頂置凸輪式汽油機配氣機構設計研究【優(yōu)秀課程畢業(yè)設計含4張CAD圖紙帶任務書+開題報告+中期報告+答辯ppt+外文翻譯】
頂置凸輪式汽油機配氣機構設計研究
摘要：以發(fā)動機的配氣機構做為研究對象，并搭建頂置凸輪式汽油機配氣機構模型，并對其進行優(yōu)化。運用CATIA等軟件對其進行了計算及應力分析，得到凸輪型線等一系列數(shù)據。
氣門凸輪型線是氣門機構的核心，氣體凸輪型線是優(yōu)化氣體分布設計的重要途徑。結論證明：優(yōu)質的凸輪型線可以提高凸輪型線的性能。
關鍵詞：配氣機構；凸輪型線；優(yōu)化設計
Design and study of overhead CAM type gasoline engine
Abstract：As a research object, the engine's gas distribution mechanism is set up, and the model of the gas-engine distribution system is set up and optimized. Using software such as CATIA to calculate and stress analysis, award for a series of data such as CAM line.
The valve CAM line is the core of the valve mechanism, and the gas CAM line is an important way to optimize the distribution of gas. Conclusion: high quality CAM line can improve the performance of CAM line.
Key words: match air mechanism；CAM line；optimized design
目 錄
摘要 I
Abstract II
目錄 III
1 緒論 1
1.1 概述 1
1.2 配氣機構的研究歷程 2
2 配氣機構的總體布置以及工作原理 4
2.1 氣門的布置形式 4
2.2 凸輪軸的布置形式 4
2.3 凸輪軸的傳動方式 4
2.4 每缸氣門數(shù)及其排列方式 4
2.5 氣門間隙 5
2.6 配氣正時的介紹 5
2.7 工作的原理 5
2.8 本章小結 6
3 配氣機構的零件、組件以及建模 7
3.1 CATIA軟件的介紹 7
3.2 氣門組 7
3.2.1 氣門 7
3.2.2 氣門座圈 13
3.2.3 氣門導管 13
3.3 氣門組的裝配 19
3.4 凸輪軸 20
3.4.1 凸輪型線設計 21
3.4.2 緩沖段設計 23
3.4.3 凸輪軸進排氣凸輪角度設計 23
3.4.4 基本段設計 24
3.4.5 挺柱 25
4 總結與展望 26
參 考 文 獻 27
致 謝 28
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外文文獻及譯文 文獻題目： F 文獻來源： 文獻發(fā)表日期： 2006 年 12 月 14 日 學生姓名： 學號： 系 別： 專 業(yè)： 指導教師： 職稱： 2017 年 5 月 19 日 1 F to an of in of in of on be in to or of of be in of on of an It be of It is of to on &4 of is in of on is by a s) at of of of be of of 60° of is 80° of It is to of of DC to it be of in is of is as of of or 2 to or of or s) to DC as of to be - 1. . . . . he if is VO if is by in VO It be do DC DC as in in of in s is to In to of of in it be to it is in to to to by in of to as to of a VO to be VO to be VO is a by to it is to is a a it to so to A VO is in 0DC a VO to as of At it is VO DC as is to to to in an VO 3 of to to VC a on of is in at of s is of a on of at of it is of to be in as of to VC to be or In is by VC in to of or of so a VC to be be a at it be to of as to to to in ) in DC of a in is a to GR to as of as GR up to is no of to of 4 as a is up of It is in of to VC in GR so as to of of to (In of VO is is is a be in in DC in of GR be to as it up be by be at in of as of to as to GR if is as be If is VO to be as it of in VO is DC in is by as is to 5 of of is on VC at of in is VC at of be in in in DC VC As VC DC to or in a of in of to to In be to a in ). A VC is in 0DC a At to be VC at be a as 6 As is In an to be in in at In an to of in DC to be of to be by of A of to be a of at to in of of to in at as GR to as to be DC on DC is on in in of in GR be to As GR to be to it on 7 to to as a it of in on of 1. is to to as to be 2. of a on to to a a of is a of of to of as as up to by as or It as in at a be as as up to of by as it by is by as of of is a A a is in is a to of by an of to in of in 8 of in be HC O. VC VO to be in or as in is is to “is at in to a in ). As GR be to be to GR 1. to to to GR to up of or 2. in of GR is to in a of GR a of so to An of to of of A in of in a In a it to a of to be in of 1. of in to in to or of If to an a of by VC is to be 0° VC be 0°. On 9 a be to of or of no on of VC be on a of to be to in a of to a be is in at a a to be at to be GR 2. is of on or of is to at a to an to I 頂置凸輪式汽油機配氣機構設計研究 摘要 ： 以發(fā)動機的配氣機構做為研究對象，并搭建頂置凸輪式汽油機配氣機構模型，并對其進行優(yōu)化。運用 軟件對其進行了計算及應力分析，得到凸輪型線等一系列數(shù)據。 氣門凸輪型線是氣門機構的核心，氣體凸輪型線是優(yōu)化氣體分布設計的重要途徑。結論證明：優(yōu)質的凸輪型線可以提高凸輪型線的性能。 關鍵詞 ： 配氣機構；凸輪型線；優(yōu)化設計 of AM As a s is of is up to a of AM AM is of AM is an to of AM AM 錄 摘要 ................................................................ I .......................................................... 錄 .............................................................. 緒論 .............................................................. 1 述 ............................................................. 1 氣機構的研究歷程 ............................................... 2 2 配氣機構的總體布置以及工作原理 .................................... 4 門的布置形式 ................................................... 4 輪軸的布置形式 ................................................. 4 輪軸的傳動方式 ................................................. 4 缸氣門數(shù)及其排列方式 ........................................... 4 門間隙 ......................................................... 5 氣正時的介紹 ................................................... 5 作的原理 ....................................................... 5 章小結 ......................................................... 6 3 配氣機構的零件、組件以及建模 ...................................... 7 件的介紹 ................................................. 7 門組 ........................................................... 7 門 ........................................................... 7 門座圈 ...................................................... 13 門導管 ...................................................... 13 門組的裝配 .................................................... 19 輪軸 .......................................................... 19 輪型線設計 .................................................. 21 沖段設計 .................................................... 22 輪軸進排氣凸輪角度設計 ...................................... 23 本段設計 .................................................... 23 挺柱 .......................................................... 24 4 總結與展望 ....................................................... 25 參 考 文 獻 ........................................................ 26 致 謝 ............................................................. 27 1 1 緒論 述 發(fā)動機的重要的構成部分 織的作用是什么？是通過氣缸的順序進行通風，一定時間打開和關閉排氣門，使氣瓶并排排出新鮮空氣。如何確定汽油機是否具有優(yōu)良的經濟性，是否有優(yōu)秀的動力，是否有可靠的穩(wěn)定性，無噪音和振動，這取決于結構的設計結構。 氣門設計的質量不但影響發(fā)動機的緊湊性以及制造和使用的價錢，并且還可以高速率地確定發(fā)動機的可靠性和耐久性。氣門設計是好還是差的發(fā)動機的能力都有極其重要的影響。 是按照發(fā)動機在每個氣缸中進行的工作循環(huán)或者點火的順序，將氣缸定期打開和關閉到排氣門中，使外界的能燃燒渾合氣或空氣及時進入氣缸，排氣可以實時從氣瓶中放出。充電因子可用于表示。充電指數(shù)越高，氣瓶中新鮮氣體和可進行燃燒的混合物的質量越高。發(fā)動機的壓的力越大，冷暖越低，溫度越低，必定容量的氣體所占的重量越大，系數(shù)越高。但在現(xiàn)實工作中，壓的力，冷暖等都有不可控制 的成分，是以充電系數(shù)的大小將小于 1，大致在 間。相比較配氣機構，期望能使進氣以及排氣的阻力有所下降，并且可以將進氣和排氣門打開并保持適當?shù)臅r間段以允許足夠的進氣和排氣。 怎樣去設計才能使配氣機構的性能變得更合理？其通風性能達到良好，可以充分進入氣體，徹底排氣，時間越大，泵氣的損失越少，也具有正確的氣門正時。另外，配氣機構動態(tài)性能好，工作平穩(wěn)，沒有大的噪聲和振動，這表明隨動件運動加速度變化較大，正負加速度值差異不大。 比方，氣門的通過的能力，其實便是氣門位移定律的凸輪形狀?？梢钥闯觯挥袣忾T能夠 進行迅速的開啟與閉合才能增加面的大小，與此同時也會產生較大的慣性負荷以及加速度對于氣門的運動部件，在這個時候也會加劇沖擊和振動，其動態(tài)特性將會變差。是以，氣門的所必須的通過容量和組織的動態(tài)特征要求存在必然的問題，因此應思量設計，如發(fā)動機旋轉速度，能力的要求以及尺寸的氣門剛度等，在凸輪輪廓的設計中要考慮。 2 氣門采取各類構造情形，四沖程發(fā)動機采用氣門式配氣結構。凸輪式的配氣機構又可分為頂置凸輪式，中置凸輪式以及下置凸輪式如圖 1示。 圖 1氣機構 氣門不僅是氣流通過的渠道，也是燃燒室的其中之一，僅 適用于前期低壓縮比內燃機。它不緊湊，單元燃燒室體積的表面積，燃燒室的冷卻面大小，喪失熱量 [1]。另外，進氣管道因為氣門側面的旋轉而增加，進入排氣阻力，但構造不復雜，當前僅適合于便宜的低功率汽油機。 為了減少入口和排氣流阻，增強通風能力，將低壓縮比燃燒室變成高壓縮比燃燒室，加大燃燒的熱效能，降低熱消耗。氣門從氣缸體移動到氣缸蓋頂置氣門機構的呈現(xiàn)，很大的提高了內燃機的功率和更實惠，普遍應用于當代發(fā)動機。 氣機構的研究歷程 作為發(fā)動機的重要組成部分，配氣機構的研究工作由原來的簡單凸輪設計，氣門開發(fā)與氣門 完全剛性運動計算，然后開發(fā)出整個機構運動學習與動態(tài)綜合研究。二十世紀初以來，不少學者進行深切的學習，對比國內的認識較晚，自 20 世紀 60年代末開始全方位學習凸輪設計和動力學解析，研究之重是對凸輪線設計，多品質動力學探究。 電子計算機的成長和試驗能力的開辟為氣門動力學探究開拓了新的路子。操作實行多程序選項，并預估氣門動力學能力現(xiàn)已變做一種具有實效和具有資本 3 效益的手法。目前國際上有許多樣式的氣門設計軟件，并且有許多相似的軟件，軟件在算法速率上和準確度上需要加強。 氣機構 設計優(yōu)化的目的及其意義 科技 的進步，機械類商品和設施也越來越高效率，精準，向著輕量化和自動化方向靠近。產物的構造也變得麻煩起來，其能力的需要也越來越高，為了使產品能更好地工作，系統(tǒng)的構造一定要有杰出的的靜態(tài)和動態(tài)特性。并且，該產品在運作中的所產生的會對環(huán)境污染，并且會工作人員的健康造成影響 [2,3]。是以，必須從動靜兩方面來分析機械產品，在靜動兩方面滿足其特性和振動輕，噪聲小的機械構造需求。這需要工程師在設計初期就能考慮到上述工程各個性能方面的問題，需要結合各方面的參數(shù)去進行研究以及計算。為達到節(jié)約成本的目的，加快動作，縮短時間，許多 廠商將過去所做的軟件仿真做為這類設計試驗成功的關鍵因素。 發(fā)動機是機動車中的動態(tài)零件，其所有的能力直接使機動車的運行狀態(tài)和性能受到影響。發(fā)動機朝著大功率輕量化發(fā)展，使其剛度降低，也就增加了發(fā)動機的振動和構造產生的噪聲，這種振動將直接對發(fā)動機的使用壽命產生作用。所以一定要從動態(tài)的角度去對發(fā)動機進行全方面的研究，將設計的最終目標定位為它的動態(tài)特征。 氣門是發(fā)動機的主要部件之一，高溫及高壓下常會出現(xiàn)氣門在工作，導致氣門經常會出現(xiàn)損壞 [4,5]。配氣機構對實惠性能，穩(wěn)定性能以及環(huán)保性能都會產生作用影響。 4 2 配氣機構的總體布置以及工作原理 門的布置形式 發(fā)動機運作的時候，正時齒輪轉動會帶動曲軸來使凸輪軸動起來。當凸輪軸轉到凸輪的凸出那塊時，搖桿在推桿和調節(jié)螺釘繞搖臂擺動下，使氣門彈簧被壓縮以離開氣門。當凸輪突起與挺柱分離時，氣門將在氣門彈簧的影響下，使氣門封閉。 四沖程發(fā)動機每次做完一個運轉周期，曲軸繞兩周，氣缸進入排氣門打開一下，然后凸輪軸只繞一圈。曲軸和凸輪軸的轉速比為 2： 1。頂部空氣分配機構。 輪軸的布置形式 凸輪軸式空氣分配機構的最大的優(yōu)勢是凸輪軸靠近曲軸，而且不會很復雜地與一對 齒輪一并使用。但是它的短處是部件長，傳動鏈長，整體的剛度不強。在高速發(fā)動機中，可能會損壞氣門的運動和氣門打開和關閉的時間。在這種情況下，適用于頂置凸輪式配氣機構。 輪軸的傳動方式 凸輪軸氣門的中心與大多數(shù)使用圓柱正時齒輪傳動。平時，曲軸和凸輪軸中間的傳動只有一對定時齒輪，若要有需要，加裝中央齒輪 [6]。為了平滑嚙合，減少噪音，定時齒輪使用螺旋齒輪。在中小型動力發(fā)動機中，曲軸正時齒輪由鋼制成，而凸輪正時齒輪是以鑄鐵或膠合木做成的，大大降低了噪聲。在這種情況下，請使用齒輪傳動。 缸氣門數(shù)及其 排列方式 通用發(fā)動機用于每缸體積氣門，即排成一排結構。要能夠凸出改進氣缸的透風，盡量地加長氣門的長度，尤其是進氣門的長度。但是，因為燃燒室的大小，最大氣門直徑通常沒有氣缸直徑的二分之一大。當氣缸有比較大的直徑時候，平均活塞旋轉速度與較高，每個氣缸排成一排氣門不可以擔保優(yōu)良的透風質量。是以，采取四通道，乃至五道的構造，總進氣量通過較大的區(qū)域，充氣系數(shù)較高。此外，采用四個氣門，并且要恰當?shù)臏p少氣門升程，緩解電力的配氣機構，多氣門汽油機也對提高 放性能有好處。 當每個氣缸一對氣門時，為了使布局不復雜，大 部分氣門沿著縱向軸線的使用 5 方法并成一排。以這種做法，相同名稱的挨著的兩個氣瓶應該會使用氣道，這將會使氣缸蓋的冷卻均勻更好。發(fā)動機進入排氣通道普遍放在車身兩邊，避免放氣時變熱。以這種方式，沿著凸輪軸的軸線連續(xù)使用兩個氣門。 門間隙 當發(fā)動機運行時，由于溫度上升，氣門會膨脹。要是氣門和它的傳輸中的冷卻狀態(tài)沒有縫或縫太小，在熱狀態(tài)下，氣門與驅動部件的熱張力一定會導致氣門鎖閉松動，使電源降落很大并很難開始氣門間隙的大小通常由發(fā)動機制造商依照測試決定。在冷態(tài)下，進氣門縫隙普遍為 氣門縫 隙為 是縫隙太小，發(fā)動機應該在熱狀態(tài)下泄漏，導致電力不足乃至氣門損壞。若是氣門縫隙太大了，傳動部件和氣門中的沖擊與氣門座中的沖擊，會使氣門打開氣缸的連續(xù)時長，降低出氣和出氣條件惡化。在這種情況下，進氣門間隙選擇為 氣門間隙選擇 氣正時的介紹 氣門正時是基于活塞的工作行程來裝配排氣門的打開時長?；钊男谐虖纳现裹c到作用點的底部，進氣門敞開，排氣 ;壓縮沖程：活塞從下限截止到頂部作用點，進入排氣門鎖閉 ;停止運動點的末端，進入排氣門關閉 ;排氣行程，活塞從底點 到頂部的作用點，進入氣門，排氣門敞開。 作的原理 配氣機構的正時是進氣門和排氣門的實際打開和關閉時間 [7]。如圖 2示： 6 圖 2軸扭矩環(huán)形圖 當排氣沖程靠近末了時，活塞達到上止點，即曲軸移動到曲柄離開上死點的地方，進氣門開始打開，直到活塞達到 ? 終點，曲軸在曲軸停止超過下死點位置后，當曲軸轉動到一個角度 ? 時，曲軸關閉。以這種方法，整體進氣沖程保持的時長就等于曲軸角度 ?? ???180 。 ? 一般為 10° ? 角度一般為 40° [10]。 相同地，在接近活塞末了的工作行程達到最后時間時，排氣門將進行打開，早期打開角 ? 一般為 40° 整個排氣行程后，活塞位于上止點后，排氣門閉合，排氣門閉合的延時角度 ? 一般為 10° 在這個排出氣體的整個過程中所堅持的時間就與曲軸角度 ?? ???180 相接近。 章小結 通過認識氣門的一般常識，對氣門具有初階的認識，認識了它的種類，能力，需求。熟悉本章內容，分析和設計的基礎。并通過引入氣門的時機及其工作原理，氣門定時有了更好的理解，熟悉本章內容，對后續(xù)分析設計起到了根本的作用。 7 3 配氣機構的零件、組件以及建模 由一家叫達索的法國公司所生產和研發(fā)的產品 。 是解決 題 的重要 結構之一 ， 它的作用是為廠商設計出他們未來所需要的產品 ， 并集中項目前階段，項目的設計，同時能對其進行模擬分析，最后還能進行組裝和維護的過程 。 門組 a） 氣門組應該同氣門貼合在一起，同樣的是也應該與氣門座這樣，在高溫，冷卻和潤滑前提下運作不佳，可以具有充沛的強度和抗磨性，耐蝕腐性。為此，氣門組的以下設計要求； b） 氣門可以跟隨導管中的氣門軸線進行往復直線運動； c） 氣門彈簧的兩頭應直立于氣門桿的中心線，以確保氣門頭不會在氣門座上偏轉； d） 氣門彈簧應具有充沛的彈性和剛度，以確保氣門可快速鎖閉并緊緊地壓在氣門座上； e） 彈簧座的固定應可靠。 門 氣門由頭部和氣門桿組成 [8],[9]。氣門密封錐角，一般為 45°。 任何開口處的開口面積 f 能夠被以為是氣門處的氣體通道的最小橫截面面積。在平時使用的氣門升程不是這種狀況下，一般覺得 部的直徑 t'd ， 'h 為 測量表面積。 氣門的功能是特別針對將燃油輸入發(fā)動機和排氣排放，傳統(tǒng)發(fā)動機每缸就有一個進氣門和排氣門，這種構造不是很復雜。低消耗，維修簡便，速度能力更好，不足是電力不好加強，特別是當高速透風效率低時，能力較弱。想要加強進，排氣效率，此時多采取多氣門科技，經?？吹降氖敲總€氣缸都配有四個氣門， 4 缸總共是16 個氣門，現(xiàn)在常會見到在汽車數(shù)據“ 16V”中，發(fā)動機共有 16 個氣門。該多氣門構造不復雜變成緊湊的燃燒室，噴射器安插在中心，使油氣混雜物能夠更快速，更平均地燃燒，氣門的質量和打開的程度得當降低，氣門打開或關閉更快。 8 圖 3門截面示意圖 上圖表顯示了氣門的基本尺寸及其通道橫截面積： 上圖示氣門口的基本尺寸及其通道斷面積： 2/)( '' ? ? （ 3 ?? （ 3 ??? c o ss ' ??? （ 3 )2s i n2(c o s)2c o ss i nc o s( ??????? ???? （ 3 ? 為 氣門密封錐角，取 ??45? 。 從上述公式能夠看出，在氣門尺寸恒定的狀況下，氣門通道橫截面積與氣門升程直接相關。 因為它們功能都有時長項，是以氣門開度“時間值”能夠以積分的形式2（ s）表現(xiàn)。 飽和因子用于評估氣門機構的時間段。tt a a x)()(21????? 豐度系數(shù)定義為氣門通道的平均截面積與最大橫截面積的比值。 時間值和豐度系數(shù)用于表示氣門的通過。 在相同的氣流速率下，參數(shù)越大，進氣體積越大。 通常有： 進氣閥喉直徑 ）d D = 35 9 排氣門喉直徑 ） 32氣閥頭直徑 ） 38氣門直徑 ） 34門直徑 ）d i D = 40氣閥直徑 ）d i ，取 36 3排氣門流量系數(shù)與其升程的關系 圖 3赫與流量效率 進氣流量與氣氣門之間的相對升力如圖 3示。也就是，平時的進氣門升程1 0 m 3 6 = 46）0 2 6（=h i ，采取 h i ;排氣門升程 ）h e ，d e ，取 10 15流量系數(shù)進氣門升程（ 進氣門流量系數(shù) 10 15流量系數(shù)排氣門升程（ 排氣門流量系數(shù) 10 增大氣門的打開速率，加大氣門正時可以加強氣體通過它的能力。然而，在這其中的氣體，運動期間確定氣體穿過氣的阻力存在一系列成分。進氣門頭與桿的過渡部分的形狀，氣門座中的孔的形狀等，都會影響氣門的實際通過能力。 實驗表明，當 Z 時，充氣效率大大降低，設計檢查發(fā)動機的最大轉速時的馬赫指數(shù)，確保 以更大最優(yōu) [15]。凸輪的曲率半徑的大小受到其基圓的半徑的很大的影響，是以應該在意的是，設計的整個位置應該被賦予足夠的位置，以使凸輪軸使凸輪基座半徑絕對大。 3. 凸輪應有優(yōu)良潤滑的性能 在設計凸輪時，凸輪和挺柱中的潤滑油膜的形狀和形狀對付工件的可靠性和持久性也是有要求的。凸輪軸和扁平挺柱中的最小潤滑膜厚度計算為：???????? ?????????? ??? 00m i n 2)( ??。如引入不可估量的參數(shù) )(0 ? ?? （稱為流體動力潤滑來確定功能的數(shù)量），是凸輪角的一個功能。 4. 氣門不能接觸活塞。 沖段設計 對應于供氣凸輪的搖桿升降曲線在上升和下降段中具有緩沖部分。上升和下降緩沖器的設計可能相同或不同。 1. 選擇基本參數(shù) 進氣凸輪緩沖器的高度為 凸輪墊為 ?20 。進氣凸輪輪廓使用對稱的凸輪輪廓。進氣工作曲線上升 12進氣凸輪輪廓采用復合擺線 ? 擺放平面。型線方程為： 上升緩沖區(qū)段： )100(,0 0 0 6 8 3 2 ??? ??? （ 3 )2010(,0 6 8 3 3 6 ???? ??? （ 3 上工作部分： 23 ??????????????????????????????????????)s i i 22?????????????? （ 3 下工作部分 ;對稱 下降緩沖區(qū)段：對稱 輪軸進排氣凸輪角度設計 氣缸（或排）之間的角度為 ?? ? 1203360 ， 在 1間的點火順序。排氣延時角 ??431e?，排氣提前角 ??172e?。吸氣延遲角為 ??431i?，吸氣提前角為 ??172i?。 相同的氣缸進入排氣凸輪角為 103)17431743(4190 ?????? ??????； 進口和排氣凸輪工作方面為半包角為 ???? ????????? ??? 602 43171 8021?； 出口凸輪與挺柱軸之間的角度為：?????? ??????? ????????? ???? t。本段設計 在這種設計中，凸輪上升和下降的緩沖高度相等 [16]。進氣門間隙為 排氣門間隙 ，氣門搖臂 i ，對緩沖區(qū)高度分析：進氣凸輪 h，排氣凸輪 h。若是增加量靠前，那么凸輪 h，h 。 通過對每個參數(shù)的調整和計算，氣門的動態(tài)性能基本滿足。進氣和排氣凸輪的基本參數(shù)表 3 表 3輪參數(shù) 參數(shù) 進氣凸輪 排氣凸輪 凸輪軸頸（ 圓半徑（ 15 15 上升（降落）過度包角（度） 27． 5 27． 5 24 上升（降落）緩沖段終點速度（ mm/ 升（降落）緩沖段半包角（度） 60 60 上升緩沖段起點升程（ 沖段型線類型 復合擺線帶平段 基本工作段型線類型 高次多項次型線 圖 3、排氣門氣門升程圖 柱 挺柱的功能是將凸輪的推動力傳達到推桿，并承載凸輪軸轉動時所加的橫向力。挺柱在其頂部安了一個調節(jié)螺絲，以調節(jié)氣門間隙。電車通常由 金鑄鐵或冷沖合金鑄鐵制成，摩擦面應在熱處理后進行拋光。 章小結 通過對配氣機構的整體分析，得到大量數(shù)據，同時運用 造了大量零件圖以及裝配圖，在此方面取得了大量成果。 0123456789100 50 100 150 200 250 300氣門升程（軸轉角（ 進、排氣門升程（ 25 4 總結與展望 這個學期是進行畢業(yè)生設計，是大我在大學中最認真，最辛苦也是學到最多的終極設計。在這之中，我感覺到自己還有許多的知識需要去學習，需要去掌握，并要加強對自己的要求去更多的了解，去學習，去解決遇到的各種問題。同時這個過程中，我也看到了自己的強項，自己優(yōu)于別人的方面，增加了我的自信心。這是大學中的最后一仗，也是要步入社會的我們的第一個測試，讓我對一些不好解決的問題又增添了許多新的想法。相信對我之后會有很大的幫助。 剛拿到這個題目的時候，我在網上，圖書館里收集了許多關于配氣機構的文獻等，并對它們進行了初步的閱讀了解。同時這些文獻也給我了很大的幫助，讓我從中了解到了更多的知識。同時也看了幾章外文文獻，雖然不能完全看懂，查閱著網上的翻譯，在這個過程中，學習到了新的單詞以及鞏固了那些學過的單詞，尤其是當看到關于車輛這方面的單詞時便會動手將它們記下來。翻譯時，要按照在汽車行業(yè)中的意思去翻譯，才能體現(xiàn)出話語的意思來。 緊接著就進入到了設計階段，自己找的資料并沒有為設計提供很大的幫助，而是像老師請教并要了些資料去查看。翻閱這些資料 ，并與老師交談，才了解到設計并不是想象中的那么簡單，繪制圖形并建模方面我使用了 時對繪圖沒有什么概念，又通過網絡學習了相關的繪圖建模知識。當完成時，有了深深地自豪感，同時也可以去熟練的使用 這次學習讓我知道了在遇到問題時要多思考，多動手，去翻書，去利用網絡查閱相關資料。同時，也要像老師，學長以及同學請教，或許就能解開你的疑惑。查閱相關的論文資料也可以得到想要的一些信息。 26 參 考 文 獻 [1] 王望予 M]械工 業(yè)出版社 [2] 劉惟信 M]華大學出版社 [3] 余志生 M]械工業(yè)出版社 [4] 陳家瑞 M]民交通出版社 [5] 譚榮望 M]國鐵道出版社 [6] 陸際清，沈祖京，孔憲清，孟嗣宗，程蔭芊 M]華大學出版社 [7] 仇滌凡，李 帆 J]. 遼寧石油化工大學學報 ). [8] 呂 林， 王勇波 J]2006(7). [9] 郭常立，張保成，馬艷艷 J]2007(11). [10] 宋濟平，王全娟 J]2008(12). [11] 劉忠民，俞小莉，沈瑜銘 J]工學版 )[12] 董錫明 ,李圣華 ,羅杰敏 ,王閣順 J]1979. [13] 劉曉勇，董小瑞 J]. 機械工程與自動化 [14] 浦耿強，蔣國英，白 羽 . 頂置凸輪配氣機構動力學分析 [J]. 汽車科技 [15] 吉國光，發(fā)動機的氣門材料及加工工藝 [J]1995.(6). [16] 劉錚，王建昕 . 汽車發(fā)動機原理教程 [M]華大學出版社 27 致 謝 時間過得很快，不知不覺已從大一走向大四，美好的大學生活也要結束了，四年的學習和實踐，都付諸于本次的設計當中，檢驗著自己。 這次設計是在韓文艷老師的指導和嚴格要求下進行的，從給我們下發(fā)題目到給予我們資料和意見，再到論幫我們修改初稿去定稿，這其中是韓老師辛勤的汗水，在做畢設的這段時間里，韓老師幫我們找資料，給我們提意見，給予了我們很大的幫助，沒有韓老師的關懷和幫助，也不會讓我寫出如此的論文來。在此刻向韓老師表示深深的感謝。 很感激四年來幫助過我的老師。感謝您們在這四年里幫我成長，幫我學到了更多。因為您們教給我的 ，才讓我有了這方面的知識，才讓我有了面對困難時的勇氣，讓我更好的能夠完成我的論文。 與此同時，我也要感謝那些寶貴的材料，感謝他們的作者，讓我了解并學習到了很多知識。 也要感謝我四年來朝夕相處的同學們，在這期間我們互相討論，出謀劃策，互相學習，給我了很多的幫助，在這里謝謝大家。 中 期 報 告 系名 專業(yè) 學生姓名 班級 學號 設計 題目： 頂置凸輪式汽油機配氣機構設計研究 本人在該 設計 中具體 應完成的工作： 對某頂置凸輪軸式汽油機進排氣凸輪及氣門進行結構設計。依據發(fā)動機運行工況需求確定進排氣門升程及尺寸，建立凸輪與進排氣門 3氣門工作過程中凸輪、氣門等關鍵部件進行應力分析。 詳細內容） 寫開題報告。 三維模型，并將建立好的三維模型導入到 的有限元分析模塊，進行了簡單的約束和載荷的增加，得出了一定的效果。 用 工程圖模塊，將三維模型轉化成二維模型的工程圖，利用 行了修改。 中 期 報 告 一步的主要研究任務，具體設想與安排（要詳細內容） 1）整體設計方案還有些漏洞瑕疵比較多，需要加強練習； 2）設計說明書排版還不能完全符合要求，需要進一 步的細化； 3）學習利用擁有的數(shù)據對建立的模型進行應力分析； 1）對頂置凸輪式汽油機配氣機構的運動進行分析； 2）并查閱相關資料； 3）開始編寫論文說明書的正文內容； 4）查閱相關外文文獻，并將其翻譯過來 . 截止到本月 25 號，將論文說明書完成； 26將三維圖和二維工程圖修改完成； 5 月 1 日 7 日將外文翻譯完成。 5 月 8 日將論文說明書交給指導老師進行初次審查。 中 期 報 告 該學生前期研究工作的評價（是否同意 繼續(xù)研究工作） 指導教師 親筆簽字 ： 年 月 日 備注： 1、本表由學生填寫，指導教師親筆簽署意見。 2、以上各項句 間距可以根據實際內容需要調整。 任 務 書 1．畢業(yè)設計的任務和要求： （ 1）任務：對某頂置凸輪軸式汽油機進排氣凸輪及氣門進行結構設計。依據發(fā)動機運行工況需求確定進排氣門升程及尺寸，建立凸輪與進排氣門 3D 模型，對氣門工作過程中凸輪、氣門等關鍵部件進行應力分析。 （ 2）要求：本設計要求對頂置凸輪軸式汽油機進排氣凸輪型線及配氣機構工作特性進行分析，按配氣機構各零部件的設計要求完成結構設計及應力分析，撰寫畢業(yè)設計說明書。 2．畢業(yè)設計的具體工作內容： （ 1）原始數(shù)據： 發(fā)動機參數(shù) 結構型式 直列四缸、四氣門、渦輪增壓缸內直噴發(fā)動 機 缸徑 88 程 82 量 壓縮比 12:1 點火順序 1 2）要求： 1）撰寫開題報告 1 篇，開題報告參考文獻不應少于 15 篇，注意參考文獻格式； 2）以某頂置凸輪式汽油機為原型，完成配氣凸輪及進排氣門設計； 3）深入了解配氣機構各部件的結構特點及設計要求； 4）完成進排氣凸輪及氣門、氣門彈簧的 3D 建模，對進排氣過程配氣機構關鍵部件進行應力分析； 5）翻譯 1 篇不少于 2000 字的外文資料，撰寫畢業(yè)設計說明書 1 篇 。 任 務 書 3．對畢業(yè)設計成果的要求： 完成頂置凸輪式汽油機配氣凸輪的型線設計，確定進排氣門結構尺寸； 完成凸輪、氣門與氣門彈簧的 3D 建模，分析工作過程中各關鍵部件的受力情況； 完成畢業(yè)設計說明書、外文文獻翻譯及氣門、凸輪等零件圖紙。 4．畢業(yè)設計工作進度計劃： 起 迄 日 期 工 作 內 容 2017 年 2 月 13 日 ~ 3 月 13 日 3 月 3 日 ~ 3 月 13 日 3 月 13 日 ~4 月 14 日 4 月 14 日 ~ 5 月 1 日 5 月 1 日 ~ 5 月 7 日 5 月 7 日 ~ 5 月 19 日 查閱相關文獻資料，編寫開題報告 熟悉配氣機構各零部件結構特點及設計要求 確定凸輪與氣門結構參數(shù)，進行氣門運動過程的應力分析 完成畢業(yè)設計說明書的撰寫及外文資料的翻譯 完成圖紙、論文的整理、打印 論文答辯 學生所在系審查意見： 系主任： 年 月 日 開 題 報 告 1．結合畢業(yè)設計情況，根據所查閱的文獻資料，撰寫 2000 字左右的文獻綜述： 文 獻 綜 述 引言 近年來，隨著我國經濟的不斷發(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、經濟性、環(huán)保性，因此成為各大廠商研究的重點。配氣機構作為內燃機三大機構之一，對發(fā)動機動力性、燃料經濟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，因此對配氣機構設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，從而達到最好的換氣效果以提高動力性和經濟性；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的設計帶來困難，因此需要精心設計氣門的升程曲線以達到最佳設計 [2]，所以，配氣機構是當今內燃機研究的主要方向之一。 配氣機構一般由氣門、氣門導管、氣門彈簧、凸輪、挺柱、推桿、氣門搖臂等構成[3]。 氣門是燃燒室的組成部分，又是氣 體進、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、高速燃氣的沖刷與腐蝕作用，工況極為苛刻。氣門設計的合理與否不僅與發(fā)動機的技術指標有關，還與整機的可靠性和氣門使用壽命密切相關 [4]。 氣門驅動機構各機構件間一般只能傳遞壓力，不能傳遞拉力，所以氣門機構必須用回位彈簧維持機構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，使氣門及其驅動機構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，還必須克服機構在高速運轉時可能產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重。針對這種情況，凸輪軸軸頸和凸輪工作表 面除了應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。 配氣機構的任務是根據內燃機工況的需要適時適度的開閉進排氣門，對氣缸進行換氣 [7]。近來，國內外對配氣機構的研究都相 當重視。隨著現(xiàn)代發(fā)動機技術的迅猛發(fā)展以及噪聲標準的提高，如今對配氣機構的要求不斷提高，這使發(fā)動機配氣機構的設計和研發(fā)工作，在追求性能先進，結構可靠、耐用、環(huán)保方面取得了很大進步?，F(xiàn)在，國內外對配氣機構的研究已經設計配氣機構的各個方面，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力、摩擦應力等。國外對配氣機構的振動噪聲模型、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。 門彈簧設計的現(xiàn)狀及趨勢 目前 國內外氣門彈簧優(yōu)化設計的方法主要有基于蟻群算法的內燃機氣門彈簧的優(yōu)化設計，基于模糊方法的可靠性多目標的氣門彈簧的設計方法，基于蒙特卡羅法的氣門彈簧穩(wěn)健設計方法，基于多目標的內燃機氣門彈簧的優(yōu)化設計方法等。 蟻群算法 一種新型的仿生模擬進化算法 [8],是隨機搜索算法的一種。其思想起源于離散的網絡路徑問題 ,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合?；谙伻核惴ǖ臍忾T彈簧優(yōu)化設計以一維為例 ,引伸到幾維空間的函數(shù)求解，以質量最輕、高度最小以及防共振 為優(yōu)化設計目標 [9]。 基于模糊方法的氣門彈簧設計主要以可靠性為約束條件，以氣門彈簧質量最輕、剛度誤差最小為優(yōu)化設計目標，用線性加權組合法對多目標優(yōu)化設計模型進行求解，采用模糊學方法對加權系數(shù)進行模糊評判，求出最優(yōu)加權系數(shù)。該方法有效而實用，對求解多目標優(yōu)化設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]，是一種根據統(tǒng)計抽樣理論近似求解數(shù)學問題或物理問題的方法。基于蒙特卡羅的彈簧優(yōu)化設計以氣門彈簧質量最小以及防共振性能最好為目標，以鋼絲直徑、 彈簧直徑、彈簧圈數(shù)為設計變量，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，建立了某內燃機氣門彈簧數(shù)學模型，并應用遺傳算法得到了全局優(yōu)化結果。應用蒙特卡羅方法，將設計 變量處理為具有正態(tài)分布特征的隨機變量，對設計結果進行穩(wěn)健性分析。 綜合運用機械優(yōu)化理論的優(yōu)化設計方法，通過分析內燃機氣門彈簧優(yōu)化設計的設計變量、目標函數(shù)和約束條件，建立起以內燃機氣門彈簧的質量、高度及防共振性能為目標函數(shù)的多目標優(yōu)化設計數(shù)學模型 , 采用多目標優(yōu)化設計理論對氣門彈簧進行設計可以降低了生產成本，提高產品競爭力，而且可以減輕 內燃機的軸承負荷和振動等。 輪型線的優(yōu)化 內燃機配氣凸輪機構是由配氣凸輪驅動的，所以配氣機構的這些性能指標在很大程度上取決于配氣凸輪的結構。尤其是當發(fā)動機轉速提高以后，凸輪型線設計的好壞對發(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的實驗，他們選擇了三種不同型線的進氣凸輪軸和同種型線的排氣凸輪軸在同臺發(fā)動機上進行匹配，進行了仿真分析，建立了配氣相位模型，得出仿真結果，并將三種不同型線進氣凸輪軸先后安裝到同一臺發(fā)動機上進行性能試驗驗證 通過 真分析及臺架試驗結果，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)動機配氣機構的主要因素，因此，選擇適當凸輪型線的進氣凸輪軸，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涉及配氣機構性能的各個方面 [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力、摩擦應力等。國外對配氣機構的振動模型、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。 上海交通大學內燃機研究所馬逢峻、周振華 [17]等教授，將某大型柴油機配氣機構的幾何凸輪改進為函數(shù)凸輪 ,他們通過 件對配氣機構建模并進行動力學仿真。并通過改進前后的配氣機構的各參數(shù)，得出的結論是：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 ,進一步提高柴油機轉速 ,從而提高輸出功率。 在凸輪型線設計中 ,采用最優(yōu)化技術以來 ,經歷了靜態(tài)優(yōu)化設計、動態(tài)優(yōu)化設計和系統(tǒng)優(yōu)化設計三個階段 [18]。 在靜態(tài)優(yōu)化設計中，將配氣機構看成絕對剛體，不考慮它在 運動時的彈性變形 .，用此方法設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來判別其好 壞。 在動態(tài)優(yōu)化設計中，考慮彈性變形，把配氣機構看成彈性系統(tǒng)，主要由氣門的動態(tài)加速度峰值、動態(tài)充氣性能指標來評價其優(yōu)劣。 系統(tǒng)優(yōu)化設計就是從配氣凸輪型線與配氣機構動態(tài)參數(shù)（剛度與質量）統(tǒng)一考慮在內進行凸輪型線的優(yōu)化設計配氣凸輪型線凸輪轉速和配氣機構參數(shù)之間有一個最優(yōu)化匹配。 濰坊學院劉云、肖恩忠 [19]教授對三種優(yōu)化技術方法進行了詳細的比較，分別提出了靜態(tài)優(yōu)化設計、動態(tài)優(yōu)化設計和系統(tǒng)優(yōu)化設計的優(yōu)缺點，他認為：（ 1） 用靜態(tài)優(yōu)化設計法設計的圓弧凸輪 ,雖然加速度曲線不連續(xù) ,配氣機構慣性力有突變 ,但有較大的時間轉速不高的發(fā)動機來說 ,它所引起的振動和噪音較小 ,故在較低轉速的發(fā)動機上還有一定的使用價值。但隨著發(fā)動機轉速的提高 ,振動和噪音趨于嚴重，靜態(tài)優(yōu)化法就不太適用了。（ 2）用動態(tài)優(yōu)化設計方法設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)設計凸輪外形 ,動態(tài)優(yōu)化設計雖然考慮了配氣機構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)動力學優(yōu)化設計是將配氣凸輪型線與配氣機構動態(tài)參數(shù) (剛度和質量 )統(tǒng)一考慮在內 ,進行凸輪型線的優(yōu)化設計。配氣凸輪型線、凸輪轉速和配氣機構參數(shù)之間有一個最優(yōu)化匹配關系 ,其中凸輪型線正加速度的寬度對配氣機構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 ,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)動力學方法是將配氣機構簡化為單質量或多質量模型 ,得出系統(tǒng)運動質量的微分方程 ,但一般不能得出解的表達式 ,無法對解的形態(tài)和特性進行分析。 本文綜述了內燃機的目前的發(fā)展狀況和趨勢，論述了對配氣機構優(yōu)化設計的必要性，提出了一些優(yōu)化設計的方向，闡述了當前技術的發(fā)展水平，提供 了 相應的參考。 參考文獻 ： [1] 周龍保．內燃機學 [M]．機械工業(yè)出版社． 2005， 1： 336～ 337 [2] 吳楠，廖日東 J]2004，（ 6） :18～23 [3] 張力，吳俊剛等．頂置凸輪軸配氣機構多體運動學分析與應用 [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的影響．柴油機設計與制造， 2007， 3 [6] 曹陽，姜耀華，王靜．柴油機氣門彈簧的優(yōu)化設計．煤礦機械， 2008， 29(2)： 21～23 [7] 尚漢翼 設計與計算 旦大學出版社出版， 1988年 [8] 李少遠，王景成．智能控制 [M]北京：機械工業(yè)出版社， 2005． [9] 高矚．基于蟻群算法的內燃機氣門彈簧優(yōu)化設計． [10] 劉唯信．機械最優(yōu)化設計．北京：清華大學出版社， 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)化設計．汽車科技， 2005， 5： 1～ 3 [12]. by of ] 2002， 77： 151～ 165 [13] 莫才頌，王崗． 內燃機氣門彈簧多目標優(yōu)化設計．煤礦機械 ， 2006， 27(6)： 943～945 [14]尚漢冀 設計與計算 1988 [15]王艷芳 凸輪型線對發(fā)動機性能影響的研究《裝備制造技術》 第 8期 [16]張德明 科技創(chuàng)新與應用 第 18 期 [17]馬逢峻 配氣機構凸輪型線改進設計 9 卷 (2007)第1 期 [18]張力 應 29 卷 )第 7 期 [19]劉云 高速柴油機配氣凸輪優(yōu)化設計綜述 3 卷第 2 期 開 題 報 告 ２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： 題研究的主要內容 本文將對擬給定部分數(shù)據的發(fā)動機配氣機構進行開發(fā)設計，開展對配氣機構的結構選型，結構分析和主要影響發(fā)動機功率阻力矩的分析計算，并希望將就研究成果運用到實際發(fā)動機的設計當中，具體工作如下 : ①配氣機構的結構分析與設計。分析發(fā)動機在各種工況下的配氣結構外特 性的變化規(guī)律，根據發(fā)動機的工作環(huán)境，設計要求，選擇合適的結構型式。 ②配氣凸輪的設計。對目前主要的凸輪型線進行分析研究，如高次多項式，低次多項式等經典凸輪型線，分析其特點，設計出沖擊小，進氣充分，排氣徹底的配氣凸輪型線，并運用制圖軟件 行繪制。 ③運動學分析。根據凸輪型線，利用運動學計算出氣門的位移、速度、加速度，并根據氣門提前角，遲閉角和氣門重疊角對配氣性能的影響，確定配氣機構的配氣相位和氣門開度等。 三、研究步驟、方法及措施： 寫開題報告及文獻綜述 三維實體建模軟件 等實體建模軟件建立汽車發(fā)動機配氣機構的實體模型 5. 利用計算仿真軟件對發(fā)動機氣門機構在工作狀態(tài)下運動進行分析，得到應力、變形等參數(shù) 6. 以仿真結果作為依據，對發(fā)動機氣門機構給以優(yōu)化 成畢業(yè)論文 四 序號 日期 工作內容 1 2017/2/13~2017/3/13 查閱相關文獻資 料，編寫開題報告 2 2017/3/14~2017/3/31 熟 悉配氣機構各零部件結構特點及設計要求 3 2017/4/1~2017/5/14 確定凸輪與氣門結構參數(shù)，進行氣門運動過程的應力分析 4 2017/5/15~2017/5/31 完成畢業(yè)設計說明書的撰寫及外文資料的翻譯 5 2017/6/1~2017/6/7 完成圖紙、論文的整理、打印 6 2017/6/8~2017/6/10 論文答辯 開 題 報 告 指導教師意見 ： 指導教師： 年 月 日 所在系審查意見： 系主任： 年 月 日