汽油发动机配气机构动力学分析及凸轮型线优化

发布时间：2017-09-29 13:03

  本文关键词：汽油发动机配气机构动力学分析及凸轮型线优化

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【摘要】：配气机构是发动机的重要组成部分,其作用是通过控制气门的开启与关闭而实现气缸的吸气与排气。配气机构的良好设计能保证气缸最佳的充气效率、燃料的充分燃烧,发动机良好的动力输出和低排放量。同时,配气机构还应具有良好的动力学性能,零件间振动小、噪声低和磨损轻等特性。随着计算机技术的发展,国内在配气机构的动力学分析上已经取得了很大的进展,对配气机构的分析主要集中在配气机构本身性能的研究,配气机构是发动机的一个子系统,与曲轴系统和正时系统配合工作,是正时系统动力学分析的边界条件,对正时系统有较大的影响,但国内在这方面的研究很欠缺。本文在对某汽油发动机配气机构进行动力学分析和优化的过程中,将凸轮轴负载扭矩作为一个优化目标,进行了研究,研究的主要内容如下:论文阐述了评价配气机构性能的重要参数指标,列出了这些参数指标的计算公式,这些指标是配气机构设计及优化过程中需要满足的基本条件。针对本文研究的平面挺柱配气机构,介绍了平面挺柱的几何运动规律。考虑到配气机构对正时系统的影响作用,通过运动学分析方法,阐述了凸轮轴负载扭矩的理论计算方法,并对凸轮轴负载扭矩进行了计算,为后续的动力学分析提供了理论及数据支撑。建立了配气机构的单阀系和整体动力学模型,在单阀系模型的分析中,得到了配气机构基本的性能参数。在对配气机构整体的动力学分析中,提取了不同转速下进、排气门的负载扭矩。对比理论计算结果,分析了动力学特性对凸轮轴负载扭矩波动的影响,为配气机构的优化提供了支持。介绍了凸轮型线的设计方法,凸轮型线包括基圆段、缓冲段和基本段。在凸轮型线的优化过程中基圆段受到配气机构整体结构的影响,优化空间很小,因此将缓冲段和基本段作为优化重点。说明了缓冲段设置的原因,影响缓冲段高度的因素和计算公式,列出了缓冲段的类型和适用的场合。在基本段设计中,介绍了现在常采用的几种加速度曲线。通过对比各种加速度曲线,选用多项动力型线作为优化的凸轮型线,对优化后型线进行了仿真分析,得到计算结果,包括气门升程、速度、加速度、丰满系数、接触应力、润滑系数、K系数和跃度等,结果均在允许的范围内。对整个配气机构进行了动力学分析,得到了型线优化后的进、排气凸轮轴负载扭矩,通过对比原始型线的凸轮轴负载扭矩,气门开启时刻凸轮轴负载扭矩波动量明显降低,达到了优化的目的。论文的研究结果对进行汽油发动机配气机构的设计、动力学分析及性能优化具有重要的理论意义和工程实用价值。
【关键词】：配气机构 动力学分析 凸轮型线优化
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U464.171
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 配气机构动力学分析国内外研究现状11-13
• 1.2.1 国外研究现状11-12
• 1.2.2 国内研究现状12-13
• 1.3 配气机构新技术13-18
• 1.3.1 可变气门正时升程配气机构14-17
• 1.3.2 电磁可变配气机构17-18
• 1.4 主要研究内容18-19
• 1.5 本章小结19-20
• 第2章 配气机构分析的理论基础20-34
• 2.1 配气机构的评价指标20-27
• 2.1.1 充气性能20-21
• 2.1.2 凸轮与挺柱接触应力21-22
• 2.1.3 凸轮与挺柱间润滑特性22-23
• 2.1.4 K系数23-24
• 2.1.5 气门落座力24
• 2.1.6 气门弹簧24-26
• 2.1.7 平面挺柱运动规律26-27
• 2.2 配气机构凸轮轴的负载扭矩理论计算27-31
• 2.3 本章小结31-34
• 第3章 配气机构动力学分析34-52
• 3.1 单阀系配气机构分析34-44
• 3.1.1 凸轮轴和轴承座的总刚度与总阻尼34-36
• 3.1.2 挺柱与气门刚度36-40
• 3.1.3 凸轮型线40-41
• 3.1.4 单阀系仿真结果41-44
• 3.2 整体配气机构分析44-49
• 3.3 动力学分析结果与理论计算结果对比49-50
• 3.4 本章小结50-52
• 第4章 配气机构凸轮型线优化52-66
• 4.1 凸轮型线缓冲段52-56
• 4.1.1 缓冲段设置的原因52-53
• 4.1.2 缓冲段高度53-54
• 4.1.3 缓冲段类型54-56
• 4.2 凸轮型线基本段56-59
• 4.3 凸轮型线的优化59-65
• 4.4 本章小结65-66
• 第5章 总结与展望66-68
• 5.1 总结66-67
• 5.2 展望67-68
• 参考文献68-72
• 作者简介及科研成果72-74
• 致谢74

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本文编号：942141