【正文】 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，使我受益匪淺。 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。 EMD 機(jī)車采用的函數(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)車供油持續(xù)期長(zhǎng)，柱塞最大升程大，因此 EMD機(jī)車柴油機(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)車供油凸輪從動(dòng)件較 DF4B機(jī)車供油凸 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)車柴油機(jī)噴油泵較 DF4B 機(jī)車柴油機(jī)噴油泵有較短的噴油延時(shí)。 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 16V265H 型柴油機(jī)供油凸輪與國(guó)產(chǎn) DF4B 內(nèi)燃機(jī)車 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。 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。 （ 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。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。凸輪與從動(dòng)件直接接觸的輪廓線稱為凸輪的工作廓線，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)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)，設(shè)該距離等于滾子半徑。 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。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。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。對(duì)于機(jī)車用柴油機(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)今后裝車功率提高的適應(yīng)性，具有重要的意義 [11]。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。 EMD 機(jī)車采用的函數(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)車供油持續(xù)期長(zhǎng)，柱塞最大升程大，因此 EMD 機(jī)車柴油機(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)車柴油機(jī)噴油泵較 DF4B機(jī)車柴 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)車柴油機(jī)柱塞的最高速度比 DF4B機(jī)車柴油機(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。這與 DF4B等國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)機(jī)車柴油機(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)。 通過(guò)上述比 較分析，我們得到 的最大不同是 EMD機(jī)車柴油機(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。 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。 國(guó)產(chǎn) DF4B內(nèi)燃機(jī)車 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。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。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。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。 16V265H 柴油機(jī)凸輪軸裝配由 4個(gè)單節(jié)組成，用螺栓和定位銷定位連接把緊。 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)車供油凸輪有優(yōu)勢(shì)，值得我們學(xué)習(xí)。 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 。 CaA）加速度/（mm/（176。由上圖 53（系列 1為 EMD 機(jī)車供油凸輪從動(dòng)件加速度曲線，系列 2為 DF4B 機(jī)車供油凸輪從動(dòng)件加速度曲線）我們可以得到， EMD 機(jī)車柴油機(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)車供油凸輪從動(dòng)件加速度曲線比較， 加速大連交通大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 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。 由于噴油泵傳動(dòng)裝置中各零部件間有一定的間隙 ， 柱塞向上運(yùn)動(dòng)時(shí) ， 造成一定的沖擊 。 由上面兩供油凸輪上升階段的速度曲線我們可以看出 [9]： （ 1）美國(guó) EMD 機(jī)車供油凸輪的柱塞速度曲線近似三角形，符合先緩后急的理想供油規(guī)律，使滯燃期內(nèi)只噴入少量的燃油，確保柴油機(jī)能平穩(wěn)地并以較小的燃燒噪聲運(yùn)行，著火后，又能以較高的供油速率將燃油供給噴油器，使其盡快噴完 ，從而把噴油持續(xù)角控制在一定范圍內(nèi)，保證柴油機(jī)獲得良好的性能。CaA）速度/(mm/(176。下面我們將兩種供油凸輪從動(dòng)件速度進(jìn)行對(duì)比分析。通過(guò)這些基本的參數(shù)，我們可以知道， EMD 機(jī)車供油持續(xù)期長(zhǎng)，同時(shí)引進(jìn)的美國(guó) EMD機(jī)車柴油機(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，高的噴油壓力有利于機(jī)油霧化質(zhì)量的提高，使燃燒更加的充分?？偝掷m(xù)角度為 129176。12176。供油凸輪的最大升程為 。的最大升程持續(xù)角度，凸輪下降階段持續(xù)角度為 176。 供油凸輪的運(yùn)動(dòng)特性對(duì)比分析 由上文分析知， EMD 機(jī)車柴油機(jī)供油凸輪的升程持續(xù)角度為 176。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。國(guó)產(chǎn) DF4B內(nèi)燃機(jī)車凹弧三元弧幾何供油凸輪其優(yōu)點(diǎn)是速度快，在很小的柱塞升程時(shí)就可以獲得很高的噴油泵柱塞運(yùn)動(dòng)速度，適合高強(qiáng) 化柴油機(jī)的需要，但是，凹弧三元弧凸輪的一個(gè)較大缺點(diǎn)就是凸輪正加速度和負(fù)加速度均較大， 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，再者可能引起噴油泵柱塞運(yùn)動(dòng)規(guī)律的失真 [8]。 另一方面，以諧波函數(shù)為型線的 EMD機(jī)車供油凸輪不僅可以保持高的柱塞平均速度，而且在運(yùn)行中不會(huì)出現(xiàn)慣性力的突變，減小了供油段的沖擊，有利于改善柱塞彈簧的工作條件，降低振動(dòng)、噪聲和接觸應(yīng)力，具有良好的動(dòng)力性能（其優(yōu)點(diǎn)已在 PA PA6等柴油機(jī)上得到了證實(shí)）。 圖 51 兩種供油凸輪型線圖 由兩升程表繪制得到的供油凸輪知，美國(guó) EMD機(jī)車柴油機(jī)采用的是函數(shù)型供油凸輪，該 供油凸輪的基圓半徑為 ，實(shí)測(cè)了該供油凸輪的直徑與寬度分別為 ? 70mm和 ；而國(guó)產(chǎn) DF4B內(nèi)燃機(jī)車采用的是凹面三圓弧外形幾何供油凸輪，升程持續(xù)角度為 129176。因此，高速噴油泵的凸輪型線的加速度曲線應(yīng)平滑、無(wú)間斷點(diǎn)和突變點(diǎn)，而降速段的加速度變化趨勢(shì)應(yīng)與柱塞彈簧力的變化趨勢(shì)相一致，以滿足對(duì)噴油泵高速動(dòng)態(tài)性能的要求 [6]。當(dāng)轉(zhuǎn)速提高時(shí)噴油泵的振動(dòng)和噪聲加劇，泵端壓力迅速增大，從而使泵體變形量增大，柱塞運(yùn)動(dòng)特性失真，使柱塞副滾輪體及凸輪輪廓面產(chǎn)生早期磨損，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使柱塞卡死，凸輪軸斷裂，影響噴油泵的可靠性和耐久性。這與 EMD機(jī)車柴油機(jī)凸輪的運(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)系不同。檢修 》書(shū)籍， 對(duì)數(shù)據(jù)處理最終得到了 DF4B內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)供油凸輪的全部參數(shù)。 本章小結(jié) 本章主要對(duì)國(guó)產(chǎn) DF4B 內(nèi)燃機(jī)車 16V240ZJB 型柴油機(jī)供油凸輪進(jìn)行了詳細(xì)的研究分析，通過(guò)研究分析，我們得到了以下結(jié)論： （ 1）通過(guò)查閱《 DF4B型內(nèi)燃機(jī)車結(jié)構(gòu)這與 EMD機(jī)車柴油機(jī)凸輪的運(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)系不同。 凸輪軸由合金調(diào)質(zhì)鋼 50Mn 制成 ,調(diào)質(zhì) 后硬度 HB241～ 285,凸輪與軸頸外表面淬火硬化 ,凸輪淬火深度為 2～ 5mm ,硬度為 HRC58～ 62,使凸輪軸具有一定的強(qiáng)度和韌性 ,同時(shí)工作表面具有較好的耐磨性。 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。 國(guó)產(chǎn) 16V240ZJB 型柴油機(jī)凸輪軸解析 16V240ZJB 型柴油機(jī)凸輪軸裝配由 4 節(jié)軸端組成，每節(jié)軸端驅(qū)動(dòng) 2個(gè)氣缸的噴油泵和進(jìn)、排氣門。C a A )加速度/(mm/s2) 加速度曲線 圖 45 DF4B 機(jī)車供油凸輪特性曲線 為方便查閱，在已得到的供油凸輪升程表基礎(chǔ)上利用數(shù)值差分計(jì)算得到了供油凸輪在上升階段的特性曲線圖 35。C a A )升程/mm 升程曲線 大連交通大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 0120 10 20 30 40 50 60凸輪轉(zhuǎn)角/ ( 176。因此該凸輪的最大速度為 ；最大負(fù)加速度為 。） =3m/s；1mm/(176。） =π /30m/s 加速度 :1mm=（π /180mm） 2/（176。） 2；在模擬過(guò)程中，軟件分析采用的單位為毫米，度等，所以，有必要對(duì)不同的單位進(jìn)行轉(zhuǎn)換，在凸輪軸轉(zhuǎn)速為 1000r/min時(shí)，具體如下操作： 速度的轉(zhuǎn)換： 1mm=π /180mm/（176。）；圖 44所示的亦是供油凸輪在工作過(guò)程持續(xù)角度為 129176。的升程曲線；圖 43所示的也是供油凸輪在工作過(guò)程持續(xù)角度為 129176。C aA)加速度/(mm/(176。C a A )速度/(mm/(176。 05101520250 20 40 60 80 100 120 140凸輪轉(zhuǎn)角/（176。 CaA） 升程 /mm 0 3 6 9 12 15 18