高速发动机广泛采用摇臂式顶置凸轮配气机构。本文针对K1 57FMI型摩托车发动机配气机构的特点,对摇臂式顶置凸轮配气机构进行了深入研究,对K157FMI型摩托车发动机的配气凸轮进行了改进设计,改善了发动机的进气性能,提高了发动机的动力性能。首先,根据原机凸轮升程数据,求取了气门理论运动规律的数学表达式。由于摇臂式顶置凸轮轴式配气机构的摇臂比是变化的,为提高计算精度,采取了三项措施:一是根据凸轮升程数据求取气门理论升程数据并对该数据进行曲线拟合;二是将气门升程曲线分为缓冲段和工作段分别进行曲线拟合;三是采用了最优化计算和最小二乘法相结合的计算方法对工作段进行曲线拟合。计算表明,这种计算方法计算精度高,求取的气门理论运动函数表达式对于分析气门运动规律和凸轮主要设计参数具有重要的参考价值,同时也为配气凸轮的改进设计提供了重要的设计依据。其次,用高次多项式型线对配气凸轮进行了改进设计。在设计中把最大速度点和最大加速度点作为边界条件,将其确定在理想的位置上,可有效地控制加速度曲线的基本形状和主要特征。这种高次多项式型线的新型设计方法计算简便,可灵活地调整凸轮主要特征参数,并保持了整体式函数凸轮高阶导数连续的优点。计算表明:这种新方法设计的凸轮型线在提高凸轮升程丰满系数、改善配气机构动力学特性方面有明显的效果。再次,根据最优化设计的理论,对配气凸轮在加工制造过程中产生的升程误差进行了分析和评定。以凸轮0°基准线位置X1和0升程基准线位置X2为设计变量,以凸轮各实测点的升程误差Ri的平方和为目标函数,建立最优化设计的数学模型,用最优化设计方法分析配气凸轮升程误差。通过实际计算表明:与“敏感点法”相比,用最优化设计方法求取的凸轮升程误差可准确地反映凸轮轮廓形状,将凸轮误差精度最大可提高37.9%。这种配气凸轮升程误差分析方法具有简便、可行和实用的优点,对准确确定凸轮实际加工误差具有重要意义。最后,通过实验验证了凸轮型线改进设计后对发动机进气性能和动力性能的影响。实验结果表明,新开发的配气凸轮改善了发动机的的充气性能和动力性能。