頂置凸輪式汽油機配氣機構(gòu)設(shè)計研究【含4張CAD圖紙、說明書】

頂置凸輪式汽油機配氣機構(gòu)設(shè)計研究【含4張CAD圖紙、說明書】,含4張CAD圖紙、說明書,凸輪,汽油機,機構(gòu),設(shè)計,研究,鉆研,cad,圖紙,說明書,仿單 開 題 報 告 1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，撰寫2000字左右的文獻(xiàn)綜述： 文 獻(xiàn) 綜 述 引言 近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，汽車作為交通工具越來越重。汽車行業(yè)的競爭也越來越激烈。發(fā)動機作為汽車的心臟，影響整車的動力性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性，因此成為各大廠商研究的重點。配氣機構(gòu)作為內(nèi)燃機三大機構(gòu)之一，對發(fā)動機動力性、燃料經(jīng)濟(jì)性和有害氣體排放有很大影響[1]，并直接影響發(fā)動機整機的可靠性和噪聲，然而近年來隨著發(fā)動機低排放、高速化的發(fā)展趨勢，對其性能指標(biāo)要求越來越高，要求其在高速運行的條件下仍然能夠平穩(wěn)、可靠的工作，因此對配氣機構(gòu)設(shè)計的要求也越來越高，一方面希望氣門加速度較大，以使氣門迅速地開、關(guān)，從而達(dá)到最好的換氣效果以提高動力性和經(jīng)濟(jì)性；另一方面，希望載荷保持相對較小，以減小加速度，從而減小振動和噪聲，并延長使用壽命。這樣的矛盾要求給配氣機構(gòu)的設(shè)計帶來困難，因此需要精心設(shè)計氣門的升程曲線以達(dá)到最佳設(shè)計[2]，所以，配氣機構(gòu)是當(dāng)今內(nèi)燃機研究的主要方向之一。 1.配氣機構(gòu)的結(jié)構(gòu)及其作用 配氣機構(gòu)一般由氣門、氣門導(dǎo)管、氣門彈簧、凸輪、挺柱、推桿、氣門搖臂等構(gòu)成[3]。 氣門是燃燒室的組成部分，又是氣體進(jìn)、出燃燒室的通道，在工作中要承受極大的交變和沖擊載荷及高溫、高速燃?xì)獾臎_刷與腐蝕作用，工況極為苛刻。氣門設(shè)計的合理與否不僅與發(fā)動機的技術(shù)指標(biāo)有關(guān)，還與整機的可靠性和氣門使用壽命密切相關(guān)[4]。 氣門驅(qū)動機構(gòu)各機構(gòu)件間一般只能傳遞壓力，不能傳遞拉力，所以氣門機構(gòu)必須用回位彈簧維持機構(gòu)各零件間的正常接觸，這種回位彈簧一般布置在氣門上，稱為氣門彈簧[5]。它的作用是：在氣門關(guān)閉時，依靠彈力使氣門與氣門座保持閉合密封；在氣門啟閉過程中，使氣門及其驅(qū)動機構(gòu)不脫離凸輪的控制并隨之運動。氣門彈簧在工作時承受周期性交變載荷，還必須克服機構(gòu)在高速運轉(zhuǎn)時可能產(chǎn)生的振動所引起的附加載荷[6]。 凸輪軸承受周期性的沖擊載荷。凸輪與挺柱之間的接觸應(yīng)力很大，相對滑動速度也很大，因此，凸輪工作表面的磨損比較嚴(yán)重。針對這種情況，凸輪軸軸頸和凸輪工作表面除了應(yīng)該有較高的尺寸精度、較小的表面粗糙度和足夠的剛度外，還應(yīng)有較高的耐磨性和良好的潤滑。 搖臂主要是將推桿和凸輪傳來的運動和作用力，改變方向傳給氣門使其開啟。 2.研究現(xiàn)狀 配氣機構(gòu)的任務(wù)是根據(jù)內(nèi)燃機工況的需要適時適度的開閉進(jìn)排氣門，對氣缸進(jìn)行換氣[7]。近來，國內(nèi)外對配氣機構(gòu)的研究都相當(dāng)重視。隨著現(xiàn)代發(fā)動機技術(shù)的迅猛發(fā)展以及噪聲標(biāo)準(zhǔn)的提高，如今對配氣機構(gòu)的要求不斷提高，這使發(fā)動機配氣機構(gòu)的設(shè)計和研發(fā)工作，在追求性能先進(jìn)，結(jié)構(gòu)可靠、耐用、環(huán)保方面取得了很大進(jìn)步?，F(xiàn)在，國內(nèi)外對配氣機構(gòu)的研究已經(jīng)設(shè)計配氣機構(gòu)的各個方面，包括型線、挺柱的運動規(guī)律、氣門振動模型、挺柱與凸輪的接觸應(yīng)力、摩擦應(yīng)力等。國外對配氣機構(gòu)的振動噪聲模型、摩擦及配氣相位可變氣門正時等研究有一些報道，我國也在治理研究更精確的氣門振動模型、凸輪挺柱動力潤滑、非對稱凸輪線及凸輪型線擬合等問題。 3.1 氣門彈簧設(shè)計的現(xiàn)狀及趨勢 目前國內(nèi)外氣門彈簧優(yōu)化設(shè)計的方法主要有基于蟻群算法的內(nèi)燃機氣門彈簧的優(yōu)化設(shè)計，基于模糊方法的可靠性多目標(biāo)的氣門彈簧的設(shè)計方法，基于蒙特卡羅法的氣門彈簧穩(wěn)健設(shè)計方法，基于多目標(biāo)的內(nèi)燃機氣門彈簧的優(yōu)化設(shè)計方法等。 蟻群算法ACA(ant colony algorithm)是一種新型的仿生模擬進(jìn)化算法[8],是隨機搜索算法的一種。其思想起源于離散的網(wǎng)絡(luò)路徑問題,主要特點是：較強的普遍性、分布式計算、易于與其它算法相結(jié)合?；谙伻核惴ǖ臍忾T彈簧優(yōu)化設(shè)計以一維為例,引伸到幾維空間的函數(shù)求解，以質(zhì)量最輕、高度最小以及防共振為優(yōu)化設(shè)計目標(biāo)[9]。 基于模糊方法的氣門彈簧設(shè)計主要以可靠性為約束條件，以氣門彈簧質(zhì)量最輕、剛度誤差最小為優(yōu)化設(shè)計目標(biāo)，用線性加權(quán)組合法對多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計模型進(jìn)行求解，采用模糊學(xué)方法對加權(quán)系數(shù)進(jìn)行模糊評判，求出最優(yōu)加權(quán)系數(shù)。該方法有效而實用，對求解多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計問題具有實用意義[10] [11]。 蒙特卡羅是一種計算機模擬方法,又稱隨機模擬法或統(tǒng)計實驗法[12][13]，是一種根據(jù)統(tǒng)計抽樣理論近似求解數(shù)學(xué)問題或物理問題的方法?；诿商乜_的彈簧優(yōu)化設(shè)計以氣門彈簧質(zhì)量最小以及防共振性能最好為目標(biāo)，以鋼絲直徑、彈簧直徑、彈簧圈數(shù)為設(shè)計變量，以彈簧指數(shù)、彈簧強度、彈簧穩(wěn)定性、彈簧尺寸等為約束條件，建立了某內(nèi)燃機氣門彈簧數(shù)學(xué)模型，并應(yīng)用遺傳算法得到了全局優(yōu)化結(jié)果。應(yīng)用蒙特卡羅方法，將設(shè)計變量處理為具有正態(tài)分布特征的隨機變量，對設(shè)計結(jié)果進(jìn)行穩(wěn)健性分析。 綜合運用機械優(yōu)化理論的優(yōu)化設(shè)計方法，通過分析內(nèi)燃機氣門彈簧優(yōu)化設(shè)計的設(shè)計變量、目標(biāo)函數(shù)和約束條件，建立起以內(nèi)燃機氣門彈簧的質(zhì)量、高度及防共振性能為目標(biāo)函數(shù)的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型, 采用多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計理論對氣門彈簧進(jìn)行設(shè)計可以降低了生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品競爭力，而且可以減輕內(nèi)燃機的軸承負(fù)荷和振動等。 3.2凸輪型線的優(yōu)化 內(nèi)燃機配氣凸輪機構(gòu)是由配氣凸輪驅(qū)動的，所以配氣機構(gòu)的這些性能指標(biāo)在很大程度上取決于配氣凸輪的結(jié)構(gòu)。尤其是當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速提高以后，凸輪型線設(shè)計的好壞對發(fā)動機的充氣性能和動力性能的影響更大[14]。最近，海馬轎車有限公司的王艷芳、王少輝[15]等汽車工程師做了相應(yīng)的實驗，他們選擇了三種不同型線的進(jìn)氣凸輪軸和同種型線的排氣凸輪軸在同臺發(fā)動機上進(jìn)行匹配，進(jìn)行了仿真分析，建立了配氣相位模型，得出仿真結(jié)果，并將三種不同型線進(jìn)氣凸輪軸先后安裝到同一臺發(fā)動機上進(jìn)行性能試驗驗證通過GT-Power仿真分析及臺架試驗結(jié)果，發(fā)現(xiàn)不同的凸輪型線發(fā)動機的功率值和扭矩值等性能參數(shù)的影響很大，充分說明了凸輪型線使影響發(fā)動機配氣機構(gòu)的主要因素，因此，選擇適當(dāng)凸輪型線的進(jìn)氣凸輪軸，對于提高發(fā)動機的動力性有重要意義。 目前，對配氣凸輪的研究已經(jīng)涉及配氣機構(gòu)性能的各個方面[16]，包括型線、挺柱的運動規(guī)律、氣門振動模型、挺柱與凸輪的接觸應(yīng)力、摩擦應(yīng)力等。國外對配氣機構(gòu)的振動模型、摩擦及配氣相位和可變氣門正時等的研究有一些報道，我國也在致力研究更精確的氣門振動模型、凸輪挺柱副的動力潤滑、非對稱凸輪型線以及凸輪型線的擬合等間題。 上海交通大學(xué)內(nèi)燃機研究所馬逢峻、周振華[17]等教授，將某大型柴油機配氣機構(gòu)的幾何凸輪改進(jìn)為函數(shù)凸輪,他們通過ADAMS軟件對配氣機構(gòu)建模并進(jìn)行動力學(xué)仿真。并通過改進(jìn)前后的配氣機構(gòu)的各參數(shù)，得出的結(jié)論是：采用函數(shù)凸輪可以增大豐滿系數(shù),減小氣門最大加速度,有能力在保證氣門不飛脫的前提下,進(jìn)一步提高柴油機轉(zhuǎn)速,從而提高輸出功率。 在凸輪型線設(shè)計中,采用最優(yōu)化技術(shù)以來,經(jīng)歷了靜態(tài)優(yōu)化設(shè)計、動態(tài)優(yōu)化設(shè)計和系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計三個階段[18]。 在靜態(tài)優(yōu)化設(shè)計中，將配氣機構(gòu)看成絕對剛體，不考慮它在運動時的彈性變形.，用此方法設(shè)計凸輪型線主要用靜態(tài)充氣性能、凸輪廊面最小曲率半徑指標(biāo)來判別其好壞。 在動態(tài)優(yōu)化設(shè)計中，考慮彈性變形，把配氣機構(gòu)看成彈性系統(tǒng)，主要由氣門的動態(tài)加速度峰值、動態(tài)充氣性能指標(biāo)來評價其優(yōu)劣。 系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計就是從配氣凸輪型線與配氣機構(gòu)動態(tài)參數(shù)（剛度與質(zhì)量）統(tǒng)一考慮在內(nèi)進(jìn)行凸輪型線的優(yōu)化設(shè)計配氣凸輪型線凸輪轉(zhuǎn)速和配氣機構(gòu)參數(shù)之間有一個最優(yōu)化匹配。 濰坊學(xué)院劉云、肖恩忠[19]教授對三種優(yōu)化技術(shù)方法進(jìn)行了詳細(xì)的比較，分別提出了靜態(tài)優(yōu)化設(shè)計、動態(tài)優(yōu)化設(shè)計和系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的優(yōu)缺點，他認(rèn)為：（1）用靜態(tài)優(yōu)化設(shè)計法設(shè)計的圓弧凸輪,雖然加速度曲線不連續(xù),配氣機構(gòu)慣性力有突變,但有較大的時間-斷面值。對轉(zhuǎn)速不高的發(fā)動機來說,它所引起的振動和噪音較小,故在較低轉(zhuǎn)速的發(fā)動機上還有一定的使用價值。但隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速的提高,振動和噪音趨于嚴(yán)重，靜態(tài)優(yōu)化法就不太適用了。（2）用動態(tài)優(yōu)化設(shè)計方法設(shè)計的凸輪有多項動力凸輪、正弦拋物線凸輪、n次諧波凸輪等。多項動力凸輪只從彈性變形的角度出發(fā)設(shè)計凸輪外形,動態(tài)優(yōu)化設(shè)計雖然考慮了配氣機構(gòu)的彈性變形和振動問題,但僅局限于凸輪型線的優(yōu)化。并未考慮配氣機構(gòu)的彈性振動,故沒有從根本上解決配氣系統(tǒng)的振動等問題。（3）統(tǒng)動力學(xué)優(yōu)化設(shè)計是將配氣凸輪型線與配氣機構(gòu)動態(tài)參數(shù)(剛度和質(zhì)量)統(tǒng)一考慮在內(nèi),進(jìn)行凸輪型線的優(yōu)化設(shè)計。配氣凸輪型線、凸輪轉(zhuǎn)速和配氣機構(gòu)參數(shù)之間有一個最優(yōu)化匹配關(guān)系,其中凸輪型線正加速度的寬度對配氣機構(gòu)的振動強度影響很大。因為激勵的能量主要從正加速度傳給整個配氣機構(gòu),所以凸輪正加速度的形狀和寬度對凸輪激勵特性具有決定性意義，但一般系統(tǒng)動力學(xué)方法是將配氣機構(gòu)簡化為單質(zhì)量或多質(zhì)量模型,得出系統(tǒng)運動質(zhì)量的微分方程,但一般不能得出解的表達(dá)式,無法對解的形態(tài)和特性進(jìn)行分析。 4.結(jié)論： 本文綜述了內(nèi)燃機的目前的發(fā)展?fàn)顩r和趨勢，論述了對配氣機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的必要性，提出了一些優(yōu)化設(shè)計的方向，闡述了當(dāng)前技術(shù)的發(fā)展水平，提供了相應(yīng)的參考。 參考文獻(xiàn)： [1] 周龍保．內(nèi)燃機學(xué)[M]．機械工業(yè)出版社．2005，1：336～337 [2] 吳楠，廖日東.柴油機系統(tǒng)配氣機構(gòu)的動力學(xué)分析[J].北京汽車，2004，（6）:18～23 [3] 張力，吳俊剛等．頂置凸輪軸配氣機構(gòu)多體運動學(xué)分析與應(yīng)用[J]．汽車工程．2007，29(7) [4] 韓穎．變剛度氣門彈簧三維有限元計算分析． [5] 傅紅良,林運．氣門彈簧特性對配氣機構(gòu)的影響．柴油機設(shè)計與制造，2007，3 [6] 曹陽，姜耀華，王靜．柴油機氣門彈簧的優(yōu)化設(shè)計．煤礦機械，2008，29(2)：21～23 [7] 尚漢翼.內(nèi)燃機配氣機構(gòu)凸輪機構(gòu)-設(shè)計與計算.上海：復(fù)旦大學(xué)出版社出版，1988年 [8] 李少遠(yuǎn)，王景成．智能控制[M]北京：機械工業(yè)出版社，2005． [9] 高矚．基于蟻群算法的內(nèi)燃機氣門彈簧優(yōu)化設(shè)計． [10] 劉唯信．機械最優(yōu)化設(shè)計．北京：清華大學(xué)出版社，1994 [11] 郭惠昕，張龍庭，田光宇．基于模糊方法的氣門彈簧可靠性奪目表優(yōu)化設(shè)計．汽車科技，2005，5：1～3 [12]Marseguerra,ZioE,Podofillini I. 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