雙凸輪軸頂置四氣門配氣機(jī)構(gòu)的建模及運(yùn)動(dòng)仿真

摘 要:本文利用CATIA軟件對(duì)484汽油機(jī)雙凸輪軸頂置四氣門配氣機(jī)構(gòu)的主要零部件進(jìn)行了三維實(shí)體建模，然后利用其插件SIMDesigner建立了該配氣機(jī)構(gòu)的虛擬樣機(jī)，對(duì)其運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行仿真，并對(duì)仿真結(jié)果加以分析。

關(guān)鍵詞:配氣機(jī)構(gòu) 運(yùn)動(dòng)仿真 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法

中圖分類號(hào):V46文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2012)04(a)-0021-02

配氣機(jī)構(gòu)作為內(nèi)燃機(jī)的重要組成部分，其作用是:按照各缸的工作順序和工作循環(huán)的要求，實(shí)現(xiàn)換氣過程;當(dāng)進(jìn)、排氣門關(guān)閉時(shí)，保證氣缸的密封。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)的性能是否優(yōu)越，工作是否可靠，噪聲和振動(dòng)水平能否控制在較低的限度，與配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的是否合理密切相關(guān)。設(shè)計(jì)合理的配氣機(jī)構(gòu)應(yīng)保證進(jìn)氣充分，排氣徹底，即進(jìn)、排氣門具有較大的時(shí)面值，工程上常采用的方法是增加進(jìn)、排氣門數(shù)目，由一進(jìn)、一排變成兩進(jìn)、兩排;與此同時(shí)，配氣機(jī)構(gòu)還應(yīng)有良好的工作性能，配氣正時(shí)恰當(dāng)，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，振動(dòng)和噪音小，不發(fā)生強(qiáng)烈的沖擊磨損等現(xiàn)象，這就需要對(duì)配氣機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行仿真，以便驗(yàn)證進(jìn)、排氣門速度和加速度的變化規(guī)律是否符合設(shè)計(jì)要求。鑒于上述原因，本論文以484汽油機(jī)雙凸輪軸頂置4氣門配氣機(jī)構(gòu)為例，利用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)、建模和運(yùn)動(dòng)仿真。

1 配氣機(jī)構(gòu)的建模

484汽油機(jī)的基本技術(shù)參數(shù)如表1所示，根據(jù)參考文獻(xiàn)[4～5]中的設(shè)計(jì)原則、要求和方法設(shè)計(jì)該配氣機(jī)構(gòu)零部件的具體尺寸，利用CATIA軟件繪制進(jìn)排氣凸輪、進(jìn)排氣凸輪軸、進(jìn)排氣門等主要零部件的三維實(shí)體模型(分別如圖1、2、3、4、5、6所示)，并進(jìn)行裝配，然后，利用SimDesigner插件，在配氣機(jī)構(gòu)各零部件之間添加約束，進(jìn)排氣凸輪軸之間采用偏移約束，同一缸排氣凸輪的頂點(diǎn)相對(duì)于進(jìn)氣凸輪的頂點(diǎn)沿凸輪旋轉(zhuǎn)方向超前的角度105°。凸輪與挺柱之間采用接觸、偏移約束，挺柱與氣門之間采用相合、偏移約束，完成配氣機(jī)構(gòu)的虛擬樣機(jī)，如圖7所示。

2 配氣機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真及分析

利用SimDesigner插件對(duì)配氣機(jī)構(gòu)的模型進(jìn)行后處理，得到發(fā)動(dòng)機(jī)以額定轉(zhuǎn)速5500r/min運(yùn)轉(zhuǎn)，即凸輪軸的轉(zhuǎn)速為2750r/min(凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)一周大約需要0.02s)時(shí)氣門的位移、速度、加速度曲線的仿真結(jié)果(以一缸進(jìn)氣門的仿真結(jié)果為例)，如圖8所示。從圖中可以看出:氣門的升程先增大，后減小。在0.01秒左右達(dá)到最大值。在氣門開啟時(shí)，其加速度在瞬間達(dá)到最大值;在速度的絕對(duì)值達(dá)到最大時(shí)，其加速度的方向發(fā)生突變;在氣門的速度為0時(shí)，其升程達(dá)到最大，加速度為正向最大;在氣門落座的瞬間，其加速度突變?yōu)?。因此，在該配氣機(jī)構(gòu)工作的一個(gè)周期內(nèi)，氣門的加速度發(fā)生了四次突變。

凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)周的時(shí)間是0.02s，在一個(gè)周期內(nèi)，每缸的進(jìn)、排氣門均要開啟和關(guān)閉一次，即它們之間的間隔是1/4個(gè)周期。以一個(gè)周期內(nèi)各缸進(jìn)氣門運(yùn)動(dòng)的位移曲線為例(如圖9所示)進(jìn)行說明。從圖中可以看出:各缸進(jìn)氣門升程的周期是0.005s，即1/4周期，進(jìn)一步驗(yàn)證了配氣機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性的正確性。

3 結(jié)論

本論文對(duì)雙凸輪軸頂置四氣門配氣機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)、三維實(shí)體建模和運(yùn)動(dòng)仿真，得出以下結(jié)論:該配氣機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性的仿真結(jié)果基本正確;但在該配氣機(jī)構(gòu)工作的過程中，氣門的加速度發(fā)生了四次突變，將引起較大的振動(dòng)和噪聲，因此，需對(duì)該配氣機(jī)構(gòu)的凸輪型線進(jìn)行優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)

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