【導(dǎo)讀】大功率高強(qiáng)化中高速柴油機(jī)的發(fā)展對(duì)供油凸輪也提出了更高的要求，在噴油壓力。因此傳統(tǒng)的供油凸輪已不能適應(yīng)這種趨勢(shì)，急待尋求新型的供油凸輪。了滿意的效果，但在理論研究方面尚有待進(jìn)一步的深入。析，分析各自的優(yōu)劣，以此更好的吸收最新的設(shè)計(jì)理念。的發(fā)展趨勢(shì)，具有工程實(shí)踐意義。

　　

【正文】 影響比較大，導(dǎo)致排放污染比較嚴(yán)重 （ 2） 兩曲線負(fù)向加速度段，此段數(shù)值的絕對(duì)值不能過(guò)大，否則，由于噴油器柱塞慣性力比較大，克服了噴油泵柱塞下端頂桿彈簧力的作用力，致使凸輪與滾輪脫離，產(chǎn)生間隙，造成不必要的沖擊、噪聲和影響凸輪的壽命 觀察兩 種供油凸輪加速度曲線會(huì)發(fā)現(xiàn)， DF4B機(jī)車(chē)供油凸輪從動(dòng)件加速度曲線在 兩段元弧交接點(diǎn)處產(chǎn)生加速度的突變（在數(shù)學(xué)上稱(chēng)之為不連續(xù)）， 由于加速度的突變 ,主要產(chǎn)生以下三個(gè)問(wèn)題 [10]： （ 1） 凸輪從動(dòng)件慣性力產(chǎn)生突變 , 使系統(tǒng)劇烈振動(dòng) , 影響系統(tǒng)工作的可靠性及壽命嚴(yán)重時(shí)可能產(chǎn)生滾輪與凸輪的脫離現(xiàn)象 （ 2）對(duì)高壓供油過(guò)程來(lái)說(shuō) , 由于慣性力的突變 , 將引起噴油泵柱塞運(yùn)動(dòng)規(guī)律的失真 , 并影響供油規(guī)律及高壓系統(tǒng)的卸載過(guò)程 （ 3） 不利于提高凸輪型面的加工精度 。 目前 ,， 國(guó)內(nèi)凸輪的加工大都是用靠模法加工 , 它是大批量生產(chǎn)凸輪輪廓的最 好辦法 。 靠模法就是讓切削刀具 ( 或磨輪 ) 用靠模裝置（靠模凸輪 ） 連續(xù)不斷地引導(dǎo)切削（磨削 ） 運(yùn)動(dòng) 。 這樣一來(lái) , 在切削刀具 （ 或磨輪 ） 走到兩段元弧交接點(diǎn)處 , 必然產(chǎn)生加速度及慣性力的突變 , 引起刀具 （ 或磨輪 ） 的抖動(dòng)造成加工誤差 通過(guò)對(duì)兩種供油凸輪加速度曲線的綜合比較分析知， EMD 機(jī)車(chē)供油凸輪改善了加速大連交通大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 度的突變現(xiàn)象，較大的加速度讓 速度在很短的時(shí)間內(nèi)提升上來(lái)，使得噴油前期噴油量大，后期噴油質(zhì)量小，對(duì)整機(jī)的經(jīng)濟(jì)性好等方面 較 DF4B 機(jī)車(chē)供油凸輪有優(yōu)勢(shì)，值得我們學(xué)習(xí)。 凸輪軸的對(duì)比分析 凸輪軸是機(jī)車(chē)柴油機(jī)的關(guān)鍵部件 ，凸輪型線設(shè)計(jì)直接影響柴油機(jī)性能，因此，我們有必要對(duì)柴油機(jī)凸輪軸進(jìn)行分析研究。 16V265H 柴油機(jī)凸輪軸裝配由 4個(gè)單節(jié)組成，用螺栓和定位銷(xiāo)定位連接把緊。每個(gè)單節(jié)控制每列兩個(gè)共 4 個(gè)氣缸。對(duì)應(yīng)每個(gè)氣缸有 3個(gè)凸輪：供油凸輪、進(jìn)氣凸輪和排氣 凸輪。傳動(dòng)齒輪通過(guò)一組螺柱和螺母緊固在最后一節(jié)凸輪單節(jié)上。凸輪軸安裝在兩列氣缸 V 型夾角的中間，每個(gè)單節(jié)由兩個(gè)凸輪軸軸承座提供支承。兩個(gè)平切口的半瓦安裝在每個(gè)軸承座中。凸輪軸軸承座同時(shí)也是隨動(dòng)搖臂軸單節(jié)的支承，它們位于凸輪軸上方。安裝在隨動(dòng)搖臂軸上的隨動(dòng)搖臂，通過(guò)滾輪將凸輪的 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成垂直運(yùn)動(dòng)（即噴油泵推桿運(yùn)動(dòng)方向），并傳遞到推桿上。 國(guó)產(chǎn) DF4B內(nèi)燃機(jī)車(chē) 16V240ZJB型柴油機(jī)凸輪軸裝配也是由 4節(jié)單節(jié)組成 ,每節(jié)軸端驅(qū)動(dòng) 2個(gè)氣缸的噴油泵和進(jìn)、排氣門(mén)。每個(gè)汽缸蓋上設(shè)置 2個(gè)進(jìn)氣門(mén)和 2 個(gè)排氣門(mén)，同名氣門(mén)的氣道縱向串聯(lián)，氣門(mén)的同步動(dòng)作通過(guò)橫臂來(lái)實(shí)現(xiàn)。 供油凸輪與進(jìn)、排氣凸輪同軸 ,位于柴油機(jī)左、右兩側(cè) ,每根凸輪軸上有 8個(gè)供油凸輪 ,各供油凸輪的相位按各缸發(fā)火順序確定 ,即按 13758624 相對(duì)順序依次相隔 45176。凸輪轉(zhuǎn)角排列，這些均與16V265H 柴油機(jī)的相同。 通過(guò)上述比 較分析，我們得到 的最大不同是 EMD機(jī)車(chē)柴油機(jī)供油凸輪的最大升程并非直接等于噴油泵柱塞的最大行程。因?yàn)橥馆喌倪\(yùn)動(dòng)帶動(dòng)隨動(dòng)滾輪和噴油泵推桿的運(yùn)動(dòng)存在一個(gè)運(yùn)動(dòng)分量關(guān)系。這與 DF4B等國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)機(jī)車(chē)柴油機(jī)供油凸輪的最大升程等于柱塞的最大行程有顯著的不同，在設(shè)計(jì)的理念上有了重要的改變，實(shí)際中引入了一種創(chuàng)新型滾輪隨動(dòng)機(jī)構(gòu)，國(guó)產(chǎn) DF4B內(nèi)燃機(jī)車(chē)雖柱塞有較大的最大升程，能產(chǎn)生較高的噴油壓力，有利于提高噴射霧化質(zhì)量，但較大的噴油壓力又對(duì)噴油泵機(jī)體的研制材料提出了更高的要求， EMD機(jī)車(chē)創(chuàng)新滾輪隨動(dòng)機(jī)構(gòu)的出現(xiàn)，給人們眼前一亮，在保 證柴油機(jī)各項(xiàng)性能良好的情況下，更容易研制，這是柴油機(jī)凸輪軸將來(lái)發(fā)展的一種趨勢(shì)。 本章小結(jié) 本章主要針對(duì) EMD 機(jī)車(chē) 16V265H 型柴油機(jī)供油凸輪和 DF4B 內(nèi)燃機(jī)車(chē) 16V240ZJB 型柴油機(jī)供油凸輪從各個(gè)角度進(jìn)行了詳細(xì)深入的對(duì)比分析，通過(guò)對(duì)比分析，我們得到了以下結(jié)論： 大連交通大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 （ 1） 兩種供油凸輪型線各有優(yōu)劣， 幾何型面供油凸輪由于型線簡(jiǎn)單，易于設(shè)計(jì)，便于加工，且能滿足一般柴油機(jī)的性能要求，因而至今仍被廣泛應(yīng)用。 EMD 機(jī)車(chē)采用的函數(shù)型供油凸輪在改善加速度突變，保持高的柱塞平均速度，降低柴油機(jī)供油凸輪拉傷等方面較幾何供 油凸輪比較有優(yōu)勢(shì)，值得我們學(xué)習(xí)，消化吸收其設(shè)計(jì)理念，為改進(jìn)我國(guó)柴油機(jī)噴油系統(tǒng)吸取經(jīng)驗(yàn) （ 2）美國(guó) EMD 機(jī)車(chē)供油持續(xù)期長(zhǎng)，柱塞最大升程大，因此 EMD 機(jī)車(chē)柴油機(jī)的噴油泵能產(chǎn)生很高的噴油壓力，因?yàn)橥馆喌淖畲笊淌怯绊憞娪鸵?guī)律和噴油壓力的因素之一，而高的噴油壓力又有利于機(jī)油霧化質(zhì)量的提高，使燃燒更加的充分，這些均是 EMD 柴油機(jī)的優(yōu)勢(shì)所在 （ 3）美國(guó) EMD 機(jī)車(chē)供油凸輪從動(dòng)件有較大的速度，柱塞速度是影響噴油泵噴油延時(shí)的重要因素之一，柱塞速度的增加會(huì)使噴油延時(shí)縮短，因此我們可以預(yù)知， EMD 機(jī)車(chē)柴油機(jī)噴油泵較 DF4B機(jī)車(chē)柴 油機(jī)噴油泵有較短的噴油延時(shí)，此外，在相同的平均供油速率的條件下， EMD 機(jī)車(chē)柴油機(jī)柱塞的最高速度比 DF4B機(jī)車(chē)柴油機(jī)柱塞的高，最高供油速率以及由此引起的最高泵端壓力也要比 DF4B 型供油凸輪高 （ 4）美國(guó) EMD機(jī)車(chē)柴油機(jī)供油凸輪從動(dòng)件加速度曲線較國(guó)產(chǎn) DF4B 內(nèi)燃機(jī)車(chē)供油凸輪從動(dòng)件加速度曲線比較， 加速度曲線是平滑連續(xù)的，在凸輪供油期間沒(méi)有產(chǎn)生大的沖擊，能大大改善凸輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能，有效的保證了柴油機(jī)在工作期間的平穩(wěn)性，同時(shí)， EMD機(jī)車(chē)供油凸輪改善了加速度的突變現(xiàn)象，較大的加速度讓 速度在很短的時(shí)間內(nèi)提升上來(lái)， 使得噴油前期噴油量大，后期噴油質(zhì)量小，對(duì)整機(jī)的經(jīng)濟(jì)性好等方面 較 DF4B 機(jī)車(chē)供油凸輪有優(yōu)勢(shì)，值得我們學(xué)習(xí) 大連交通大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 第六章 供油凸輪的優(yōu)化設(shè)計(jì) 供油凸輪優(yōu)化設(shè)計(jì)的必要性 當(dāng)今，在世界范圍內(nèi)能源危機(jī)的沖擊下，柴油機(jī)面臨一個(gè)新的發(fā)展階段。世界各國(guó)的柴油機(jī)制造商都在致力于使自己的產(chǎn)品不斷地發(fā)展和變革，以適應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)的需要。發(fā)展的總趨向是：要求柴油機(jī)性能不斷強(qiáng)化的同時(shí)，大幅度地降低油耗和具有更高的可靠耐久性。在這一發(fā)展道路上，有相 當(dāng)大的注意力都集中在對(duì)柴油機(jī)節(jié)能比較敏感的燃料系統(tǒng)的改造和發(fā)展上。對(duì)于機(jī)車(chē)用柴油機(jī)而言，通過(guò)對(duì)其燃料噴射系統(tǒng)的改進(jìn)研究，對(duì)進(jìn)一步地改善柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和進(jìn)一步提高燃料噴射系統(tǒng)零件的可靠性耐久性及其對(duì)今后裝車(chē)功率提高的適應(yīng)性，具有重要的意義 [11]。 供油凸輪作為柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)的主要部件之一，供油凸輪型線設(shè)計(jì)得是否合理，對(duì)噴油性能和整機(jī)性能有著直接的影響。燃料在柴油機(jī)氣缸內(nèi)的定時(shí)和定量的分布規(guī)律在很大程度上取決于油泵凸輪的型線。尤其其中凸輪速度特性的選擇是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它影響柴油機(jī)性能及噴射系統(tǒng)的二次噴射、穴 蝕和凸輪的疲勞。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)具有良好外形輪廓的供油凸輪對(duì)于噴油系統(tǒng)就顯得尤為重要了。 目前，國(guó)內(nèi)機(jī)車(chē)柴油機(jī)主流采用幾何型供油凸輪，由上文的對(duì)比分析知，引入的 EMD機(jī)車(chē)柴油機(jī)采用的函數(shù)型供油凸輪在很多方面性能均優(yōu)于幾何供油凸輪，加上能源危機(jī)的影響，對(duì)國(guó)內(nèi)柴油機(jī)供油凸輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)不得不引起我們的重視，迫切需要尋求一種新型供油凸輪來(lái)代替現(xiàn)有凸輪。 柴油機(jī)多段式供油凸輪的優(yōu)化設(shè)計(jì) 針對(duì)柴油機(jī)供油凸輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)，我們應(yīng)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行 [12]： （ 1）凸輪輪廓線計(jì)算 將凸輪輪廓線分成多段設(shè) 計(jì)，即在已知柱塞運(yùn)動(dòng)規(guī)律的前提下，確定凸輪轉(zhuǎn)過(guò)某角度（柱塞按每段曲線運(yùn)動(dòng)后凸輪轉(zhuǎn)過(guò)的角度）時(shí)對(duì)應(yīng)的凸輪輪廓線。凸輪輪廓線在設(shè)計(jì)時(shí)分理論輪廓線和實(shí)際輪廓線。凸輪與從動(dòng)件直接接觸的輪廓線稱(chēng)為凸輪的工作廓線，即實(shí)際輪廓線，它與理論輪廓線之間的法線距離處處相等，對(duì)于滾子從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)，設(shè)該距離等于滾子半徑。 （ 2）柱塞運(yùn)動(dòng)方程 柱塞位移曲線的確定應(yīng)按照每段運(yùn)動(dòng)曲線的功能采用相應(yīng)的函數(shù)。第一段：大連交通大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 切線加速度，為了在供油凸輪工作段時(shí)使柱塞的速度達(dá)到最高，應(yīng)采用加速度盡可能大的加速段，因此采用加速度最 大的切線加速度作為加速段。第二段：等加速段，采用等加速度函數(shù)過(guò)渡，與第三段聯(lián)合計(jì)算，保證連續(xù)性要求。第三段：降加速度段，采用加速度為直線下降的函數(shù)，使許用噴射壓力的變化趨勢(shì)與噴射后期壓力下降的趨勢(shì)基本吻合。第四段：余弦減速段，采用負(fù)加速度盡可能大的減速段，用余弦函數(shù)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，因?yàn)橛嘞液瘮?shù)的二階導(dǎo)數(shù)仍為余弦函數(shù)，所以它的升程曲線與加速度曲線的變化趨勢(shì)完全吻合。 （ 3）凸輪設(shè)計(jì)中的約束條件 在凸輪設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們同樣要注意一些約束條件，如：凸輪輪廓線連接點(diǎn)的約束條件，最小曲率半徑的約束，某點(diǎn)的 需用壓力等。 （ 4）優(yōu)化與編寫(xiě)程序 本設(shè)計(jì)首先安流程圖先優(yōu)化第四段，接著再對(duì)各段進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)對(duì)某些柴油機(jī)供油凸輪進(jìn)行分析后編寫(xiě)出程序，利用計(jì)算機(jī)軟件繪制出各段的運(yùn)動(dòng)方程位移曲線、速度曲線和加速度曲線以及凸輪輪廓線，凸輪升程階段的柱塞速度 — 轉(zhuǎn)角、加速度 — 轉(zhuǎn)角、位移 — 轉(zhuǎn)角圖。 本章小結(jié) 本章重點(diǎn)介紹了供油凸輪優(yōu)化設(shè)計(jì)的必要性及方法，社會(huì)的發(fā)展對(duì)柴油機(jī)動(dòng)力性與燃油經(jīng)濟(jì)性的要求越來(lái)越高，這就要求對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過(guò)程進(jìn)一步改善與控制。對(duì)噴油規(guī)律的研究是改善發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過(guò)程的重要途徑之一，供油凸輪的 優(yōu)化設(shè)計(jì)改善了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的不足，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能，減少了設(shè)計(jì)上的重復(fù)性工作，降低了設(shè)計(jì)成本，具有一定的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。 大連交通大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 第七章 結(jié)論 研究工作總結(jié) 本文首次對(duì)引進(jìn)的美國(guó) EMD 機(jī)車(chē) 16V265H 型柴油機(jī)供油凸輪與國(guó)產(chǎn) DF4B 內(nèi)燃機(jī)車(chē) 16V240ZJB 型柴油機(jī)供油凸輪進(jìn)行了詳細(xì)的對(duì)比分析，并提出供油凸輪優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法。通過(guò)本文的研究，得到以下結(jié)論： Ⅰ 通過(guò)對(duì)供油凸輪型線的對(duì)比分析研究，我們了解到國(guó)內(nèi)傳統(tǒng) 幾何型面供油凸輪由于型線簡(jiǎn)單，易于設(shè)計(jì)，便于加工，且能滿足一般柴油機(jī) 的性能要求，因而至今仍被廣泛應(yīng)用。 EMD 機(jī)車(chē)采用的函數(shù)型供油凸輪在改善加速度突變，保持高的柱塞平均速度，降低柴油機(jī)供油凸輪拉傷等方面較幾何供油凸輪比較有優(yōu)勢(shì)，值得我們學(xué)習(xí) Ⅱ 通過(guò)對(duì)供油凸輪從動(dòng)件升程曲線的分析研究，知道了 美國(guó) EMD機(jī)車(chē)供油持續(xù)期長(zhǎng)，柱塞最大升程大，因此 EMD機(jī)車(chē)柴油機(jī)的噴油泵能產(chǎn)生很高的噴油壓力，而高的噴油壓力又有利于機(jī)油霧化質(zhì)量的提高，使燃燒更加的充分，這些均是EMD 柴油機(jī)的優(yōu)勢(shì)所在 Ⅲ 通過(guò)對(duì)供油凸輪從動(dòng)件加速度曲線的對(duì)比分析，我們了解到 美國(guó) EMD 機(jī)車(chē)供油凸輪從動(dòng)件較 DF4B機(jī)車(chē)供油凸 輪從動(dòng)件有較大的速度，柱塞速度的增加會(huì)使噴油延時(shí)縮短，因此我們可以預(yù)知， EMD機(jī)車(chē)柴油機(jī)噴油泵較 DF4B 機(jī)車(chē)柴油機(jī)噴油泵有較短的噴油延時(shí)。此外，在相同的平均供油速率的條件下， EMD機(jī)車(chē)柴油機(jī)柱塞的最高速度比 DF4B 機(jī)車(chē)柴油機(jī)柱塞的高，最高供油速率以及由此引起的最高泵端壓力也要比 DF4B 型供油凸輪高 Ⅳ 通過(guò)對(duì)供油凸輪從動(dòng)件加速度曲線的杜比分析，我們了解到美國(guó) EMD機(jī)車(chē)柴油機(jī)供油凸輪從動(dòng)件加速度曲線較國(guó)產(chǎn) DF4B內(nèi)燃機(jī)車(chē)供油凸輪從動(dòng)件加速度曲線比較， 加速度曲線是平滑連續(xù)的，在凸輪供油期間沒(méi)有產(chǎn)生大的沖擊，能大 大改善凸輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能，有效的保證了柴油機(jī)在工作期間的平穩(wěn)性，同時(shí)， EMD 機(jī)車(chē)供油凸輪改善了加速度的突變現(xiàn)象，較大的加速度讓 速度在很短的時(shí)間內(nèi)提升上來(lái)，使得噴油前期噴油量大，后期噴油質(zhì)量小，對(duì)整機(jī)的經(jīng)濟(jì)性好等方面 較 DF4B機(jī)車(chē)供油凸輪有優(yōu)勢(shì) Ⅴ 通過(guò)與國(guó)外柴油機(jī)供油凸輪的對(duì)比分析，我們看出目前國(guó)內(nèi)供油凸輪在某些方面的欠缺，在世界范圍內(nèi)能源危機(jī)的沖擊下，柴油機(jī)面臨一個(gè)新的發(fā)展階段，大連交通大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 對(duì)柴油機(jī)供油凸輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)已成為一個(gè)重要的課題，需要我們?nèi)ド钊胙芯扛倪M(jìn)現(xiàn)有的供油凸輪 本文工作展望 在本文中，通過(guò)對(duì) 比分析，美國(guó) EMD 機(jī)車(chē) 16V265H 型柴油機(jī)供油凸輪與國(guó)產(chǎn) DF4B內(nèi)燃機(jī)車(chē) 16V240ZJB 型柴油機(jī) 供油凸輪的型線圖與升程、速度、加速度特性曲線已求出，下一步進(jìn)行的工作是對(duì)該函數(shù)凸輪不同工作段進(jìn)行函數(shù)的擬合，以達(dá)到最終消化新技術(shù)、新方案的目的，同時(shí)，我們應(yīng)該對(duì)目前國(guó)內(nèi)機(jī)車(chē)柴油機(jī)用供油凸輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行進(jìn)一步的研究。 大連交通大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 謝 辭 本論文是在李明海教授的精心指導(dǎo)下完成的。 本論文的完成，得益于 李明海 老師傳授的知識(shí)，使本人有了完成論文所要求的知識(shí)積累， 更得益于 李老師 從選題的確定、論文資料的收集、論文框架的確定、開(kāi)題報(bào)告準(zhǔn)備及論文初稿與定稿中對(duì)字句的斟酌傾注的大量心血，在此對(duì) 李老師 表示感謝 。 在整個(gè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，李明海教授都給予了我很大的關(guān)心和幫助，他以淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)術(shù)態(tài)度和活躍的學(xué)術(shù)思想積極地影響著我，使我受益