专利名称：一种可提高疲劳强度的喷油泵柱塞弹簧的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种弹簧，特别是一种具有变节距结构、可提高疲劳强度的喷油泵柱塞弹簧。
背景技术：
柱塞弹簧分列在喷油泵柱塞左右两侧，分担端面凸轮与柱塞之间的负荷，保证柱塞的正常的往复工作。喷油泵工作时，在端面凸轮与柱塞弹簧的作用下，柱塞作上、下往复运动，从而完成泵油任务，实现低压燃油与高压燃油的转换。柱塞弹簧是柱塞式喷油泵中最重要的承载件，其作用是保证柱塞复位，在整个工作循环过程中承受着高应力、高频率的往复运动。在喷油泵工作过程中，柱塞弹簧承受周期性高频交变力的作用，因而柱塞弹簧必须具备足够的刚度及自振频率。目前喷油泵所使用的柱塞弹簧为普通的等节距弹簧，在压 缩过程中承载力与压缩量的变化成线性关系。根据机械手册设计要求弹簧的自振频率与迫振频率的比值需大于10，否则在使用过程中易受共振而产生早期疲劳断裂。经观察表明柱塞弹簧发生早期疲劳断裂的位置基本上集中在弹簧的中部，这说明柱塞弹簧中部承受的振动及载荷高于两侧。就目前等节距弹簧的结构而言，随着载荷的增大，变形量也成呈线性增大，但弹簧等间距压缩其刚度并没有随着载荷的增大而增大，不能很好的缓和在运动过程中产生的振动，这是导致柱塞弹簧疲劳断裂的主要因素。根据弹簧自振频率计算公式fe =356000 X -1
nDA式中D----弹簧中径(mm), η----弹簧有效圈数，d----弹簧丝径(mm)按照常规设计思路，可以通过改变弹簧的中径、丝径和有效圈数来改变弹簧自振频率。但是，一方面弹簧参数的改变受到喷油泵结构的制约，另一方面通过试验表明，一定程度的改变弹簧参数对于提高弹簧抗振能力的作用并不明显。因此，需要从改变弹簧的结构入手，使之受力状态更为合理方面研究进行相应的改进，提高柱塞弹簧的抗振能力。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题旨在克服现有技术之缺陷，提供一种通过改变柱塞弹簧等节距结构，使之受力状态更为合理的可提高疲劳强度的喷油泵柱塞弹簧。本实用新型所称问题是由以下技术方案解决的一种可提高疲劳强度的喷油泵柱塞弹簧，它为等直径、等丝径压缩弹簧，节距Ρ=(1+δ，特别之处是，所述柱塞弹簧的间距δ为变量，δ值由柱塞弹簧两端向中间对称渐
士豳
>曰ο上述可提高疲劳强度的喷油泵柱塞弹簧，所述柱塞弹簧包括六段间距，在相对柱塞弹簧中间对称位置的间距其值相等，分别为S1、δ2、5 3, δ 、δ2、δ 3的关系如下δ 2=1. 25-1. 75 δ I, δ 3=1. 05-1. 15 δ 2。上述可提高疲劳强度的喷油泵柱塞弹簧，所述位于该柱塞弹簧两端的间距值δ I与柱塞弹簧丝径d的关系为δ 1=0. 38-0. 42 d。本实用新型针对喷油泵柱塞弹簧易因共振发生早期疲劳断裂的问题，对柱塞弹簧的结构进行了改进设计，采用变节距结构。所述变节距结构是弹簧节距在弹簧轴向上由两端向中间逐渐增大，随节距的改变弹簧在压缩过程中承载力与压缩量的变化呈非线性关系，使弹簧在压缩过程中弹簧中部刚度和自振频率增大，满足自振频率与迫振频率比值大
于10的要求，消除或缓和共振而产生的“颤振”现象，防止柱塞弹簧因共振而引起的早期断
m O
图1是本实用新型的结构示意图；图2是普通柱塞弹簧的结构示意图。
具体实施方式
参看图2，现有喷油泵使用的普通柱塞弹簧为等节距，其节距为P为定值，p=d+ δ，d是指弹簧丝径，D为弹簧中经。以2. 8TD1-2喷油泵柱塞弹簧为例，其最高转速为1700r/min,柱塞弹簧的工作频率为1700X4=6800次/min,进行共振验算
fgI· >10满足要求
tr依据的计算公式弹簧自振频率fe =356000X
nD弹簧的迫振频率fr =油泵最高转速X缸数/60所用柱塞弹簧的参数D——弹簧中径(mm)=13. 9 (mm)η——弹簧有效圈数=6. 5d----弹簧丝径(mm) =3. 4 (mm) 计算得出自振频率计算得出迫振频率
产 356000*3 4
fe=, = %3J9Hz
6.5 本 Dffr = ^E!=l13J3Hz
60
L !!!ZLg零fr 11133因为弹簧的自振与迫振频率的比值小于10，而且弹簧中部承受的振动及载荷高于两侧，所以在柱塞弹簧运动的过程中容易因共振而产生早期失效疲劳断裂。参看图1，本实用新型所述柱塞弹簧为变节距弹簧，其间距δ为变量，δ值由柱塞弹簧两端向中间对称渐增。在相对柱塞弹簧中间对称位置的间距其值相等，分别为S1、δ 2、δ 3，δ1、δ 2、δ 3 的关系如下δ 2=1. 25-1. 75 δ I, δ 3=1. 05-1. 15 δ 2。δ I 与柱塞弹簧丝径d的关系为δ 1=0. 38-0. 42 d。该结构基于喷油泵柱塞弹簧在开始压缩的时候所承受载荷较小，小节距就能够满足载荷的压缩量，随着喷油泵工作过程中弹簧所受载荷不断增大，弹簧间距较小处首先并圈，弹簧的有效圈数、刚度、自振频率发生变化，即弹簧的有效圈数减少，弹簧的节距逐渐增大，刚度也逐渐增大，这样能够承受大载荷且弹簧的压缩量不大，这种非线性弹簧特性能够缓解高频率的往复运动带来的振动，使其承受更高的载荷。而对于是等间距的弹簧，压缩过程中有效圈数不发生变化，其刚度值也是不变的。以下以本实用新型用于2. 8TD1-2喷油泵为例进行共振验算目前2.8TD1-2喷油泵最高转速为1700r/min，柱塞弹簧的工作频率为1700X4=6800次/min,所用柱塞弹簧的丝径d=3. 4 (mm)，弹簧的有效圈数n=6. 5, δ 1=1. 35(mm) - δ 2=1. 8 (mm)、δ 3=1. 95 (mm),弹簧中经 D=13. 8 (mm)。试验表明柱塞弹簧的刚度、间距及与弹簧丝径关系如下表
权利要求1.一种可提高疲劳强度的喷油泵柱塞弹簧，它为等直径、等丝径压缩弹簧，节距Ρ=(1+δ，其特征在于所述柱塞弹簧的间距δ为变量，δ值由柱塞弹簧两端向中间对称渐+ >曰ο
2.根据权利要求1所述的可提高疲劳强度的喷油泵柱塞弹簧，其特征在于所述柱塞弹簧包括六段间距，在相对柱塞弹簧中间对称位置的间距其值相等，分别为S1、δ2、5 3,δ1、δ 2、δ 3 的关系如下δ 2=1. 25-1. 75 δ I, δ 3=1. 05-1. 15 δ 2。
3.根据权利要求2所述的可提高疲劳强度的喷油泵柱塞弹簧，其特征在于所述位于该柱塞弹簧两端的间距值δ I与柱塞弹簧丝径d的关系为δ 1=0. 38-0. 42 d。
专利摘要一种可提高疲劳强度的喷油泵柱塞弹簧，用于解决喷油泵柱塞弹簧易因共振发生早期疲劳断裂的问题。技术方案是所述喷油泵柱塞弹簧，它为等直径、等丝径压缩弹簧，节距p=d+δ，特别之处是，所述柱塞弹簧的间距δ为变量，δ值由柱塞弹簧两端向中间对称渐增。本实用新型采用变节距结构，即弹簧节距在弹簧轴向上由两端向中间逐渐增大，随节距的改变弹簧在压缩过程中承载力与压缩量的变化呈非线性关系，使弹簧在压缩过程中弹簧中部刚度和自振频率增大，满足自振频率与迫振频率比值大于10的要求，消除或缓和共振而产生的“颤振”现象，防止柱塞弹簧因共振而引起的早期断裂。
文档编号F16F1/00GK202833796SQ20122043172
公开日2013年3月27日 申请日期2012年8月29日 优先权日2012年8月29日
发明者尚旭光, 梁振涛 申请人:长城汽车股份有限公司