郭一平張翼:配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)仿真配氣機(jī)構(gòu)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(yùn)用多體力學(xué)軟件 ADAMS的 ENGINE模塊建立配氣機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)仿真模型,對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真分析,從而得到氣門的升程、速度、加速度、氣門支撐反力等曲線,并對(duì)這些曲線進(jìn)行分析和對(duì)比。〔關(guān)鍵詞〕配氣機(jī)構(gòu);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(yùn)動(dòng)學(xué)建模,將搖臂與配氣機(jī)構(gòu)是柴油機(jī)的重要組成部分之一,它的氣門接觸處的曲線一曲線約束解除,而代之以碰撞功能是實(shí)現(xiàn)換氣過(guò)程,即根據(jù)氣缸的工作次序,定時(shí)力;氣門與氣門座之間,也定義一對(duì)碰撞力,模擬地開啟和關(guān)閉進(jìn)排氣門,以保證氣缸吸入新鮮空氣氣門落座力;搖臂的支承鉸鏈解除,代之以柔性襯和排除燃燒廢氣。一臺(tái)柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性能是否優(yōu)越,套;此外還定義氣門與機(jī)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(shù)的變化還要預(yù)先定義凸輪壓力角、凸常常與其配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理有密切關(guān)系。目輪與播臂間相對(duì)滑移、搖臂與氣門間相對(duì)滑移等參前,對(duì)配氣機(jī)構(gòu)的研究已經(jīng)涉及到配氣機(jī)構(gòu)性能的數(shù),以便以后處理時(shí)觀察仿真結(jié)果。各個(gè)方面包括凸輪型線、挺柱的運(yùn)動(dòng)規(guī)律氣門振3配氣機(jī)構(gòu)原始數(shù)據(jù)動(dòng)模型、挺柱與凸輪的接觸應(yīng)力摩擦應(yīng)力等進(jìn)氣門體積:28259614e+0.3m3;進(jìn)氣門質(zhì)量1軟件介紹2204249902kg;氣門彈簧座體積:28117957e+配氣機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)仿真采用了 ADAMS0.3m;氣門彈簧座質(zhì)量:281179570.3m;門彈簧Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System)自由長(zhǎng)度:om;氣門彈簧壓縮長(zhǎng)度:35m;凸輪體軟件, ADAMS軟件是由美國(guó)機(jī)械動(dòng)力公司積:70023768e+03m3;凸輪質(zhì)量:54618539e-Mechanical Dynamics Inc)開發(fā)的最優(yōu)秀的機(jī)械動(dòng)0.2kg;氣門座圈直徑:13mm;凸輪包角:90°。態(tài)仿真軟件,是目前世界上最具權(quán)威性的,使用范圍4配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型的建立最廣的機(jī)械系統(tǒng)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(tǒng)高。 ADAMS軟件可以廣泛應(yīng)用于航天航空、汽車工新建一個(gè)模型在彈出的窗口輸入模型的名稱程、鐵路車輛及裝備、工業(yè)機(jī)械、工程機(jī)械等領(lǐng)域。(2)替換氣門彈簧2配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型建立前準(zhǔn)備工作將原始的彈簧數(shù)據(jù)替換成本次研究的配氣機(jī)構(gòu)頂置凸輪配氣機(jī)構(gòu)由凸輪、掘臂、氣門、氣門座的彈簧數(shù)等部件組成,其主要部件質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、質(zhì)心位置(3)修改氣門座圈的半徑等物理特性參數(shù)由三維CAD軟件 PRO/ENGINEER中氣門座圈,修改氣門座圈的直徑。計(jì)算得到。部件幾何位置關(guān)系,也由 PRO/ENGINEER壯上電中國(guó)煤化工計(jì)算得到。剛度、阻尼等由試驗(yàn)測(cè)得。在運(yùn)動(dòng)學(xué)建模中,定義凸輪與搖臂、搖臂與氣門均為曲線一曲線約CNMHG束,凸輪、搖臂等的支承均為剛性的鉸鏈約束內(nèi)燃機(jī)與配件2011年第6期圖1配氣機(jī)構(gòu)幼力學(xué)模型5配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型仿真圖4氣門升程曲線對(duì)配氣機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真輸人配氣機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速、循環(huán)次數(shù)和輸出文件的名稱。圖2動(dòng)力學(xué)仿真數(shù)輸入6配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型仿真結(jié)果圖5進(jìn)氣門速度曲線在凸輪上定義運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)后,即可進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)的仿真了。通過(guò) ADAMS軟件對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行固定轉(zhuǎn)速下的動(dòng)力學(xué)仿真和動(dòng)力學(xué)分析,可得到各種轉(zhuǎn)速下的凸輪壓力角,氣門升程、速度、加速度、彈簧作用力與凸輪轉(zhuǎn)角和凸輪接觸力與轉(zhuǎn)角的關(guān)系等曲線。取部分曲線圖如圖3、圖4、圖5、圖6所示中國(guó)煤化工氣門的最大升圖3進(jìn)氣門與凸輪接始力曲線CNMHG下轉(zhuǎn)第17頁(yè))徐燕茹蘇鐵熊龔玉霞:發(fā)動(dòng)機(jī)連桿材料、工藝以及表面強(qiáng)化的研究現(xiàn)狀也即是提高了連桿的疲勞壽命。噴丸強(qiáng)化提高零件4結(jié)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(jié)綜上所述,無(wú)論在材料,工藝還是在強(qiáng)化方面構(gòu)的變化,如亞晶粒細(xì)化晶格畸變位錯(cuò)密度增高國(guó)內(nèi)與國(guó)外先進(jìn)水平還有一定差距,但通過(guò)引進(jìn)國(guó)等,這些變化使零件表層材料的屈服強(qiáng)度增高,使外先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備,國(guó)內(nèi)連桿成品質(zhì)量得到了提零件不易在強(qiáng)化層內(nèi)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(dǎo)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)較好的開發(fā)平臺(tái),在連桿的生的強(qiáng)化層組織亦能降低裂紋的擴(kuò)展速率延緩疲勞產(chǎn)過(guò)程中,實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破。破壞。但噴丸強(qiáng)化對(duì)零件疲勞強(qiáng)度也有不利的參考文獻(xiàn)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(jī)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(qiáng)度適宜,彈丸合格,這種粗.車2002()28-29糙度是可控的。有確鑿的數(shù)據(jù)證明,通過(guò)噴丸強(qiáng)化,[2李永樣畢曉勤金屬基復(fù)合材料機(jī)器在發(fā)動(dòng)機(jī)制造中的應(yīng)能讓板簧的抗疲勞壽命延長(zhǎng)60%,傳動(dòng)齒輪的抗用車用發(fā)動(dòng)機(jī)2005269疲勞壽命延長(zhǎng)1500%,曲軸的抗疲勞壽命延長(zhǎng)③吳樹森日本金屬基復(fù)合材料的研究與應(yīng)用兵器材料科學(xué)90%。依賴該工藝零件可設(shè)計(jì)得更輕巧,一些原與工程199560來(lái)因工藝規(guī)格要求不得不使用昂貴材質(zhì)的零件現(xiàn)4中國(guó)航空材料手冊(cè)》編委會(huì)中國(guó)航空材料手冊(cè)M北京中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,1989:539在也可替換使用低價(jià)格材料,通過(guò)噴丸強(qiáng)化能達(dá)到5李鵬國(guó)外汽車發(fā)動(dòng)機(jī)連桿材料最新應(yīng)用汽車工藝與材料,同等甚至更好的性能標(biāo)準(zhǔn)20101:42國(guó)外高水平噴丸裝備集中在歐美,比如美國(guó)的曹正汽車發(fā)動(dòng)機(jī)連桿材料的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)汽車工藝與PANBORN、丹麥的DSA、日本 SINTO、德國(guó)的材料001)7-10Schlick等,國(guó)外廠家雖然在國(guó)內(nèi)建廠(丹麥DSA設(shè)[7王乾發(fā)動(dòng)機(jī)連桿新材料的發(fā)展與研究工程材料應(yīng)用2010分廠在常州,日本 SINTO控股95%與青島新東機(jī)械6971有限公司合資),但由于技術(shù)保密但一般都是獨(dú)資8張秋華汽車發(fā)動(dòng)機(jī)連桿新材料新工藝的應(yīng)用研究蕪湖職或者是控股。目前我國(guó)噴丸設(shè)備的生產(chǎn)還是以模仿業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)201020)19-22為主,技術(shù)開發(fā)力量較弱,噴丸設(shè)備水平總體是國(guó)韓風(fēng)粉末銀造汽車發(fā)動(dòng)機(jī)連桿新進(jìn)展MC現(xiàn)代零部件外上世紀(jì)80年代初中期水平,無(wú)論是在機(jī)械結(jié)構(gòu)2008(7:72-74]維爾貝萊特集團(tuán).表面工程技術(shù)在汽車零部件生產(chǎn)中的性能上還是在設(shè)備控制、監(jiān)測(cè)等方面與國(guó)外先進(jìn)技應(yīng)用機(jī)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(jī)械及工程。(上接第2頁(yè))對(duì)比不同配氣機(jī)構(gòu)的仿真結(jié)果,可以發(fā)現(xiàn)在保證氣程;從氣門速度曲線中,可以得出氣門開啟速度、速加速度連續(xù)的基礎(chǔ)上,減小凸輪壓力角,增大氣門升度等的數(shù)值分別為007m/s和335ms3,可以看出氣程,對(duì)改善發(fā)動(dòng)機(jī)換氣、改善配氣機(jī)構(gòu)的潤(rùn)滑條件等具門開啟速度較小,所以氣門受到的沖擊較小,在開啟有顯著的效果,是發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)性能明顯提高。時(shí)傳動(dòng)沒有出現(xiàn)脫離現(xiàn)象。在氣門開啟后到關(guān)閉前,參考文獻(xiàn)氣門升程、速度曲線變化連續(xù),雖然加速度曲線在整]陳家瑞馬天飛汽車構(gòu)造第五版北京.2006個(gè)過(guò)程中變化幅度有點(diǎn)大,但系統(tǒng)沒有出現(xiàn)傳動(dòng)脫[2]Daws, Matthew C. Asscement of the impact of camshaft離現(xiàn)象,該機(jī)構(gòu)運(yùn)行是可靠的。machining inputs on value train sound quality using vibration(2)本文通過(guò)運(yùn)用數(shù)字多體程序 ADAMS軟件analysis[D]. University of Windsor, 2002進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)仿真分析。仿真結(jié)果浦清頂置凸輪配氣機(jī)構(gòu)仿真分析汽車科技中國(guó)煤化工可得到凸輪壓力角,氣門升程、速度、加速度等,通過(guò)CNMHG