配氣機構動(dòng)力學(xué)仿真

郭一平張翼:配氣機構動(dòng)力學(xué)仿真配氣機構動(dòng)力學(xué)仿真Valve-train Dynamics Simulation平張翼(中北大學(xué))〔摘要〕本文主要是運用多體力學(xué)軟件 ADAMS的 ENGINE模塊建立配氣機構的動(dòng)力學(xué)仿真模型,對其進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真分析,從而得到氣門(mén)的升程、速度、加速度、氣門(mén)支撐反力等曲線(xiàn),并對這些曲線(xiàn)進(jìn)行分析和對比?！碴P(guān)鍵詞〕配氣機構;動(dòng)力學(xué); ADAMSKey words: valve-train dynamics ADAMS0引言在動(dòng)力學(xué)建模中,不同于運動(dòng)學(xué)建模,將搖臂與配氣機構是柴油機的重要組成部分之一,它的氣門(mén)接觸處的曲線(xiàn)一曲線(xiàn)約束解除,而代之以碰撞功能是實(shí)現換氣過(guò)程,即根據氣缸的工作次序,定時(shí)力;氣門(mén)與氣門(mén)座之間,也定義一對碰撞力,模擬地開(kāi)啟和關(guān)閉進(jìn)排氣門(mén),以保證氣缸吸入新鮮空氣氣門(mén)落座力;搖臂的支承鉸鏈解除,代之以柔性襯和排除燃燒廢氣。一臺柴油機的經(jīng)濟性能是否優(yōu)越,套;此外還定義氣門(mén)與機體間的彈簧力。為考查仿工作是否可靠,噪聲與振動(dòng)能否控制在較低的限度,真過(guò)程中參數的變化還要預先定義凸輪壓力角、凸常常與其配氣機構設計是否合理有密切關(guān)系。目輪與播臂間相對滑移、搖臂與氣門(mén)間相對滑移等參前,對配氣機構的研究已經(jīng)涉及到配氣機構性能的數,以便以后處理時(shí)觀(guān)察仿真結果。各個(gè)方面包括凸輪型線(xiàn)、挺柱的運動(dòng)規律氣門(mén)振3配氣機構原始數據動(dòng)模型、挺柱與凸輪的接觸應力摩擦應力等進(jìn)氣門(mén)體積:28259614e+0.3m3;進(jìn)氣門(mén)質(zhì)量1軟件介紹2204249902kg;氣門(mén)彈簧座體積:28117957e+配氣機構的動(dòng)力學(xué)仿真采用了 ADAMS0.3m;氣門(mén)彈簧座質(zhì)量:281179570.3m;門(mén)彈簧Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System)自由長(cháng)度:om;氣門(mén)彈簧壓縮長(cháng)度:35m;凸輪體軟件, ADAMS軟件是由美國機械動(dòng)力公司積:70023768e+03m3;凸輪質(zhì)量:54618539e-Mechanical Dynamics Inc)開(kāi)發(fā)的最優(yōu)秀的機械動(dòng)0.2kg;氣門(mén)座圈直徑:13mm;凸輪包角:90°。態(tài)仿真軟件,是目前世界上最具權威性的,使用范圍4配氣機構動(dòng)力學(xué)模型的建立最廣的機械系統動(dòng)力學(xué)分析軟件,在全球占有率最(1)創(chuàng )建配氣子系統高。 ADAMS軟件可以廣泛應用于航天航空、汽車(chē)工新建一個(gè)模型在彈出的窗口輸入模型的名稱(chēng)程、鐵路車(chē)輛及裝備、工業(yè)機械、工程機械等領(lǐng)域。(2)替換氣門(mén)彈簧2配氣機構動(dòng)力學(xué)模型建立前準備工作將原始的彈簧數據替換成本次研究的配氣機構頂置凸輪配氣機構由凸輪、掘臂、氣門(mén)、氣門(mén)座的彈簧數等部件組成,其主要部件質(zhì)量、轉動(dòng)慣量、質(zhì)心位置(3)修改氣門(mén)座圈的半徑等物理特性參數由三維CAD軟件 PRO/ENGINEER中氣門(mén)座圈,修改氣門(mén)座圈的直徑。計算得到。部件幾何位置關(guān)系,也由 PRO/ENGINEER壯上電中國煤化工計算得到。剛度、阻尼等由試驗測得。在運動(dòng)學(xué)建模中,定義凸輪與搖臂、搖臂與氣門(mén)均為曲線(xiàn)一曲線(xiàn)約CNMHG束,凸輪、搖臂等的支承均為剛性的鉸鏈約束內燃機與配件2011年第6期圖1配氣機構幼力學(xué)模型5配氣機構動(dòng)力學(xué)模型仿真圖4氣門(mén)升程曲線(xiàn)對配氣機構進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真輸人配氣機構的轉速、循環(huán)次數和輸出文件的名稱(chēng)。圖2動(dòng)力學(xué)仿真數輸入6配氣機構動(dòng)力學(xué)模型仿真結果圖5進(jìn)氣門(mén)速度曲線(xiàn)在凸輪上定義運動(dòng)驅動(dòng)后,即可進(jìn)行運動(dòng)學(xué)的仿真了。通過(guò) ADAMS軟件對發(fā)動(dòng)機進(jìn)行固定轉速下的動(dòng)力學(xué)仿真和動(dòng)力學(xué)分析,可得到各種轉速下的凸輪壓力角,氣門(mén)升程、速度、加速度、彈簧作用力與凸輪轉角和凸輪接觸力與轉角的關(guān)系等曲線(xiàn)。取部分曲線(xiàn)圖如圖3、圖4、圖5、圖6所示中國煤化工氣門(mén)的最大升圖3進(jìn)氣門(mén)與凸輪接始力曲線(xiàn)CNMHG下轉第17頁(yè))徐燕茹蘇鐵熊龔玉霞:發(fā)動(dòng)機連桿材料、工藝以及表面強化的研究現狀也即是提高了連桿的疲勞壽命。噴丸強化提高零件4結束語(yǔ)疲勞壽命的第二個(gè)原因就是引起金屬表層組織結綜上所述,無(wú)論在材料,工藝還是在強化方面構的變化,如亞晶粒細化晶格畸變位錯密度增高國內與國外先進(jìn)水平還有一定差距,但通過(guò)引進(jìn)國等,這些變化使零件表層材料的屈服強度增高,使外先進(jìn)技術(shù)和設備,國內連桿成品質(zhì)量得到了提零件不易在強化層內產(chǎn)生疲勞源也即提高了零件高。希望在政府的扶持和引導下,能給予相關(guān)研究的疲勞性能。如果零件表面存在微裂紋噴丸形成單位和人員提供一個(gè)較好的開(kāi)發(fā)平臺,在連桿的生的強化層組織亦能降低裂紋的擴展速率延緩疲勞產(chǎn)過(guò)程中,實(shí)現技術(shù)突破。破壞。但噴丸強化對零件疲勞強度也有不利的參考文獻面,因噴丸過(guò)程會(huì )在零件表層形成許多彈坑,影響凹徐紅光蔣素琴發(fā)動(dòng)機連桿制造材料及特點(diǎn)分析天津汽表面粗糙度,只要噴丸強度適宜,彈丸合格,這種粗.車(chē)2002()28-29糙度是可控的。有確鑿的數據證明,通過(guò)噴丸強化,[2李永樣畢曉勤金屬基復合材料機器在發(fā)動(dòng)機制造中的應能讓板簧的抗疲勞壽命延長(cháng)60%,傳動(dòng)齒輪的抗用車(chē)用發(fā)動(dòng)機2005269疲勞壽命延長(cháng)1500%,曲軸的抗疲勞壽命延長(cháng)③吳樹(shù)森日本金屬基復合材料的研究與應用兵器材料科學(xué)90%。依賴(lài)該工藝零件可設計得更輕巧,一些原與工程199560來(lái)因工藝規格要求不得不使用昂貴材質(zhì)的零件現4中國航空材料手冊》編委會(huì )中國航空材料手冊M北京中國標準出版社,1989:539在也可替換使用低價(jià)格材料,通過(guò)噴丸強化能達到5李鵬國外汽車(chē)發(fā)動(dòng)機連桿材料最新應用汽車(chē)工藝與材料,同等甚至更好的性能標準20101:42國外高水平噴丸裝備集中在歐美,比如美國的曹正汽車(chē)發(fā)動(dòng)機連桿材料的現狀及發(fā)展趨勢汽車(chē)工藝與PANBORN、丹麥的DSA、日本 SINTO、德國的材料001)7-10Schlick等,國外廠(chǎng)家雖然在國內建廠(chǎng)(丹麥DSA設[7王乾發(fā)動(dòng)機連桿新材料的發(fā)展與研究工程材料應用2010分廠(chǎng)在常州,日本 SINTO控股95%與青島新東機械6971有限公司合資),但由于技術(shù)保密但一般都是獨資8張秋華汽車(chē)發(fā)動(dòng)機連桿新材料新工藝的應用研究蕪湖職或者是控股。目前我國噴丸設備的生產(chǎn)還是以模仿業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報201020)19-22為主,技術(shù)開(kāi)發(fā)力量較弱,噴丸設備水平總體是國韓風(fēng)粉末銀造汽車(chē)發(fā)動(dòng)機連桿新進(jìn)展MC現代零部件外上世紀80年代初中期水平,無(wú)論是在機械結構2008(7:72-74]維爾貝萊特集團.表面工程技術(shù)在汽車(chē)零部件生產(chǎn)中的性能上還是在設備控制、監測等方面與國外先進(jìn)技應用機械工程師20094:112術(shù)均存在較大差距。作者簡(jiǎn)介:徐燕茹,女,1987-,研究方向:動(dòng)力機械及工程。(上接第2頁(yè))對比不同配氣機構的仿真結果,可以發(fā)現在保證氣程;從氣門(mén)速度曲線(xiàn)中,可以得出氣門(mén)開(kāi)啟速度、速加速度連續的基礎上,減小凸輪壓力角,增大氣門(mén)升度等的數值分別為007m/s和335ms3,可以看出氣程,對改善發(fā)動(dòng)機換氣、改善配氣機構的潤滑條件等具門(mén)開(kāi)啟速度較小,所以氣門(mén)受到的沖擊較小,在開(kāi)啟有顯著(zhù)的效果,是發(fā)動(dòng)機配氣機構性能明顯提高。時(shí)傳動(dòng)沒(méi)有出現脫離現象。在氣門(mén)開(kāi)啟后到關(guān)閉前,參考文獻氣門(mén)升程、速度曲線(xiàn)變化連續,雖然加速度曲線(xiàn)在整]陳家瑞馬天飛汽車(chē)構造第五版北京.2006個(gè)過(guò)程中變化幅度有點(diǎn)大,但系統沒(méi)有出現傳動(dòng)脫[2]Daws, Matthew C. Asscement of the impact of camshaft離現象,該機構運行是可靠的。machining inputs on value train sound quality using vibration(2)本文通過(guò)運用數字多體程序 ADAMS軟件analysis[D]. University of Windsor, 2002進(jìn)行發(fā)動(dòng)機配氣機構的動(dòng)力學(xué)仿真分析。仿真結果浦清頂置凸輪配氣機構仿真分析汽車(chē)科技中國煤化工可得到凸輪壓力角,氣門(mén)升程、速度、加速度等,通過(guò)CNMHG