基于三槽氣門鎖夾結(jié)構(gòu)的檢測項目分析

□余海洋

一、引言

氣門鎖夾是汽車發(fā)動機氣門組件中的一個關(guān)鍵重要零件，一般安裝在氣門頭部，并與氣門彈簧上座配合裝配，其作用是連接氣門與氣門彈簧，保證發(fā)動機在運轉(zhuǎn)過程中氣門與氣門彈簧同步隨動,以實現(xiàn)配氣機構(gòu)的運動功能，并且使氣門在關(guān)閉時具有良好的密封性能。在燃燒室高溫條件下，氣門頭部同時受到燃燒氣體的壓力、氣門彈簧力以及配氣機構(gòu)的慣性力等作用，氣門與氣門座圈之間不斷拍打，使氣門頭部及氣門座圈極易產(chǎn)生變形而使燃燒室發(fā)生泄漏，影響發(fā)動機性能及壽命。以前常用氣門鎖夾結(jié)構(gòu)一般為單槽結(jié)構(gòu)，為保證氣門鎖夾鎖緊可靠，在設(shè)計時使兩片鎖夾相對的分開面不接觸，而使氣門鎖夾內(nèi)表面凸起環(huán)帶與氣門桿鎖夾槽完全貼合，以保證氣門鎖夾鎖緊氣門桿鎖夾槽。這種結(jié)構(gòu)使得氣門、氣門鎖夾及氣門彈簧座幾乎成為一個整體，氣門彈簧在壓縮與恢復(fù)的過程中帶動這一個整體一起旋轉(zhuǎn)，這就使得氣門的轉(zhuǎn)動變得極為困難，氣門頭部受熱不均而易產(chǎn)生變形，氣門與氣門座圈之間的磨損也不均勻，從而使氣門密封性能降低。隨著現(xiàn)代發(fā)動機性能的不斷提高，特別是小排量發(fā)動機功率的越來越高，發(fā)動機的熱負(fù)荷也越來越大，這就對氣門的密封性能提出了更高的要求，所以，單槽氣門鎖夾結(jié)構(gòu)慢慢被三槽氣門鎖夾結(jié)構(gòu)所替代。

二、三槽氣門鎖夾

氣門桿頂部帶有三道鎖夾槽的氣門稱為三槽氣門，對應(yīng)帶有三道凸起環(huán)帶鎖緊氣門的鎖夾稱為三槽氣門鎖夾。三槽氣門鎖夾的內(nèi)表面設(shè)計有三個凸起的環(huán)帶，環(huán)帶與氣門桿部的三個鎖夾槽匹配并預(yù)留一定的配合間隙，當(dāng)兩片鎖夾抱緊后，氣門與氣門鎖夾之間的摩擦力很閑，可在氣門鎖夾內(nèi)自由轉(zhuǎn)動，這就使得氣門的旋轉(zhuǎn)變得更加容易。

三槽氣門結(jié)構(gòu)具有受力分布均勻的優(yōu)點，同時，也使在裝配時鎖夾和鎖夾槽的相互對接不單靠夾緊氣門桿，而是靠槽與鎖夾的凸、凹之間的接觸面支撐氣門，從而使氣門處于旋轉(zhuǎn)的自由狀態(tài)，而不受鎖夾和彈簧座的制約。這種“自由氣門”憑借發(fā)動機工作時的振動以及通過搖臂或凸輪頂桿傳遞的摩擦作用使氣門旋轉(zhuǎn)。發(fā)動機在工作時，氣門旋轉(zhuǎn)能有效地平衡氣門各部分的溫升，改善氣門密封面的工作情況，避免局部熱變形引起的高溫有害氣體沖刷，減少熱腐蝕和熱疲勞，氣門密封面溫度均勻，減小氣門頭部變形，減小泄露。同時，由于氣門的旋轉(zhuǎn)在密封面上產(chǎn)生輕微的摩擦，起到自潔的作用，減少氣門的磨損和積碳，避免氣門燒蝕，氣門旋轉(zhuǎn)能夠有利于潤滑油進(jìn)入氣門導(dǎo)管的推力面，加強潤滑效果，使氣門桿模式均勻，從而提高發(fā)動機使用壽命[1]。

鑒于三槽氣門機構(gòu)的以上優(yōu)點，三槽氣門鎖夾也被越來越廣泛地使用。雖然氣門鎖夾自身體積較小，但氣門鎖夾與氣門頭部凹槽和氣門彈簧座匹配精度要求較高，以減少不必要的噪聲，提高使用壽命。所以，在生產(chǎn)過程中對鎖夾的加工精度及產(chǎn)品加工尺寸一致性檢查的工作就顯得尤為重要。

三、三槽氣門鎖夾檢測項目分析

從三槽氣門鎖夾的設(shè)計及功能上分析來看，氣門鎖夾的錐面幾何尺寸和形狀特征、鎖夾內(nèi)徑、鎖夾凸起環(huán)帶幾何尺寸和裝配位置均為關(guān)鍵或重要特征，需要重點檢測及質(zhì)量管控。

(一)鎖夾錐面檢測。氣門鎖夾的外錐面與氣門彈簧上座的內(nèi)錐面配合，配合接觸面積的大小，直接決定了二者之間的定位力矩[2]。若氣門鎖夾的外錐面與氣門彈簧上座的內(nèi)錐面形狀誤差較大，以致相互貼合不好，導(dǎo)致實際接觸面積減小，在高接觸應(yīng)力下，易于磨損或受到擠壓，從而使氣門鎖夾下沉。發(fā)動機在高速運轉(zhuǎn)下，由于配氣機構(gòu)的振動，可能產(chǎn)生鎖夾飛脫，使氣門機構(gòu)運轉(zhuǎn)失效，發(fā)動機無法正常運轉(zhuǎn)，甚至導(dǎo)致發(fā)動機損壞。為了避免以上狀況發(fā)生，在鎖夾的設(shè)計要求上需要對鎖夾的錐面尺寸精度提出相應(yīng)的控制目標(biāo)，因此，在生產(chǎn)的過程中，鎖夾錐面的尺寸及形狀特征是需要檢測和控制的關(guān)鍵特征，其檢測項目包括外錐面的角度檢測、外錐面的直線度檢測、外錐面的跳動檢測和外錐面生產(chǎn)一致性檢測。

(二)鎖夾內(nèi)徑的檢測。氣門鎖夾安裝在氣門彈簧上座內(nèi)，氣門鎖夾外圓面在氣門彈簧的作用下，始終與氣門彈簧座接觸，鎖夾兩片結(jié)合面相互接觸，在鎖夾內(nèi)徑尺寸設(shè)計上，要求鎖夾內(nèi)徑略大于氣門桿部外徑，保證鎖片內(nèi)表面與氣門桿部不接觸，氣門在鎖片內(nèi)圓周方向不受約束，可以自由旋轉(zhuǎn)。因此，鎖夾內(nèi)徑也是檢測和控制的重要特征之一。

(三)鎖夾凸起環(huán)帶檢測。氣門鎖夾一般對稱分成兩片，環(huán)抱在氣門桿的鎖夾槽部位，氣門鎖夾的內(nèi)表面有三個凸起的環(huán)帶，環(huán)帶與氣門桿頂部的三個鎖夾槽匹配，從鎖夾功能要求來看，在設(shè)計時要求鎖夾凸起環(huán)帶直徑大于氣門桿凹槽部分直徑，兩片氣門鎖夾對合抱緊后，氣門在氣門鎖夾內(nèi)可以自由轉(zhuǎn)動。鎖夾凸起環(huán)帶直徑及位置尺寸將影響到氣門是否可以自由旋轉(zhuǎn)，直接決定了三槽氣門鎖夾的優(yōu)點是否能夠?qū)崿F(xiàn)，因此，鎖夾凸起環(huán)帶直徑及位置尺寸也是在生產(chǎn)加工過程中需要檢測和控制的重要特征。

(四)裝配位置檢測。理論上氣門裝配完后，氣門頂端距離彈簧座的高度與彈簧座至鎖夾的高度為制造過程中的控制尺寸[3]。通常，氣門頂端到彈簧座的高度隨設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)而定，在檢測中用于對氣門彈簧座裝配位置的判斷，而氣門鎖夾到彈簧座的高度則需有嚴(yán)格的要求，為滿足工程要求，鎖夾到彈簧座的高度差需滿足-0.8mm～0.8mm的尺寸范圍。因三槽氣門鎖夾獨特的結(jié)構(gòu)和其需要實現(xiàn)的功能，在滿足幾何尺寸關(guān)系的同時，在氣門桿頂端面施加一定的靜壓力的情況下，氣門應(yīng)該能夠仍然自由旋轉(zhuǎn)，氣門鎖夾的外錐面和氣門彈簧座的下錐面之間的配合能夠?qū)崿F(xiàn)自鎖，而氣門鎖夾的位置不發(fā)生變化。因此，在氣門鎖夾生產(chǎn)過程中，需要采用特定的工裝與氣門鎖夾進(jìn)行配合，以滿足在對氣門頂桿施加一定靜壓力的情況下，檢測氣門鎖夾裝配位置變化情況。

四、結(jié)語

三槽氣門鎖夾因其自身結(jié)構(gòu)特點，能夠有效提高氣門旋轉(zhuǎn)性能，提高氣門的密封性，延長氣門的使用壽命，因此，三槽氣門鎖夾的應(yīng)用也越來越廣泛。在三槽氣門鎖夾的生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)質(zhì)量的把控也需要越來越嚴(yán)格。本文通過對三槽氣門鎖夾結(jié)構(gòu)和功能的研究，分析其幾個關(guān)鍵和重要的尺寸與形狀特征，為生產(chǎn)現(xiàn)場的檢測項目確定和質(zhì)量管控方向提供一定的參考依據(jù)。