发动机气门间隙调整片工作寿命的评定方法

技术领域

本发明属于柴油机结构可靠性评价技术领域，尤其是涉及一种发动机气门间隙调整片工作寿命的评定方法。

背景技术

气门间隙调整片是柴油发动机机配气机构的核心零部件之一。气门间隙调整片的可靠性直接影响着发动机配气机构的可靠性，而且还会影响到发动机的输出功率等性能指标。接触疲劳破坏是气门间隙调片的典型失效模式之一，当气门间隙调整片发生接触疲劳失效时，气门间隙调整片的表面出现剥落与异常磨损现象。气门间隙调整片一旦发生失效，会引起与其接触的配气凸轮型面的异常磨损，而凸轮型面的损坏又会影响到气门间隙以及气门运动规律，进而影响发动机的性能，并导致气门运动不连续产生较大的冲击与噪声，有时还会引发其他故障。

因此，对气门间隙调整片的可靠性与寿命进行科学的评价，是对气门间隙调整片进行结构优化设计以及工艺参数优化的关键，同时也是合理确定气门间隙调整片使用寿命与制定维修计划的重要依据。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种发动机气门间隙调整片工作寿命的评定方法，以对气门间隙调整片进行结构优化设计以及工艺参数优化。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种发动机气门间隙调整片工作寿命的评定方法，包括如下步骤：

1)确定发动机的工况及其对应的工作时间与工作转速；

2)确定发动机在不同工况下工作时，气门间隙调整片的最大接触应力；

3)确定气门间隙调整片的接触疲劳强度参数；

4)通过比较步骤2)获得的最大接触应力和步骤3)得到的接触疲劳强度参数，确定气门间隙调整片寿命评定的有效接触应力及对应工况；

5)根据有效接触应力及工况，确定气门间隙调整片能够经历的发动机任务剖面循环次数；

6)根据发动机任务剖面循环次数，确定气门间隙调整片的工作寿命。

进一步的，步骤1)是根据发动机的任务剖面，确定发动机任务剖面所包含的工况，并确定发动机每一种工况对应的工作时间与工作转速。

进一步的，步骤3)是通过接触疲劳试验确定出，气门间隙调整片的接触疲劳强度极限以及接触疲劳寿命N与接触应力s之间的函数关系，即N＝F(s)。

进一步的，步骤4)通过比较步骤2)中确定的不同工况下气门间隙调整片的最大接触应力与步骤3)中确定的接触疲劳强度极限之间的大小关系，将大于接触疲劳强度极限的气门间隙调整片最大接触应力作为气门间隙调整片寿命评定的有效接触应力。

进一步的，步骤5)是根据疲劳累积损伤法则，运用如下式(1)确定气门间隙调整片在发生失效前能够经历的发动机任务剖面循环次数w，即

$w=\frac{1}{\underset{j=1}{\overset{K}{\Sigma }}\frac{2n_j{t}_j}{r·F\left(s_j\right)}}---\left(1\right)$

式(1)中：K表示气门间隙调整片的最大接触应力大于接触疲劳强度极限的工况数量；s_j表示气门间隙调整片最大接触应力大于接触疲劳强度极限的第j种工况对应的气门间隙调整片的最大接触应力；n_j表示气门间隙调整片最大接触应力大于接触疲劳强度极限的第j种工况对应的发动机工作转速；t_j表示在发动机一次任务剖面循环中气门间隙调整片最大接触应力大于接触疲劳强度极限的第j种工况的工作时间；F(·)表示步骤3)中得到的气门间隙调整片的接触疲劳寿命与接触应力之间的函数关系；r表示发动机冲程系数，对于四冲程内燃机：r＝4，对于二冲程内燃机：r＝2。

进一步的，步骤6)是运用如下式(2)确定气门间隙调整片的工作寿命T，即

$T=w·\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{t}_i=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{t}_i}{\underset{j=1}{\overset{K}{\Sigma }}\frac{2n_j{t}_j}{r·F\left(s_j\right)}}---\left(2\right)$

式(2)中：N表示发动机任务剖面所包含的工况数量；t_i表示在发动机一次任务剖面循环中对应第i种工况的工作时间；w为步骤5)中的式(1)。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

能够针对发动机的具体任务剖面，在确定发动机任务剖面所包含工况的基础上，根据发动机在不同工况下运行时气门间隙调整片的最大接触应力和气门间隙调整片的接触疲劳强度参数等，确定出气门间隙调整片能够经历的发动机任务剖面循环次数，并进一步确定出气门间隙调整片的工作寿命，能够有效地指导气门间隙调整片的可靠性评价、结构优化设计以及维修方案制定。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述发动机气门间隙调整片工作寿命的评定方法的流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

另外，在本发明的实施例中所提到的发动机的任务剖面，是指发动机在完成规定任务这段时间内发动机的转速、功率和扭矩的时序描述。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种发动机气门间隙调整片工作寿命的评定方法，如图1所示，包括如下步骤：

步骤1，确定发动机的工况及其对应的工作时间与工作转速；

具体的，是根据发动机的任务剖面，确定发动机任务剖面所包含的工况，并确定发动机每一种工况对应的工作时间与工作转速；用N表示发动机任务剖面所包含的工况数量，用n_i(i＝1,…,N)表示发动机第i种工况的工作转速，用t_i(i＝1,…,N)表示发动机在一次任务剖面循环中对应第i种工况的工作时间。

步骤2，确定发动机在不同工况下工作时，气门间隙调整片的最大接触应力；根据步骤1中所包含的工况，采用仿真计算方法或试验测试方法确定发动机在不同工况下工作时气门间隙调整片的最大接触应力，用s_i(i＝1,…,N)表示发动机在第i种工况工作时气门间隙调整片的最大接触应力。

步骤3，确定气门间隙调整片的接触疲劳强度参数；

具体的，通过接触疲劳试验确定出，气门间隙调整片的接触疲劳强度极限以及接触疲劳寿命N与接触应力s之间的函数关系，即N＝F(s)，F(·)表示函数关系；

例如，对于由Gr15合金钢制造的气门间隙调整片，通过接触疲劳试验确定的气门间隙调整片的接触疲劳寿命N与接触应力s之间的函数关系N＝F(s)，具体为：

步骤4，确定气门间隙调整片寿命评定的有效接触应力及对应工况；

具体的，通过比较步骤2中确定的发动机在不同工况下工作时气门间隙调整片的最大接触应力与步骤3中确定的接触疲劳强度极限之间的大小关系，将大于接触疲劳强度极限的气门间隙调整片最大接触应力作为气门间隙调整片寿命评定的有效接触应力，同时确定出发动机任务剖面中气门间隙调整片最大接触应力大于接触疲劳强度极限的所有工况。

步骤5，确定气门间隙调整片能够经历的发动机任务剖面循环次数；

具体的，根据疲劳累积损伤法则，运用如下式(1)确定气门间隙调整片在发生失效前能够经历的发动机任务剖面循环次数w，即

$w=\frac{1}{\underset{j=1}{\overset{K}{\Sigma }}\frac{2n_j{t}_j}{r·F\left(s_j\right)}}---\left(1\right)$

式(1)中：K表示气门间隙调整片的最大接触应力大于接触疲劳强度极限的工况数量；s_j表示气门间隙调整片最大接触应力大于接触疲劳强度极限的第j种工况对应的气门间隙调整片的最大接触应力；n_j表示气门间隙调整片最大接触应力大于接触疲劳强度极限的第j种工况对应的发动机工作转速；t_j表示在发动机一次任务剖面循环中气门间隙调整片最大接触应力大于接触疲劳强度极限的第j种工况的工作时间；F(·)表示步骤3中得到的气门间隙调整片的接触疲劳寿命与接触应力之间的函数关系；r表示发动机冲程系数，对于四冲程内燃机：r＝4，对于二冲程内燃机：r＝2。

对于四冲程内燃机，气门间隙调整片在发生失效前能够经历的发动机任务剖面循环次数为：

对于二冲程内燃机，气门间隙调整片在发生失效前能够经历的发动机任务剖面循环次数为：

步骤6，确定气门间隙调整片的工作寿命；

具体的，结合发动机的任务剖面，根据步骤1所确定的发动机任务剖面所包含的工况，运用如下式(2)确定气门间隙调整片的工作寿命T，即

$T=w·\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{t}_i=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{t}_i}{\underset{j=1}{\overset{K}{\Sigma }}\frac{2n_j{t}_j}{r·F\left(s_j\right)}}---\left(2\right)$

式(2)中：N表示发动机任务剖面所包含的工况数量；t_i表示在发动机一次任务剖面循环中对应第i种工况的工作时间；w表示气门间隙调整片在发生失效前能够经历的发动机任务剖面循环次数；K表示气门间隙调整片最大接触应力大于接触疲劳强度极限的工况数量；s_j表示气门间隙调整片最大接触应力大于接触疲劳强度极限的第j种工况对应的气门间隙调整片最大接触应力；n_j表示气门间隙调整片最大接触应力大于接触疲劳强度极限的第j种工况对应的发动机工作转速；t_j表示在发动机一次任务剖面循环中气门间隙调整片最大接触应力大于接触疲劳强度极限的第j种工况的工作时间；F(·)表示气门间隙调整片的接触疲劳寿命与接触应力之间的函数关系；r为发动机冲程系数，对于四冲程内燃机：r＝4，对于二冲程内燃机：r＝2。

对于四冲程内燃机，气门间隙调整片的工作寿命为：

对于二冲程内燃机，气门间隙调整片的工作寿命为：

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。