chǎn)生的影響[1][2]。為解決氣門裝拆過程中氣門油封保護問題，考慮區(qū)別于以下兩種裝配工藝進行設計：

情形一：不使用氣門桿油封保護工裝。大多數(shù)氣門桿油封裝配工藝不使用氣門桿油封保護工裝而是直接用壓裝設備壓入;同樣，氣門裝拆工藝也是直接將氣門拔出，上述缺陷是當氣門桿鎖夾槽經(jīng)過油封唇口時，易造成氣門桿油封唇口損壞，使得故障排查時易將故障原因歸結(jié)為零件設計問題，而忽視了裝配工藝方面的根本性問題。

情形二：使用氣門桿油封防護套/導套工裝。近期兩項公開發(fā)表的專利《氣門桿油封防護套結(jié)構(gòu)》[3]和《氣門桿油封導套》[4]，均考慮了鎖夾槽對氣門油封裝配的影響，提出了保證同軸度，減小氣門油封與氣門桿摩擦的設計方案，都采用在氣門桿尾部直接套入防護套/導套的形式用以屏蔽氣門鎖夾槽，兩者的缺陷是工裝以套入的形式設計，其外徑大于氣門桿外徑，在氣門油封安裝配時會由于防護套/導套的自身壁厚導致油封在經(jīng)過配合段時被撐大，增加潛在失效風險。同時，在拆卸過程中，兩個設計方案都無法使用，因為在氣門油封上行或氣門下行被拔出的拆卸過程中，會使防護套/導套脫離氣門桿，起不到防護的效果。上述兩種方案只考慮了裝配的工藝要求，而忽略了拆卸的工藝性。

因此，在考慮解決以上兩種裝配工藝缺陷的情況下，所設計的氣門油封裝拆保護工裝有效屏蔽了鎖夾槽，避免了鎖夾槽對氣門油封的影響，可適用于氣門油封安裝和拆卸兩種情況，具備可靠性高、有效性強、成本低、安裝方便等性質(zhì)，從氣門鎖夾槽對氣門油封影響的角度保證了裝拆質(zhì)量。

3? 氣門油封裝拆保護工裝結(jié)構(gòu)及特點

3.1 結(jié)構(gòu)

發(fā)動機氣門桿油封裝拆保護工裝本體包括：1-外圓柱面、2-開口槽、3-內(nèi)圓弧凸面，結(jié)構(gòu)圖見圖1。

其中本體為設有開口槽的環(huán)狀，表面光滑，避免刮傷油封。

外圓柱面：裝配后平齊或允許稍低于氣門桿外圓柱面，形成完整圓柱面。

開口槽：開度較小，安裝在多槽型氣門桿上，可不錯開開口槽安裝，操作簡便。

內(nèi)圓弧凸面：與氣門桿鎖夾槽凹圓弧面配合時留有一定間隙，避免飽滿接觸導致外圓柱面突出（即外圓柱面與氣門桿外圓柱面不平齊）;降低裝配制造精度，降低成本。

高度：設置合理的配合尺寸，避免因重力作用下墜而引起外圓柱面不平。

3.2 特點

①由于氣門桿鎖夾槽尺寸為標準尺寸，則本工裝設計為標準件，易于選配，通用性強，且單槽或多槽型氣門桿均可使用。

②使用塑料材質(zhì)，具有一定的彈性，可調(diào)整開口大小便于安裝;可重復利用，成本低，經(jīng)濟效益好。

③本體易制作成彩色，易于觀察，防止漏裝漏拆，方便裝配把關(guān)。

④采用對稱的結(jié)構(gòu)設計，可正反裝。

4? 氣門油封裝拆保護工裝裝配工藝

將發(fā)動機氣門桿油封裝拆保護工裝沿徑向輕微撐開，使開口變大，沿氣門桿軸向從上而下套入至氣門桿鎖夾槽。對于多槽型的氣門桿，應先將最下端鎖夾槽安裝到位，再逐一往上安裝。拆除方法與安裝過程相反，使用完成后，輕微撐開工裝，使開口變大，沿氣門桿軸向從下而上拆離氣門桿鎖夾槽，對于多槽型的氣門桿，應先將最上端工裝拆除，再逐一拆除下端的，裝配圖見圖2。

情形一：裝配氣門桿油封。先將氣門裝入氣門導管孔，再將發(fā)動機氣門桿油封裝拆保護工裝裝入氣門桿鎖夾槽，最后將氣門桿油封之上而下壓入氣門桿，使用完畢后按以上方法拆除。

情形二：拆卸氣門。拆除氣門鎖夾、氣門彈簧、氣門彈簧座等零件后，將發(fā)動機氣門桿油封裝拆保護工裝安裝至鎖夾槽到位后，直接至上而下拔出氣門。使用完畢后按以上方法拆除。

5? 氣門油封裝拆保護工裝驗證試驗

5.1 試驗目的

由于氣門油封機械性損傷所需要的試驗時長不易評估且耗時較長，同時配合面清潔度對結(jié)果評價存在較大影響，因此，本試驗通過對氣門油封裝配力以及氣門油封彈簧彈力衰減率的功能性方面評價氣門桿油封裝拆保護工裝的有效性。

5.2 試驗方案

試驗對象：選擇同型號的多槽型氣門，氣門傘部底端居中加工一個螺紋孔，用以與試驗設備連接，確保連接可靠性和同軸度;同型號氣門導管，起導向、穩(wěn)定氣門運動的作用;同型號同水平氣門油封若干;氣門桿油封裝拆保護工裝若干。

試驗一：1號氣門上安裝氣門桿油封裝拆保護工裝;

試驗二：2號氣門不安裝氣門桿油封裝拆保護工裝。

試驗方法：①將氣門安裝在試驗設備上;②在氣門桿上裝入氣門導管，并用支架將氣門導管固定在設備底座上，運動速度為零;③試驗一在氣門鎖夾槽中裝入氣門桿油封裝拆保護工裝，且在試驗全過程不拆卸;試驗二則不安裝氣門桿油封裝拆保護工裝;④將油封裝入氣門導管配合段，由其抱緊力與氣門導管可靠連接，運動速度為零;

⑤由電機驅(qū)動試驗設備的曲柄連桿機構(gòu)，帶動氣門做上下往復直線運動，即模擬工作狀態(tài)氣門與油封的相對運動關(guān)系。

本試驗非氣門油封壽命估算試驗，無需模擬真實工作狀態(tài)和環(huán)境，只需保證氣門與氣門油封相對運動關(guān)系以及兩組試驗的其他條件相同即可。因此，在相同的環(huán)境，相同的電機轉(zhuǎn)數(shù)，相同的試驗時間下實施。為加速試驗，采用酒精脫脂（不涂潤滑油）的工藝裝配氣門油封。

5.3 試驗結(jié)論

①試驗二由于沒有使用氣門桿油封裝拆保護工裝，沒有屏蔽鎖夾槽，裝配過程中氣門油封經(jīng)過鎖夾槽時由于自身收縮力抱緊氣門桿，導致鎖夾槽對氣門油封產(chǎn)生反方向的阻力，使得較試驗一而言裝配力變大，增加了氣門油封潛在失效風險。②進行3次相同試驗，每次試驗時長連續(xù)不間斷48h，試驗后，對試驗一與試驗二氣門油封彈簧彈力進行檢測，比較兩者的氣門油封彈簧彈力衰減率，試驗結(jié)果見表1。

可見，使用了氣門桿油封裝拆保護工裝的試驗一中氣門油封彈簧彈力衰減率顯然比沒有使用保護工裝的試驗二小，說明氣門桿油封裝拆保護工裝可以在一定程度上緩解氣門油封彈簧彈力衰減程度。

綜上，使用氣門桿油封裝拆保護工裝，能夠減小裝配力，減小氣門油封引起損傷的可能;同時，可以在一定程度上緩解氣門油封彈簧彈力的衰減，降低了氣門油封的潛在失效風險，對發(fā)動機的整體質(zhì)量提升是有幫助的，是可行有效的，推薦使用該拆裝工藝。

參考文獻：

[1]陳旭東.一種氣門桿油壓裝工裝：CN201710650516.4[P].2017.12.12.

[2]李莉英.氣門導桿油封密封性能的研究[D].青島：青島工業(yè)大學，2011.

[3]韓柳，吳定勇，蘇懷林，等.氣門桿油封防護套結(jié)構(gòu)：CN201811174719.1[P].2019.01.01.

[4]戴劍雄，黃月.氣門桿油封導套：CN201820668300.0[P].2019.01.18.