阅读说明：本技术 一种单边变节距气门弹簧及其绕制工装、方法 (Unilateral variable-pitch valve spring and winding tool and method thereof ) 是由 陈华健 朱文奇 郝国华 蔡栋 李斌 侯世玉 胡健 于 2020-05-22 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种单边变节距气门弹簧及其绕制工装、方法,所述弹簧本体沿轴向自上而下包括顶端并圈、等节距圈、过渡圈、变节距圈以及底端并圈；所述变节距圈的节距小于等节距圈的节距,并通过所述过渡圈均匀过渡；从所述顶端并圈到等节距圈四分之一处,弹簧的外径逐渐变大,且最大值小于底端并圈的弹簧内径。本发明在弹簧绕制的过程中,通过控制节距销和绕制销的运动改变弹簧的节距和外径,形成单边变节距的外部轮廓,减小弹簧上端部的外径、增加弹簧本体的自振频率,实现轻量化的同时避免了在高转运速下发生颤振,装配时易于区分,减少装配错误。(The invention provides a unilateral variable-pitch valve spring and a winding tool and method thereof.A spring body comprises a top end parallel ring, an equal-pitch ring, a transition ring, a variable-pitch ring and a bottom end parallel ring from top to bottom along the axial direction; the pitch of the variable-pitch ring is smaller than that of the equal-pitch ring, and the variable-pitch ring is uniformly transited through the transition ring; from the top end doubling up to the quarter of the equal pitch circle, the outer diameter of the spring is gradually increased, and the maximum value is smaller than the inner diameter of the spring which is doubled up at the bottom end. In the process of winding the spring, the pitch and the outer diameter of the spring are changed by controlling the movement of the pitch pin and the winding pin, so that the outer profile with a single-side variable pitch is formed, the outer diameter of the upper end part of the spring is reduced, the natural vibration frequency of the spring body is increased, the vibration is avoided at a high transfer speed while the light weight is realized, the assembly is easy to distinguish, and the assembly error is reduced.)

一种单边变节距气门弹簧及其绕制工装、方法

技术领域

本发明涉及弹簧制造技术领域，具体涉及一种单边变节距气门弹簧及其绕制工装、方法。

背景技术

现有技术下，随着国六排放标准的实行，对汽车的发动机及其配件的节能减排、轻量化性能越来越重视，而圆柱形气门弹簧由于其生产难度低，价格便宜的优势一直备受青睐，但在轻量化上却没有任何优势。同时当前发动机最高转速能达到7100转/分甚至更高，普通的等节距气门弹簧在高转速情况下尤其转速大于5500转/分时极易出现颤振情况，此时弹簧会出现并圈现象，弹力及应力激增导致弹簧断裂失效，进而对发动机造成不可挽回的损伤。

发明内容

为了解决现有技术下，普通的圆柱形等节距气门弹簧在高转速情况下极易出现颤振情况进而导致弹簧断裂失效的现象，需要改进弹簧结构及工艺，提供一种具有良好减震作用的气门弹簧。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种单边变节距气门弹簧，包括弹簧本体，所述弹簧本体沿轴向自上而下包括顶端并圈、等节距圈、过渡圈、变节距圈以及底端并圈；所述变节距圈的节距小于等节距圈的节距，并通过所述过渡圈均匀过渡；从所述顶端并圈到等节距圈四分之一处，弹簧的外径逐渐变大，且最大值小于底端并圈的弹簧内径。

进一步地，所述弹簧本体满足如下关系式：

De1-Di2<1.5d；De1-Di2>0

其中，De1为弹簧顶部外径，Di2为弹簧底部内径，d为弹簧线材直径。

优选地，所述等节距圈的节距为7.5-8.0mm，所述过渡圈节距为4.5-7.5mm，所述变节距圈的节距为4.0-4.5mm。

优选地，所述顶端并圈和底端并圈各设置为一圈，所述等节距圈占弹簧总圈数的30％，所述过渡圈占弹簧总圈数的10％，所述变节距圈约占弹簧总圈数的40％。

一种单边变节距气门弹簧的绕制工装，包括送料机构和绕制机构，所述送料机构包括用于矫直、限位的导向板以及至少一组设置在所述导向板两侧的送料滚轮，所述送料滚轮用于将线材原料送入绕制机构；所述绕制机构包括刀座以及节距销和至少两个绕制销，所述节距销和绕制销能够在驱动装置的作用下运动。

一种单边变节距气门弹簧的绕制方法，具体包括以下步骤：

设定弹簧节距和外径绕制的目标值；

线材原料通过送料滚轮和导向板送入绕制机构；

绕制机构根据目标值调节节距销和绕制销的运动，控制弹簧绕制的节距和外径，使弹簧绕制成型。

本发明在弹簧绕制的过程中，通过控制节距销和绕制销的运动改变弹簧的节距和外径，形成单边变节距的外部轮廓，减小弹簧上端部的外径、增加弹簧本体的自振频率，实现轻量化的同时避免了在高转运速下发生颤振，装配时易于区分，减少装配错误。

附图说明

图1为本发明的步骤流程示意图；

图2为本发明弹簧圈数与节距的关系图；

图3为本发明弹簧绕制工装的结构示意图；

图4为本发明弹簧绕制方法的步骤流程图；

图5为本发明弹簧高度与自振频率的关系图；

图6为本发明实施例的对比实验效果图；

图中：1、顶端并圈；2、等节距圈；3、过渡圈；4、变节距圈；5、底端并圈；6、导向板；7、送料滚轮；8、底座；9、节距销；10、绕制销。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一种优选实施方式做详细的说明。

如图1所示的单边变节距气门弹簧，包括弹簧本体，所述弹簧本体沿轴向自上而下包括顶端并圈1、等节距圈2、过渡圈3、变节距圈4以及底端并圈5；所述变节距圈的节距小于等节距圈的节距，并通过所述过渡圈均匀过渡；从所述顶端并圈到等节距圈四分之一处，弹簧的外径逐渐变大，且最大值小于底端并圈的弹簧内径。

为了避免发生缠绕以及设计的安全性，本优选实施例所述的弹簧本体满足如下关系式：

De1-Di2<1.5d；De1-Di2>0

其中，De1为弹簧顶部外径，Di2为弹簧底部内径，d为弹簧线材直径。

如图2所示，本优选实施例所述等节距圈2的节距为7.5-8.0mm，所述过渡圈3节距为4.5-7.5mm，所述变节距圈4的节距为4.0-4.5mm。所述顶端并圈1和底端并圈5各设置为一圈，所述等节距圈占弹簧总圈数的30％，所述过渡圈占弹簧总圈数的10％，所述变节距圈约占弹簧总圈数的40％。弹簧在受力压缩时变节距部分首先被压缩，弹簧的刚度在一定的范围内不再是常量而是发生了显著的提升，弹簧的自振频率也显著提高，因此单边变节距弹簧有很好的减震作用。

具体的弹簧自振频率的计算公式为如下：

其中，f_e为弹簧自振频率，d为弹簧线径，n为有效圈数，D为弹簧中径，G为剪切模量，ρ为密度。

弹簧受力压缩时，变节距部分首先被压缩，有效圈数变小，其余参数不变，因此弹簧自振频率显著提高，在发动机高转速运动过程中具有很好的减震效果，改善了气门弹簧因颤振导致寿命降低的情况。

如图3所示的单边变节距气门弹簧的绕制工装，包括送料机构和绕制机构，所述送料机构包括用于矫直、限位的导向板6以及至少一组设置在所述导向板两侧的送料滚轮7，所述送料滚轮用于将线材原料送入绕制机构；所述绕制机构包括刀座8以及节距销9和至少两个绕制销10，所述节距销和绕制销能够在驱动装置的作用下运动。

在绕制过程中，一般采用两个绕制销，线材原料通过送料机构进入绕制机构后，依据三点成圆定理，通过刀座8和两个绕制销10绕制成圆，通过改变两个绕制销的位置控制这个圆的外径，随着不断地送料就可以形成一圈圈连续的圆，同时通过节距销9的运动进行节距的控制，本优选实施例所述的绕制工装可通过程序设定弹簧绕制的节距和外径的目标值，进而通过程序控制驱动装置改变节距销和绕制销的位置，使单边变节距弹簧绕制成型。

如图4所示的单边变节距气门弹簧的绕制方法，具体包括以下步骤：

S1、设定弹簧节距和外径绕制的目标值；

S2、将线材原料通过送料滚轮和导向板送入绕制机构；

S3、绕制机构根据目标值调节节距销和绕制销的运动，控制弹簧绕制的节距和外径，使弹簧绕制成型。

下面对本发明所述的单边变节距弹簧的具体效果进行阐述：

如图5所示，本发明所述的单边变节距气门弹簧，在被压缩的过程中，变节距部分首先被压缩，自由高度不断减小，A点频率为420HZ，在B点时频率可以很快提高到691HZ，通过变节距的设计，弹簧的自振频率提升了64.5％，那么在高转速情况下能够有效的避免因颤振导致寿命降低的情况。

采用动态模拟试验，分别在相同环境下对本发明所述的单边变节距弹簧和普通等节距弹簧进行对比，从图6中可以看出单边变节距弹簧在高转速(大于5500转/分钟)时动态表现依然很好，无明显的波峰出现；而等节距弹簧在5800转时出现明显的波峰，这就是弹簧出现了颤振、弹力和应力激增导致弹簧发生并圈的现象。

以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求所述确定的保护范围内。