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摘 要:本文利用CATIA软件对484汽油机双凸轮轴顶置四气门配气机构的主要零部件进行了三维实体建模,然后利用其插件SIMDesigner建立了该配气机构的虚拟样机,对其运动特性进行仿真,并对仿真结果加以分析。
关键词:配气机构 运动仿真 现代设计方法
中图分类号:V46 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)04(a)-0021-02
配气机构作为内燃机的重要组成部分,其作用是:按照各缸的工作顺序和工作循环的要求,实现换气过程;当进、排气门关闭时,保证气缸的密封。因此,发动机的性能是否优越,工作是否可靠,噪声和振动水平能否控制在较低的限度,与配气机构设计的是否合理密切相关。设计合理的配气机构应保证进气充分,排气彻底,即进、排气门具有较大的时面值,工程上常采用的方法是增加进、排气门数目,由一进、一排变成两进、两排;與此同时,配气机构还应有良好的工作性能,配气正时恰当,运动平稳,振动和噪音小,不发生强烈的冲击磨损等现象,这就需要对配气机构的运动进行仿真,以便验证进、排气门速度和加速度的变化规律是否符合设计要求。鉴于上述原因,本论文以484汽油机双凸轮轴顶置4气门配气机构为例,利用现代设计方法,对其进行设计、建模和运动仿真。
1 配气机构的建模
484汽油机的基本技术参数如表1所示,根据参考文献[4～5]中的设计原则、要求和方法设计该配气机构零部件的具体尺寸,利用CATIA软件绘制进排气凸轮、进排气凸轮轴、进排气门等主要零部件的三维实体模型(分别如图1、2、3、4、5、6所示),并进行装配,然后,利用SimDesigner插件,在配气机构各零部件之间添加约束,进排气凸轮轴之间采用偏移约束,同一缸排气凸轮的顶点相对于进气凸轮的顶点沿凸轮旋转方向超前的角度105°。凸轮与挺柱之间采用接触、偏移约束,挺柱与气门之间采用相合、偏移约束,完成配气机构的虚拟样机,如图7所示。
2 配气机构的运动仿真及分析
利用SimDesigner插件对配气机构的模型进行后处理,得到发动机以额定转速5500r/min运转,即凸轮轴的转速为2750r/min(凸轮轴转动一周大约需要0.02s)时气门的位移、速度、加速度曲线的仿真结果(以一缸进气门的仿真结果为例),如图8所示。从图中可以看出:气门的升程先增大,后减小。在0.01秒左右达到最大值。在气门开启时,其加速度在瞬间达到最大值;在速度的绝对值达到最大时,其加速度的方向发生突变;在气门的速度为0时,其升程达到最大,加速度为正向最大;在气门落座的瞬间,其加速度突变为0。因此,在该配气机构工作的一个周期内,气门的加速度发生了四次突变。
凸轮轴转动一个周的时间是0.02s,在一个周期内,每缸的进、排气门均要开启和关闭一次,即它们之间的间隔是1/4个周期。以一个周期内各缸进气门运动的位移曲线为例(如图9所示)进行说明。从图中可以看出:各缸进气门升程的周期是0.005s,即1/4周期,进一步验证了配气机构运动特性的正确性。
3 结论
本论文对双凸轮轴顶置四气门配气机构进行了设计、三维实体建模和运动仿真,得出以下结论:该配气机构运动特性的仿真结果基本正确;但在该配气机构工作的过程中,气门的加速度发生了四次突变,将引起较大的振动和噪声,因此,需对该配气机构的凸轮型线进行优化。
参考文献
[1] 陈家瑞.汽车构造[M].第二版.机械工业出版社,2009:79～98.
[2] 刘云.WD618.44柴油机配气机构的改进设计[D].山东大学优秀硕士论文:2004.
[3] 张云清.顶置式配气机构仿真分析[J].汽车科技,2001(1).
[4] 袁兆成.内燃机设计[M].机械工业出版社,2010.
[5] 吴兆汉.内燃机设计[M].北京理工大学出版社,1990.
关键词:配气机构 运动仿真 现代设计方法
中图分类号:V46 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)04(a)-0021-02
配气机构作为内燃机的重要组成部分,其作用是:按照各缸的工作顺序和工作循环的要求,实现换气过程;当进、排气门关闭时,保证气缸的密封。因此,发动机的性能是否优越,工作是否可靠,噪声和振动水平能否控制在较低的限度,与配气机构设计的是否合理密切相关。设计合理的配气机构应保证进气充分,排气彻底,即进、排气门具有较大的时面值,工程上常采用的方法是增加进、排气门数目,由一进、一排变成两进、两排;與此同时,配气机构还应有良好的工作性能,配气正时恰当,运动平稳,振动和噪音小,不发生强烈的冲击磨损等现象,这就需要对配气机构的运动进行仿真,以便验证进、排气门速度和加速度的变化规律是否符合设计要求。鉴于上述原因,本论文以484汽油机双凸轮轴顶置4气门配气机构为例,利用现代设计方法,对其进行设计、建模和运动仿真。
1 配气机构的建模
484汽油机的基本技术参数如表1所示,根据参考文献[4～5]中的设计原则、要求和方法设计该配气机构零部件的具体尺寸,利用CATIA软件绘制进排气凸轮、进排气凸轮轴、进排气门等主要零部件的三维实体模型(分别如图1、2、3、4、5、6所示),并进行装配,然后,利用SimDesigner插件,在配气机构各零部件之间添加约束,进排气凸轮轴之间采用偏移约束,同一缸排气凸轮的顶点相对于进气凸轮的顶点沿凸轮旋转方向超前的角度105°。凸轮与挺柱之间采用接触、偏移约束,挺柱与气门之间采用相合、偏移约束,完成配气机构的虚拟样机,如图7所示。
2 配气机构的运动仿真及分析
利用SimDesigner插件对配气机构的模型进行后处理,得到发动机以额定转速5500r/min运转,即凸轮轴的转速为2750r/min(凸轮轴转动一周大约需要0.02s)时气门的位移、速度、加速度曲线的仿真结果(以一缸进气门的仿真结果为例),如图8所示。从图中可以看出:气门的升程先增大,后减小。在0.01秒左右达到最大值。在气门开启时,其加速度在瞬间达到最大值;在速度的绝对值达到最大时,其加速度的方向发生突变;在气门的速度为0时,其升程达到最大,加速度为正向最大;在气门落座的瞬间,其加速度突变为0。因此,在该配气机构工作的一个周期内,气门的加速度发生了四次突变。
凸轮轴转动一个周的时间是0.02s,在一个周期内,每缸的进、排气门均要开启和关闭一次,即它们之间的间隔是1/4个周期。以一个周期内各缸进气门运动的位移曲线为例(如图9所示)进行说明。从图中可以看出:各缸进气门升程的周期是0.005s,即1/4周期,进一步验证了配气机构运动特性的正确性。
3 结论
本论文对双凸轮轴顶置四气门配气机构进行了设计、三维实体建模和运动仿真,得出以下结论:该配气机构运动特性的仿真结果基本正确;但在该配气机构工作的过程中,气门的加速度发生了四次突变,将引起较大的振动和噪声,因此,需对该配气机构的凸轮型线进行优化。
参考文献
[1] 陈家瑞.汽车构造[M].第二版.机械工业出版社,2009:79～98.
[2] 刘云.WD618.44柴油机配气机构的改进设计[D].山东大学优秀硕士论文:2004.
[3] 张云清.顶置式配气机构仿真分析[J].汽车科技,2001(1).
[4] 袁兆成.内燃机设计[M].机械工业出版社,2010.
[5] 吴兆汉.内燃机设计[M].北京理工大学出版社,1990.