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凸輪型線對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響畢業(yè)論文李祥明-wenkub

2023-07-08 16:21:06 本頁(yè)面
 

【正文】 下,中國(guó)在這方面會(huì)較晚些,中國(guó)的一些科學(xué)研究所國(guó)內(nèi)對(duì)凸輪型線的設(shè)計(jì),另外還有動(dòng)力學(xué)計(jì)算方面的課題的研究大約自1973年。由此,便可以看出對(duì)配氣機(jī)構(gòu)的要求更是日趨提高。通過(guò)繪制出的性能曲線,得出凸輪型線對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能不同影響的結(jié)論,這就為柴油機(jī)的性能提高和優(yōu)化改善,奠定了理論基礎(chǔ)。在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣提前角、遲閉角和排氣提前角、遲閉角這4個(gè)角度中,以進(jìn)氣遲閉角和排氣早開(kāi)角最重要,進(jìn)氣遲閉角對(duì)進(jìn)氣充量系數(shù)影響最大,排氣提前角對(duì)換氣效率,功率損失影響最大。由此可知,影響配氣機(jī)構(gòu)工作質(zhì)量的關(guān)鍵部件就是配氣凸輪。發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的彈性變形會(huì)引起氣門劇烈振動(dòng),嚴(yán)重時(shí)氣門將產(chǎn)生“飛脫"和“反跳"影響氣門機(jī)構(gòu)的正常運(yùn)行[5]。對(duì)于柴油機(jī)來(lái)說(shuō),改善進(jìn)排氣效率、優(yōu)化配氣凸輪型線、合理選取配氣相位是降低尾氣排放的首要手段。摘 要 摘要 能源和環(huán)境保護(hù)是當(dāng)今世界發(fā)展的兩大主題。本文通過(guò)GT-Power建立柴油機(jī)整機(jī)模型,通過(guò)設(shè)計(jì)凸輪型線比較其性能參數(shù)的變化,根據(jù)性能比較可看出型線的設(shè)計(jì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響,為柴油機(jī)的性能提高提供了重要的理論依據(jù)。配氣機(jī)構(gòu)進(jìn)氣和排氣通風(fēng)性能應(yīng)該良好,具有較大的時(shí)面值;同時(shí),配氣機(jī)構(gòu)應(yīng)該具備動(dòng)力性良好,穩(wěn)定性好,振動(dòng)和噪聲小,無(wú)磨損、沖擊等現(xiàn)象。怎樣將凸輪輪廓線設(shè)計(jì)的具有合理性是整個(gè)配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中最主要的問(wèn)題。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,時(shí)代對(duì)柴油機(jī)的性能要求越來(lái)越高,行業(yè)開(kāi)發(fā)者最近幾年的研究方向主要在,通過(guò)合理的選擇需要的參數(shù),匹配與之相關(guān)的結(jié)構(gòu)參數(shù),使柴油機(jī)在排放,經(jīng)濟(jì)節(jié)能和動(dòng)力方面有所提高,使柴油機(jī)性能越來(lái)越好。1.2配氣機(jī)構(gòu)技術(shù)現(xiàn)狀與分析模型發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件有很多,配氣機(jī)構(gòu)是主要部分之一,十分重要。在內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展過(guò)程中,配氣凸輪型線的優(yōu)化設(shè)計(jì)起到關(guān)鍵作用。在這一段時(shí)間內(nèi),中國(guó)的一些大學(xué)都研究出了一些成果。之后選擇一個(gè)柴油機(jī),對(duì)其配氣系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)計(jì)算,分析得出結(jié)論。濰柴和山大都對(duì)WD618.42柴油機(jī)其配氣凸輪型線的改進(jìn)優(yōu)化設(shè)計(jì)很關(guān)注,一起運(yùn)用Boost軟件和Tycon軟件,讓配氣相位和輪廓線函數(shù)都得到了優(yōu)化。如今又出現(xiàn)了新的設(shè)計(jì)方法:動(dòng)力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)。動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)優(yōu)于靜態(tài)設(shè)計(jì),前者更能將配氣機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和受力情況詳細(xì)準(zhǔn)確的描述出來(lái)。在內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力學(xué)分析時(shí),無(wú)論凸輪軸是什么樣的結(jié)構(gòu),配氣機(jī)構(gòu)都可以匹配到相應(yīng)正確的動(dòng)力學(xué)模型。它的優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,方便制造。近年來(lái),隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷創(chuàng)新完善,計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)在汽車研發(fā)領(lǐng)域中已經(jīng)被廣泛應(yīng)用,如計(jì)算流體力學(xué)(CFD)軟件FIRE、FLUENT、WAVE、FLOWMASTER等;發(fā)動(dòng)機(jī)性能仿真軟件GT-Power、BOOST等;發(fā)動(dòng)機(jī)與整車匹配軟件CRUISE、GT-Drive等[20]。本文將設(shè)計(jì)出兩種凸輪型線,然后利用GT-Power軟件建立的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)模型,分析兩種凸輪型線對(duì)柴油機(jī)性能參數(shù)的不同影響,為柴油機(jī)今后的改進(jìn)提供理論依據(jù)。因此,對(duì)內(nèi)燃機(jī)配氣系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究,特別是對(duì)內(nèi)燃機(jī)配氣凸輪型線的優(yōu)化設(shè)計(jì),對(duì)內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展尤其重要。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步,以及預(yù)測(cè)模型的不斷發(fā)展改進(jìn),使得計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在發(fā)動(dòng)機(jī)研制和開(kāi)發(fā)中得到了普遍的應(yīng)用。在配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中凸輪外形的設(shè)計(jì)極為重要,這是由于配氣凸輪的形狀直接決定了氣門開(kāi)關(guān)的快慢、開(kāi)度的大小、開(kāi)啟時(shí)間的長(zhǎng)短。上述兩方面要求是互相矛盾的,必須根據(jù)具體情況妥善加以解決。小曲率半徑會(huì)導(dǎo)致凸輪與挺柱間的接觸應(yīng)力過(guò)大,使凸輪過(guò)早磨損,一般認(rèn)為最小曲率半徑應(yīng)大于等于2 mm。目前常用的凸輪外形可分為兩大類,一是由若干段簡(jiǎn)單幾何曲線構(gòu)成的圓弧凸輪;一是由函數(shù)曲線組成的函數(shù)凸輪。函數(shù)凸輪的最大優(yōu)點(diǎn)就是:在凸輪整個(gè)工作段中,加速度曲線不出現(xiàn)突變,而是逐漸變化的,這樣就能很好的彌補(bǔ)圓弧凸輪所存在的缺陷了。常見(jiàn)的組合式凸輪有:復(fù)合正弦凸輪、復(fù)合擺線凸輪、復(fù)合正弦拋物線加速度凸輪等。而在現(xiàn)代動(dòng)力優(yōu)化設(shè)計(jì)中,配氣機(jī)構(gòu)則被視作更符合實(shí)際情況的彈性體,先選取理想的氣門升程函數(shù),然后通過(guò)配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行計(jì)算從而使挺柱升程曲線得到優(yōu)化,進(jìn)而得到凸輪的外輪廓線。 ω為凸輪軸角速度(rad/s)。當(dāng)ε,系統(tǒng)為柔性系統(tǒng),此時(shí)應(yīng)選用平穩(wěn)性更佳的多項(xiàng)式凸輪、N次諧波或高次方凸輪。設(shè)計(jì)緩沖段的通常做法是把理論基圓半徑減小一個(gè)δ值,形成實(shí)際基圓,然后用過(guò)度曲線把實(shí)際基圓與凸輪的基本工作段圓滑相連。~40176。反之,影響則越小。ht02=a?01(φ02?01)+a2?012?t02=?01at02=0式中 a——預(yù)先選定的加速度值 ?01——預(yù)先選定的加速度所占凸輪轉(zhuǎn)角 φ02——預(yù)先選定的等速段所占凸輪轉(zhuǎn)角這種緩沖曲線具有如下優(yōu)點(diǎn):當(dāng)配氣機(jī)構(gòu)間隙出現(xiàn)變化時(shí),等速段能保證氣門總以恒定的速度開(kāi)啟和落座;這種緩沖曲線在等速段的變化率較大,導(dǎo)致的結(jié)果便是使配氣機(jī)構(gòu)間隙發(fā)生變化時(shí),或在剛度及凸輪制造尺寸存在差異時(shí),由其引起的氣門開(kāi)啟與落座點(diǎn)的變化較小,從而減小對(duì)配氣定時(shí)的影響;等加速段的作用就是保證挺柱由實(shí)際基圓過(guò)渡到緩沖段工作時(shí),速度由零慢慢增大,不產(chǎn)生突變,工作平穩(wěn),且緩沖段的終點(diǎn)的加速度為0,工作過(guò)程中沖擊和噪聲也較小。其方程式為ht0=hδ(1cosπ2?039。)2cosπ2?039。在配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)研究的早期階段,凸輪的輪廓線通常都是由幾種圓弧段或直線段組成,像這類幾何形狀比較簡(jiǎn)單的凸輪可稱為幾何凸輪,例如圓弧凸輪和切線凸輪。例如等加速凸輪、梯形加速度凸輪和修正梯形加速度凸輪,F(xiàn)B2型凸輪、復(fù)合正弦凸輪、低次方組合式凸輪、Kurz的無(wú)沖擊凸輪等等。例如h(a)為多項(xiàng)式形式的,稱為多項(xiàng)式凸輪。但同時(shí)由于其豐滿系數(shù)有時(shí)較小,所以設(shè)計(jì)難度會(huì)較大。動(dòng)力修正式凸輪恰好相反,它是先設(shè)計(jì)理想的氣門升程函數(shù)ya,然后根據(jù)動(dòng)力學(xué)方程反過(guò)來(lái)確定h(a),多項(xiàng)動(dòng)力凸輪就屬于這種類型的凸輪,N次諧波凸輪也可以進(jìn)行動(dòng)力修正。這里只介紹第一類即“正負(fù)零型”等加速凸輪的計(jì)算方法,對(duì)于第二類等加速凸輪的計(jì)算,可以做類似的說(shuō)明[23]。它們要滿足以下條件:1) α=0時(shí),h(α)=0,由此可推出A0=02) α=0時(shí),dhdt=ω?dhdα=?0,即dhdα|α=0=?0ω其中ω為凸輪旋轉(zhuǎn)角速度,?0為基本段初速度,均作為已知常數(shù)。, 59176。(一般p=2,q=2n, r=2n+2m, s=2n+4m)m,n為一定范圍的正整數(shù),通常m=2~9,n=3~10),需要根據(jù)m,n計(jì)算出特性參數(shù)最大正加速度、最大負(fù)加速度、凸輪最高點(diǎn)曲率半徑、豐滿系數(shù),然后對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行分析比較,根據(jù)分析結(jié)果,選定一組m,n,從而確定函數(shù)的具體形式,然后對(duì)配齊機(jī)構(gòu)中的挺柱升程、速度、加速度進(jìn)行計(jì)算。式中x=(1ααB),其中0176。為間隔計(jì)算轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)的氣門升程,由于本次設(shè)計(jì)采用的均是對(duì)稱凸輪所以只計(jì)算其中一半。運(yùn)用Excel先進(jìn)行x值的計(jì)算,在根據(jù)所得的各轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)的x值使用Excel計(jì)算所對(duì)應(yīng)的氣門升程,—升程計(jì)算h(a)=+++式中x=(1ααB),其中0176。在此之前所討論的配氣機(jī)構(gòu),都是在假設(shè)配氣機(jī)構(gòu)是剛性的條件下進(jìn)行的。這些因素使氣門理論生成曲線與實(shí)際升程曲線差別更大。此外,由于振動(dòng)使氣門落座速度超過(guò)了設(shè)計(jì)值,造成氣門的反跳現(xiàn)象,這也嚴(yán)重的影響了氣門和氣門座的工作可靠性和耐久性。GTpower是一款具有發(fā)動(dòng)機(jī)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的模擬仿真工具,它是由Gamma Technologies公司開(kāi)發(fā)的,現(xiàn)在被世界上大多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)和汽車制造廠家及供應(yīng)商使用。另外,GTPower這款軟件可以用于預(yù)
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