基于气门运动数据处理的气门落座特性分析

摘要

汽车在大众生活中越来越普及，随之带来尾气排放和石油资源短缺等环保问题，人们越来越关注发动机的性能，希望汽车具有良好动力性和燃油经济性。配气机构作为发动机重要机构之一，其作用是控制着发动机气门开闭，影响着发动机换气效果，掌控发动机气缸的进气和排气。那么，研究气门在汽缸里的运动就显得很重要，所以对气门和座圈运动特性的研究一直是发动机零部件可靠性研究的重点。气门在发动机里运动的本质就是与座圈不断发生碰撞摩擦，气门座圈表面就会产生磨损。如果气门座圈磨损量达到一定程度就会导致气门和座圈运动配合失效，其结果影响到燃料在气缸里的充分燃烧，从而影响了发动机动力输出。
　　本文针对G300柴油机配气机构气门和座圈结构，通过设计了气门落座静态接触刚度试验和模拟气门落座碰撞动态试验，采集到了气门落座的相关的运动特性参数数据，为后续计算提供了计算依据，用基于阿恰德粘着磨损理论的数学模型和雨流法筛选数据的方法计算了气门座圈的磨损量和气门下陷量，选用CAE等有限元分析软件对气门座圈装配模型进行有限元分析，求解计算从而确定气门落座过程中应力集中区域。研究内容包括：
　　（1）基于本文目的，分别从设计的气门座圈接触刚度静态试验、模拟气门落座动态碰撞试验，两个试验中采集到的动态运动数据信号来分析气门落座运动特性。试验内容包括提出设计试验猜想、搭建试验台、编写数据信号采集程序、连接传感器采集信号电路，采集和存储气门运动加速度、位移和气门杆应力信号等。
　　（2）将试验中采集的数据信号进行统计分析，研究气门落座过程中刚度、运动特性以及受力情况。数据结果表明气门落座是随机复杂的，气门运动特性变化非线性，气门杆受到弯矩的作用，气门在空间里其他方向也有运动的趋势，表明气门不是正落座，气门与座圈接触力大小情况随时间变化，并且与气门落座速度有关。
　　（3）理解气门座圈磨损机理和阿恰德粘着磨损理论模型，利用雨流法筛选数据的原理对磨损功率数据进行筛选，用改进的数学模型计算预测气门座圈的磨损量及气门下陷量，得到的结论是两者随着气门落座速度增大而变大，如果要控制气门座圈磨损量，必须控制气门一定的落座速度。
　　（4）文中采用Hyper Mesh对建立的气门座圈三维模型进行有限元前处理，接着用ANSYS Workbench计算求解气门座圈在机械载荷、热载荷以及热机耦合下接触的应力应变集中情况，从而用软件分析评价得到气门与座圈接触时疲劳损坏情况。

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第一章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义[1-3]

1.2 国内外研究现状和发展趋势 [4-6]

1.3 本文研究的主要内容和方法

第二章 配气机构试验

2.1气门座圈静态接触刚度试验

2.2模拟气门落座碰撞试验

2.3数据采集

2.4 本章小结

第三章 气门落座接触力计算分析

3.1气门落座接触力简介

3.2 气门落座过程分析

3.3 雨流法数据筛选

3.4 本章小结

第四章 气门磨损阿恰德模型计算气门下陷量

4.1 气门座圈磨损和阿恰德磨损模型简介

4.2气门座圈磨损量计算模型简介

4.3 气门座圈磨损量计算

4.4 本章小结

第五章 气门落座碰撞有限元计算分析

5.1有限元分析简介

5.2 HyperMesh和ANSYSWorkbench基本简介

5.3 气门-气门座圈有限元模型建立

5.4 气门-气门座圈瞬态动力学分析

5.5气门座圈瞬态热分析

5.6 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 全文总结

6.2展望

致谢

参考文献

附录：作者在读期间发表的学术论文及参加的科研项目