大功率柴油机配气机构凸轮型线设计及动力学分析

发布时间：2020-08-18 07:21

【摘要】：柴油机功率的提升、爆发压力的增大,给柴油机的设计带来了更大的挑战,也对配气机构的性能提出了更高的要求。配气机构的设计,关键在于凸轮型线的设计。本文利用专业设计分析软件AVL Timing Drive建立了单阀系运动学与动力学模型,在模型基础上设计了多种凸轮型线,并对型线的运动学与动力学特性进行了分析。在型线的设计过程中,需要保证配气机构在柴油机转速超速20%时不发生飞脱、反跳及弹簧并圈的现象。在运动学模型的基础上进行对称式多项动力加速度函数凸轮型线的设计,并分析了函数中各个参数对丰满系数、接触应力、跃度、润滑系数的影响规律。然后设计了正交试验,获得满足运动学与动力学指标的参数组合。通过极差分析,得出了各参数对丰满系数、接触应力、跃度、润滑系数的影响显著性顺序,为多项动力加速度函数凸轮型线的设计提供了参考。在对称式多项动力加速度函数凸轮型线的基础上,进行非对称凸轮型线的设计。本文设计的非对称凸轮型线包括:多项动力-多项动力加速度函数(P-P)凸轮型线、多项动力-分段加速度函数(P-I)凸轮型线和分段-分段加速度函数(I-I)凸轮型线。P-P凸轮型线通过选用不同的关闭侧参数组合,设计了三组凸轮型线,分析了型线正加速度宽度、峰值与负加速度峰值绝对值对动力学的影响。P-I凸轮型线关闭侧采用了3段、6段、8段的设计,通过分析比较,6段设计最佳。I-I凸轮型线同样设计了三组方案,对比分析可知,开启侧与关闭侧的灵活调节可以有效地改善配气机构的运动学与动力学特性。最后,采用I-I凸轮型线的设计,计算得到了进、排气门的运动学与动力学结果曲线,并对其进行了详细的分析,分析结果表明:进、排气门均能较好的满足运动学设计要求,且柴油机转速超速20%时进、排气门均未出现飞脱、反跳及弹簧并圈的现象。
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH112.2
【图文】：

单质量模型,配气机构

[38]。图2.1 配气机构单质量模型“当量凸轮”的运动规律是已知的[39]表达式如下：0x ( ) r h ( ) x(2.1)式中，0x -气门间隙，r-表示摇臂比， h ( )-表示挺柱位移函数。由牛顿第二定律得出单自由度模型的运动关系和集中质量上的惯性力 F 表示为

多质量模型,配气机构,相关方程,摇臂

中北大学学位论文12图2.2 配气机构多质量模型本文列举的多质量模型中有五个集中质量，由于零部件在运动过程中可能会发生相互之间的分离，所以需要根据集中质量的受力与运动分析，建立五个动力学微分方程进行联立求解。（1）挺柱和凸轮发生接触时，pM 的相关方程如下：*( ) ( ) ( ) ( ) 0p p p p o p p o p p c p c pM x C x x K x x C x C x s K x s (2.17)（2）挺柱和凸轮分离时，pM 的相关方程如下：*( ) ( ) 0p p p p o p p o p pM x C x x K x x C x (2.18)（3）oM 的相关方程如下：0 2( ) ( ) ( ) ( ) 0o o p p o p o p o b o pM x C x x K x x C x x K x s (2.19)（4）b2M 的相关方程如下：2 2 2 2 2 1 2 1( ) ( ) ( ) ( ) 0b b o b o o b o b b b b b bM x C x x K x x rC rx x rK rx x (2.20)其中，r 为摇臂比。（5）气门和摇臂接触时，b1M 的相关方程如下：*1 1 1 2 1 2 1 1 1 0( ) ( ) ( ) ( ( )) 0b b b b b b b b b b v b v v b vM x C x rx K x rx C x C x x K x x p (2.21)（6）气门和摇臂不接触时，b1M 的相关方程如下：*1 1 1 2 1 2 1( ) ( ) 0b b b b b b b b b bM x C x rx K x rx C x (2.22)（7）气门和摇臂分开而与气门座接触时

曲线,缓冲段,余弦

导数的连续性。但是，余弦型缓冲段终点的跃度为负值，与其他函数凸轮的工作段连接时不能保持升程对凸轮转角的三阶导数的连续性。图2.3 余弦型缓冲段（2）等加速型缓冲段等加速型缓冲段的升程曲线[46]形式为22( )RCRhh h ，0R (2.39)式中：Rh 是指缓冲段升程；R 是指缓冲段包角。等加速型缓冲段的速度、加速度和跃度曲线为22C RCRdh dhvd dt ，0R (2.40)22 22 22( )C RCRd h dhad dt ，0R (2.41)

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