内燃机气门锁夹机构设计

欧阳炳森

摘 要：气门锁夹机构作为内燃机的重要组成部分，其设计的合理性直接关系着内燃机的动力性、经济性、排放性、可靠性和耐久性。因此，对内燃机气门锁夹机构的设计进行了分析，并确定了最佳设计方案。

关键词：气门锁夹；载荷；内燃机；设计方案

中图分类号：TK423 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.05.082

随着社会的不断进步和发展，内燃机产业对配气机构的要求越来越高。配气机构作为内燃机的重要组成部分，控制着内燃机的换气过程，内燃机配气机构的优化设计对发动机的各项性能均有较大的影响。在内燃机的配气结构中，气门锁夹和气门弹簧上座是固定发动机心脏部件——气门的重要零部件，其性能直接影响着气门功能的实现。因此，为了提高内燃机运行的稳定性和耐久性，需要不断优化气门锁夹机构。本文提出了2种气门锁夹结构的优化设计方案，采用有限元法对其进行了结构分析，采用非线性有限元分析软件MSC.Marc进行了强度计算，并在综合比较后选出了最佳设计方案。

1 气门锁夹及其设计方案

在采用气门式配气机构的内燃机中，无论是侧置式气门，还是顶置式气门，其配气机构的气门弹簧座多采用气门锁夹固定。气门锁夹是内燃机配气机构的重要零部件之一，其R弧与气门上的锁夹槽相配合、外锥面与气门弹簧上座的内锥面贴合，通过凸轮轴、挺杆、气门摇譬等实现锁定功能。如果气门锁夹失去作用，则气门会掉入气缸内，进而造成重大事故。气门杆的加工精度较高，且与气门导管的配合间隙较小，因此，其运行时的磨损不严重，起到了良好的导向和散热作用；气门尾端的形状决定于气门弹簧上座的固定方式，而采用2个外表面为锥面的气门锁夹固定气门弹簧上座，具有结构简单、工作可靠、拆装方便的特点。

气门锁夹的外锥面有多种角度，气门弹簧上座的内锥面也有多种角度。为了提髙发动机关键零部件的强度和延长其使用寿命，正确选择气门弹簧上座的内、外锥面角度非常重要。

根据结构设计要求，该发动机气门锁紧机构中的气门弹簧上座采用合金钢材料，具备承受变形和循环交变载荷的能力，可保证气门弹簧上座在实际运行中具有一定的强度。在结构设计中，应严格控制气门弹簧上座的尺寸和质量，并在满足零件使用功能、结构要求的前提下，尽可能地优化该部件。由于气门弹簧上座在内燃机的运行中会承受较大的循环交变载荷，因此，利用有限元分析软件计算气门弹簧上座在工作载荷工况下的应力情况很有必要。

利用MSC.Software公司的非线性有限元分析软件MSC.Marc，对气门弹簧上座在承受最大工作载荷时所受的强度进行了计算，得到了该部件各个部位的应力情况，进一步校核了该部件的安全系数，准确地找出了不同设计方案的优劣，为确定气门弹簧上座的结构设计方案提供了指导，最终满足了该部件的实际使用要求。

2 有限元模型的建立

根据气门弹簧上座及其部件的结构几何特征和承载方式，以Pra/E软件建造的气门弹簧上座及其部件三维实体模型为基础，并经过合理简化，建立了详细的气门锁紧机构的有限元模型。

2.1 网格划分

采用6面体单元进行了网格划分，结点数和单元数如表1所示。

2.2 材料参数

计算和分析中使用的材料的参数如表2所示。

两种设计方案均用于同一款发动机，因此，其边界条件相同，外载荷由TYCON求得，气门顶端平面受分布载荷为769 N。

3 计算结果及分析

在第一种设计方案中，气门弹簧上座的最大应力σmax=224.4 MPa；在第二种设计方案中，气门弹簧上座的最大应力σmax=436.7 MPa。该气门弹簧上座的材料为合金钢，允许应力极限为490 MPa。由此可见，第一种设计方案的安全系数n=2，第二种设计方案的安全系数n=1.1.虽然第二种设计方案使用的原材料较少，工作应力也在材料允许的应力极限范围内，但存在应力值过大、安全系数过低的问题。而发动机在正常运行时，气门弹簧上座需要承受气门弹簧和气门锁夹的机械负荷。因此，第一种设计方案为最佳设计方案。

架如图1所示。由图1可知，该框架需要增加DTMB电路来实现DTMB的功能。增加DMTB电路后的硬件框架如图2所示。目前，DVB-C的应用已比较成熟，在电视内设有电视芯片的内置接口。但DTMB的接口并不完善，因此，需要外设接口，从而使电视具有高清画质的画中画功能。

3 画中画功能的实现

对于传统电视的画中画功能而言，一般是在电视屏幕的左面和右面各有一个画面，或是一个小画面占据大画面的1/4，且往往只有主画面有声音。因此，主画面和次画面会互相干扰，且上述画面比例会给人不协调的感觉，进而影响了观看效果。

目前，高清电视的分辨率可达到3 840×2 160，而在播放3D画面时，人眼看到的分辨率大概为1 920×2 160.在传输DTMB信号时，人们可通过佩戴3D眼镜的方式实现高清电视的画中画功能。但需要将3D眼镜的一只镜片改造成只显示左眼看到的影像，另一只镜片只显示右眼看到的影像，并在电视上安装相应的软件，在遥控器上设置DTMB的控制键。在观看者按下控制键后，可选择信号源和开启画中画功能。开启画中画功能后，观看者的左眼可看到DTMB图像，右眼可看到HDMI图像。此外，还需要提高播放系统软件的帧频，从而消除电视画面的闪烁现象。

利用播放系统软件可创建不同的遥控系统，观看者可根据自己的需要调整电视的音量、亮度等。此外，观看者可通过不同的设备收听画面的声音，比如，一个观赏者可通过音响收听，而另一个观赏者可通过蓝牙耳机收听。

4 结束语

随着科技的发展，电视的画质在不断提升，人们对电视画质等方面的要求也在不断提高。如何在电视上实现高清的画中画模式，且画面比例协调，是相关技术人员必须解决的问题。

参考文献

[1]汤圆.解读数字电视[M].北京：机械工业出版社，2014.

〔编辑：张思楠〕