郭一平張翼:配氣機構(gòu)動力學仿真配氣機構(gòu)動力學仿真Valve-train Dynamics Simulation平張翼(中北大學)〔摘要〕本文主要是運用多體力學軟件 ADAMS的 ENGINE模塊建立配氣機構(gòu)的動力學仿真模型,對其進行動態(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,并對這些曲線進行分析和對比。〔關(guān)鍵詞〕配氣機構(gòu);動力學; ADAMSKey words: valve-train dynamics ADAMS0引言在動力學建模中,不同于運動學建模,將搖臂與配氣機構(gòu)是柴油機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現(xiàn)換氣過程,即根據(jù)氣缸的工作次序,定時力;氣門與氣門座之間,也定義一對碰撞力,模擬地開啟和關(guān)閉進排氣門,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。一臺柴油機的經(jīng)濟性能是否優(yōu)越,套;此外還定義氣門與機體間的彈簧力。為考查仿工作是否可靠,噪聲與振動能否控制在較低的限度,真過程中參數(shù)的變化還要預先定義凸輪壓力角、凸常常與其配氣機構(gòu)設計是否合理有密切關(guān)系。目輪與播臂間相對滑移、搖臂與氣門間相對滑移等參前,對配氣機構(gòu)的研究已經(jīng)涉及到配氣機構(gòu)性能的數(shù),以便以后處理時觀察仿真結(jié)果。各個方面包括凸輪型線、挺柱的運動規(guī)律氣門振3配氣機構(gòu)原始數(shù)據(jù)動模型、挺柱與凸輪的接觸應力摩擦應力等進氣門體積:28259614e+0.3m3;進氣門質(zhì)量1軟件介紹2204249902kg;氣門彈簧座體積:28117957e+配氣機構(gòu)的動力學仿真采用了 ADAMS0.3m;氣門彈簧座質(zhì)量:281179570.3m;門彈簧Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System)自由長度:om;氣門彈簧壓縮長度:35m;凸輪體軟件, ADAMS軟件是由美國機械動力公司積:70023768e+03m3;凸輪質(zhì)量:54618539e-Mechanical Dynamics Inc)開發(fā)的最優(yōu)秀的機械動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配氣機構(gòu)動力學模型的建立最廣的機械系統(tǒng)動力學分析軟件,在全球占有率最(1)創(chuàng)建配氣子系統(tǒng)高。 ADAMS軟件可以廣泛應用于航天航空、汽車工新建一個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)機械、工程機械等領(lǐng)域。(2)替換氣門彈簧2配氣機構(gòu)動力學模型建立前準備工作將原始的彈簧數(shù)據(jù)替換成本次研究的配氣機構(gòu)頂置凸輪配氣機構(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。計算得到。部件幾何位置關(guān)系,也由 PRO/ENGINEER壯上電中國煤化工計算得到。剛度、阻尼等由試驗測得。在運動學建模中,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)燃機與配件2011年第6期圖1配氣機構(gòu)幼力學模型5配氣機構(gòu)動力學模型仿真圖4氣門升程曲線對配氣機構(gòu)進行動力學仿真輸人配氣機構(gòu)的轉(zhuǎn)速、循環(huán)次數(shù)和輸出文件的名稱。圖2動力學仿真數(shù)輸入6配氣機構(gòu)動力學模型仿真結(jié)果圖5進氣門速度曲線在凸輪上定義運動驅(qū)動后,即可進行運動學的仿真了。通過 ADAMS軟件對發(fā)動機進行固定轉(zhuǎn)速下的動力學仿真和動力學分析,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所示中國煤化工氣門的最大升圖3進氣門與凸輪接始力曲線CNMHG下轉(zhuǎn)第17頁)徐燕茹蘇鐵熊龔玉霞:發(fā)動機連桿材料、工藝以及表面強化的研究現(xiàn)狀也即是提高了連桿的疲勞壽命。噴丸強化提高零件4結(jié)束語疲勞壽命的第二個原因就是引起金屬表層組織結(jié)綜上所述,無論在材料,工藝還是在強化方面構(gòu)的變化,如亞晶粒細化晶格畸變位錯密度增高國內(nèi)與國外先進水平還有一定差距,但通過引進國等,這些變化使零件表層材料的屈服強度增高,使外先進技術(shù)和設備,國內(nèi)連桿成品質(zhì)量得到了提零件不易在強化層內(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較好的開發(fā)平臺,在連桿的生的強化層組織亦能降低裂紋的擴展速率延緩疲勞產(chǎn)過程中,實現(xiàn)技術(shù)突破。破壞。但噴丸強化對零件疲勞強度也有不利的參考文獻面,因噴丸過程會在零件表層形成許多彈坑,影響凹徐紅光蔣素琴發(fā)動機連桿制造材料及特點分析天津汽表面粗糙度,只要噴丸強度適宜,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,通過噴丸強化,[2李永樣畢曉勤金屬基復合材料機器在發(fā)動機制造中的應能讓板簧的抗疲勞壽命延長60%,傳動齒輪的抗用車用發(fā)動機2005269疲勞壽命延長1500%,曲軸的抗疲勞壽命延長③吳樹森日本金屬基復合材料的研究與應用兵器材料科學90%。依賴該工藝零件可設計得更輕巧,一些原與工程199560來因工藝規(guī)格要求不得不使用昂貴材質(zhì)的零件現(xiàn)4中國航空材料手冊》編委會中國航空材料手冊M北京中國標準出版社,1989:539在也可替換使用低價格材料,通過噴丸強化能達到5李鵬國外汽車發(fā)動機連桿材料最新應用汽車工藝與材料,同等甚至更好的性能標準20101:42國外高水平噴丸裝備集中在歐美,比如美國的曹正汽車發(fā)動機連桿材料的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢汽車工藝與PANBORN、丹麥的DSA、日本 SINTO、德國的材料001)7-10Schlick等,國外廠家雖然在國內(nèi)建廠(丹麥DSA設[7王乾發(fā)動機連桿新材料的發(fā)展與研究工程材料應用2010分廠在常州,日本 SINTO控股95%與青島新東機械6971有限公司合資),但由于技術(shù)保密但一般都是獨資8張秋華汽車發(fā)動機連桿新材料新工藝的應用研究蕪湖職或者是控股。目前我國噴丸設備的生產(chǎn)還是以模仿業(yè)技術(shù)學院學報201020)19-22為主,技術(shù)開發(fā)力量較弱,噴丸設備水平總體是國韓風粉末銀造汽車發(fā)動機連桿新進展MC現(xiàn)代零部件外上世紀80年代初中期水平,無論是在機械結(jié)構(gòu)2008(7:72-74]維爾貝萊特集團.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備控制、監(jiān)測等方面與國外先進技應用機械工程師20094:112術(shù)均存在較大差距。作者簡介:徐燕茹,女,1987-,研究方向:動力機械及工程。(上接第2頁)對比不同配氣機構(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,對改善發(fā)動機換氣、改善配氣機構(gòu)的潤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)動機配氣機構(gòu)性能明顯提高。時傳動沒有出現(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個過程中變化幅度有點大,但系統(tǒng)沒有出現(xiàn)傳動脫[2]Daws, Matthew C. Asscement of the impact of camshaft離現(xiàn)象,該機構(gòu)運行是可靠的。machining inputs on value train sound quality using vibration(2)本文通過運用數(shù)字多體程序 ADAMS軟件analysis[D]. University of Windsor, 2002進行發(fā)動機配氣機構(gòu)的動力學仿真分析。仿真結(jié)果浦清頂置凸輪配氣機構(gòu)仿真分析汽車科技中國煤化工可得到凸輪壓力角,氣門升程、速度、加速度等,通過CNMHG