配气机构动力学仿真

郭一平张翼:配气机构动力学仿真配气机构动力学仿真Valve-train Dynamics Simulation平张翼(中北大学)〔摘要〕本文主要是运用多体力学软件 ADAMS的 ENGINE模块建立配气机构的动力学仿真模型,对其进行动态仿真分析,从而得到气门的升程、速度、加速度、气门支撑反力等曲线,并对这些曲线进行分析和对比。〔关键词〕配气机构;动力学; ADAMSKey words: valve-train dynamics ADAMS0引言在动力学建模中,不同于运动学建模,将摇臂与配气机构是柴油机的重要组成部分之一,它的气门接触处的曲线一曲线约束解除,而代之以碰撞功能是实现换气过程,即根据气缸的工作次序,定时力;气门与气门座之间,也定义一对碰撞力,模拟地开启和关闭进排气门,以保证气缸吸入新鮮空气气门落座力;摇臂的支承铰链解除,代之以柔性衬和排除燃烧废气。一台柴油机的经济性能是否优越,套;此外还定义气门与机体间的弹簧力。为考查仿工作是否可靠,噪声与振动能否控制在较低的限度,真过程中参数的变化还要预先定义凸轮压力角、凸常常与其配气机构设计是否合理有密切关系。目轮与播臂间相对滑移、摇臂与气门间相对滑移等参前,对配气机构的研究已经涉及到配气机构性能的数,以便以后处理时观察仿真结果。各个方面包括凸轮型线、挺柱的运动规律气门振3配气机构原始数据动模型、挺柱与凸轮的接触应力摩擦应力等进气门体积:28259614e+0.3m3;进气门质量1软件介绍2204249902kg;气门弹簧座体积:28117957e+配气机构的动力学仿真采用了 ADAMS0.3m;气门弹簧座质量:281179570.3m;门弹簧Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System)自由长度:om;气门弹簧压缩长度:35m;凸轮体软件, ADAMS软件是由美国机械动力公司积:70023768e+03m3;凸轮质量:54618539e-Mechanical Dynamics Inc)开发的最优秀的机械动0.2kg;气门座圈直径:13mm;凸轮包角:90°。态仿真软件,是目前世界上最具权威性的,使用范围4配气机构动力学模型的建立最广的机械系统动力学分析软件,在全球占有率最(1)创建配气子系统高。 ADAMS软件可以广泛应用于航天航空、汽车工新建一个模型在弹出的窗口输入模型的名称程、铁路车辆及装备、工业机械、工程机械等领域。(2)替换气门弹簧2配气机构动力学模型建立前准备工作将原始的弹簧数据替换成本次研究的配气机构顶置凸轮配气机构由凸轮、掘臂、气门、气门座的弹簧数等部件组成,其主要部件质量、转动惯量、质心位置(3)修改气门座圈的半径等物理特性参数由三维CAD软件 PRO/ENGINEER中气门座圈,修改气门座圈的直径。计算得到。部件几何位置关系,也由 PRO/ENGINEER壮上电中国煤化工计算得到。刚度、阻尼等由试验测得。在运动学建模中,定义凸轮与摇臂、摇臂与气门均为曲线一曲线约CNMHG束,凸轮、摇臂等的支承均为刚性的铰链约束内燃机与配件2011年第6期图1配气机构幼力学模型5配气机构动力学模型仿真图4气门升程曲线对配气机构进行动力学仿真输人配气机构的转速、循环次数和输出文件的名称。图2动力学仿真数输入6配气机构动力学模型仿真结果图5进气门速度曲线在凸轮上定义运动驱动后,即可进行运动学的仿真了。通过 ADAMS软件对发动机进行固定转速下的动力学仿真和动力学分析,可得到各种转速下的凸轮压力角,气门升程、速度、加速度、弹簧作用力与凸轮转角和凸轮接触力与转角的关系等曲线。取部分曲线图如图3、图4、图5、图6所示中国煤化工气门的最大升图3进气门与凸轮接始力曲线CNMHG下转第17页)徐燕茹苏铁熊龚玉霞:发动机连杆材料、工艺以及表面强化的研究现状也即是提高了连杆的疲劳寿命。喷丸强化提高零件4结束语疲劳寿命的第二个原因就是引起金属表层组织结综上所述,无论在材料,工艺还是在强化方面构的变化,如亚晶粒细化晶格畸变位错密度增高国内与国外先进水平还有一定差距,但通过引进国等,这些变化使零件表层材料的屈服强度增高,使外先进技术和设备,国内连杆成品质量得到了提零件不易在强化层内产生疲劳源也即提高了零件高。希望在政府的扶持和引导下,能给予相关研究的疲劳性能。如果零件表面存在微裂纹喷丸形成单位和人员提供一个较好的开发平台,在连杆的生的强化层组织亦能降低裂纹的扩展速率延缓疲劳产过程中,实现技术突破。破坏。但喷丸强化对零件疲劳强度也有不利的参考文献面,因喷丸过程会在零件表层形成许多弹坑,影响凹徐红光蒋素琴发动机连杆制造材料及特点分析天津汽表面粗糙度,只要喷丸强度适宜,弹丸合格,这种粗.车2002()28-29糙度是可控的。有确凿的数据证明,通过喷丸强化,[2李永样毕晓勤金属基复合材料机器在发动机制造中的应能让板簧的抗疲劳寿命延长60%,传动齿轮的抗用车用发动机2005269疲劳寿命延长1500%,曲轴的抗疲劳寿命延长③吴树森日本金属基复合材料的研究与应用兵器材料科学90%。依赖该工艺零件可设计得更轻巧,一些原与工程199560来因工艺规格要求不得不使用昂贵材质的零件现4中国航空材料手册》编委会中国航空材料手册M北京中国标准出版社,1989:539在也可替换使用低价格材料,通过喷丸强化能达到5李鹏国外汽车发动机连杆材料最新应用汽车工艺与材料,同等甚至更好的性能标准20101:42国外高水平喷丸装备集中在欧美,比如美国的曹正汽车发动机连杆材料的现状及发展趋势汽车工艺与PANBORN、丹麦的DSA、日本 SINTO、德国的材料001)7-10Schlick等,国外厂家虽然在国内建厂(丹麦DSA设[7王乾发动机连杆新材料的发展与研究工程材料应用2010分厂在常州,日本 SINTO控股95%与青岛新东机械6971有限公司合资),但由于技术保密但一般都是独资8张秋华汽车发动机连杆新材料新工艺的应用研究芜湖职或者是控股。目前我国喷丸设备的生产还是以模仿业技术学院学报201020)19-22为主,技术开发力量较弱,喷丸设备水平总体是国韩风粉末银造汽车发动机连杆新进展MC现代零部件外上世纪80年代初中期水平,无论是在机械结构2008(7:72-74]维尔贝莱特集团.表面工程技术在汽车零部件生产中的性能上还是在设备控制、监测等方面与国外先进技应用机械工程师20094:112术均存在较大差距。作者简介:徐燕茹,女,1987-,研究方向:动力机械及工程。(上接第2页)对比不同配气机构的仿真结果,可以发现在保证气程;从气门速度曲线中,可以得出气门开启速度、速加速度连续的基础上,减小凸轮压力角,增大气门升度等的数值分别为007m/s和335ms3,可以看出气程,对改善发动机换气、改善配气机构的润滑条件等具门开启速度较小,所以气门受到的冲击较小,在开启有显著的效果,是发动机配气机构性能明显提高。时传动没有出现脱离现象。在气门开启后到关闭前,参考文献气门升程、速度曲线变化连续,虽然加速度曲线在整]陈家瑞马天飞汽车构造第五版北京.2006个过程中变化幅度有点大,但系统没有出现传动脱[2]Daws, Matthew C. Asscement of the impact of camshaft离现象,该机构运行是可靠的。machining inputs on value train sound quality using vibration(2)本文通过运用数字多体程序 ADAMS软件analysis[D]. University of Windsor, 2002进行发动机配气机构的动力学仿真分析。仿真结果浦清顶置凸轮配气机构仿真分析汽车科技中国煤化工可得到凸轮压力角,气门升程、速度、加速度等,通过CNMHG