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摘要：柴油发动机气门弹簧的作用是在凸轮轴没有举升气门时保持气门关闭，并使气门与座保持紧密的结合。为了保证气门关闭时所需要的运动速度与克服气门等机件的惯性力，弹簧必须具有足够的弹力。简单的说，气门弹簧其实就是保证气门及时落座并紧密贴合，防止气门在振动时发生跳动，破坏其密封性的小工具。

一、气门弹簧的原理特点及固定方式

1、原理

      气门弹簧是指将位于气门与摇臂等部件之间的弹簧。在柴油发动机运行时，由于活塞上下运动所带来的惯性力，导致发动机运动不平稳，气门开合不连续。而气门弹簧则能够在这种情况下起到平衡力的作用，使气门可以跟随活塞的运动而连续开合，从而保证发动机正常工作。气门弹簧的作用原理可以用弹簧力和气门控制之间相互作用的力学关系来解释。

2、特点

      气门弹簧具有结构简单、可靠性高、寿命长等特点。在柴油发动机运行中，气门弹簧往往承受着较大的弹性应力，因此其材料的选择和强度问题显得尤为重要。一般来说，气门弹簧由多种钢丝材料制成，包括碳素钢丝、铬钒钢和铬硅钢。应力、负荷温度和老化质量决定了到底应采用哪种材料。弹簧的结构形式可以分为圆柱形、锥形、柿形等多种类型。此外，不同类型的气门弹簧还有不同的弹性常数和疲劳极限，因此在选择时需要根据具体的使用情况进行综合考虑。

3、固定方式

      气门弹簧与锁片共同固定在气门杆上。气门弹簧必须能够正确地关闭气门。如果气门弹簧的弹力不够，可能使气门浮升。气门浮升就是气门打开的时间稍稍大于设计值。这种情况通常在气门弹簧软化和发动机高速运转时发生。当气门撞击气门座时，会发生气门跳动现象，从而使气门关闭不严。所以，气门弹簧由专用的弹簧钢制成，在工作过程中受到冲击负荷的作用，弹簧有很高的耐疲劳强度。

      气门杆尾端的形状决定气门弹簧座的固定方式，常用的结构是锁片式和锁销式两种。采用剖分或两半的锥形锁片来固定弹簧座时，气门杆的端部切出环槽，利用剖分成两半且外表面为锥面的气门锁片与弹簧座的锥形内表面来固定弹簧座，其结构简单、工作可靠、拆装方便，因此得到广泛的应用。采用锁销式结构时，在气门杆尾端钻—径向通孔，锁销插在通孔内来支承气门弹簧座，而气门弹簧座的边缘又可阻止锁销的松脱，如图1所示。不管采用何种固定措施，都应采用压装方式进行压入（如图2所示），以免损坏。

二、气门弹簧的类型

      作用在弹簧上的力是周期性的，当作用力的频率和气门弹簧的固有频率相同或弹簧的固有频率是气门作用力频率的整数倍（10倍以上）时，就发生共振。共振时其振动频率的幅度最大，可能会造成弹簧与气门瞬时脱开，使气门失去控制，甚至使弹簧断裂。

      为了减小谐振，采用了多种设计，包括使用更强的弹簧、不等螺距弹簧、双弹簧、改变弹簧的外径、在弹簧内放置小的减振器。为了防止共振的产生常分为4种形式，如图3所示。

① 等螺距弹簧

      提高气门弹簧的自然振动频率，即采用等螺距弹簧，如图3(a)图所示，设法提高气门弹簧的刚度，如加粗钢丝直径或减小弹簧的圈径。这种方法较简单，但由于弹簧刚度大，增加了功率消耗和零件之间的冲击载荷。

② 不等距弹簧

      不等螺距弹簧的结构如图4所示。因弹簧圈距不等，故每一圈的固有频率不同，当气门上升时，弹簧被压缩，圈距较小的一端逐渐叠合，使弹簧的实际工作圈数减少，弹簧的固有频率跟着改变，避免了共振的产生。安装不等螺距的弹簧时，螺距较小的一端应当朝向汽缸盖。 

③ 减振弹簧

      带有减振弹簧的气门弹簧就是采用等螺距的单弹簧，在其内圈加一个过盈配合的阻尼摩擦片来消除共振。减振弹簧可以嵌在气门弹簧内如图3（d）所示。

④ 双气门

      双弹簧是将一个小弹簧装在大弹簧里面，如图5所示。由于两根弹簧绕制的方向不一样，刚度不同，发生共振的频率也不同。当一根发生共振时，另一根弹簧起减振作用，所以采用双弹簧，可防止发生共振现象。顶置式气门机构采用双弹簧时，一旦其中一根断裂另一根还能维持工作，以免发生气门落入汽缸内的严重事故。

⑤ 可变螺距气门弹簧

      一些高性能汽油发动机使用可变螺距单气门弹簧，如图6（b）所示。可变螺距弹簧的自然频率不是固定的，因此可以避免共振。

⑥ 锥形气门弹簧

      锥形气门弹簧的刚度和固有振动频率沿弹簧轴线变化，因此可以消除共振的可能性。

三、气门弹簧与气门杆的连接方法

      气门弹簧与气门杆的连接是靠连接件来完成的，连接件由弹簧托盘和锁片（或锁销）组成。弹簧托盘的作用是一方面将弹簧的作用力传给气门，另一方面使弹簧中心定位。

      气门弹簧连接方式有如下几种：

① 利用锥形锁片进行连接。

      这种连接方法如图7（a）所示。它是在气门脚部加工一凹槽，凹槽内装有两个半圆锥形锁片，锁片卡在弹簧托盘的锥形孔中，这样就比较牢固地将弹簧和气门杆连在一起。目前，采用这种连接方法较多。

② 利用锁圈连接。

      锁圈和托盘二者合为一体，锁圈开有口，气门脚制成上小下大的圆锥形，锁圈卡入气门脚的圆锥体后，气门弹簧与气门便连接起来，如图7（b）所示。

③ 利用锁钉连接。

      这种连接方法是在气门脚上打一圆形或长方形小孔，孔内装有销子，用以支撑弹簧托盘，如图7（c）所示。这种连接方法易使气门脚处的强度下降，故现在很少采用。

④ 气门锁片和弹簧座

      气门锁片和弹簧座用于将气门弹簧固定在气门杆上。弹簧座的作用相当于一个垫圈，如图8（a）所示。弹簧座安装在弹簧的顶部，气门从弹簧座中穿过。当弹簧压力向上推弹簧座时，气门锁片被挤压或楔入弹簧座，这样使得弹簧在所有情况下都能牢固地与气门相连。气门锁片有多种类型，但最常用的是分体式锁片。分体式锁片拆卸方便，而且能够保持自锁功能。

      在一些气门上，在两个气门锁片的下面直接放置了一个0形圈，以阻止机油沿着气门导管向下流动。如图8（b）所示。

（2）气门弹簧的检测关键是观察有无裂纹或折断，测量弹簧自由长度和垂直度，测量弹簧弹力，气门弹簧不可以修理，必要时只能更换；

（3）气门弹簧的自由长度可用卡尺实行测量，气门弹簧垂直度的检测，气门弹簧的垂直度大多数应不大于1.5～2.0mm，若气门弹簧的自由长度或垂直度不符合标准，应更换气门弹簧；

（4）气门弹簧的弹力应在专用弹簧检验仪上实行检测，用检验仪对气门弹簧施加压力，在限定压力下的气门弹簧高度，或限定气门弹簧高度下的压力，应符合标准不然应更换气门弹簧。

总结：

      气门弹簧是柴油发动机中非常重要的一个零件，它能够控制气门的开合，让发动机运转更加平稳。气门弹簧具有结构简单、可靠性高、寿命长等特点，但在使用过程中会受到各种因素的影响，因此需加以维护和保养。只有正确选用和维护好气门弹簧，才能确保柴油发电机组的良好运行。