柴油机凸轮—挺柱磨损分析与摩擦副匹配试验研究

摘要

配气机构是柴油机的重要部件之一，它设计的是否合理将直接影响到柴油机的动力性和经济性以及工作稳定性、可靠性和排放性能。随着人们对柴油机性能要求的不断提高，发动机不断地向着高速化、高功率发展，其强化程度也在不断加强。同时，配气机构的工作条件也在不断恶化，因此柴油机必须能够在高速运行的工况下仍然能够平稳可靠地工作。其中，配气机构的磨损对发动机的工作性能和使用寿命有着十分重要的意义。并且现代机械设计已经由传统的动力学设计发展到以寿命长且使用可靠性、精度和效率高为主要指标的新阶段。因此，要对配气机构的设计提出更高要求，对配气机构的摩擦磨损进行分析研究是十分有必要的。
　　本文以某国产农用四气门柴油机配气机构为研究对象。在分析研究了一些相关国内外文献的基础上，总结了发动机配气机构的发展状况，分析了配气机构的运动学和动力学特性以及配气凸轮的评价指标。通过优化凸轮型线，增大最小曲率半径以及减小弹簧刚度来降低接触应力；同时对凸轮—挺柱二者的形状结构、空间位置、材料、硬度进行了匹配优化分析。对优化后的结果设计了合理的试验方案，进行了详细的试验验证。具体工作包括：
　　（1）对柴油机所出现的凸轮挺柱磨损现象进行分析，找出磨损原因。具体是从凸轮和挺柱两个方面出发：结合原凸轮图纸升程表，利用MATLAB软件可得到原凸轮升程、速度和加速度曲线。计算出凸轮挺柱间最大接触应力、丰满系数、最小曲率半径等相关参数的结果。
　　（2）从凸轮和挺柱的硬度及材料的匹配、润滑情况以及接触应力三个方面出发，通过对曲线和参数的分析，对原凸轮配气机构进行分析评价找出磨损原因，提出改进措施进行改进。
　　（3）在保持柴油机原有动力性能的基础上，对凸轮和挺柱以及两者之间的匹配进行改进，并对配气凸轮型线进行优化设计，来改善原配气凸轮存在的磨损问题。新凸轮型线具体是采用等加速-等速缓冲段和高次多项式工作段。结合原凸轮型线的计算分析，选出多组新的设计参数，利用MATLAB软件的数据计算和图形输出功能，可得出多组凸轮型线结果。
　　（4）对MATLAB软件计算出的多组凸轮型线进行运动学计算分析，且通过各性能参数的分析，综合比较所得的几组型线并和原凸轮型线进行对比分析，选取出一组最优的凸轮型线结果。
　　（5）制定合理的试验方案，对优化后的凸轮进行可靠性试验，测量出磨损量。并和原磨损量对比分析，观察挺柱磨损是否改善，优化后型线是否满足需求。如不满足需进行继续优化改进。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 本文研究目的及意义

1.3 凸轮-挺柱磨损研究的国内外现状

1.4 配气机构概述

1.5 凸轮-挺柱磨损问题概述

1.6 本文主要研究内容

第二章 配气机构计算理论基础

2.1 单质量动力学计算模型

2.2 多质量动力学计算模型

2.3 配气机构计算参数的确定

2.4 配气凸轮设计应当遵循的准则

2.5 本章小结

第三章 配气机构凸轮型线的设计

3.1 凸轮型线的构成

3.2 配气凸轮型线设计方法

3.3 凸轮型线的设计

3.4 凸轮型线的拟合

3.5 本章小结

第四章 配气机构凸轮-挺柱的磨损分析

4.1 磨损现象

4.2 磨损原因分析

4.3 本章小结

第五章 配气机构的改进与摩擦副匹配试验

5.1 改进措施

5.2 试验验证

5.3 最终方案确定及试验验证

5.4 本章小结

第六章 结论与建议

6.1 总结

6.2 建议

参考文献

致谢

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