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汽车发动机气门弹簧的最优化设计与计算分析 　　0引言 　　配气机构是汽车发动机最重要的组成部分之一，而气门弹簧是配气机构气门组的重要零件，其功用是保证气门关闭时能紧密地与气门座或气门座圈贴合，并克服在气门开启时配气机构产生的惯性力，使传动件始终受凸轮控制而不相互脱离。因此，气门弹簧应具有合适的刚度、足够的抗疲劳强度、质量要轻、弹力要小以及避免在工作时发生颤振现象。本文对气门弹簧设计的变量、目标函数及约束条件进行了分析，提出了气门弹簧优化设计的数学模型，并进行实例验证数学模型的可行性，旨在克服传统设计方法耗费大量人力物力的缺陷，降低制造成本，提高产品的市场核心竟争力。 　　1气门弹簧最优化设计数学原理 　　1.1最优化参数的确定 　　圆柱形螺旋气门弹簧设计时，除选材料及规定热处理要求外，主要是根据最大工作载荷、最大变形以及结构要求等来确定弹簧的钢丝直径d,中径Dz、工作圈数n、节距t或螺旋升角a和高度H等。通常取弹簧钢丝直径d，弹簧中径D:和弹簧工作圈数n为最优化设计的设计变量。 　　1. 2建立最优目标函数 　　目标函数可根据弹簧的工作特点和对它的专门要求来建立。例如，对于因工作特点极易导致疲劳损坏的弹簧，则应以疲劳安全系数最大作为最优化设计的目标;对于安装空间很紧、要求尽量减小轮廓尺寸的弹簧，则应以其外径或高度最小，从而得到最小安装尺寸作为最优化设计的目标，本文以弹簧弹力最小作为最优化设计的目标。 　　1 .3最优化设计数学模型的确定 　　由上述得到的最优化条件和约束条件，其数学模型可以归结。 　　2气门弹簧实例设计计算 　　设对江铃某一小型柴油发动机气门弹簧进行优化，其不同工况的转速为:怠速850 r/min;中速时2 500 r/min;高速(额定转速)时3 600 r/min其气门弹簧材料采用65Mn.剪切弹簧性模量G=81 340 MPa，最大变形量d =31. 17 mm，工作温度T=126 0C，弹簧结构:2.5 mm60。对于单目标多约束的优化设计的计算方法很多，本文以弹力最小为目标，采用遗传算法进行优化设计计算。 　　3结论 　　通过分析与计算可以看出，采用遗传算法对气门弹簧进行最优化设计，在保证气门弹簧工作性能要求的同时减小了弹簧的弹簧力，如果全车都使用这种优化后的弹簧则整台发动机在配气机构上消耗的功率会减少，进而间接地提高了发动机的输出功率。与传统的弹簧wRUW设计方法相比，提高了发动机的燃油经济效益，从而大大提高了市场竟争力。