氣門(mén)導(dǎo)管結(jié)構(gòu)對(duì)氣門(mén)油封拔脫力影響分析

熊繼芬　吳定勇　羅名雄

摘 要：針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)試制階段氣門(mén)油封脫落引起故障頻發(fā)的情況，通過(guò)對(duì)氣門(mén)油封拔脫力影響因素分析，充分考慮可行性的前提下，提出從改進(jìn)裝配工藝或氣門(mén)導(dǎo)管結(jié)構(gòu)方面提升拔脫力兩種解決思路，根據(jù)氣門(mén)油封拉壓力試驗(yàn)結(jié)果比對(duì)，得到改進(jìn)氣門(mén)導(dǎo)管結(jié)構(gòu)對(duì)提升拔脫力效果最好，且不影響裝配力，為解決故障提供了最優(yōu)方案。

關(guān)鍵詞：氣門(mén)導(dǎo)管 氣門(mén)油封 拔脫力

Analysis of the Influence of Valve Guide Structure on the Pull-out Force of Valve Oil Seal

Xing Jifen，Wu Dingyong，Luo Mingxiong

Abstract：In view of the frequent failure caused by valve oil seal falling off during engine trial production， through the analysis of the influencing factors of the pull-out force of valve oil seal， under the precondition of full consideration of feasibility， two solutions of improving assembly process or valve guides structure to enhance pull-out force were proposed. According to the comparison of valve oil seal pull and pressure test results， the improved valve guide structure has the best effect on lifting the pull-out force， and does not affect the assembly force， which provides the optimal solution to the fault.

Key words：valve guide， valve oil seal， pull-out force

某型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)在試制階段頻繁出現(xiàn)異響、燒機(jī)油現(xiàn)象，經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)拆解發(fā)現(xiàn)由于氣門(mén)油封脫落引起，這一故障嚴(yán)重影響裝配線(xiàn)生產(chǎn)節(jié)拍、產(chǎn)品質(zhì)量及發(fā)動(dòng)機(jī)性能，亟待解決。為避免發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中氣門(mén)油封跟隨氣門(mén)運(yùn)動(dòng)，造成氣門(mén)油封松脫，需從增加氣門(mén)導(dǎo)管與氣門(mén)油封之間的拔脫力入手設(shè)計(jì)改進(jìn)方案，以解決該故障[1]。

1 氣門(mén)導(dǎo)管及氣門(mén)油封介紹

氣門(mén)導(dǎo)管對(duì)氣門(mén)的運(yùn)動(dòng)起導(dǎo)向作用，保證氣門(mén)做往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，使氣門(mén)與氣門(mén)座圈能正確貼合，并將氣門(mén)桿的熱量傳給氣缸蓋，如圖1所示，h1段與氣門(mén)油封配合，h2段裝入氣缸蓋，與其配合。

氣門(mén)油封是發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)組的重要零件之一，防止過(guò)多的機(jī)油進(jìn)入燃燒室，造成燃燒異常，同時(shí)保持燃燒室與氣缸蓋罩的壓力 ，避免氣體竄入氣缸蓋罩。其主要靠油封唇口部位與氣門(mén)桿接觸形成密封。氣門(mén)油封允許氣門(mén)在其內(nèi)部上下運(yùn)動(dòng)而不松脫，其下端h3段與氣門(mén)桿配合，h4段為氣門(mén)油封橡膠筋條結(jié)構(gòu)，其與氣門(mén)導(dǎo)管配合。氣門(mén)油封結(jié)構(gòu)如圖2，氣門(mén)油封與氣門(mén)導(dǎo)管裝配圖如圖3。

2 拔脫力影響因素分析

軸與軸套在過(guò)盈配合的情況下，拔脫力的表達(dá)式為：

F=PS=PDH （1）

其中，P為軸與軸套接觸面間平均接觸壓力，S為接觸面積，D為軸套內(nèi)徑，H為軸套長(zhǎng)度。

由于最大拔脫力與過(guò)盈量、摩擦系數(shù)均成正比[2]，因此，平均接觸壓力表達(dá)式為：

P=kef （2）

其中，k為比例常數(shù)，e為過(guò)盈量，f為摩擦系數(shù)。將（2）式帶入（1）式得：

F=kπefDH （3）

在不考慮氣門(mén)油封彈性橡膠材料以及結(jié)構(gòu)的情況下，氣門(mén)油封與氣門(mén)導(dǎo)管的過(guò)盈配合可參考（3）式，則拔脫力與兩者之間的摩擦力、過(guò)盈量、配合直徑、配合長(zhǎng)度成正比。下面分析調(diào)整以上參數(shù)以增加拔脫力的可行性。

從理論上，增大以上4個(gè)參數(shù)均可以提升拔脫力，但其都會(huì)導(dǎo)致氣門(mén)油封裝配過(guò)程中的裝配力增加，增大裝配難度，降低裝配效率。尤其在日常維修作業(yè)中，不可能采用生產(chǎn)線(xiàn)壓裝力可調(diào)可控的專(zhuān)業(yè)安裝設(shè)備，通常采用人工敲擊的不可控安裝方式，在裝配力變大的情況下，勢(shì)必需要更大的敲擊力，易造成氣門(mén)油封損壞。

在配合長(zhǎng)度方面調(diào)整，必須通過(guò)增加氣門(mén)油封長(zhǎng)度，即通過(guò)改變其結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，制造工藝相對(duì)復(fù)雜，并且長(zhǎng)度增加范圍受發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)限制，在有限空間內(nèi)不一定能滿(mǎn)足拔脫力要求，需反復(fù)驗(yàn)證，該方案設(shè)計(jì)及制造成本過(guò)高。

在過(guò)盈量、內(nèi)徑方面調(diào)整，要通過(guò)改變氣門(mén)導(dǎo)管和氣門(mén)油封的尺寸實(shí)現(xiàn)，需重新設(shè)計(jì)、制造兩種零件，且要反復(fù)驗(yàn)證，該方案同樣存在成本過(guò)高的問(wèn)題。

在摩擦力方面調(diào)整，只需從改善工藝標(biāo)準(zhǔn)方面入手，裝配氣門(mén)油封時(shí)在氣門(mén)導(dǎo)管配合部位采取酒精脫脂（不涂潤(rùn)滑油）的工藝即可。因?yàn)楝F(xiàn)裝配工藝標(biāo)準(zhǔn)中考慮氣門(mén)導(dǎo)管和氣門(mén)油封安裝方便、避免由于摩擦力過(guò)大損壞氣門(mén)油封唇口，提升裝配質(zhì)量，通常要求在氣門(mén)導(dǎo)管配合部位涂潤(rùn)滑油后裝配，這勢(shì)必會(huì)減小摩擦力，導(dǎo)致拔脫力減小。因此，提出方案一：酒精脫脂（不涂潤(rùn)滑油）的裝配工藝，且無(wú)需改變零件結(jié)構(gòu)將是成本較低的解決方案，但其裝配力是否符合標(biāo)準(zhǔn)還需進(jìn)一步驗(yàn)證。

由于方案一存在裝配力超出標(biāo)準(zhǔn)值的風(fēng)險(xiǎn)，為較好解決故障，考慮增加其他可行性方案供分析比對(duì)，擇優(yōu)選用。因此，在不增加裝配力的前提下，另外提出方案二：改進(jìn)氣門(mén)導(dǎo)管結(jié)構(gòu)，以增加一個(gè)與拔脫力方向相反的阻力來(lái)提升拔脫力。

3 結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案設(shè)計(jì)

將氣門(mén)導(dǎo)管與氣門(mén)油封配合段的無(wú)槽結(jié)構(gòu)改進(jìn)為斜槽結(jié)構(gòu)，當(dāng)氣門(mén)油封向上拔脫過(guò)程中，經(jīng)過(guò)斜槽部位時(shí)，氣門(mén)油封橡膠筋條由于彈力作用收縮并抱緊氣門(mén)導(dǎo)管，槽的上端凸臺(tái)會(huì)對(duì)其有一個(gè)向下的阻力以防止拔脫，從而達(dá)到增加拔脫力的效果;當(dāng)氣門(mén)油封向下裝配過(guò)程中，經(jīng)過(guò)斜槽部位時(shí)，其斜槽設(shè)計(jì)起到導(dǎo)向作用，便于安裝，且槽下端無(wú)凸臺(tái)，不會(huì)增加裝配力。對(duì)生產(chǎn)節(jié)拍、生產(chǎn)效率以及裝配工藝無(wú)影響，該方案可行性強(qiáng)，有待進(jìn)一步驗(yàn)證。其結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)下表1。

4 方案驗(yàn)證

4.1 待驗(yàn)證方案為：

方案一：酒精脫脂（不涂潤(rùn)滑油）的裝配工藝;方案二：斜槽結(jié)構(gòu)氣門(mén)導(dǎo)管。

4.2 樣本選取

優(yōu)化后的氣門(mén)油封試驗(yàn)樣品為抽樣檢查合格品，按同類(lèi)水平分類(lèi)，選取同一公差段進(jìn)行試驗(yàn)。

4.3 試驗(yàn)要求

采用氣門(mén)油封拉壓力試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)備為L(zhǎng)Y2W1拉壓力試驗(yàn)機(jī)。本試驗(yàn)在常溫條件下進(jìn)行，模擬油封與油封導(dǎo)管的裝配與脫出運(yùn)動(dòng)，利用工裝與拉壓力試驗(yàn)機(jī)檢測(cè)油封配合部位全部裝入導(dǎo)管的最大力值（即裝配力）以及油封配合部位脫出導(dǎo)管的最小力值（即拔脫力）進(jìn)行檢測(cè)。氣門(mén)油封拉力試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2。

從試驗(yàn)結(jié)果可以得出，對(duì)于方案一，采用酒精脫脂裝配工藝后，拔脫力大幅度上升，但是隨之而來(lái)的是裝配力也同樣以幾乎同比例增長(zhǎng)，根據(jù)企業(yè)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建議裝配力≤500N。顯然，方案一的裝配力接近或已經(jīng)超出標(biāo)準(zhǔn)值要求，此方案不合理。對(duì)于方案二，采用加工工藝成本較低的斜槽結(jié)構(gòu)不僅大幅度提升了拔脫力，防脫性較好，并且對(duì)于裝配力幾乎不影響。同時(shí)，該結(jié)構(gòu)不影響油封密封性，因?yàn)?，氣門(mén)油封密封主要靠油封唇口部位，優(yōu)化方案只更改了導(dǎo)管與油封配合面的結(jié)構(gòu)，對(duì)油封唇口與導(dǎo)管外壁接觸配合無(wú)影響，因此發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油耗不受影響[3]，該方案是最優(yōu)解決方案。

5 結(jié)語(yǔ)

斜槽型氣門(mén)油封應(yīng)用之后， 發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)油封脫落故障解決，故障率降為零，且氣門(mén)油封壓裝合格率保持不變，不影響生產(chǎn)節(jié)拍，又提升了產(chǎn)品質(zhì)量及發(fā)動(dòng)機(jī)性能，該改進(jìn)方案值得推廣應(yīng)用。

基金項(xiàng)目：廣西中青年教師基礎(chǔ)能力提升項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2019KY1308）。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 李莉英.氣門(mén)導(dǎo)桿油封密封性能的研究[D]. 青島：青島工業(yè)大學(xué)，2011.