配氣機構的運動學、動力學分析

1、配氣機構的運動學、動力學分析吉公司技術中心 廣西玉林市天橋西路 88 號）（廣西玉柴機器摘 要：通過 AVL TYCON 的仿真計算，對某機型的配氣機構進行運動學和動力學分析，評估凸輪型線和配氣機構各零件。：配氣機構；運動學；動力學。主要：AVL TYCON1 概述某機型通過提高轉速發(fā)功率，提高轉速會對配氣機構各帶來更大的慣性力及沖擊，有可能出現(xiàn)從動件飛脫、氣門反跳、彈簧碰圈等現(xiàn)象，則需要改進零件及重新設計凸輪型線。本文使用 AVL TYCON建立配氣機構計算模型，通過對凸輪型線進行運動學仿真分析，評價該凸輪在高轉速下是否需要重新設計，以及系統(tǒng)總剛度是否足夠；對配氣機構各進行動力學仿真分析，對

2、出現(xiàn)的如飛脫、反跳、彈簧碰圈等現(xiàn)象。在計算中通過有限元計算零件剛度，使用 AVL TYCON凸輪型線數據來自零件圖紙。仿真分析，其中缸內壓力曲線來自試驗監(jiān)測，2.計算模型2.1 配氣機構主該機型為下置式凸輪結構，一個凸輪驅動一個氣門，配氣機構主要包括凸輪、挺柱、推桿和搖臂，以及氣門和氣門彈簧，機構布置見圖 1。圖 2TYCON 單閥系計算模型圖 1 配氣機構布置圖12.2 TYCON 模型的建立在 AVL TYCON 中建立單閥系的計算模型，見圖 2。2.3 零件剛度、質量計算使用有限元中，按照 TYCON計算各零的剛度，使用 UG計算各零質量。在運動學模塊的要求將剛度和質量轉化到雙質量系統(tǒng)的

3、氣門側；在動力學模塊中，按照 AVL 建議的方法，將本形式搖臂（Rocker Arm）的有限元計算剛度和慣量轉換到凸輪側。2.4其他參數計算中考慮了以下激勵及驅動：動力計算中作用于氣門的缸內壓力（只有排氣門考慮這一點），見圖 3配氣機構中質量和彈簧力產生的激勵凸輪型線驅動，見圖 4凸輪旋轉驅動排氣門的計算要考慮缸內壓力，數據來自試驗。凸輪型線數據來自零件圖紙。圖 3 缸內壓力曲線圖 4 凸輪升程曲線3 計算結果及分析3.1 運動學分析結果該機型在原轉速下已進行過 AVL TYCON的分析，本文的計算分析主要集中在最高轉速下。圖 5 為進氣系統(tǒng)和圖 6 排氣系統(tǒng)的運動學分析的凸輪型線的升程、加速

4、度等。圖 6排氣系統(tǒng)運動學分析圖 5進氣系統(tǒng)運動學分析21. 經計算，進氣系統(tǒng)的最小彈簧FD）為 0.892，排氣系統(tǒng)的最小彈簧是的，需要改進。（氣門彈簧力與負加速度段慣性力的最小比值 FS/為 0.905，均未達到經驗值，因此，氣門彈簧剛度2. 經計算，凸輪挺柱的最大接觸應力為 368Mpa，低于該機型所采用材料的許用接觸應力。3. 從運動學計算結果提取出正加速寬度 Camdeg，計算 K 值：K= fN（ f 為閥系自振頻率 Hz， n為凸輪轉速 rpm）Ncam6ncam進氣系統(tǒng)為 1.761，排氣系統(tǒng)為 1.658，均滿足值。3.2 動力學分析結果1. 圖 7 進氣系統(tǒng)氣門有明顯飛生，

5、需要重新設計凸輪型線、改進配氣機構、或改進氣門彈簧。圖 8 排氣閥系結果正常。圖 7進氣系統(tǒng)圖 8排氣系統(tǒng)2.可通過檢查凸輪挺柱接觸應力，發(fā)現(xiàn)從動件有飛進配氣機構，見圖 9 和圖 10。生，需要重新設計凸輪型線或改圖 9進氣系統(tǒng)圖 10排氣系統(tǒng)3.發(fā)現(xiàn)氣門落座速度大于新設計，見圖 11 和圖 12。值，氣門落座力大于值，氣門彈簧及凸輪型線需要重3圖 12排氣系統(tǒng)圖 11進氣系統(tǒng)4.通過觀察彈簧受力曲線，可以認為氣門彈簧工作正常，未見碰圈等現(xiàn)象。見圖 13 和圖 14。圖 14排氣系統(tǒng)圖 13進氣系統(tǒng)4 改進方案首先考慮避免影響較大的氣門反跳問題，一般可從兩個方面來解決：一是全新設計一條完全適合

6、該機型的凸輪型線，同時滿足性能和運動學、動力學要求，這需要和 AVL BOOST協(xié)同完成，考慮到采購和試驗驗證，周期較長，成本較高；另一方面是加大彈簧力，大到足以抵消氣門反跳慣性力，但加大彈簧力會使接觸力增大，磨損增加，較大的更改還會引起缸蓋及配氣機構其它零件的改動。計算氣門彈簧的預緊力是否有閉的氣門預緊力為：空間，根據排氣門?；深A緊力，為使氣門有效關F = P D D=296N220sist4其中： P 為排氣背壓；Dsi=28.6 mm ；Dst=8 mm 。實際預緊力為 122N，因此氣門彈簧預緊力有空間。在不改變其它零件的前提下，彈簧簧絲直徑和彈簧中徑都未改變，彈簧剛度系數不變，通過加大彈簧長度，將彈簧預緊力4提高為 210N，彈簧長度增加過多容易造成彈簧長度短，彈簧易發(fā)生碰圈。對改進后方案進行計算，結果見圖 15 和圖 16?？梢钥吹綒忾T反跳已經。圖 16排氣系統(tǒng)圖 15進氣系統(tǒng)氣門反跳可以依靠改進氣門彈簧解決，但諸如飛脫、氣門落座速度高和落座力大必須通過和 AVL BOOST 協(xié)同設計新的凸輪型線解決。5 結論1氣門彈簧需重新設計，以提供足夠的彈簧。2該配氣機構在提高轉