發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)_圖文

1、湖南大學(xué)碩士學(xué)位論文發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)姓名：馮仁華申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專(zhuān)業(yè)：動(dòng)力機(jī)械及工程指導(dǎo)教師：楊靖20090310發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)摘要配氣機(jī)構(gòu)作為發(fā)動(dòng)機(jī)的重要組成部分，其設(shè)計(jì)合理與否直接關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能、經(jīng)濟(jì)性能、排放性能及工作的可靠性、耐久性。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)高功率、高速化，人們對(duì)其性能指標(biāo)的要求越來(lái)越高，要求其在高速運(yùn)行的條件下仍然能夠平穩(wěn)、可靠地工作，因而對(duì)其配氣機(jī)構(gòu)提出了更高的要求。配氣凸輪型線是配氣機(jī)構(gòu)的核心部分，配氣凸輪型線設(shè)計(jì)是配氣機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要途徑之一。模擬計(jì)算凸輪型線使之與發(fā)動(dòng)機(jī)性能相匹配是研究?jī)?yōu)化配氣機(jī)構(gòu)的一種重要手段。本文在充分研究了與本研究課題

2、相關(guān)的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地總結(jié)了發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)配氣凸輪評(píng)價(jià)指標(biāo)以及配氣機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析做了較詳細(xì)的研究。通過(guò)應(yīng)用軟件，建立了本項(xiàng)目汽油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)模型，并進(jìn)行了計(jì)算分析，找出了原配氣機(jī)構(gòu)存在的問(wèn)題，并結(jié)合廠家對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能匹配的要求，改進(jìn)設(shè)計(jì)了配氣凸輪型線。通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行性能仿真計(jì)算，換改進(jìn)設(shè)計(jì)的凸輪型線后，發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定功率、最大轉(zhuǎn)矩均比原機(jī)有所提高，達(dá)到了廠家的預(yù)期目標(biāo)要求，目前正在新凸輪型線的加工過(guò)程中，之后我們將通過(guò)樣機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)證實(shí)本研究結(jié)論的正確性。本文主要研究工作包括：（）應(yīng)用軟件建立了相應(yīng)的配氣機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型，計(jì)算分析表明原機(jī)進(jìn)、排氣門(mén)開(kāi)啟

3、和關(guān)閉不夠迅速，進(jìn)、排氣門(mén)升程豐滿系數(shù)和時(shí)間斷面值低，不利于發(fā)動(dòng)機(jī)獲得較高的充氣效率；進(jìn)、排氣氣門(mén)的最大躍度值超過(guò)了正常的范圍，使整個(gè)配氣機(jī)構(gòu)的振動(dòng)加劇；進(jìn)、排氣凸輪與挺柱的接觸應(yīng)力較大，使得凸輪與挺柱的磨損大；進(jìn)、排氣凸輪與挺柱間的潤(rùn)滑系數(shù)偏小，因此進(jìn)、排氣凸輪與挺柱的液體動(dòng)力學(xué)潤(rùn)滑條件不理想。本文針對(duì)這些問(wèn)題提出了配氣凸輪型線改進(jìn)設(shè)計(jì)的措施和途徑。（）對(duì)配氣凸輪型線設(shè)計(jì)的主要影響因素的探討，并提出了優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。重新設(shè)計(jì)了進(jìn)、排氣凸輪型線。采用新設(shè)計(jì)的凸輪型線后，配氣機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)特性得到改善，解決了原機(jī)配氣機(jī)構(gòu)存在的問(wèn)題。（）應(yīng)用軟件對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行性能仿真模擬計(jì)算，結(jié)果顯示改進(jìn)后發(fā)動(dòng)機(jī)

4、的標(biāo)定功率、最大轉(zhuǎn)矩等性能均比原機(jī)有所提高，達(dá)到了廠家的預(yù)期目標(biāo)要求。關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)；配氣機(jī)構(gòu)：凸輪型線；優(yōu)化設(shè)計(jì)；性能仿真碩十學(xué)位論文，？，“：（），酊，伍，（）矗，曲。豫，（）士，。：；。；發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)附表索引表發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)基本參數(shù)表原機(jī)配氣機(jī)構(gòu)主要技術(shù)參數(shù)表原機(jī)配氣機(jī)構(gòu)主要性能參數(shù)表凸輪型線方程組所需參數(shù)表?yè)Q型線后配氣機(jī)構(gòu)主要技術(shù)參數(shù)表?yè)Q型線后配氣機(jī)構(gòu)主要性能參數(shù)表原機(jī)和換型線后配氣機(jī)構(gòu)性能參數(shù)對(duì)比一表原機(jī)參數(shù)及優(yōu)化后目標(biāo)水平”表原機(jī)試驗(yàn)值、原機(jī)模擬值、目標(biāo)值和優(yōu)化后的轉(zhuǎn)矩和功率碩士學(xué)位論文插圖索引圖單質(zhì)量模型圖二質(zhì)量模型圖多質(zhì)量模型圖配氣機(jī)構(gòu)單元有限元模型圖配氣機(jī)構(gòu)優(yōu)化

5、設(shè)計(jì)流程圖圖發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖圖配氣機(jī)構(gòu)進(jìn)氣部分運(yùn)動(dòng)學(xué)模型圖配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型“圖氣門(mén)彈簧剛度計(jì)算簡(jiǎn)圖圖氣門(mén)的有限元網(wǎng)格圖氣門(mén)的有限元計(jì)算圖原機(jī)凸輪型線圖缸內(nèi)壓力曲線圖排氣道壓力曲線圖原機(jī)進(jìn)氣門(mén)運(yùn)動(dòng)學(xué)升程、速度及加速度曲線圖原機(jī)排氣門(mén)運(yùn)動(dòng)學(xué)升程、速度及加速度曲線圖原機(jī)進(jìn)氣門(mén)躍度曲線圖原機(jī)排氣門(mén)躍度曲線圖原機(jī)進(jìn)氣凸輪與挺柱接觸應(yīng)力曲線圖原機(jī)排氣凸輪與挺柱接觸應(yīng)力曲線圖原機(jī)進(jìn)氣凸輪曲率半徑曲線圖圖原機(jī)排氣凸輪曲率半徑曲線圖原機(jī)進(jìn)氣凸輪與挺柱的潤(rùn)滑系數(shù)曲線圖原機(jī)排氣凸輪與挺柱的潤(rùn)滑系數(shù)曲線圖原機(jī)進(jìn)氣門(mén)彈簧裕度圖原機(jī)排氣門(mén)彈簧裕度圖原機(jī)進(jìn)氣凸輪引起的轉(zhuǎn)矩曲線圖原機(jī)排氣凸輪引起的轉(zhuǎn)矩曲線”發(fā)動(dòng)機(jī)配氣

6、機(jī)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)圖發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)原機(jī)進(jìn)、排氣門(mén)升程曲線圖發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)原機(jī)進(jìn)、排氣門(mén)速度曲線圖發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)原機(jī)進(jìn)、排氣門(mén)加速度曲線”圖發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)原機(jī)進(jìn)、排氣門(mén)座受力曲線圖發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)原機(jī)進(jìn)、排氣凸輪與挺柱接觸應(yīng)力曲線”圖發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)原機(jī)進(jìn)、排氣門(mén)彈簧升程曲線”圖發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)原機(jī)進(jìn)氣門(mén)彈簧受力曲線圖發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)原機(jī)排氣門(mén)彈簧受力曲線“圖等加速凸輪加速度曲線示意圖圖進(jìn)氣凸輪緩沖段參數(shù)設(shè)置一圖排氣凸輪緩沖段參數(shù)設(shè)置圖進(jìn)氣凸輪工作段參數(shù)設(shè)置圖排氣凸輪工作段參數(shù)設(shè)置”圖新設(shè)計(jì)的進(jìn)、排氣凸輪升程曲線圖換新設(shè)計(jì)的型線后進(jìn)氣門(mén)運(yùn)動(dòng)學(xué)升程、速度及加速度曲線圖換新設(shè)計(jì)的型線后排氣門(mén)運(yùn)動(dòng)學(xué)升程、速度及加速度曲線圖換凸

7、輪型線后進(jìn)氣門(mén)躍度曲線圖換凸輪型線后排氣門(mén)躍度曲線圖新設(shè)計(jì)進(jìn)氣凸輪與挺柱接觸應(yīng)力曲線“圖新設(shè)計(jì)排氣凸輪與挺柱接觸應(yīng)力曲線圖新設(shè)計(jì)進(jìn)氣凸輪曲率半徑曲線圖新設(shè)計(jì)排氣凸輪曲率半徑曲線圖新設(shè)計(jì)進(jìn)氣凸輪與挺柱的潤(rùn)滑系數(shù)圖新設(shè)計(jì)排氣凸輪與挺柱的潤(rùn)滑系數(shù)圖換新設(shè)計(jì)的型線后進(jìn)氣門(mén)彈簧裕度圖換新設(shè)計(jì)的型線后排氣門(mén)彈簧裕度圖新設(shè)計(jì)進(jìn)氣凸輪引起的轉(zhuǎn)矩曲線¨，圖新設(shè)計(jì)排氣凸輪引起的轉(zhuǎn)矩曲線一圖換型線后發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)進(jìn)、排氣門(mén)升程曲線¨？圖換型線后發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)進(jìn)、排氣門(mén)速度曲線圖換型線后發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)進(jìn)、排氣門(mén)加速度曲線碩上學(xué)位論文圖換型線后發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)進(jìn)、排氣門(mén)座受力曲線圖換型線后發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)進(jìn)、排氣

8、門(mén)升程曲線一圖換型線后發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)進(jìn)、排氣門(mén)彈簧升程曲線圖換型線后發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)進(jìn)氣門(mén)彈簧受力曲線”圖換型線后發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)排氣門(mén)彈簧受力曲線”圖凸輪型線對(duì)比圖發(fā)動(dòng)機(jī)模擬計(jì)算模型“圖氣道流量系數(shù)一圖原機(jī)氣門(mén)升程及配氣相位圖原機(jī)轉(zhuǎn)矩試驗(yàn)值和模擬值對(duì)比“圖原機(jī)功率試驗(yàn)值和模擬值對(duì)比圖原機(jī)轉(zhuǎn)矩試驗(yàn)值、模擬值及優(yōu)化后模擬值對(duì)比圖原機(jī)標(biāo)定功率試驗(yàn)值、模擬值及優(yōu)化后模擬值對(duì)比湖南大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文

9、中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名：馬仁擘日期：刀聽(tīng)年弓月加日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)湖南大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。本學(xué)位論文屬于、保密口，在、不保密回。（請(qǐng)?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“”）年解密后適用本授權(quán)書(shū)。作者簽名：均仁竄日期：斫年多月肜日導(dǎo)師虢餡鈣吼舢夕年肋日碩士學(xué)位論文第章緒論論文研究的目的和意義當(dāng)前，世界面臨最嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)是能源

10、和環(huán)境問(wèn)題，“節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境成為各個(gè)國(guó)家的重要發(fā)展戰(zhàn)略。近些年來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，汽車(chē)保有量與日俱增，面臨著汽車(chē)能源需求和環(huán)境保護(hù)的雙重巨大壓力。發(fā)動(dòng)機(jī)作為現(xiàn)代社會(huì)的重要?jiǎng)恿ρb備，無(wú)論是飛機(jī)、艦艇還是車(chē)輛，都離不開(kāi)它。它所發(fā)出的功率占全世界所有動(dòng)力裝備總功率的以上，消耗的燃料占石油燃料的以上；同時(shí)，它也是人類(lèi)最大的環(huán)境污染源之一，它所排放的廢氣約占工業(yè)廢氣的左右。因此，從節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境的角度出發(fā)，人們對(duì)其性能提出了愈來(lái)愈苛刻的要求，既要輸出功率大（動(dòng)力性好）、比燃料消耗少（經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)），又要符合日益嚴(yán)格的排放法規(guī)要求（低污染甚至零排放）。影響這些性能的因素是多方面的，無(wú)論對(duì)壓燃式還是點(diǎn)燃

11、式發(fā)動(dòng)機(jī)，無(wú)論對(duì)二沖程還是四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，其中配氣機(jī)構(gòu)又是眾多因素中影響十分重要的因素之一。配氣機(jī)構(gòu)是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要組成部分。它的功能是按照發(fā)動(dòng)機(jī)每一氣缸內(nèi)所進(jìn)行的工作循環(huán)和發(fā)火次序的要求，定時(shí)開(kāi)啟和關(guān)閉進(jìn)、排氣門(mén)，使新鮮充量（汽油機(jī)為可燃混合氣、柴油機(jī)為空氣）得以及時(shí)充分地進(jìn)入氣缸，而廢氣得以及時(shí)徹底地從氣缸排出【】。一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能、經(jīng)濟(jì)性能是否優(yōu)越，工作是否可靠，噪聲與振動(dòng)能否控制在較低的限度，常常與其配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理有密切的關(guān)系【】。設(shè)計(jì)合理的配氣機(jī)構(gòu)應(yīng)具有良好的換氣性能，進(jìn)氣充分，排氣徹底，即具有較大的充氣效率，泵氣損失小，配氣正時(shí)恰當(dāng)。與此同時(shí)，配氣機(jī)構(gòu)還應(yīng)具有良好的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)

12、力學(xué)性能，工作時(shí)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，振動(dòng)和噪聲較小，不發(fā)生強(qiáng)烈的沖擊磨損等現(xiàn)象，這就要求配氣機(jī)構(gòu)的從動(dòng)件具有良好的運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律，以及合適的正、負(fù)加速度值。發(fā)動(dòng)機(jī)配氣凸輪機(jī)構(gòu)是由凸輪軸驅(qū)動(dòng)的，配氣機(jī)構(gòu)的這些性能指標(biāo)很大程度上取決于配氣凸輪的結(jié)構(gòu)【。很長(zhǎng)一段時(shí)間里，人們?cè)O(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)配氣凸輪的方法是根據(jù)已定的基本參數(shù)以及以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和資料，先設(shè)計(jì)出凸輪的幾何形狀，然后通過(guò)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算，求出凸輪從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律，檢查它是否符合設(shè)計(jì)要求。顯然，這種設(shè)計(jì)方法帶有一定的盲目性，并且由于凸輪外形輪廓通常由幾段不同半徑的圓弧或直線相接而成，因此在交接點(diǎn)處，凸輪外形曲率半徑突變，相應(yīng)的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律不能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)向高速發(fā)展

13、的要求，配氣機(jī)構(gòu)的工作平穩(wěn)性和耐久性較差。為了克服以上缺點(diǎn)，目前在設(shè)計(jì)配氣凸輪外形時(shí)，可把配氣機(jī)構(gòu)視為剛體，且一般是根據(jù)給定的基本參數(shù)先制定出理想的氣門(mén)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，其特點(diǎn)是可以滿足加速度度曲線的連續(xù)性，有盡可能大的氣流通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)能力，有較好的配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)力性能等，然后再審查相應(yīng)的凸輪幾何外形是否實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。具有以上運(yùn)動(dòng)規(guī)律的任何凸輪，都稱(chēng)為無(wú)沖擊凸輪【。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，（）正成為發(fā)動(dòng)機(jī)現(xiàn)代設(shè)計(jì)與研究方法發(fā)展的主流。本文是基于平臺(tái)，對(duì)國(guó)內(nèi)某廠家的某一款四缸汽油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究和優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)，把理論分析與工程應(yīng)用融合起來(lái)，在產(chǎn)品改進(jìn)設(shè)計(jì)中起到了很好的輔助作

14、用，也為以后的學(xué)習(xí)和工作積累了經(jīng)驗(yàn)。發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)技術(shù)現(xiàn)狀配氣機(jī)構(gòu)作為發(fā)動(dòng)機(jī)的重要組成部分，其性能好壞對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)有著很重要的影響，我們要求配氣機(jī)構(gòu)具有良好充氣性能的同時(shí)，還要求有較高的工作可靠性。特別是對(duì)于高速、大功率發(fā)動(dòng)機(jī)，人們對(duì)其性能指標(biāo)的要求更高，要保證它具有良好的動(dòng)力學(xué)性能和工作可靠性，即關(guān)鍵摩擦副零件具有很好的耐磨性能，這給配氣機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及制造工藝增加了難度，提出了一些新的研究課題【】。這就需要從配氣機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式、配氣凸輪型線設(shè)計(jì)等方面來(lái)開(kāi)展研究。配氣機(jī)構(gòu)應(yīng)保證各氣缸換氣良好，充氣系數(shù)盡可能高，能夠根據(jù)工作需要，合理地開(kāi)啟和關(guān)閉進(jìn)、排氣門(mén)。四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)大多采用氣門(mén)一凸輪式

15、配氣機(jī)構(gòu)，因?yàn)檫@種機(jī)構(gòu)工作可靠，尤其是進(jìn)、排氣門(mén)能夠持久地保證燃燒室的密封性。隨著汽車(chē)及發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)配氣機(jī)構(gòu)也提出了更高的要求，其相關(guān)新技術(shù)也得到了發(fā)展【。頂置凸輪軸式配氣機(jī)構(gòu)氣門(mén)機(jī)構(gòu)按凸輪軸的放置位置分成頂置凸輪軸型、中置凸輪軸型和下置凸輪軸型。下置凸輪軸型凸輪軸裝在曲軸箱內(nèi)，可以簡(jiǎn)單地用一對(duì)齒輪傳動(dòng)，應(yīng)用較廣，但由于零件多，傳動(dòng)鏈長(zhǎng)，整個(gè)機(jī)構(gòu)剛度差。這種機(jī)構(gòu)在發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的慣性力、振動(dòng)及噪聲，消耗較大的動(dòng)力，并且可能破壞氣門(mén)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和氣門(mén)配氣正時(shí)。中置凸輪軸型配氣機(jī)構(gòu)為了減小氣門(mén)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，可將凸輪軸的位置移到氣缸體的上部，由凸輪軸經(jīng)過(guò)挺柱直接驅(qū)動(dòng)搖臂

16、而省去推桿。該形式的配氣機(jī)構(gòu)因曲軸與凸輪軸的中心線距離較遠(yuǎn)，一般要在中間加入一個(gè)中間齒輪（惰輪）。頂置凸輪軸型凸輪軸布置在氣缸蓋上，往復(fù)運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量大為減小，對(duì)凸輪軸和氣門(mén)彈簧的要求也最低，高速時(shí)氣門(mén)工作良好，零件慣性力極小，工作平穩(wěn)，因此它適用于高速?gòu)?qiáng)化發(fā)動(dòng)機(jī)【】。頂置凸輪軸型分為單頂置（）和雙頂置凸輪軸（）。單頂置凸輪軸在氣缸蓋上用一根凸根軸直接驅(qū)動(dòng)進(jìn)、排氣門(mén)，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，適用于高速發(fā)動(dòng)機(jī)，而雙頂置凸輪軸采用兩根凸輪軸來(lái)分別驅(qū)動(dòng)進(jìn)、排氣門(mén)，采用雙頂置凸輪軸對(duì)凸輪軸和氣門(mén)碩士學(xué)位論文彈簧的設(shè)計(jì)要求不高，特別適用于氣門(mén)形配置的半球形燃燒室，也便于和多氣門(mén)配氣機(jī)構(gòu)配合使用【。配氣機(jī)構(gòu)采用

17、頂置凸輪軸式結(jié)構(gòu)，減少了從凸輪到氣門(mén)之間的傳動(dòng)零件，減輕了配氣機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，提高了系統(tǒng)的剛度，將發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)變得更加緊湊，使配氣系統(tǒng)可在很高的轉(zhuǎn)速下正常工作。在國(guó)內(nèi)，很多汽油機(jī)已采用頂置凸輪軸配氣機(jī)構(gòu)，相應(yīng)的技術(shù)研究也取得了較大的突破【。多氣門(mén)配氣機(jī)構(gòu)最初出現(xiàn)的多氣門(mén)發(fā)動(dòng)機(jī)，僅用于賽車(chē)，主要是為了降低排氣門(mén)的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷，但由于制造技術(shù)不夠成熟，沒(méi)有在發(fā)動(dòng)機(jī)制造業(yè)得到推廣。當(dāng)前應(yīng)用多氣門(mén)發(fā)動(dòng)機(jī)的主要目的是提高功率，隨著汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速越來(lái)越高，傳統(tǒng)的兩氣門(mén)已經(jīng)不能勝任在短促的時(shí)間內(nèi)完成換氣工作，限制了發(fā)動(dòng)機(jī)性能的提高。解決這個(gè)問(wèn)題的方法只能是擴(kuò)大氣體出入的空間，換句話就是用空間換取時(shí)間。

18、多氣門(mén)技術(shù)是解決問(wèn)題的最好方法，直至年代推廣多氣門(mén)技術(shù)才使發(fā)動(dòng)機(jī)的整體質(zhì)量有了一次質(zhì)的飛躍。多氣門(mén)發(fā)動(dòng)機(jī)具有很明顯的優(yōu)勢(shì)，它不只是增加了進(jìn)、排氣流動(dòng)面積，減小了流動(dòng)阻力損失。對(duì)于汽油機(jī)，多氣門(mén)技術(shù)可以使火花塞中央布置，以縮短火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x，提高抗爆性，因而可以采用更高的壓縮比，提高汽油機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性。對(duì)于柴油機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)噴油器的垂直中置，對(duì)混合氣形成和空氣利用也極為有利【。多氣門(mén)發(fā)動(dòng)機(jī)不僅提高了發(fā)動(dòng)機(jī)功率和燃油經(jīng)濟(jì)性，在減少排污方面也有很好的潛力【。促進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)多氣門(mén)技術(shù)廣泛應(yīng)用的原因有：有關(guān)自動(dòng)化設(shè)計(jì)計(jì)算技術(shù)方面取得新成就；制造和加工工藝水平越來(lái)越高；計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，可以充分發(fā)揮多氣門(mén)

19、配氣方案的優(yōu)越性，保證發(fā)動(dòng)機(jī)在整個(gè)負(fù)荷和速度范圍內(nèi)形成最佳混合氣，并適時(shí)適度地送入氣缸等【】。多氣門(mén)發(fā)動(dòng)機(jī)具有兩氣門(mén)發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法比擬的優(yōu)越性，世界各國(guó)的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)制造業(yè)都將轉(zhuǎn)向多氣門(mén)發(fā)動(dòng)機(jī)的制造，多氣門(mén)配氣方式是發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)發(fā)展的必然趨勢(shì)捧?？勺兣錃庀到y(tǒng)技術(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣相位和轉(zhuǎn)速對(duì)充量系數(shù)有較大的影響，為獲得最大的充量系數(shù)，減少泵氣損失，比較理想的進(jìn)氣系統(tǒng)，應(yīng)滿足以下要求：（）低速時(shí)，采用較小的氣門(mén)重疊角以及較小的氣門(mén)升程，防止出現(xiàn)缸內(nèi)新鮮充量向進(jìn)氣系統(tǒng)的倒流，以增加低速時(shí)轉(zhuǎn)矩，提高燃油經(jīng)濟(jì)性；（）高速時(shí)應(yīng)具有最大的氣門(mén)升程和進(jìn)氣遲閉角，以最大程度地減小流動(dòng)阻力，并充分利用過(guò)后充氣，提高充量系

20、數(shù)，滿足發(fā)動(dòng)機(jī)高速時(shí)動(dòng)力性要求；（）配合以上變化，進(jìn)氣門(mén)從開(kāi)啟到關(guān)閉的進(jìn)氣持續(xù)角也進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)最佳的進(jìn)氣正時(shí)，將泵氣損失降到最低。理想的氣門(mén)正時(shí)和升程規(guī)律應(yīng)當(dāng)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)工況及時(shí)作出調(diào)整，氣門(mén)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)具有足夠的靈活性。傳統(tǒng)的凸輪氣門(mén)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)很難滿足發(fā)動(dòng)機(jī)在全速發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)運(yùn)行時(shí)有合適的配氣相位和氣門(mén)升程，嚴(yán)重影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能。采用無(wú)凸輪電液、電磁、電氣或其他的氣門(mén)驅(qū)動(dòng)方式，可完全控制配氣相位和氣門(mén)升程，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，降低排放。但無(wú)凸輪氣門(mén)驅(qū)動(dòng)大都還處于實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)程，要廣泛的應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)還需要更多的投入。目前商品化的可變配氣系統(tǒng)主要是機(jī)械式的

21、，分為可變凸輪機(jī)構(gòu)（和可變氣門(mén)正時(shí)，（，縮寫(xiě)），縮寫(xiě)）及其組合，這樣基本可以實(shí)現(xiàn)可變氣門(mén)正時(shí)、可變氣門(mén)升程和可變氣門(mén)持續(xù)角等功能。可變凸輪機(jī)構(gòu)可變凸輪機(jī)構(gòu)一般都是通過(guò)兩套凸輪或搖臂來(lái)實(shí)現(xiàn)氣門(mén)升程與持續(xù)角的變化，即在高速時(shí)采用高速凸輪，氣門(mén)升程與持續(xù)角都較大，而在低速時(shí)切換到低速凸輪，升程和持續(xù)角均較小。采用可變凸輪機(jī)構(gòu)與傳統(tǒng)的配氣機(jī)構(gòu)的性能相比，發(fā)動(dòng)機(jī)的低速轉(zhuǎn)矩和高速性能都能得到顯著的改善【可變氣門(mén)正時(shí)。系統(tǒng)通過(guò)改變發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)的開(kāi)啟關(guān)閉時(shí)刻來(lái)迎合進(jìn)氣壓力波動(dòng)的變化特征，從而使迸氣壓力波動(dòng)效應(yīng)更有效地與發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況下?lián)Q氣過(guò)程的需要匹配。目前氣門(mén)定時(shí)的可變范圍在左右，個(gè)別系統(tǒng)已達(dá)到。技術(shù)主要應(yīng)

22、用在汽油機(jī)上，一般情況下，采用進(jìn)氣對(duì)汽油機(jī)外特性的最大轉(zhuǎn)矩與最大功率的改善可達(dá)。采用技術(shù)也可以降低汽油機(jī)部分負(fù)荷下的比油耗。由于汽油機(jī)的負(fù)荷調(diào)節(jié)方式是量調(diào)節(jié)，即在部分負(fù)荷下通過(guò)降低進(jìn)氣壓力來(lái)控制進(jìn)氣量與功率輸出。這一原理在汽油機(jī)部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)將產(chǎn)生很大的泵氣損失，且汽油機(jī)負(fù)荷越小，泵氣損失越大。采用進(jìn)氣能有效地減小泵氣損失，即可通過(guò)進(jìn)氣門(mén)晚關(guān)的方式，將部分吸入氣缸內(nèi)的新鮮空氣量再推出回進(jìn)氣道來(lái)實(shí)現(xiàn)缸內(nèi)新鮮空氣的控制量（循環(huán)）；或者采用進(jìn)氣門(mén)早開(kāi)早關(guān)的方式，使部分缸內(nèi)殘余廢氣先回流進(jìn)入進(jìn)氣道，然后再吸入氣缸，以減小新鮮空氣量來(lái)實(shí)現(xiàn)其量的控制。無(wú)論是采用的早開(kāi)早關(guān)還是晚開(kāi)晚關(guān)方式，均能降低進(jìn)氣系統(tǒng)

23、的真空度，減小泵氣損失。試驗(yàn)結(jié)果表明，采用進(jìn)氣后可降低整車(chē)油耗達(dá)左右。采用排氣后，不僅可以對(duì)進(jìn)氣的工作范圍的不足作為一種補(bǔ)充，擴(kuò)大汽油機(jī)的最佳工作范圍，更重要的是排氣可有效地通過(guò)控制缸內(nèi)量來(lái)部分實(shí)現(xiàn)缸內(nèi)凈化（控制），并有可能取代缸外裝置。根據(jù)相關(guān)資料表明，采用排氣后對(duì)整車(chē)油耗水平的改善，可在進(jìn)氣的基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低。此外，技術(shù)對(duì)汽油機(jī)原排放的缸內(nèi)凈化作用也十分顯著：由于可控制缸內(nèi)以及氣門(mén)重疊角，既可控制大負(fù)荷時(shí)的燃燒溫度來(lái)抑制生成，又可提高汽油機(jī)的怠速以及中、低負(fù)荷的燃燒穩(wěn)定性而大幅度降低和的原排碩士學(xué)位論文放。根據(jù)相關(guān)資料表明，采用進(jìn)氣和排氣雙技術(shù)后在美國(guó)聯(lián)邦道路循環(huán)工況下，汽油機(jī)原排放可降低

24、，與可降低。目前國(guó)外生產(chǎn)的汽油機(jī)絕大多數(shù)已采用進(jìn)氣與排氣雙技術(shù)，而國(guó)內(nèi)目前生產(chǎn)的帶技術(shù)的汽油機(jī)比重較低（估計(jì)在左右），并且大部分均只采用進(jìn)氣（），但隨著對(duì)排放水平越來(lái)越嚴(yán)格的要求，總的趨勢(shì)是向雙發(fā)展。課題來(lái)源及本文的主要內(nèi)容本論文研究的是某汽油機(jī)升級(jí)階段優(yōu)化設(shè)計(jì)項(xiàng)目中的一部分，本文主要針對(duì)該汽油配氣機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析、研究和改進(jìn)。利用公司開(kāi)發(fā)的中的模塊對(duì)原機(jī)配氣機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析，找出其存在的問(wèn)題；針對(duì)其存在的問(wèn)題，并結(jié)合廠家對(duì)改進(jìn)后發(fā)動(dòng)機(jī)性能的要求，重新設(shè)計(jì)進(jìn)、排氣凸輪型線，改善其機(jī)械性能；然后利用軟件對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)性能進(jìn)行模擬計(jì)算，使改進(jìn)后發(fā)動(dòng)機(jī)的性能達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)要求。本文的主要內(nèi)容包括

25、：（）介紹論文研究的目的和意義，闡述發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)技術(shù)現(xiàn)狀；（）介紹發(fā)動(dòng)機(jī)配氣凸輪型線設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、配氣機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析手段和方法；（）利用軟件建立該汽油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)模型，并對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)計(jì)算分析，找出原配氣機(jī)構(gòu)存在的問(wèn)題；（）針對(duì)原機(jī)配氣機(jī)構(gòu)存在的問(wèn)題，并結(jié)合廠家對(duì)改進(jìn)后發(fā)動(dòng)機(jī)的性能要求，重新設(shè)計(jì)進(jìn)排氣凸輪型線，并對(duì)改進(jìn)后配氣機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析，并得出結(jié)論；（）利用軟件建立發(fā)動(dòng)機(jī)性能模擬計(jì)算模型，對(duì)原機(jī)和優(yōu)化改進(jìn)后發(fā)動(dòng)機(jī)的性能進(jìn)行模擬計(jì)算，使改進(jìn)后發(fā)動(dòng)機(jī)性能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。本章小結(jié)（）指出了論文研究的目的和意義；（）介紹了配氣機(jī)構(gòu)在發(fā)動(dòng)機(jī)中的重要地位和作

26、用；（）較詳細(xì)地介紹了發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的技術(shù)現(xiàn)狀；（）指出了本論文的課題來(lái)源和主要工作內(nèi)容。發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)第章配氣凸輪設(shè)計(jì)及配氣機(jī)構(gòu)計(jì)算分析配氣凸輪設(shè)計(jì)整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)是由配氣凸輪驅(qū)動(dòng)的，配氣凸輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)的優(yōu)劣不但對(duì)整個(gè)配氣機(jī)構(gòu)的性能起著決定性的作用，而且直接影響到其動(dòng)力性，經(jīng)濟(jì)性，可靠性，振動(dòng)，噪聲與排放特性的好壞【】。因此，配氣凸輪的設(shè)計(jì)需遵循一些準(zhǔn)則。配氣凸輪設(shè)計(jì)準(zhǔn)則配氣機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)最重要的就是配氣凸輪的設(shè)計(jì)。配氣凸輪的設(shè)計(jì)，主要是設(shè)計(jì)其廓形，應(yīng)當(dāng)遵循以下準(zhǔn)則。準(zhǔn)確的配氣正時(shí)配氣定時(shí)是影響發(fā)動(dòng)機(jī)換氣品質(zhì)的主要因素之一】。進(jìn)、排氣門(mén)開(kāi)啟、關(guān)閉時(shí)刻（即配氣定時(shí)），必須與進(jìn)、排氣門(mén)

27、開(kāi)啟規(guī)律、氣道設(shè)計(jì)、管道內(nèi)氣體流動(dòng)狀態(tài)、掃氣要求、換氣功損失等相適應(yīng)。配氣凸輪型線設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)選取恰當(dāng)?shù)木彌_段高度及緩沖段包角，保證準(zhǔn)確的配氣正時(shí)。實(shí)際上由于機(jī)構(gòu)存在變形等原因，一般很難做到準(zhǔn)確，氣門(mén)啟閉時(shí)刻與理想狀態(tài)總會(huì)有些誤差，只要誤差在允許范圍內(nèi)即可【。良好的換氣性能能否做到排氣徹底、進(jìn)氣充分的衡量標(biāo)準(zhǔn)通?？捶从硽饬魍ㄟ^(guò)能力大小的“氣門(mén)瞬時(shí)開(kāi)啟面積或“時(shí)間斷面的大小【。假設(shè)當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)角為口時(shí)，氣門(mén)升程（即位移）為，則（口），此時(shí)氣門(mén)的通路面積為：瓦（口）萬(wàn)（口）萬(wàn)），（口）（）式中：一氣門(mén)座面內(nèi)徑；一為氣門(mén)座面角。氣門(mén)開(kāi)啟的時(shí)間斷面為）的積分，即：，）矽甜蒯。矽口萬(wàn)。廠廠，矽口式中：口一氣門(mén)

28、開(kāi)啟瞬時(shí)的凸輪軸轉(zhuǎn)角；口。一氣門(mén)關(guān)閉時(shí)的凸輪軸轉(zhuǎn)角。（）為了便于比較各種工作段包角和最大升程的各種凸輪型線對(duì)充氣性能的影響效果，我們可用豐滿系數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。善少（口缸（一口）（）碩上學(xué)位論文式中：。一氣門(mén)最大升程。一般認(rèn)為豐滿系數(shù)較大對(duì)充氣性能上有利的，但如果一味追求大的豐滿系數(shù)而使機(jī)構(gòu)產(chǎn)生較大沖擊，則可靠性和平穩(wěn)性將變得很差，最終也就無(wú)法保證得到良好的充氣性能【】。工作平穩(wěn)，振動(dòng)和噪聲較小配氣機(jī)構(gòu)的平穩(wěn)性，以及是否存在飛脫和落座反跳等現(xiàn)象，需要通過(guò)配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)計(jì)算來(lái)驗(yàn)證【】。要確保配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)形態(tài)較好，配氣機(jī)構(gòu)挺柱升程乃位）曲線應(yīng)滿足一些基本的要求：（）挺柱升程辦缸）曲線應(yīng)有較好的

29、光滑性，即辦）的二階、三階以至更高階導(dǎo)數(shù)連續(xù)；（）挺柱最大正加速度和最大負(fù)加速度的數(shù)值均不能過(guò)大，脈沖（三階導(dǎo)數(shù)）的最大值也不要過(guò)大；（）挺柱正加速度段的寬度與配氣機(jī)構(gòu)的自振周期間應(yīng)有較好的配合，一般講，正加速度寬度不應(yīng)太?。唬ǎ┚彌_段高度應(yīng)選擇合適，由氣門(mén)間隙及配氣機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)決定。這里往往用氣門(mén)加速度曲線變化率的最大值來(lái)評(píng)價(jià)氣門(mén)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。氣門(mén)運(yùn)動(dòng)加速度變化率最大值定義為最大躍度值。一般最大躍度值小于時(shí)，表明氣門(mén)運(yùn)動(dòng)具有較好的平穩(wěn)性【¨。最大接觸應(yīng)力不應(yīng)過(guò)大配氣凸輪與挺柱是發(fā)動(dòng)機(jī)中一對(duì)重要的摩擦副，很容易發(fā)生過(guò)早磨損、擦傷、劈裂等故障。在設(shè)計(jì)階段要對(duì)凸輪與挺柱間接觸應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算和校

30、核。計(jì)算時(shí)，可以將配氣機(jī)構(gòu)看作剛性，從運(yùn)動(dòng)學(xué)角度計(jì)算凸輪與挺柱間的接觸應(yīng)力，也可以將配氣機(jī)構(gòu)看作是彈性機(jī)構(gòu)，從動(dòng)力學(xué)角度計(jì)算凸輪與挺柱間的接觸應(yīng)力。將凸輪與挺柱看成不同材料的兩個(gè)金屬柱體，兩者間作線接觸，其接觸應(yīng)力可按下公式計(jì)算【】：、吼屆島屆島，彳店、形（）式中：一凸輪與挺柱間的法向作用力；外島一分別為凸輪與挺柱在接觸點(diǎn)的曲率半徑；巨、丘一分別為凸輪與挺柱材料的彈性模量：“、：一分別為相應(yīng)材料的泊松比；形一接觸線寬度。如取“訛，則有：發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)刪悟睜去式中：一平均彈性模量，云。，十乜他，在式（）和式（）中，對(duì)于從動(dòng)件為平面挺柱的情形，有：吼觀。墮形（）凸輪的曲率半徑印可以這樣

31、計(jì)算：島民“（咖籌式中：風(fēng)一凸輪的基圓半徑；乃（口）一挺柱升程曲線。（）采用運(yùn)動(dòng)學(xué)方式計(jì)算配氣凸輪與挺柱間接觸應(yīng)力時(shí)，凸輪與挺柱間法向作用力取作傳遞到凸輪上的彈簧力只和換算至挺柱處的配氣機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)零件慣性力瓦之和。，目（）采用動(dòng)力學(xué)模型求解配氣凸輪與挺柱間接觸應(yīng)力時(shí)，凸輪與挺柱間法向作用力包括三部分，有凸輪直接驅(qū)動(dòng)的挺柱及半個(gè)推桿質(zhì)量聊的慣性力瓦、配氣機(jī)構(gòu)彈性恢復(fù)力、阻尼力。瓦緲籌娩（咖腸嗉口口（）式中：）一配氣機(jī)構(gòu)的變形量，以）位）一），需要通過(guò)配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)計(jì)算得到。由式（）、（）或（）可看出，由于和島都是口的函數(shù)，所以吒也是口的函數(shù)，即在凸輪與挺柱的不同接觸點(diǎn)，吒值是不同的，一般吒的最大值

32、較易發(fā)生在凸輪曲率半徑的最小處。設(shè)計(jì)凸輪時(shí)，應(yīng)避免其最小曲率半徑過(guò)小，因?yàn)檫@樣會(huì)導(dǎo)致接觸應(yīng)力過(guò)大，并會(huì)使凸輪過(guò)早磨損，一般認(rèn)為島的最小值應(yīng)【¨。凸輪與挺柱采用不同材料，二者之間允許接觸應(yīng)力大小不一樣，降低凸輪與挺柱之間的接觸應(yīng)力，使其低于材料允許的接觸應(yīng)力范圍，可以緩解凸輪與挺柱間的磨損。對(duì)于低速發(fā)動(dòng)機(jī)而言，配氣凸輪與挺柱間接觸應(yīng)力用兩種不同計(jì)算方法得到的結(jié)果相差不大，因此兩種方法都可以使用。對(duì)于高速發(fā)動(dòng)機(jī)而言，兩種方法得到的接觸應(yīng)力有一定的差別，動(dòng)力學(xué)方法計(jì)算結(jié)果更接近真實(shí)值【。一般而言，在設(shè)計(jì)階段都采用運(yùn)動(dòng)學(xué)分析方法計(jì)算凸輪與挺柱間的接觸應(yīng)力。凸輪應(yīng)有良好的潤(rùn)滑特性進(jìn)行凸輪型線設(shè)

33、計(jì)時(shí)，正確地選擇凸輪的某些參數(shù)，使凸輪與挺柱處于較好碩上學(xué)位論文的潤(rùn)滑狀態(tài)，以提高凸輪與挺柱摩擦副的可靠性與壽命。這里用潤(rùn)滑特性參數(shù)一流體動(dòng)力評(píng)價(jià)特性數(shù)，作為凸輪潤(rùn)滑的評(píng)價(jià)指標(biāo)【。凸輪與平面挺柱的油膜厚度簡(jiǎn)化公式甌。氏（吃）（）式中：一凸輪基圓半徑（）；磚一挺柱升程（）；一接觸點(diǎn)處凸輪廓線曲率半徑（）；一常數(shù)。其中流體動(dòng)力評(píng)價(jià)特性參數(shù)，定義為：，赤（）此特性參數(shù)，即為本文后面所指的油膜潤(rùn)滑系數(shù)。從式（）、（）可以看出，當(dāng)，或時(shí)，瓦虹。，和實(shí)際上是凸輪轉(zhuǎn)角口的函數(shù)，當(dāng)口在凸輪工作段范圍內(nèi)變化時(shí)，的情形實(shí)際上不會(huì)出現(xiàn)，但在，對(duì)加速度連續(xù)變化的凸輪是難于避免的，總會(huì)在某一時(shí)刻達(dá)到。為了避免潤(rùn)滑特性的

34、惡化，一般希望值在附近只停留較短的時(shí)間。綜合考慮到凸輪型線設(shè)計(jì)的其它方面要求，推薦在凸輪桃尖部分附近士凸輪轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)，油膜潤(rùn)滑系數(shù)在，范圍內(nèi)，可以保證凸輪與平面挺柱間良好的潤(rùn)滑效果¨。氣門(mén)與活塞不能發(fā)生干涉凸輪型線確定后需校核氣門(mén)與活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)是否發(fā)生干涉。計(jì)算隨著凸輪轉(zhuǎn)角和曲軸轉(zhuǎn)角的變化，氣門(mén)與活塞之間的相對(duì)距離，最終判斷在整個(gè)工作過(guò)程中，氣門(mén)是否與活塞發(fā)生碰撞】。以上各條準(zhǔn)則是相互制約的，因而配氣凸輪設(shè)計(jì)時(shí)必須要針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)具體特點(diǎn)，注意協(xié)調(diào)各方面的特性，不能片面強(qiáng)調(diào)某一方面而忽視其它方面。配氣機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型對(duì)于現(xiàn)代高速發(fā)動(dòng)機(jī)，傳統(tǒng)的配氣機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算不足以準(zhǔn)確地描述各傳動(dòng)零部件的

35、運(yùn)動(dòng)規(guī)律，必須考慮彈性變形。因此在進(jìn)行配氣凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須引入動(dòng)力學(xué)計(jì)算模型。下面介紹一下單質(zhì)量模型、二質(zhì)量模型、多質(zhì)量模型和有限元模型）。單質(zhì)量模型單質(zhì)量模型就是單自由度質(zhì)量一彈簧振動(dòng)模型，簡(jiǎn)稱(chēng)單質(zhì)量模型，如圖所示。單質(zhì)量模型把氣門(mén)的運(yùn)動(dòng)用一個(gè)集中質(zhì)量的運(yùn)動(dòng)來(lái)描述（集中質(zhì)量包含有氣門(mén)質(zhì)量以及其它傳動(dòng)零件換算到氣門(mén)處的質(zhì)量），集中質(zhì)量一端通過(guò)剛度發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)為，的氣門(mén)彈簧與氣缸蓋聯(lián)結(jié)，而另一端聯(lián)結(jié)一假想剛度為的“彈簧”，此彈簧的上端由“當(dāng)量凸輪直接控制。用單質(zhì)量模型可以對(duì)配氣機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況作出基本上達(dá)到工作精度要求的綜合分析，并且計(jì)算量小，在配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案初選階段單自由度模型

36、是經(jīng)常使用的，但是更詳細(xì)的情況，諸如傳動(dòng)鏈的飛脫，彈簧的顫振是否會(huì)導(dǎo)致過(guò)大的應(yīng)力等，就無(wú)法由單自由度模型的分析得到【，引。圖單質(zhì)量模型二質(zhì)量模型二質(zhì)量動(dòng)力學(xué)模型將配氣機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化為兩個(gè)集中當(dāng)量質(zhì)量和，如圖所示。其中，質(zhì)量包括挺柱和推桿的質(zhì)量。為氣門(mén)側(cè)部件的質(zhì)量。其中搖臂軸凸輪一側(cè)的質(zhì)量、剛度和阻尼都應(yīng)換算為相應(yīng)的當(dāng)量質(zhì)量、當(dāng)量剛度和當(dāng)量阻尼。此兩質(zhì)量由一根代表氣門(mén)系統(tǒng)剛度的彈簧相連，而氣門(mén)彈簧使兩質(zhì)量與上述彈簧保持接觸，這樣主要是可以分析挺柱剛度值、阻尼值的變化規(guī)律對(duì)配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性的影響。有關(guān)挺柱對(duì)配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性的影響，除了分析氣門(mén)以外，還要分析挺柱與推桿接觸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律?；蛘叻治鰮u臂剛度

37、值和阻尼值的變化規(guī)律對(duì)配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性的影響【，。圖二質(zhì)量模型多質(zhì)量模型為了考慮高階振動(dòng)的影響，細(xì)致描述各驅(qū)動(dòng)零件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，特別是氣門(mén)的振動(dòng)時(shí)，有時(shí)還進(jìn)行多自由度模型動(dòng)力學(xué)分析。多自由度模型把驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的挺柱、推桿、搖臂、氣門(mén)用四個(gè)集中質(zhì)量來(lái)代替，把內(nèi)、外彈簧各用、個(gè)集中質(zhì)量來(lái)代替，一般每一個(gè)彈簧圈作為一個(gè)集中質(zhì)量，各質(zhì)量間以具有當(dāng)碩士學(xué)位論文量剛度的無(wú)質(zhì)量彈簧相聯(lián)結(jié)，這種計(jì)算模型可稱(chēng)為“自由度質(zhì)量模型，如圖所示。多自由度系統(tǒng)計(jì)算便于對(duì)機(jī)構(gòu)各零件，尤其是彈簧的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析。由于計(jì)算耗時(shí)太多，一般只在氣門(mén)彈簧振動(dòng)十分嚴(yán)重的工況下才進(jìn)行多自由度系統(tǒng)計(jì)算和分析【引。圖多質(zhì)量模型有限元模型近些年來(lái)

38、隨著有限元技術(shù)的成熟和發(fā)展，采用有限元模型對(duì)配氣機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，可以得到振形、自振頻率和彈簧的振動(dòng)，以及整個(gè)配氣機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性。配氣機(jī)構(gòu)有限元模型與單質(zhì)量模型相比有一定的優(yōu)越性，可以計(jì)算出配氣機(jī)構(gòu)各零件的位移、速度、加速度、零件的接觸應(yīng)力和變形。我們?cè)谘芯繗忾T(mén)振動(dòng)的情況下，描述氣門(mén)振動(dòng)對(duì)配氣機(jī)構(gòu)工作可靠性和使用壽命的影響等方面往往使用有限元模型計(jì)算方法。配氣凸輪優(yōu)化設(shè)計(jì)方法發(fā)動(dòng)機(jī)配氣凸輪的研究已經(jīng)涉及到配氣機(jī)構(gòu)性能的各個(gè)方面，包括型線、挺柱的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、氣門(mén)振動(dòng)模型、挺柱與凸輪間的接觸應(yīng)力、摩擦應(yīng)力等。在研究更精確的氣門(mén)振動(dòng)模型、凸輪挺柱副間的動(dòng)力潤(rùn)滑、非對(duì)稱(chēng)凸輪型線以及凸輪型線的擬合等方

39、面上，國(guó)內(nèi)外都有很大的發(fā)展】。發(fā)動(dòng)機(jī)配氣凸輪優(yōu)化設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接影響到其動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性、振動(dòng)、噪聲與排放特性的好壞【】。對(duì)于進(jìn)氣凸輪而言，同樣配氣相位時(shí)，氣門(mén)升程豐滿系數(shù)越大，則進(jìn)氣量越多，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能與經(jīng)濟(jì)性能越好；凸輪型線的圓滑性越好，則沖擊、振動(dòng)與噪聲越小；凸輪與挺柱間的接觸應(yīng)力越小，潤(rùn)滑特性越好，配氣機(jī)構(gòu)摩擦磨損越小，則壽命越長(zhǎng)。配氣凸輪型線優(yōu)化設(shè)計(jì)的任務(wù)就是在確保配氣機(jī)構(gòu)能可靠工作的前提下尋求最佳的凸輪設(shè)計(jì)參數(shù)。凸輪型線的設(shè)計(jì)己從靜態(tài)設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)發(fā)展到系統(tǒng)動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)考慮配氣機(jī)構(gòu)的彈性變形，可更精確地描述配氣機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和受力情況

40、，并統(tǒng)一考慮機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)參數(shù)對(duì)凸輪型線的影響，從而實(shí)現(xiàn)凸輪型線優(yōu)化設(shè)計(jì)【，。靜態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)在靜態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，將配氣機(jī)構(gòu)看成絕對(duì)剛體，不考慮它在運(yùn)動(dòng)時(shí)的彈性變形。用此方法設(shè)計(jì)凸輪型線主要用三項(xiàng)指標(biāo)來(lái)判別其好壞。（）靜態(tài)充氣性能。通常用挺柱升程豐滿系數(shù)和時(shí)面值來(lái)表示，希望此值越大越好：（）靜態(tài)加速度峰值。即挺柱最大正加速度和最大負(fù)加速度，也就是說(shuō)和。的絕對(duì)值越小，高速動(dòng)態(tài)性能越好；（）凸輪廊面最小曲率半徑，或者凸輪與挺柱間的接觸應(yīng)力。設(shè)計(jì)凸輪時(shí)，應(yīng)避免其最小曲率半徑過(guò)小，這樣會(huì)導(dǎo)致接觸應(yīng)力很大，并會(huì)使凸輪過(guò)早磨損，一般認(rèn)為最小曲率半徑應(yīng)【】，但工程上為了進(jìn)一步較小凸輪的磨損，一般要求最小曲率半徑。用靜態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)的圓弧凸輪，雖然加速度曲線不連續(xù)，配氣機(jī)構(gòu)慣性力有突變，但有較大時(shí)面值。對(duì)轉(zhuǎn)速不高的發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，它所引起的振動(dòng)和噪聲較小，故在較低轉(zhuǎn)速的發(fā)動(dòng)機(jī)上還有一定的使用價(jià)值。但隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高，振動(dòng)和噪聲趨向嚴(yán)重。為解決此問(wèn)題，人們又用此法設(shè)計(jì)了函數(shù)凸輪，如復(fù)合正弦凸輪及復(fù)合擺線凸輪等。這類(lèi)凸輪型線變化形式較多，但其加速度曲線都是連續(xù)的。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)一步提高時(shí)，配氣機(jī)構(gòu)的彈性變形引起氣門(mén)劇烈振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)破壞氣門(mén)的正常工作，產(chǎn)生飛脫和反跳，這不僅加劇了發(fā)動(dòng)機(jī)的振