大功率柴油机配气机构凸轮型线设计及动力学分析

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。

目录

声明

1绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 配气机构国内外研究现状

1.2.1 凸轮型线设计研究现状

1.2.2 配气机构运动学与动力学研究现状

1.3 课题的主要研究内容

2 配气机构理论基础及建模

2.1 配气机构单质量模型

2.2 配气机构多质量模型

2.3 凸轮型线

2.3.1 凸轮缓冲段

2.3.2 凸轮工作段

2.4 配气机构单阀系运动学与动力学建模

2.4.1 单缸气门结构三维模型

2.4.2 单阀系运动学模型

2.4.3 单阀系动力学模型

2.4.4 质量参数设置

2.4.5 刚度参数设置

2.5 本章小结

3 对称式多项动力加速度函数凸轮型线的设计

3.1 凸轮缓冲段设计

3.2 对称式多项动力加速度函数凸轮型线

3.2.1 参数c4对运动学指标的影响

3.2.2 参数p对运动学指标的影响

3.2.3 参数q对运动学指标的影响

3.2.4 参数r对运动学指标的影响

3.2.5 参数s对运动学指标的影响

3.3 正交试验设计及结果分析

3.4 动力学验证

3.5 本章小结

4 三种非对称凸轮型线设计

4.1 多项动力-多项动力加速度函数（P-P）凸轮型线

4.1.1 P-P凸轮型线设计

4.1.2 P-P凸轮型线运动学结果

4.1.3 P-P凸轮型线动力学结果

4.2 多项动力-分段加速度函数（P-I）凸轮型线

4.2.1 P-I凸轮型线设计

4.2.2 P-I凸轮型线运动学结果

4.2.3 P-I凸轮型线动力学结果

4.3 分段-分段加速度函数（I-I）凸轮型线

4.3.1 I-I凸轮型线设计

4.3.2 I-I凸轮型线运动学结果

4.3.3 I-I凸轮型线动力学结果

4.4 多工况计算验证

4.5 本章小结

5 配气机构运动学与动力学分析

5.1 配气机构运动学分析

5.1.1 升程、速度、加速度曲线

5.1.2 丰满系数

5.1.3 凸轮与挺柱间接触应力

5.1.4 凸轮曲率半径

5.1.5 气门弹簧裕度

5.1.6 气门跃度

5.1.7 润滑系数

5.1.8 K系数

5.2 配气机构动力学分析

5.2.1 运动特性分析

5.2.2 凸轮与挺柱间接触应力

5.2.3 气门落座力

5.2.4 气门弹簧动态特性分析

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢