Metode desain pegas katup

Desain pegas katup sama pentingnya dengan kinerja sistem mesin seperti halnya desain bubungan. Fungsi pegas katup antara lain mencegah katup melayang dari dudukan katup akibat beban tekanan gas dan mengendalikan gerak katup untuk mencegah pemisahan rangkaian katup. Desain pegas katup mempengaruhi tekanan bubungan, gesekan rangkaian katup, dan kepakan pegas. Pegas katup mesin biasanya berupa pegas kompresi heliks koil terbuka dengan ujung tertutup. Kebanyakan mesin menggunakan pegas laju-konstan, meskipun beberapa menggunakan pegas laju-variabel. Untuk mesin diesel kecepatan rendah, desain pegas tunggal biasanya cukup, namun terkadang desain pegas ganda dengan pegas redaman atau pegas dalam diperlukan untuk mengurangi parahnya getaran pegas katup. Desain pegas katup adalah tugas yang sangat kompleks. Ini berfungsi sebagai contoh untuk menggambarkan prinsip-prinsip desain sistem mesin karena dua atau tiga alasan. Pertama, metode desain pegas analitik menunjukkan hubungan antara parameter desain komponen dan parameter desain sistem. Kedua, metode desain pegas analitis menunjukkan bahwa masalah desain yang sama dapat dirumuskan dengan dua cara berbeda: yang pertama memperlakukannya sebagai solusi deterministik, dan yang lainnya adalah menyelesaikannya sebagai masalah optimasi. Dalam konstruksi matematis masalah optimasi, fungsi tujuan dan fungsi kendala dicantumkan sebagai contoh fungsi eksplisit. Perlu dicatat bahwa di area lain dari desain sistem mesin (seperti kinerja siklus, desain cam, dan dinamika rangkaian katup), fungsi yang digunakan untuk konstruksi optimasi biasanya merupakan fungsi implisit yang lebih kompleks. Ketiga, metode desain pegas analitik memberikan contoh penggunaan metode desain grafis untuk membuat diagram desain sapuan parameter. Diagram parameter umum ini dapat digunakan untuk menangani-masalah desain multidimensi yang sering ditemui dalam desain sistem mesin diesel.
Dalam perancangan pegas katup, data masukan yang diketahui antara lain sebagai berikut:
① Pengangkatan katup maksimum;
② Mengingat panjang pemasangan pegas;
③ Pramuat pegas yang diperlukan
④ Diperlukan kekakuan pegas. Perlu diperhatikan bahwa beban awal dan kekakuan pegas merupakan parameter desain pada tingkat sistem mesin, yang harus memenuhi persyaratan gaya pegas dan tekanan bubungan maksimum yang diijinkan, katup buang tidak-mengambang, dan rangkaian katup tidak-terbang. Ada interaksi yang kuat antara desain pegas katup dan desain bubungan. Jika sulit menemukan solusi dalam desain pegas, data masukan ini harus dimodifikasi.
Dalam desain pegas katup, parameter berikut dihitung data keluarannya:
① Parameter desain pegas dasar atau independen (yaitu, diameter rata-rata pegas, diameter kawat kumparan pegas, jumlah kumparan yang bekerja);
② Parameter desain yang diturunkan (misalnya, panjang bebas pegas, panjang kompresi maksimum, panjang pemadatan, celah bebas antar kumparan, celah padat antar kumparan pada kompresi maksimum, frekuensi alami pegas dan urutan flutter, beban pegas maksimum, gaya torsi pegas maksimum). Parameter dasar desain pegas menentukan kekakuan pegas.
Beberapa parameter keluaran tunduk pada batasan desain. Misalnya, panjang pemasangan dan diameter rata-rata pegas dibatasi oleh ruang pengemasan. Tegangan puntir pegas pada kompresi pegas maksimum dan panjang pemadatan dibatasi oleh umur kelelahan pegas, kekuatan, dan batas tegangan maksimum yang diijinkan. Batasan pada perlindungan pegas dicapai dengan mengendalikan celah padat dan frekuensi alami pegas. Urutan kepakan pegas mengacu pada rasio frekuensi alami pegas dengan frekuensi pengoperasian mesin. Untuk memastikan pegas tidak bergetar kuat selama pengoperasian. Frekuensi alami pegas katup biasanya harus paling sedikit 13 kali frekuensi pengoperasian mesin; yaitu diharapkan urutan kibaran pegas lebih tinggi dari 13. Analisis frekuensi alami pegas menunjukkan bahwa jika pegas sangat sensitif terhadap salah satu harmonisa dominan profil bubungan, maka ada kecenderungan terjadinya kibaran. Dalam hal ini, desain bubungan atau pegas perlu dimodifikasi. Terkadang kekakuan variabel atau pegas bersarang dapat digunakan untuk mengubah frekuensi pegas guna membantu meringankan masalah flutter.
Desain pegas adalah masalah-parameter multidimensi yang dapat ditangani secara grafis untuk memeriksa tren sensitivitas parameter. Tujuan optimasi desain pegas katup adalah memaksimalkan frekuensi alami pegas untuk mengurangi getaran pegas dengan tetap memenuhi batasan berikut:
① Preload pegas dan kekakuan pegas katup yang dibutuhkan oleh sistem mesin;
② Tegangan pegas maksimum yang diijinkan;
③ Jarak fisik yang sesuai untuk mengendalikan kepakan pegas.