題 目：4108柴油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析及優(yōu)化
一、選題的依據(jù)及意義：
配氣機(jī)構(gòu)是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要組成部分.配氣機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率以及換氣質(zhì)量,因此對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的(略)經(jīng)濟(jì)性、有害排放有較大的影響.配氣機(jī)構(gòu)的工作可靠性和噪聲直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的整機(jī)可靠性和噪聲.隨著發(fā)動(dòng)機(jī)性能和排放要求的不斷提高,使得配氣機(jī)構(gòu)的研制更加迫切. 本文以4108柴油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象,對(duì)其配氣機(jī)構(gòu)參數(shù)、配氣凸輪型線、動(dòng)力學(xué)等設(shè)計(jì)原理作了深入研究和分析,并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣機(jī)構(gòu),同時(shí)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)系統(tǒng)的優(yōu)化。
二、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)(含文獻(xiàn)綜述)：
隨著內(nèi)燃機(jī)高功率、高速化發(fā)展，人們對(duì)其性能指標(biāo)的要求更高，這給配氣機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及制造工藝增加了難度。目前廣泛采用的是氣門-凸輪式配氣機(jī)構(gòu)，它具有保證氣缸密封性的優(yōu)點(diǎn)。配氣機(jī)構(gòu)系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容歸納起來(lái)主要有兩個(gè)方面，一方面是零部件的設(shè)計(jì)，包括凸型線，氣門搖臂機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，氣門彈簧及氣門等零部件的設(shè)計(jì)，其中又以凸輪型線的設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵，這是因?yàn)橥馆喿鳛檎麄€(gè)機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件，它直接控制整個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。另一方面是機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，而對(duì)于機(jī)構(gòu)動(dòng)力性能的研究，又主要集中在氣門的運(yùn)動(dòng)規(guī)律上。國(guó)外對(duì)配氣機(jī)構(gòu)的振動(dòng)模型、摩擦及配氣相位和可變氣門正時(shí)等的研究有一些報(bào)道。國(guó)內(nèi)也在致力于研究更精確的氣門振動(dòng)模型、凸輪挺柱副的動(dòng)力潤(rùn)滑、非對(duì)稱凸輪型線以及凸輪型線的擬合等問(wèn)題，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)設(shè)計(jì)了許多性能優(yōu)良的凸輪型線;(2)配氣機(jī)構(gòu)由剛性設(shè)計(jì)發(fā)展為彈性設(shè)計(jì);(3)由孤立研究凸輪設(shè)計(jì)發(fā)展到配氣機(jī)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
內(nèi)燃機(jī)配氣凸輪的研究已經(jīng)涉及到配氣機(jī)構(gòu)性能的各個(gè)方面，包括型線、挺柱的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、氣門振動(dòng)模型、挺柱與凸輪的接觸應(yīng)力、摩擦應(yīng)力等。在研究更精確的氣門振動(dòng)模型、凸輪挺柱副的動(dòng)力潤(rùn)滑、非對(duì)稱凸輪型線以及凸輪型線的擬合等方面上，國(guó)內(nèi)外都有很大的發(fā)展。
現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)采用的技術(shù)主要有以下三方面。
1)頂置凸輪軸技術(shù)。氣門-凸輪式配氣機(jī)構(gòu)具有保證氣缸密封性的優(yōu)點(diǎn)，尤其是進(jìn)排氣門能夠持久地保證燃燒室的密封性，四沖程內(nèi)燃機(jī)大多采用氣門-凸輪式配氣機(jī)構(gòu)。氣門-凸輪式配氣機(jī)構(gòu)按氣門布置分為側(cè)置氣門和頂置氣門機(jī)構(gòu)。頂置氣門配氣機(jī)構(gòu)，內(nèi)燃機(jī)的充氣系數(shù)較高，燃燒室比較緊湊，內(nèi)燃機(jī)有較好的性能指標(biāo)，是側(cè)置氣門機(jī)構(gòu)所不能達(dá)到的，故側(cè)置氣門機(jī)構(gòu)已被淘汰。頂置氣門配氣機(jī)構(gòu)根據(jù)凸輪軸的放置位置分成凸輪軸下置型和頂置凸輪軸型。絕大部分柴油機(jī)采用凸輪軸下置型，但這種機(jī)構(gòu)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的慣性力和噪聲，消耗較大的動(dòng)力。頂置凸輪軸型(OHC)是把凸輪軸放在氣門上方，省去了推桿、挺柱，可分成SOHC型和DOHC型。 SOHC型只用一根凸輪軸來(lái)驅(qū)動(dòng)進(jìn)、排氣門; DOHC型采用兩根凸輪軸來(lái)分別驅(qū)動(dòng)進(jìn)、排氣門。這種結(jié)構(gòu)適用于進(jìn)、排氣門呈v形排列的內(nèi)燃機(jī)。還有些機(jī)構(gòu)將頂置凸輪軸放在氣門室罩里，凸輪直接作用于氣門上，這種機(jī)構(gòu)省去了搖臂，高速時(shí)氣門工作良好，零件慣性力極小，工作平穩(wěn)。
凸輪軸的傳動(dòng)類型有3種：正時(shí)齒輪傳動(dòng)、正時(shí)鏈輪傳動(dòng)和驅(qū)動(dòng)帶傳動(dòng)。其中，正時(shí)齒輪傳動(dòng)主要用于要求長(zhǎng)壽命和大載荷的內(nèi)燃機(jī)，如船用、商用車和賽車內(nèi)燃機(jī);正時(shí)鏈輪傳動(dòng)，廣泛應(yīng)用于轎車內(nèi)燃機(jī)，一般來(lái)說(shuō)，它比正時(shí)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)噪音小;驅(qū)動(dòng)帶傳動(dòng)或齒形帶傳動(dòng)是新出現(xiàn)的傳動(dòng)方式，主要用于頂置凸輪軸內(nèi)燃機(jī)上。
2)多氣門技術(shù)。配氣機(jī)構(gòu)的新發(fā)展是改善燃料經(jīng)濟(jì)性，其關(guān)鍵在于如何提供更多的新鮮空氣，多氣門內(nèi)燃機(jī)很早就已經(jīng)出現(xiàn)了，但僅用于賽車，目的是減輕排氣門的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷，但并未能在內(nèi)燃機(jī)制造業(yè)得到推廣。促使多氣門內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)量迅速提高的原因在于自動(dòng)控制技術(shù)的快速發(fā)展和生產(chǎn)工藝水平的不斷提高，多氣門配氣方案能保證內(nèi)燃機(jī)在整個(gè)負(fù)荷和速度范圍內(nèi)形成佳混合氣，并適時(shí)適度送入氣缸。多氣門內(nèi)燃機(jī)不僅可以提高內(nèi)燃機(jī)功率，還可以降低燃油消耗，減少排污。據(jù)分析4氣門內(nèi)燃機(jī)燃油消耗比2氣門內(nèi)燃機(jī)燃油消耗低6%~8%。
3)可變配氣定時(shí)及氣門升程技術(shù)。常規(guī)內(nèi)燃機(jī)配氣相位都是按內(nèi)燃機(jī)性能要求，通過(guò)試驗(yàn)確定某一轉(zhuǎn)速和負(fù)荷條件下較為適合的配氣相位。為了在更大地曲軸轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)提高功率指標(biāo)，降低燃料消耗，現(xiàn)代多氣門內(nèi)燃機(jī)氣門開啟相位可以改變、升程也可以改變，稱作可變氣門運(yùn)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu)(VVT)。通過(guò)這套機(jī)構(gòu)對(duì)配氣過(guò)程的調(diào)節(jié)和控制，低、中轉(zhuǎn)速時(shí)，活塞運(yùn)動(dòng)速度低，氣流動(dòng)力學(xué)特性差，因而要求“縮小”相位重疊角，以減少工作混合氣倒流，保證低、中轉(zhuǎn)速時(shí)扭矩曲線形狀較好，降低燃油消耗率。在中高轉(zhuǎn)速時(shí)，活塞運(yùn)動(dòng)速度快，氣流動(dòng)力學(xué)特性好，因而要求“放大”相位重疊角，廢氣排放徹底，進(jìn)氣量充分，可相應(yīng)增加內(nèi)燃機(jī)扭矩。顯然，采用這一機(jī)構(gòu)，可以提高內(nèi)燃機(jī)性能、降低污染、改善怠速性能。
實(shí)現(xiàn)可變氣門技術(shù)有多種途徑，按照有無(wú)凸輪軸可分為基于凸輪軸的可變氣門機(jī)構(gòu)和無(wú)凸輪軸的可變氣門機(jī)構(gòu)兩類。傳統(tǒng)氣門控制技術(shù)都是由凸輪軸機(jī)械推動(dòng)的，電磁氣門控制技術(shù)采用由電磁驅(qū)動(dòng)的組件推動(dòng)氣門，根據(jù)ECU需要進(jìn)行動(dòng)作，這也正是VTEC等氣門控制技術(shù)追求的高境界。
4)無(wú)凸輪電液驅(qū)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu)。無(wú)凸輪電液驅(qū)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu)是一種新式的配氣機(jī)構(gòu)，與傳統(tǒng)的凸輪軸式配氣機(jī)構(gòu)相比，它的特點(diǎn)是氣門的運(yùn)行由電液來(lái)控制“它的顯著優(yōu)點(diǎn)是氣門在內(nèi)燃機(jī)各個(gè)循環(huán)中的開啟位置、開啟持續(xù)時(shí)間和氣門開啟時(shí)刻的氣門升程等可以相互獨(dú)立”所以，采用這種機(jī)構(gòu)的內(nèi)燃機(jī)在工作過(guò)程中，能夠在各種轉(zhuǎn)速下調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，并達(dá)到佳"所以，采用這種機(jī)構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)就會(huì)消耗較少的燃油，動(dòng)力性要更好，同時(shí)從發(fā)動(dòng)機(jī)排出的污染物也降低，起到了保護(hù)環(huán)境的作用。
5)液壓挺柱配氣機(jī)構(gòu)。液壓挺柱配氣機(jī)構(gòu)也是內(nèi)燃機(jī)的設(shè)計(jì)人員所開發(fā)的新式配氣機(jī)構(gòu)，配有這種機(jī)構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)和噪聲均減小，原因在于它通過(guò)液壓機(jī)構(gòu)來(lái)補(bǔ)償氣門桿身產(chǎn)生的熱膨脹，導(dǎo)致配氣機(jī)構(gòu)所帶來(lái)的撞擊噪聲也相應(yīng)減小。所以液壓挺柱在配氣機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。
當(dāng)今內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的發(fā)展趨向是在排量不變的前提下，提高內(nèi)燃機(jī)性能指標(biāo)。不論是多氣門配氣機(jī)構(gòu)還是在此基礎(chǔ)上演化而來(lái)的可變氣門運(yùn)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu)，其基本出發(fā)點(diǎn)都是，在更大范圍內(nèi)使內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和生態(tài)指標(biāo)等達(dá)到優(yōu)，這是傳統(tǒng)配氣機(jī)構(gòu)無(wú)法完成的。
三、本課題研究?jī)?nèi)容
(1)在滿足性能指標(biāo)的前提下設(shè)計(jì)YC4108型柴油機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)。
(2)應(yīng)用AVL Excite軟件建立YC4108柴油機(jī)的動(dòng)力學(xué)模型，通過(guò)模擬計(jì)算，分析該柴油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性。經(jīng)動(dòng)力學(xué)計(jì)算，依據(jù)氣門動(dòng)力學(xué)升程、凸輪與挺準(zhǔn)間的動(dòng)態(tài)接觸應(yīng)力和氣門落座速度等考察是否存在飛脫和落座反跳等現(xiàn)象。
(3)針對(duì)原配氣機(jī)構(gòu)存在的問(wèn)題和對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn)要求，利用AVL Excite軟件對(duì)配氣相位進(jìn)行優(yōu)化，并優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)排氣凸輪型線，通過(guò)對(duì)改進(jìn)后的配氣機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析和整機(jī)性能分析，判斷優(yōu)化的效果。
四、本課題研究方案
YC4108柴油機(jī)是玉柴機(jī)器股份有限公司生產(chǎn)的自主品牌發(fā)動(dòng)機(jī)，是在玉柴優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品YC6108柴油機(jī)的基礎(chǔ)上結(jié)合輕型客貨車技術(shù)特點(diǎn)開發(fā)設(shè)計(jì)的輕型車用柴油機(jī)。具有使用維修方便，動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性好，可靠性高、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，主要用于2-5t小型卡車、貨車，同時(shí)也用于發(fā)電機(jī)組、叉車、拖拉機(jī)和小型船舶。近幾年來(lái)，由于市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城區(qū)物流行業(yè)蓬勃發(fā)展，對(duì)輕型卡車和商務(wù)車的需求量與日俱增，這給輕型車用柴油機(jī)帶來(lái)了無(wú)限商機(jī)。原機(jī)型主要用于城市間的長(zhǎng)距離運(yùn)輸，對(duì)于城市交通路況需要重新設(shè)定參數(shù)，以改善燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能。本設(shè)計(jì)任務(wù)主要是在原機(jī)的基礎(chǔ)上，改進(jìn)設(shè)計(jì)進(jìn)氣系統(tǒng)及配氣機(jī)構(gòu)，達(dá)到提升發(fā)動(dòng)機(jī)性能的目的。
總體方案：
(1)計(jì)算軟件簡(jiǎn)介
本文所使用的AVL ExciteTimingDrive是一種基于WINDOWS操作系統(tǒng)的軟件，它是AVL軟件平臺(tái)中一個(gè)仿真工具，主要應(yīng)用于分析內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的性能。該軟件具備振動(dòng)噪音分析、齒輪系動(dòng)力學(xué)計(jì)算、正時(shí)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力學(xué)計(jì)算!配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)計(jì)算、凸輪型線設(shè)計(jì)和優(yōu)化等功能。根據(jù)所建立的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型，在設(shè)定的轉(zhuǎn)速下進(jìn)行計(jì)算，考慮配氣機(jī)構(gòu)各傳動(dòng)件的質(zhì)量、剛度、阻尼等。配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)計(jì)算的分析包括：氣門升程、速度、加速度、凸輪與挺柱間接觸應(yīng)力、氣門與氣門座之間的接觸力、彈簧的位移等。ExciteTimingDrive不僅可以用于配氣機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)計(jì)算，還可以用于配氣機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)"從計(jì)算機(jī)模擬的角度，使發(fā)動(dòng)機(jī)具備較好的動(dòng)力性和可靠性，同時(shí)還降低振動(dòng)和噪聲。此外，該軟件還可以分析配氣機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)的零部件，包括齒輪、鏈輪等。通過(guò)多次的運(yùn)算，可以對(duì)傳動(dòng)系加以改進(jìn)，以滿足要求。當(dāng)運(yùn)用ExcitcTimingDriv進(jìn)行凸輪型線的設(shè)計(jì)時(shí)，提供了分段加速度函數(shù)凸輪、等加速凸輪、多項(xiàng)動(dòng)力凸輪三種凸輪設(shè)計(jì)的方法設(shè)計(jì)凸輪型線，當(dāng)生成一個(gè)新的凸輪型線后，對(duì)相應(yīng)的配氣機(jī)構(gòu)做動(dòng)力學(xué)分析，如果出現(xiàn)錯(cuò)誤的結(jié)果曲線，可以對(duì)凸輪型線進(jìn)行修改，完善配氣機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能。ExciteTimingDrive的建模原理是很簡(jiǎn)單的，將配氣機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化成一個(gè)集中的質(zhì)量系統(tǒng)，而相應(yīng)的凸輪、挺柱、推桿、搖臂、氣門等零部件用所對(duì)應(yīng)的模塊來(lái)代替。該軟件提供了配氣機(jī)構(gòu)每個(gè)元件的模塊，在編輯器中用不同的圖標(biāo)來(lái)表示。當(dāng)我們選好對(duì)應(yīng)的圖標(biāo)后,再將各個(gè)模塊連接起來(lái)，就建立起一個(gè)配氣機(jī)構(gòu)的模型。接著，需要對(duì)各個(gè)模塊中的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，不同的模塊對(duì)應(yīng)不同的參數(shù)，基本的參數(shù)包括質(zhì)量、剛度、阻尼、彈性模量等，將參數(shù)設(shè)置完成之后，就可以進(jìn)行配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、齒輪系的運(yùn)動(dòng)分析等。
該軟件的輸出結(jié)果包括了模型中各個(gè)模塊的動(dòng)力學(xué)結(jié)果曲線，包括：氣門的加速度、速度、升程、凸輪與挺柱間的接觸應(yīng)力、氣門與氣門座間的接觸力、彈簧各圈位移等，并根據(jù)這些曲線評(píng)價(jià)是否存在氣門落座反跳、機(jī)構(gòu)零部件飛脫、彈簧并圈與顫振等現(xiàn)象，以及凸輪與挺柱間潤(rùn)滑效果是否良好，如果出現(xiàn)了不好的情況，可以通過(guò)該軟件進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，使配氣機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性滿足要求。
(2)YC4108柴油機(jī)的性能指標(biāo)為
柴油機(jī)類型:水冷四沖程直列式頂置式氣門
氣缸數(shù)-缸徑×沖程:4-108mm×115mm 連桿長(zhǎng)度：L=152mm
排氣量:4.214cc 壓縮比:17.5
燃燒形式:直接噴射 潤(rùn)滑方式:壓力循環(huán)飛濺復(fù)合式
冷卻方式:閉式壓力循環(huán) 起到方式:電啟動(dòng)
電機(jī)停止方式:燃油控制系統(tǒng)
輸出功率:75kW/2800rpm 大扭矩:268Nm/1600-1900rpm
怠速:600rpm 大空轉(zhuǎn):3000rpm
全負(fù)荷低燃油消耗率:225g/kw.h
冷起動(dòng)溫度:-25℃ 排氣溫度:<600℃
(3)在滿足上述性能指標(biāo)的前提下設(shè)計(jì)YC4108型柴油機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)。
該款發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)為上置凸輪軸四氣門機(jī)構(gòu)，主要由凸輪、挺柱、推桿、搖臂、氣門橋、氣門彈簧、氣門、氣門座等組成。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)計(jì)算,需要建立動(dòng)力學(xué)模型,在動(dòng)力學(xué)計(jì)算的發(fā)展中,出現(xiàn)過(guò)多種模型,分別是單質(zhì)量模型、二質(zhì)量模型、多質(zhì)量模型、有限元模型。本文利用AVL Excite軟件建立該柴油發(fā)動(dòng)機(jī)頂置凸輪軸式配氣機(jī)構(gòu)的模型。
(4)配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析
氣門機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，可以作為一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)分析其特性。簡(jiǎn)化后建立其單自由度模型，并且考慮該系統(tǒng)的阻尼、間隙、脫離、落座等各種因素，凸輪與從動(dòng)件系統(tǒng)相互影響等，當(dāng)中的各部件可以作為彈性質(zhì)點(diǎn)，其剛度為非線性剛度。
對(duì)動(dòng)力學(xué)結(jié)果評(píng)價(jià)主要考慮到凸輪與從動(dòng)件的飛脫、氣門落座速度或氣門反跳、凸輪接觸應(yīng)力、活塞與氣門的干涉以及氣門彈簧的動(dòng)力學(xué)特性等。
在AVL Excite軟件當(dāng)中，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的實(shí)體結(jié)構(gòu)及零部件布置情況，通過(guò)外部的CAD 軟件或有限元計(jì)算得到各部件的質(zhì)量與剛度，建立該發(fā)動(dòng)機(jī)單個(gè)氣缸的配氣機(jī)構(gòu)進(jìn)氣門計(jì)算模型如圖所示。
(5)凸輪型線的優(yōu)化設(shè)計(jì)
針對(duì)配氣機(jī)構(gòu)進(jìn)、排氣模型，在模擬計(jì)算的基礎(chǔ)上，從改進(jìn)配氣凸輪型線設(shè)計(jì)的角度，來(lái)研究配氣機(jī)構(gòu)性能優(yōu)化的途徑。通過(guò)改進(jìn)配氣凸輪型線，綜合分析配氣凸輪型線設(shè)計(jì)的主要影響因素及趨勢(shì)，提出改進(jìn)設(shè)計(jì)的配氣凸輪型線方案。
五、目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度
目標(biāo)：在AVL Excite軟件當(dāng)中，對(duì)某柴油機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)進(jìn)行了單閥系的動(dòng)力學(xué)計(jì)算，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，指出了設(shè)計(jì)上的某些不足;接著又進(jìn)行了凸輪型線的優(yōu)化設(shè)計(jì)，再次進(jìn)行動(dòng)動(dòng)力學(xué)計(jì)算，與原型線相比，結(jié)果有所改善。
特色：1、對(duì)配氣機(jī)構(gòu)的建模、動(dòng)力學(xué)計(jì)算、分析和凸輪型線優(yōu)化設(shè)計(jì)做出了較充足的研究。
2、使用AVL軟件對(duì)配氣機(jī)構(gòu)做出了模擬分析。
畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度計(jì)劃
序號(hào) 各階段工作內(nèi)容 起訖日期 備注
1 查閱相關(guān)資料，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，翻譯資料等 3月5日～3月18日 交外文資料翻譯稿
2 撰寫開題報(bào)告 3月19日～4月1日 交開題報(bào)告
3 縱橫剖面圖和配氣機(jī)構(gòu)圖繪制 4月2日～4月22日
4 配氣機(jī)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)、凸輪軸圖繪制 4月23日～5月21日 必須用計(jì)算機(jī)繪制，交零件設(shè)計(jì)圖
5 撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 5月22日～5月27日 交畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書
6 畢業(yè)答辯 5月28日～6月1日 核查所有文檔
六、參考文獻(xiàn)
1、《內(nèi)燃機(jī)學(xué)》 周龍保 主編 機(jī)械工業(yè)出版社
2、《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)》 袁兆成 主編 機(jī)械工業(yè)出版社
3、《內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造》 林波 李興虎 主編 北京大學(xué)出版社
4、《高速柴油機(jī)概念設(shè)計(jì)與實(shí)踐》 許道延 丁賢華 主編 機(jī)械工業(yè)出版社
5、《柴油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析及凸輪型線優(yōu)化設(shè)計(jì)》 張桂昌 天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院
6、《柴油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析》 王志遠(yuǎn) 大連理工大學(xué)
7、《淺析柴油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀》 作者 錢向明 熊永森 金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院
8、《內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展 作者 馬鋼 太原市熱力公司
9、《重型柴油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析》 李云清 北京航空航天大學(xué)汽車工程系
10、《柴油機(jī)系統(tǒng)配氣機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)分析》 吳楠 廖日東 北京理工大學(xué) 機(jī)械與車輛工程學(xué)院
一、選題的依據(jù)及意義：
配氣機(jī)構(gòu)是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要組成部分.配氣機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率以及換氣質(zhì)量,因此對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的(略)經(jīng)濟(jì)性、有害排放有較大的影響.配氣機(jī)構(gòu)的工作可靠性和噪聲直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的整機(jī)可靠性和噪聲.隨著發(fā)動(dòng)機(jī)性能和排放要求的不斷提高,使得配氣機(jī)構(gòu)的研制更加迫切. 本文以4108柴油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象,對(duì)其配氣機(jī)構(gòu)參數(shù)、配氣凸輪型線、動(dòng)力學(xué)等設(shè)計(jì)原理作了深入研究和分析,并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣機(jī)構(gòu),同時(shí)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)系統(tǒng)的優(yōu)化。
二、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)(含文獻(xiàn)綜述)：
隨著內(nèi)燃機(jī)高功率、高速化發(fā)展，人們對(duì)其性能指標(biāo)的要求更高，這給配氣機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及制造工藝增加了難度。目前廣泛采用的是氣門-凸輪式配氣機(jī)構(gòu)，它具有保證氣缸密封性的優(yōu)點(diǎn)。配氣機(jī)構(gòu)系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容歸納起來(lái)主要有兩個(gè)方面，一方面是零部件的設(shè)計(jì)，包括凸型線，氣門搖臂機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，氣門彈簧及氣門等零部件的設(shè)計(jì)，其中又以凸輪型線的設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵，這是因?yàn)橥馆喿鳛檎麄€(gè)機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件，它直接控制整個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。另一方面是機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，而對(duì)于機(jī)構(gòu)動(dòng)力性能的研究，又主要集中在氣門的運(yùn)動(dòng)規(guī)律上。國(guó)外對(duì)配氣機(jī)構(gòu)的振動(dòng)模型、摩擦及配氣相位和可變氣門正時(shí)等的研究有一些報(bào)道。國(guó)內(nèi)也在致力于研究更精確的氣門振動(dòng)模型、凸輪挺柱副的動(dòng)力潤(rùn)滑、非對(duì)稱凸輪型線以及凸輪型線的擬合等問(wèn)題，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)設(shè)計(jì)了許多性能優(yōu)良的凸輪型線;(2)配氣機(jī)構(gòu)由剛性設(shè)計(jì)發(fā)展為彈性設(shè)計(jì);(3)由孤立研究凸輪設(shè)計(jì)發(fā)展到配氣機(jī)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
內(nèi)燃機(jī)配氣凸輪的研究已經(jīng)涉及到配氣機(jī)構(gòu)性能的各個(gè)方面，包括型線、挺柱的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、氣門振動(dòng)模型、挺柱與凸輪的接觸應(yīng)力、摩擦應(yīng)力等。在研究更精確的氣門振動(dòng)模型、凸輪挺柱副的動(dòng)力潤(rùn)滑、非對(duì)稱凸輪型線以及凸輪型線的擬合等方面上，國(guó)內(nèi)外都有很大的發(fā)展。
現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)采用的技術(shù)主要有以下三方面。
1)頂置凸輪軸技術(shù)。氣門-凸輪式配氣機(jī)構(gòu)具有保證氣缸密封性的優(yōu)點(diǎn)，尤其是進(jìn)排氣門能夠持久地保證燃燒室的密封性，四沖程內(nèi)燃機(jī)大多采用氣門-凸輪式配氣機(jī)構(gòu)。氣門-凸輪式配氣機(jī)構(gòu)按氣門布置分為側(cè)置氣門和頂置氣門機(jī)構(gòu)。頂置氣門配氣機(jī)構(gòu)，內(nèi)燃機(jī)的充氣系數(shù)較高，燃燒室比較緊湊，內(nèi)燃機(jī)有較好的性能指標(biāo)，是側(cè)置氣門機(jī)構(gòu)所不能達(dá)到的，故側(cè)置氣門機(jī)構(gòu)已被淘汰。頂置氣門配氣機(jī)構(gòu)根據(jù)凸輪軸的放置位置分成凸輪軸下置型和頂置凸輪軸型。絕大部分柴油機(jī)采用凸輪軸下置型，但這種機(jī)構(gòu)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的慣性力和噪聲，消耗較大的動(dòng)力。頂置凸輪軸型(OHC)是把凸輪軸放在氣門上方，省去了推桿、挺柱，可分成SOHC型和DOHC型。 SOHC型只用一根凸輪軸來(lái)驅(qū)動(dòng)進(jìn)、排氣門; DOHC型采用兩根凸輪軸來(lái)分別驅(qū)動(dòng)進(jìn)、排氣門。這種結(jié)構(gòu)適用于進(jìn)、排氣門呈v形排列的內(nèi)燃機(jī)。還有些機(jī)構(gòu)將頂置凸輪軸放在氣門室罩里，凸輪直接作用于氣門上，這種機(jī)構(gòu)省去了搖臂，高速時(shí)氣門工作良好，零件慣性力極小，工作平穩(wěn)。
凸輪軸的傳動(dòng)類型有3種：正時(shí)齒輪傳動(dòng)、正時(shí)鏈輪傳動(dòng)和驅(qū)動(dòng)帶傳動(dòng)。其中，正時(shí)齒輪傳動(dòng)主要用于要求長(zhǎng)壽命和大載荷的內(nèi)燃機(jī)，如船用、商用車和賽車內(nèi)燃機(jī);正時(shí)鏈輪傳動(dòng)，廣泛應(yīng)用于轎車內(nèi)燃機(jī)，一般來(lái)說(shuō)，它比正時(shí)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)噪音小;驅(qū)動(dòng)帶傳動(dòng)或齒形帶傳動(dòng)是新出現(xiàn)的傳動(dòng)方式，主要用于頂置凸輪軸內(nèi)燃機(jī)上。
2)多氣門技術(shù)。配氣機(jī)構(gòu)的新發(fā)展是改善燃料經(jīng)濟(jì)性，其關(guān)鍵在于如何提供更多的新鮮空氣，多氣門內(nèi)燃機(jī)很早就已經(jīng)出現(xiàn)了，但僅用于賽車，目的是減輕排氣門的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷，但并未能在內(nèi)燃機(jī)制造業(yè)得到推廣。促使多氣門內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)量迅速提高的原因在于自動(dòng)控制技術(shù)的快速發(fā)展和生產(chǎn)工藝水平的不斷提高，多氣門配氣方案能保證內(nèi)燃機(jī)在整個(gè)負(fù)荷和速度范圍內(nèi)形成佳混合氣，并適時(shí)適度送入氣缸。多氣門內(nèi)燃機(jī)不僅可以提高內(nèi)燃機(jī)功率，還可以降低燃油消耗，減少排污。據(jù)分析4氣門內(nèi)燃機(jī)燃油消耗比2氣門內(nèi)燃機(jī)燃油消耗低6%~8%。
3)可變配氣定時(shí)及氣門升程技術(shù)。常規(guī)內(nèi)燃機(jī)配氣相位都是按內(nèi)燃機(jī)性能要求，通過(guò)試驗(yàn)確定某一轉(zhuǎn)速和負(fù)荷條件下較為適合的配氣相位。為了在更大地曲軸轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)提高功率指標(biāo)，降低燃料消耗，現(xiàn)代多氣門內(nèi)燃機(jī)氣門開啟相位可以改變、升程也可以改變，稱作可變氣門運(yùn)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu)(VVT)。通過(guò)這套機(jī)構(gòu)對(duì)配氣過(guò)程的調(diào)節(jié)和控制，低、中轉(zhuǎn)速時(shí)，活塞運(yùn)動(dòng)速度低，氣流動(dòng)力學(xué)特性差，因而要求“縮小”相位重疊角，以減少工作混合氣倒流，保證低、中轉(zhuǎn)速時(shí)扭矩曲線形狀較好，降低燃油消耗率。在中高轉(zhuǎn)速時(shí)，活塞運(yùn)動(dòng)速度快，氣流動(dòng)力學(xué)特性好，因而要求“放大”相位重疊角，廢氣排放徹底，進(jìn)氣量充分，可相應(yīng)增加內(nèi)燃機(jī)扭矩。顯然，采用這一機(jī)構(gòu)，可以提高內(nèi)燃機(jī)性能、降低污染、改善怠速性能。
實(shí)現(xiàn)可變氣門技術(shù)有多種途徑，按照有無(wú)凸輪軸可分為基于凸輪軸的可變氣門機(jī)構(gòu)和無(wú)凸輪軸的可變氣門機(jī)構(gòu)兩類。傳統(tǒng)氣門控制技術(shù)都是由凸輪軸機(jī)械推動(dòng)的，電磁氣門控制技術(shù)采用由電磁驅(qū)動(dòng)的組件推動(dòng)氣門，根據(jù)ECU需要進(jìn)行動(dòng)作，這也正是VTEC等氣門控制技術(shù)追求的高境界。
4)無(wú)凸輪電液驅(qū)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu)。無(wú)凸輪電液驅(qū)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu)是一種新式的配氣機(jī)構(gòu)，與傳統(tǒng)的凸輪軸式配氣機(jī)構(gòu)相比，它的特點(diǎn)是氣門的運(yùn)行由電液來(lái)控制“它的顯著優(yōu)點(diǎn)是氣門在內(nèi)燃機(jī)各個(gè)循環(huán)中的開啟位置、開啟持續(xù)時(shí)間和氣門開啟時(shí)刻的氣門升程等可以相互獨(dú)立”所以，采用這種機(jī)構(gòu)的內(nèi)燃機(jī)在工作過(guò)程中，能夠在各種轉(zhuǎn)速下調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，并達(dá)到佳"所以，采用這種機(jī)構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)就會(huì)消耗較少的燃油，動(dòng)力性要更好，同時(shí)從發(fā)動(dòng)機(jī)排出的污染物也降低，起到了保護(hù)環(huán)境的作用。
5)液壓挺柱配氣機(jī)構(gòu)。液壓挺柱配氣機(jī)構(gòu)也是內(nèi)燃機(jī)的設(shè)計(jì)人員所開發(fā)的新式配氣機(jī)構(gòu)，配有這種機(jī)構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)和噪聲均減小，原因在于它通過(guò)液壓機(jī)構(gòu)來(lái)補(bǔ)償氣門桿身產(chǎn)生的熱膨脹，導(dǎo)致配氣機(jī)構(gòu)所帶來(lái)的撞擊噪聲也相應(yīng)減小。所以液壓挺柱在配氣機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。
當(dāng)今內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的發(fā)展趨向是在排量不變的前提下，提高內(nèi)燃機(jī)性能指標(biāo)。不論是多氣門配氣機(jī)構(gòu)還是在此基礎(chǔ)上演化而來(lái)的可變氣門運(yùn)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu)，其基本出發(fā)點(diǎn)都是，在更大范圍內(nèi)使內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和生態(tài)指標(biāo)等達(dá)到優(yōu)，這是傳統(tǒng)配氣機(jī)構(gòu)無(wú)法完成的。
三、本課題研究?jī)?nèi)容
(1)在滿足性能指標(biāo)的前提下設(shè)計(jì)YC4108型柴油機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)。
(2)應(yīng)用AVL Excite軟件建立YC4108柴油機(jī)的動(dòng)力學(xué)模型，通過(guò)模擬計(jì)算，分析該柴油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性。經(jīng)動(dòng)力學(xué)計(jì)算，依據(jù)氣門動(dòng)力學(xué)升程、凸輪與挺準(zhǔn)間的動(dòng)態(tài)接觸應(yīng)力和氣門落座速度等考察是否存在飛脫和落座反跳等現(xiàn)象。
(3)針對(duì)原配氣機(jī)構(gòu)存在的問(wèn)題和對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn)要求，利用AVL Excite軟件對(duì)配氣相位進(jìn)行優(yōu)化，并優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)排氣凸輪型線，通過(guò)對(duì)改進(jìn)后的配氣機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析和整機(jī)性能分析，判斷優(yōu)化的效果。
四、本課題研究方案
YC4108柴油機(jī)是玉柴機(jī)器股份有限公司生產(chǎn)的自主品牌發(fā)動(dòng)機(jī)，是在玉柴優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品YC6108柴油機(jī)的基礎(chǔ)上結(jié)合輕型客貨車技術(shù)特點(diǎn)開發(fā)設(shè)計(jì)的輕型車用柴油機(jī)。具有使用維修方便，動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性好，可靠性高、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，主要用于2-5t小型卡車、貨車，同時(shí)也用于發(fā)電機(jī)組、叉車、拖拉機(jī)和小型船舶。近幾年來(lái)，由于市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城區(qū)物流行業(yè)蓬勃發(fā)展，對(duì)輕型卡車和商務(wù)車的需求量與日俱增，這給輕型車用柴油機(jī)帶來(lái)了無(wú)限商機(jī)。原機(jī)型主要用于城市間的長(zhǎng)距離運(yùn)輸，對(duì)于城市交通路況需要重新設(shè)定參數(shù)，以改善燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能。本設(shè)計(jì)任務(wù)主要是在原機(jī)的基礎(chǔ)上，改進(jìn)設(shè)計(jì)進(jìn)氣系統(tǒng)及配氣機(jī)構(gòu)，達(dá)到提升發(fā)動(dòng)機(jī)性能的目的。
總體方案：
(1)計(jì)算軟件簡(jiǎn)介
本文所使用的AVL ExciteTimingDrive是一種基于WINDOWS操作系統(tǒng)的軟件，它是AVL軟件平臺(tái)中一個(gè)仿真工具，主要應(yīng)用于分析內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的性能。該軟件具備振動(dòng)噪音分析、齒輪系動(dòng)力學(xué)計(jì)算、正時(shí)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力學(xué)計(jì)算!配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)計(jì)算、凸輪型線設(shè)計(jì)和優(yōu)化等功能。根據(jù)所建立的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型，在設(shè)定的轉(zhuǎn)速下進(jìn)行計(jì)算，考慮配氣機(jī)構(gòu)各傳動(dòng)件的質(zhì)量、剛度、阻尼等。配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)計(jì)算的分析包括：氣門升程、速度、加速度、凸輪與挺柱間接觸應(yīng)力、氣門與氣門座之間的接觸力、彈簧的位移等。ExciteTimingDrive不僅可以用于配氣機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)計(jì)算，還可以用于配氣機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)"從計(jì)算機(jī)模擬的角度，使發(fā)動(dòng)機(jī)具備較好的動(dòng)力性和可靠性，同時(shí)還降低振動(dòng)和噪聲。此外，該軟件還可以分析配氣機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)的零部件，包括齒輪、鏈輪等。通過(guò)多次的運(yùn)算，可以對(duì)傳動(dòng)系加以改進(jìn)，以滿足要求。當(dāng)運(yùn)用ExcitcTimingDriv進(jìn)行凸輪型線的設(shè)計(jì)時(shí)，提供了分段加速度函數(shù)凸輪、等加速凸輪、多項(xiàng)動(dòng)力凸輪三種凸輪設(shè)計(jì)的方法設(shè)計(jì)凸輪型線，當(dāng)生成一個(gè)新的凸輪型線后，對(duì)相應(yīng)的配氣機(jī)構(gòu)做動(dòng)力學(xué)分析，如果出現(xiàn)錯(cuò)誤的結(jié)果曲線，可以對(duì)凸輪型線進(jìn)行修改，完善配氣機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能。ExciteTimingDrive的建模原理是很簡(jiǎn)單的，將配氣機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化成一個(gè)集中的質(zhì)量系統(tǒng)，而相應(yīng)的凸輪、挺柱、推桿、搖臂、氣門等零部件用所對(duì)應(yīng)的模塊來(lái)代替。該軟件提供了配氣機(jī)構(gòu)每個(gè)元件的模塊，在編輯器中用不同的圖標(biāo)來(lái)表示。當(dāng)我們選好對(duì)應(yīng)的圖標(biāo)后,再將各個(gè)模塊連接起來(lái)，就建立起一個(gè)配氣機(jī)構(gòu)的模型。接著，需要對(duì)各個(gè)模塊中的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，不同的模塊對(duì)應(yīng)不同的參數(shù)，基本的參數(shù)包括質(zhì)量、剛度、阻尼、彈性模量等，將參數(shù)設(shè)置完成之后，就可以進(jìn)行配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、齒輪系的運(yùn)動(dòng)分析等。
該軟件的輸出結(jié)果包括了模型中各個(gè)模塊的動(dòng)力學(xué)結(jié)果曲線，包括：氣門的加速度、速度、升程、凸輪與挺柱間的接觸應(yīng)力、氣門與氣門座間的接觸力、彈簧各圈位移等，并根據(jù)這些曲線評(píng)價(jià)是否存在氣門落座反跳、機(jī)構(gòu)零部件飛脫、彈簧并圈與顫振等現(xiàn)象，以及凸輪與挺柱間潤(rùn)滑效果是否良好，如果出現(xiàn)了不好的情況，可以通過(guò)該軟件進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，使配氣機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性滿足要求。
(2)YC4108柴油機(jī)的性能指標(biāo)為
柴油機(jī)類型:水冷四沖程直列式頂置式氣門
氣缸數(shù)-缸徑×沖程:4-108mm×115mm 連桿長(zhǎng)度：L=152mm
排氣量:4.214cc 壓縮比:17.5
燃燒形式:直接噴射 潤(rùn)滑方式:壓力循環(huán)飛濺復(fù)合式
冷卻方式:閉式壓力循環(huán) 起到方式:電啟動(dòng)
電機(jī)停止方式:燃油控制系統(tǒng)
輸出功率:75kW/2800rpm 大扭矩:268Nm/1600-1900rpm
怠速:600rpm 大空轉(zhuǎn):3000rpm
全負(fù)荷低燃油消耗率:225g/kw.h
冷起動(dòng)溫度:-25℃ 排氣溫度:<600℃
(3)在滿足上述性能指標(biāo)的前提下設(shè)計(jì)YC4108型柴油機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)。
該款發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)為上置凸輪軸四氣門機(jī)構(gòu)，主要由凸輪、挺柱、推桿、搖臂、氣門橋、氣門彈簧、氣門、氣門座等組成。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)計(jì)算,需要建立動(dòng)力學(xué)模型,在動(dòng)力學(xué)計(jì)算的發(fā)展中,出現(xiàn)過(guò)多種模型,分別是單質(zhì)量模型、二質(zhì)量模型、多質(zhì)量模型、有限元模型。本文利用AVL Excite軟件建立該柴油發(fā)動(dòng)機(jī)頂置凸輪軸式配氣機(jī)構(gòu)的模型。
(4)配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析
氣門機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，可以作為一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)分析其特性。簡(jiǎn)化后建立其單自由度模型，并且考慮該系統(tǒng)的阻尼、間隙、脫離、落座等各種因素，凸輪與從動(dòng)件系統(tǒng)相互影響等，當(dāng)中的各部件可以作為彈性質(zhì)點(diǎn)，其剛度為非線性剛度。
對(duì)動(dòng)力學(xué)結(jié)果評(píng)價(jià)主要考慮到凸輪與從動(dòng)件的飛脫、氣門落座速度或氣門反跳、凸輪接觸應(yīng)力、活塞與氣門的干涉以及氣門彈簧的動(dòng)力學(xué)特性等。
在AVL Excite軟件當(dāng)中，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的實(shí)體結(jié)構(gòu)及零部件布置情況，通過(guò)外部的CAD 軟件或有限元計(jì)算得到各部件的質(zhì)量與剛度，建立該發(fā)動(dòng)機(jī)單個(gè)氣缸的配氣機(jī)構(gòu)進(jìn)氣門計(jì)算模型如圖所示。
(5)凸輪型線的優(yōu)化設(shè)計(jì)
針對(duì)配氣機(jī)構(gòu)進(jìn)、排氣模型，在模擬計(jì)算的基礎(chǔ)上，從改進(jìn)配氣凸輪型線設(shè)計(jì)的角度，來(lái)研究配氣機(jī)構(gòu)性能優(yōu)化的途徑。通過(guò)改進(jìn)配氣凸輪型線，綜合分析配氣凸輪型線設(shè)計(jì)的主要影響因素及趨勢(shì)，提出改進(jìn)設(shè)計(jì)的配氣凸輪型線方案。
五、目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度
目標(biāo)：在AVL Excite軟件當(dāng)中，對(duì)某柴油機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)進(jìn)行了單閥系的動(dòng)力學(xué)計(jì)算，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，指出了設(shè)計(jì)上的某些不足;接著又進(jìn)行了凸輪型線的優(yōu)化設(shè)計(jì)，再次進(jìn)行動(dòng)動(dòng)力學(xué)計(jì)算，與原型線相比，結(jié)果有所改善。
特色：1、對(duì)配氣機(jī)構(gòu)的建模、動(dòng)力學(xué)計(jì)算、分析和凸輪型線優(yōu)化設(shè)計(jì)做出了較充足的研究。
2、使用AVL軟件對(duì)配氣機(jī)構(gòu)做出了模擬分析。
畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度計(jì)劃
序號(hào) 各階段工作內(nèi)容 起訖日期 備注
1 查閱相關(guān)資料，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，翻譯資料等 3月5日～3月18日 交外文資料翻譯稿
2 撰寫開題報(bào)告 3月19日～4月1日 交開題報(bào)告
3 縱橫剖面圖和配氣機(jī)構(gòu)圖繪制 4月2日～4月22日
4 配氣機(jī)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)、凸輪軸圖繪制 4月23日～5月21日 必須用計(jì)算機(jī)繪制，交零件設(shè)計(jì)圖
5 撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 5月22日～5月27日 交畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書
6 畢業(yè)答辯 5月28日～6月1日 核查所有文檔
六、參考文獻(xiàn)
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8、《內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展 作者 馬鋼 太原市熱力公司
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