頂置凸輪式汽油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)研究【優(yōu)秀課程畢業(yè)設(shè)計(jì)含4張CAD圖紙帶任務(wù)書+開(kāi)題報(bào)告+中期報(bào)告+答辯ppt+外文翻譯】

頂置凸輪式汽油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

摘要：以發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)做為研究對(duì)象，并搭建頂置凸輪式汽油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)模型，并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。運(yùn)用CATIA等軟件對(duì)其進(jìn)行了計(jì)算及應(yīng)力分析，得到凸輪型線等一系列數(shù)據(jù)。

氣門凸輪型線是氣門機(jī)構(gòu)的核心，氣體凸輪型線是優(yōu)化氣體分布設(shè)計(jì)的重要途徑。結(jié)論證明：優(yōu)質(zhì)的凸輪型線可以提高凸輪型線的性能。

關(guān)鍵詞：配氣機(jī)構(gòu)；凸輪型線；優(yōu)化設(shè)計(jì)

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(jī)構(gòu)的研究歷程 2

2 配氣機(jī)構(gòu)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(dòng)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(shí)的介紹 5

2.7 工作的原理 5

2.8 本章小結(jié) 6

3 配氣機(jī)構(gòu)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(dǎo)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(shè)計(jì) 21

3.4.2 緩沖段設(shè)計(jì) 23

3.4.3 凸輪軸進(jìn)排氣凸輪角度設(shè)計(jì) 23

3.4.4 基本段設(shè)計(jì) 24

3.4.5 挺柱 25

4 總結(jié)與展望 26

參 考 文 獻(xiàn) 27

致  謝 28

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頂置凸輪式汽油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)研究中期報(bào)告.doc

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頂置凸輪式汽油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)研究開(kāi)題報(bào)告.doc

頂置凸輪式汽油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)研究答辯PPT.pptx

外文文獻(xiàn)及譯文 文獻(xiàn)題目： F 文獻(xiàn)來(lái)源： 文獻(xiàn)發(fā)表日期： 2006 年 12 月 14 日 學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 系 別： 專 業(yè)： 指導(dǎo)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(jī)配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)研究 摘要 ： 以發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)做為研究對(duì)象，并搭建頂置凸輪式汽油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)模型，并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。運(yùn)用 軟件對(duì)其進(jìn)行了計(jì)算及應(yīng)力分析，得到凸輪型線等一系列數(shù)據(jù)。 氣門凸輪型線是氣門機(jī)構(gòu)的核心，氣體凸輪型線是優(yōu)化氣體分布設(shè)計(jì)的重要途徑。結(jié)論證明：優(yōu)質(zhì)的凸輪型線可以提高凸輪型線的性能。 關(guān)鍵詞 ： 配氣機(jī)構(gòu)；凸輪型線；優(yōu)化設(shè)計(jì) 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(jī)構(gòu)的研究歷程 ............................................... 2 2 配氣機(jī)構(gòu)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(dòng)方式 ................................................. 4 缸氣門數(shù)及其排列方式 ........................................... 4 門間隙 ......................................................... 5 氣正時(shí)的介紹 ................................................... 5 作的原理 ....................................................... 5 章小結(jié) ......................................................... 6 3 配氣機(jī)構(gòu)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(dǎo)管 ...................................................... 13 門組的裝配 .................................................... 19 輪軸 .......................................................... 19 輪型線設(shè)計(jì) .................................................. 21 沖段設(shè)計(jì) .................................................... 22 輪軸進(jìn)排氣凸輪角度設(shè)計(jì) ...................................... 23 本段設(shè)計(jì) .................................................... 23 挺柱 .......................................................... 24 4 總結(jié)與展望 ....................................................... 25 參 考 文 獻(xiàn) ........................................................ 26 致 謝 ............................................................. 27 1 1 緒論 述 發(fā)動(dòng)機(jī)的重要的構(gòu)成部分 織的作用是什么？是通過(guò)氣缸的順序進(jìn)行通風(fēng)，一定時(shí)間打開(kāi)和關(guān)閉排氣門，使氣瓶并排排出新鮮空氣。如何確定汽油機(jī)是否具有優(yōu)良的經(jīng)濟(jì)性，是否有優(yōu)秀的動(dòng)力，是否有可靠的穩(wěn)定性，無(wú)噪音和振動(dòng)，這取決于結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。 氣門設(shè)計(jì)的質(zhì)量不但影響發(fā)動(dòng)機(jī)的緊湊性以及制造和使用的價(jià)錢，并且還可以高速率地確定發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性和耐久性。氣門設(shè)計(jì)是好還是差的發(fā)動(dòng)機(jī)的能力都有極其重要的影響。 是按照發(fā)動(dòng)機(jī)在每個(gè)氣缸中進(jìn)行的工作循環(huán)或者點(diǎn)火的順序，將氣缸定期打開(kāi)和關(guān)閉到排氣門中，使外界的能燃燒渾合氣或空氣及時(shí)進(jìn)入氣缸，排氣可以實(shí)時(shí)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(jìn)行燃燒的混合物的質(zhì)量越高。發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)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(jī)構(gòu)，期望能使進(jìn)氣以及排氣的阻力有所下降，并且可以將進(jìn)氣和排氣門打開(kāi)并保持適當(dāng)?shù)臅r(shí)間段以允許足夠的進(jìn)氣和排氣。 怎樣去設(shè)計(jì)才能使配氣機(jī)構(gòu)的性能變得更合理？其通風(fēng)性能達(dá)到良好，可以充分進(jìn)入氣體，徹底排氣，時(shí)間越大，泵氣的損失越少，也具有正確的氣門正時(shí)。另外，配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能好，工作平穩(wěn)，沒(méi)有大的噪聲和振動(dòng)，這表明隨動(dòng)件運(yùn)動(dòng)加速度變化較大，正負(fù)加速度值差異不大。 比方，氣門的通過(guò)的能力，其實(shí)便是氣門位移定律的凸輪形狀?？梢钥闯觯挥袣忾T能夠 進(jìn)行迅速的開(kāi)啟與閉合才能增加面的大小，與此同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生較大的慣性負(fù)荷以及加速度對(duì)于氣門的運(yùn)動(dòng)部件，在這個(gè)時(shí)候也會(huì)加劇沖擊和振動(dòng)，其動(dòng)態(tài)特性將會(huì)變差。是以，氣門的所必須的通過(guò)容量和組織的動(dòng)態(tài)特征要求存在必然的問(wèn)題，因此應(yīng)思量設(shè)計(jì)，如發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度，能力的要求以及尺寸的氣門剛度等，在凸輪輪廓的設(shè)計(jì)中要考慮。 2 氣門采取各類構(gòu)造情形，四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)采用氣門式配氣結(jié)構(gòu)。凸輪式的配氣機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu) 氣門不僅是氣流通過(guò)的渠道，也是燃燒室的其中之一，僅 適用于前期低壓縮比內(nèi)燃機(jī)。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(jìn)氣管道因?yàn)闅忾T側(cè)面的旋轉(zhuǎn)而增加，進(jìn)入排氣阻力，但構(gòu)造不復(fù)雜，當(dāng)前僅適合于便宜的低功率汽油機(jī)。 為了減少入口和排氣流阻，增強(qiáng)通風(fēng)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(dòng)到氣缸蓋頂置氣門機(jī)構(gòu)的呈現(xiàn)，很大的提高了內(nèi)燃機(jī)的功率和更實(shí)惠，普遍應(yīng)用于當(dāng)代發(fā)動(dòng)機(jī)。 氣機(jī)構(gòu)的研究歷程 作為發(fā)動(dòng)機(jī)的重要組成部分，配氣機(jī)構(gòu)的研究工作由原來(lái)的簡(jiǎn)單凸輪設(shè)計(jì)，氣門開(kāi)發(fā)與氣門 完全剛性運(yùn)動(dòng)計(jì)算，然后開(kāi)發(fā)出整個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)與動(dòng)態(tài)綜合研究。二十世紀(jì)初以來(lái)，不少學(xué)者進(jìn)行深切的學(xué)習(xí)，對(duì)比國(guó)內(nèi)的認(rèn)識(shí)較晚，自 20 世紀(jì) 60年代末開(kāi)始全方位學(xué)習(xí)凸輪設(shè)計(jì)和動(dòng)力學(xué)解析，研究之重是對(duì)凸輪線設(shè)計(jì)，多品質(zhì)動(dòng)力學(xué)探究。 電子計(jì)算機(jī)的成長(zhǎng)和試驗(yàn)?zāi)芰Φ拈_(kāi)辟為氣門動(dòng)力學(xué)探究開(kāi)拓了新的路子。操作實(shí)行多程序選項(xiàng)，并預(yù)估氣門動(dòng)力學(xué)能力現(xiàn)已變做一種具有實(shí)效和具有資本 3 效益的手法。目前國(guó)際上有許多樣式的氣門設(shè)計(jì)軟件，并且有許多相似的軟件，軟件在算法速率上和準(zhǔn)確度上需要加強(qiáng)。 氣機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì)優(yōu)化的目的及其意義 科技 的進(jìn)步，機(jī)械類商品和設(shè)施也越來(lái)越高效率，精準(zhǔn)，向著輕量化和自動(dòng)化方向靠近。產(chǎn)物的構(gòu)造也變得麻煩起來(lái)，其能力的需要也越來(lái)越高，為了使產(chǎn)品能更好地工作，系統(tǒng)的構(gòu)造一定要有杰出的的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性。并且，該產(chǎn)品在運(yùn)作中的所產(chǎn)生的會(huì)對(duì)環(huán)境污染，并且會(huì)工作人員的健康造成影響 [2,3]。是以，必須從動(dòng)靜兩方面來(lái)分析機(jī)械產(chǎn)品，在靜動(dòng)兩方面滿足其特性和振動(dòng)輕，噪聲小的機(jī)械構(gòu)造需求。這需要工程師在設(shè)計(jì)初期就能考慮到上述工程各個(gè)性能方面的問(wèn)題，需要結(jié)合各方面的參數(shù)去進(jìn)行研究以及計(jì)算。為達(dá)到節(jié)約成本的目的，加快動(dòng)作，縮短時(shí)間，許多 廠商將過(guò)去所做的軟件仿真做為這類設(shè)計(jì)試驗(yàn)成功的關(guān)鍵因素。 發(fā)動(dòng)機(jī)是機(jī)動(dòng)車中的動(dòng)態(tài)零件，其所有的能力直接使機(jī)動(dòng)車的運(yùn)行狀態(tài)和性能受到影響。發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的振動(dòng)和構(gòu)造產(chǎn)生的噪聲，這種振動(dòng)將直接對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命產(chǎn)生作用。所以一定要從動(dòng)態(tài)的角度去對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行全方面的研究，將設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)定位為它的動(dòng)態(tài)特征。 氣門是發(fā)動(dòng)機(jī)的主要部件之一，高溫及高壓下常會(huì)出現(xiàn)氣門在工作，導(dǎo)致氣門經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)損壞 [4,5]。配氣機(jī)構(gòu)對(duì)實(shí)惠性能，穩(wěn)定性能以及環(huán)保性能都會(huì)產(chǎn)生作用影響。 4 2 配氣機(jī)構(gòu)的總體布置以及工作原理 門的布置形式 發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)作的時(shí)候，正時(shí)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)帶動(dòng)曲軸來(lái)使凸輪軸動(dòng)起來(lái)。當(dāng)凸輪軸轉(zhuǎn)到凸輪的凸出那塊時(shí)，搖桿在推桿和調(diào)節(jié)螺釘繞搖臂擺動(dòng)下，使氣門彈簧被壓縮以離開(kāi)氣門。當(dāng)凸輪突起與挺柱分離時(shí)，氣門將在氣門彈簧的影響下，使氣門封閉。 四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)每次做完一個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)周期，曲軸繞兩周，氣缸進(jìn)入排氣門打開(kāi)一下，然后凸輪軸只繞一圈。曲軸和凸輪軸的轉(zhuǎn)速比為 2： 1。頂部空氣分配機(jī)構(gòu)。 輪軸的布置形式 凸輪軸式空氣分配機(jī)構(gòu)的最大的優(yōu)勢(shì)是凸輪軸靠近曲軸，而且不會(huì)很復(fù)雜地與一對(duì) 齒輪一并使用。但是它的短處是部件長(zhǎng)，傳動(dòng)鏈長(zhǎng)，整體的剛度不強(qiáng)。在高速發(fā)動(dòng)機(jī)中，可能會(huì)損壞氣門的運(yùn)動(dòng)和氣門打開(kāi)和關(guān)閉的時(shí)間。在這種情況下，適用于頂置凸輪式配氣機(jī)構(gòu)。 輪軸的傳動(dòng)方式 凸輪軸氣門的中心與大多數(shù)使用圓柱正時(shí)齒輪傳動(dòng)。平時(shí)，曲軸和凸輪軸中間的傳動(dòng)只有一對(duì)定時(shí)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(shí)齒輪使用螺旋齒輪。在中小型動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)中，曲軸正時(shí)齒輪由鋼制成，而凸輪正時(shí)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(qǐng)使用齒輪傳動(dòng)。 缸氣門數(shù)及其 排列方式 通用發(fā)動(dòng)機(jī)用于每缸體積氣門，即排成一排結(jié)構(gòu)。要能夠凸出改進(jìn)氣缸的透風(fēng)，盡量地加長(zhǎng)氣門的長(zhǎng)度，尤其是進(jìn)氣門的長(zhǎng)度。但是，因?yàn)槿紵业拇笮?，最大氣門直徑通常沒(méi)有氣缸直徑的二分之一大。當(dāng)氣缸有比較大的直徑時(shí)候，平均活塞旋轉(zhuǎn)速度與較高，每個(gè)氣缸排成一排氣門不可以擔(dān)保優(yōu)良的透風(fēng)質(zhì)量。是以，采取四通道，乃至五道的構(gòu)造，總進(jìn)氣量通過(guò)較大的區(qū)域，充氣系數(shù)較高。此外，采用四個(gè)氣門，并且要恰當(dāng)?shù)臏p少氣門升程，緩解電力的配氣機(jī)構(gòu)，多氣門汽油機(jī)也對(duì)提高 放性能有好處。 當(dāng)每個(gè)氣缸一對(duì)氣門時(shí)，為了使布局不復(fù)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(gè)氣瓶應(yīng)該會(huì)使用氣道，這將會(huì)使氣缸蓋的冷卻均勻更好。發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入排氣通道普遍放在車身兩邊，避免放氣時(shí)變熱。以這種方式，沿著凸輪軸的軸線連續(xù)使用兩個(gè)氣門。 門間隙 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，由于溫度上升，氣門會(huì)膨脹。要是氣門和它的傳輸中的冷卻狀態(tài)沒(méi)有縫或縫太小，在熱狀態(tài)下，氣門與驅(qū)動(dòng)部件的熱張力一定會(huì)導(dǎo)致氣門鎖閉松動(dòng)，使電源降落很大并很難開(kāi)始?xì)忾T間隙的大小通常由發(fā)動(dòng)機(jī)制造商依照測(cè)試決定。在冷態(tài)下，進(jìn)氣門縫隙普遍為 氣門縫 隙為 是縫隙太小，發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)該在熱狀態(tài)下泄漏，導(dǎo)致電力不足乃至氣門損壞。若是氣門縫隙太大了，傳動(dòng)部件和氣門中的沖擊與氣門座中的沖擊，會(huì)使氣門打開(kāi)氣缸的連續(xù)時(shí)長(zhǎng)，降低出氣和出氣條件惡化。在這種情況下，進(jìn)氣門間隙選擇為 氣門間隙選擇 氣正時(shí)的介紹 氣門正時(shí)是基于活塞的工作行程來(lái)裝配排氣門的打開(kāi)時(shí)長(zhǎng)?；钊男谐虖纳现裹c(diǎn)到作用點(diǎn)的底部，進(jìn)氣門敞開(kāi)，排氣 ;壓縮沖程：活塞從下限截止到頂部作用點(diǎn)，進(jìn)入排氣門鎖閉 ;停止運(yùn)動(dòng)點(diǎn)的末端，進(jìn)入排氣門關(guān)閉 ;排氣行程，活塞從底點(diǎn) 到頂部的作用點(diǎn)，進(jìn)入氣門，排氣門敞開(kāi)。 作的原理 配氣機(jī)構(gòu)的正時(shí)是進(jìn)氣門和排氣門的實(shí)際打開(kāi)和關(guān)閉時(shí)間 [7]。如圖 2示： 6 圖 2軸扭矩環(huán)形圖 當(dāng)排氣沖程靠近末了時(shí)，活塞達(dá)到上止點(diǎn)，即曲軸移動(dòng)到曲柄離開(kāi)上死點(diǎn)的地方，進(jìn)氣門開(kāi)始打開(kāi)，直到活塞達(dá)到 ? 終點(diǎn)，曲軸在曲軸停止超過(guò)下死點(diǎn)位置后，當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)到一個(gè)角度 ? 時(shí)，曲軸關(guān)閉。以這種方法，整體進(jìn)氣沖程保持的時(shí)長(zhǎng)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(dá)到最后時(shí)間時(shí)，排氣門將進(jìn)行打開(kāi)，早期打開(kāi)角 ? 一般為 40° 整個(gè)排氣行程后，活塞位于上止點(diǎn)后，排氣門閉合，排氣門閉合的延時(shí)角度 ? 一般為 10° 在這個(gè)排出氣體的整個(gè)過(guò)程中所堅(jiān)持的時(shí)間就與曲軸角度 ?? ???180 相接近。 章小結(jié) 通過(guò)認(rèn)識(shí)氣門的一般常識(shí)，對(duì)氣門具有初階的認(rèn)識(shí)，認(rèn)識(shí)了它的種類，能力，需求。熟悉本章內(nèi)容，分析和設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。并通過(guò)引入氣門的時(shí)機(jī)及其工作原理，氣門定時(shí)有了更好的理解，熟悉本章內(nèi)容，對(duì)后續(xù)分析設(shè)計(jì)起到了根本的作用。 7 3 配氣機(jī)構(gòu)的零件、組件以及建模 由一家叫達(dá)索的法國(guó)公司所生產(chǎn)和研發(fā)的產(chǎn)品 。 是解決 題 的重要 結(jié)構(gòu)之一 ， 它的作用是為廠商設(shè)計(jì)出他們未來(lái)所需要的產(chǎn)品 ， 并集中項(xiàng)目前階段，項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，同時(shí)能對(duì)其進(jìn)行模擬分析，最后還能進(jìn)行組裝和維護(hù)的過(guò)程 。 門組 a） 氣門組應(yīng)該同氣門貼合在一起，同樣的是也應(yīng)該與氣門座這樣，在高溫，冷卻和潤(rùn)滑前提下運(yùn)作不佳，可以具有充沛的強(qiáng)度和抗磨性，耐蝕腐性。為此，氣門組的以下設(shè)計(jì)要求； b） 氣門可以跟隨導(dǎo)管中的氣門軸線進(jìn)行往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)； c） 氣門彈簧的兩頭應(yīng)直立于氣門桿的中心線，以確保氣門頭不會(huì)在氣門座上偏轉(zhuǎn)； d） 氣門彈簧應(yīng)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(yīng)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(kāi)口處的開(kāi)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(shí)使用的氣門升程不是這種狀況下，一般覺(jué)得 部的直徑 t'd ， 'h 為 測(cè)量表面積。 氣門的功能是特別針對(duì)將燃油輸入發(fā)動(dòng)機(jī)和排氣排放，傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)每缸就有一個(gè)進(jìn)氣門和排氣門，這種構(gòu)造不是很復(fù)雜。低消耗，維修簡(jiǎn)便，速度能力更好，不足是電力不好加強(qiáng)，特別是當(dāng)高速透風(fēng)效率低時(shí)，能力較弱。想要加強(qiáng)進(jìn)，排氣效率，此時(shí)多采取多氣門科技，經(jīng)常看到的是每個(gè)氣缸都配有四個(gè)氣門， 4 缸總共是16 個(gè)氣門，現(xiàn)在常會(huì)見(jiàn)到在汽車數(shù)據(jù)“ 16V”中，發(fā)動(dòng)機(jī)共有 16 個(gè)氣門。該多氣門構(gòu)造不復(fù)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(zhì)量和打開(kāi)的程度得當(dāng)降低，氣門打開(kāi)或關(guān)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(guān)。 因?yàn)樗鼈児δ芏加袝r(shí)長(zhǎng)項(xiàng)，是以氣門開(kāi)度“時(shí)間值”能夠以積分的形式2（ s）表現(xiàn)。 飽和因子用于評(píng)估氣門機(jī)構(gòu)的時(shí)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(shí)間值和豐度系數(shù)用于表示氣門的通過(guò)。 在相同的氣流速率下，參數(shù)越大，進(jìn)氣體積越大。 通常有： 進(jìn)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(guān)系 圖 3赫與流量效率 進(jìn)氣流量與氣氣門之間的相對(duì)升力如圖 3示。也就是，平時(shí)的進(jìn)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(jìn)氣門升程（ 進(jìn)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(kāi)速率，加大氣門正時(shí)可以加強(qiáng)氣體通過(guò)它的能力。然而，在這其中的氣體，運(yùn)動(dòng)期間確定氣體穿過(guò)氣的阻力存在一系列成分。進(jìn)氣門頭與桿的過(guò)渡部分的形狀，氣門座中的孔的形狀等，都會(huì)影響氣門的實(shí)際通過(guò)能力。 實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng) Z 時(shí)，充氣效率大大降低，設(shè)計(jì)檢查發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)速時(shí)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(yīng)該在意的是，設(shè)計(jì)的整個(gè)位置應(yīng)該被賦予足夠的位置，以使凸輪軸使凸輪基座半徑絕對(duì)大。 3. 凸輪應(yīng)有優(yōu)良潤(rùn)滑的性能 在設(shè)計(jì)凸輪時(shí)，凸輪和挺柱中的潤(rùn)滑油膜的形狀和形狀對(duì)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(rùn)滑膜厚度計(jì)算為：???????? ?????????? ??? 00m i n 2)( ??。如引入不可估量的參數(shù) )(0 ? ?? （稱為流體動(dòng)力潤(rùn)滑來(lái)確定功能的數(shù)量），是凸輪角的一個(gè)功能。 4. 氣門不能接觸活塞。 沖段設(shè)計(jì) 對(duì)應(yīng)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(shè)計(jì)可能相同或不同。 1. 選擇基本參數(shù) 進(jìn)氣凸輪緩沖器的高度為 凸輪墊為 ?20 。進(jìn)氣凸輪輪廓使用對(duì)稱的凸輪輪廓。進(jìn)氣工作曲線上升 12進(jìn)氣凸輪輪廓采用復(fù)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(duì)稱 下降緩沖區(qū)段：對(duì)稱 輪軸進(jìn)排氣凸輪角度設(shè)計(jì) 氣缸（或排）之間的角度為 ?? ? 1203360 ， 在 1間的點(diǎn)火順序。排氣延時(shí)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(jìn)入排氣凸輪角為 103)17431743(4190 ?????? ??????； 進(jìn)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(shè)計(jì) 在這種設(shè)計(jì)中，凸輪上升和下降的緩沖高度相等 [16]。進(jìn)氣門間隙為 排氣門間隙 ，氣門搖臂 i ，對(duì)緩沖區(qū)高度分析：進(jìn)氣凸輪 h，排氣凸輪 h。若是增加量靠前，那么凸輪 h，h 。 通過(guò)對(duì)每個(gè)參數(shù)的調(diào)整和計(jì)算，氣門的動(dòng)態(tài)性能基本滿足。進(jìn)氣和排氣凸輪的基本參數(shù)表 3 表 3輪參數(shù) 參數(shù) 進(jìn)氣凸輪 排氣凸輪 凸輪軸頸（ 圓半徑（ 15 15 上升（降落）過(guò)度包角（度） 27． 5 27． 5 24 上升（降落）緩沖段終點(diǎn)速度（ mm/ 升（降落）緩沖段半包角（度） 60 60 上升緩沖段起點(diǎn)升程（ 沖段型線類型 復(fù)合擺線帶平段 基本工作段型線類型 高次多項(xiàng)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(dòng)力傳達(dá)到推桿，并承載凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所加的橫向力。挺柱在其頂部安了一個(gè)調(diào)節(jié)螺絲，以調(diào)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(yīng)在熱處理后進(jìn)行拋光。 章小結(jié) 通過(guò)對(duì)配氣機(jī)構(gòu)的整體分析，得到大量數(shù)據(jù)，同時(shí)運(yùn)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(zhuǎn)角（ 進(jìn)、排氣門升程（ 25 4 總結(jié)與展望 這個(gè)學(xué)期是進(jìn)行畢業(yè)生設(shè)計(jì)，是大我在大學(xué)中最認(rèn)真，最辛苦也是學(xué)到最多的終極設(shè)計(jì)。在這之中，我感覺(jué)到自己還有許多的知識(shí)需要去學(xué)習(xí)，需要去掌握，并要加強(qiáng)對(duì)自己的要求去更多的了解，去學(xué)習(xí)，去解決遇到的各種問(wèn)題。同時(shí)這個(gè)過(guò)程中，我也看到了自己的強(qiáng)項(xiàng)，自己優(yōu)于別人的方面，增加了我的自信心。這是大學(xué)中的最后一仗，也是要步入社會(huì)的我們的第一個(gè)測(cè)試，讓我對(duì)一些不好解決的問(wèn)題又增添了許多新的想法。相信對(duì)我之后會(huì)有很大的幫助。 剛拿到這個(gè)題目的時(shí)候，我在網(wǎng)上，圖書館里收集了許多關(guān)于配氣機(jī)構(gòu)的文獻(xiàn)等，并對(duì)它們進(jìn)行了初步的閱讀了解。同時(shí)這些文獻(xiàn)也給我了很大的幫助，讓我從中了解到了更多的知識(shí)。同時(shí)也看了幾章外文文獻(xiàn)，雖然不能完全看懂，查閱著網(wǎng)上的翻譯，在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)習(xí)到了新的單詞以及鞏固了那些學(xué)過(guò)的單詞，尤其是當(dāng)看到關(guān)于車輛這方面的單詞時(shí)便會(huì)動(dòng)手將它們記下來(lái)。翻譯時(shí)，要按照在汽車行業(yè)中的意思去翻譯，才能體現(xiàn)出話語(yǔ)的意思來(lái)。 緊接著就進(jìn)入到了設(shè)計(jì)階段，自己找的資料并沒(méi)有為設(shè)計(jì)提供很大的幫助，而是像老師請(qǐng)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(shè)計(jì)并不是想象中的那么簡(jiǎn)單，繪制圖形并建模方面我使用了 時(shí)對(duì)繪圖沒(méi)有什么概念，又通過(guò)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)了相關(guān)的繪圖建模知識(shí)。當(dāng)完成時(shí)，有了深深地自豪感，同時(shí)也可以去熟練的使用 這次學(xué)習(xí)讓我知道了在遇到問(wèn)題時(shí)要多思考，多動(dòng)手，去翻書，去利用網(wǎng)絡(luò)查閱相關(guān)資料。同時(shí)，也要像老師，學(xué)長(zhǎng)以及同學(xué)請(qǐng)教，或許就能解開(kāi)你的疑惑。查閱相關(guān)的論文資料也可以得到想要的一些信息。 26 參 考 文 獻(xiàn) [1] 王望予 M]械工 業(yè)出版社 [2] 劉惟信 M]華大學(xué)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(guó)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(xué)出版社 [7] 仇滌凡，李 帆 J]. 遼寧石油化工大學(xué)學(xué)報(bào) ). [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(jì)平，王全娟 J]2008(12). [11] 劉忠民，俞小莉，沈瑜銘 J]工學(xué)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(jī)械工程與自動(dòng)化 [14] 浦耿強(qiáng)，蔣國(guó)英，白 羽 . 頂置凸輪配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析 [J]. 汽車科技 [15] 吉國(guó)光，發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門材料及加工工藝 [J]1995.(6). [16] 劉錚，王建昕 . 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理教程 [M]華大學(xué)出版社 27 致 謝 時(shí)間過(guò)得很快，不知不覺(jué)已從大一走向大四，美好的大學(xué)生活也要結(jié)束了，四年的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，都付諸于本次的設(shè)計(jì)當(dāng)中，檢驗(yàn)著自己。 這次設(shè)計(jì)是在韓文艷老師的指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下進(jìn)行的，從給我們下發(fā)題目到給予我們資料和意見(jiàn)，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(shè)的這段時(shí)間里，韓老師幫我們找資料，給我們提意見(jiàn)，給予了我們很大的幫助，沒(méi)有韓老師的關(guān)懷和幫助，也不會(huì)讓我寫出如此的論文來(lái)。在此刻向韓老師表示深深的感謝。 很感激四年來(lái)幫助過(guò)我的老師。感謝您們?cè)谶@四年里幫我成長(zhǎng)，幫我學(xué)到了更多。因?yàn)槟鷤兘探o我的 ，才讓我有了這方面的知識(shí)，才讓我有了面對(duì)困難時(shí)的勇氣，讓我更好的能夠完成我的論文。 與此同時(shí)，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(xué)習(xí)到了很多知識(shí)。 也要感謝我四年來(lái)朝夕相處的同學(xué)們，在這期間我們互相討論，出謀劃策，互相學(xué)習(xí)，給我了很多的幫助，在這里謝謝大家。 中 期 報(bào) 告 系名 專業(yè) 學(xué)生姓名 班級(jí) 學(xué)號(hào) 設(shè)計(jì) 題目： 頂置凸輪式汽油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)研究 本人在該 設(shè)計(jì) 中具體 應(yīng)完成的工作： 對(duì)某頂置凸輪軸式汽油機(jī)進(jìn)排氣凸輪及氣門進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況需求確定進(jìn)排氣門升程及尺寸，建立凸輪與進(jìn)排氣門 3氣門工作過(guò)程中凸輪、氣門等關(guān)鍵部件進(jìn)行應(yīng)力分析。 詳細(xì)內(nèi)容） 寫開(kāi)題報(bào)告。 三維模型，并將建立好的三維模型導(dǎo)入到 的有限元分析模塊，進(jìn)行了簡(jiǎn)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(zhuǎn)化成二維模型的工程圖，利用 行了修改。 中 期 報(bào) 告 一步的主要研究任務(wù)，具體設(shè)想與安排（要詳細(xì)內(nèi)容） 1）整體設(shè)計(jì)方案還有些漏洞瑕疵比較多，需要加強(qiáng)練習(xí)； 2）設(shè)計(jì)說(shuō)明書排版還不能完全符合要求，需要進(jìn)一 步的細(xì)化； 3）學(xué)習(xí)利用擁有的數(shù)據(jù)對(duì)建立的模型進(jìn)行應(yīng)力分析； 1）對(duì)頂置凸輪式汽油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析； 2）并查閱相關(guān)資料； 3）開(kāi)始編寫論文說(shuō)明書的正文內(nèi)容； 4）查閱相關(guān)外文文獻(xiàn)，并將其翻譯過(guò)來(lái) . 截止到本月 25 號(hào)，將論文說(shuō)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(shuō)明書交給指導(dǎo)老師進(jìn)行初次審查。 中 期 報(bào) 告 該學(xué)生前期研究工作的評(píng)價(jià)（是否同意 繼續(xù)研究工作） 指導(dǎo)教師 親筆簽字 ： 年 月 日 備注： 1、本表由學(xué)生填寫，指導(dǎo)教師親筆簽署意見(jiàn)。 2、以上各項(xiàng)句 間距可以根據(jù)實(shí)際內(nèi)容需要調(diào)整。 任 務(wù) 書 1．畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求： （ 1）任務(wù)：對(duì)某頂置凸輪軸式汽油機(jī)進(jìn)排氣凸輪及氣門進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況需求確定進(jìn)排氣門升程及尺寸，建立凸輪與進(jìn)排氣門 3D 模型，對(duì)氣門工作過(guò)程中凸輪、氣門等關(guān)鍵部件進(jìn)行應(yīng)力分析。 （ 2）要求：本設(shè)計(jì)要求對(duì)頂置凸輪軸式汽油機(jī)進(jìn)排氣凸輪型線及配氣機(jī)構(gòu)工作特性進(jìn)行分析，按配氣機(jī)構(gòu)各零部件的設(shè)計(jì)要求完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)力分析，撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書。 2．畢業(yè)設(shè)計(jì)的具體工作內(nèi)容： （ 1）原始數(shù)據(jù)： 發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù) 結(jié)構(gòu)型式 直列四缸、四氣門、渦輪增壓缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng) 機(jī) 缸徑 88 程 82 量 壓縮比 12:1 點(diǎn)火順序 1 2）要求： 1）撰寫開(kāi)題報(bào)告 1 篇，開(kāi)題報(bào)告參考文獻(xiàn)不應(yīng)少于 15 篇，注意參考文獻(xiàn)格式； 2）以某頂置凸輪式汽油機(jī)為原型，完成配氣凸輪及進(jìn)排氣門設(shè)計(jì)； 3）深入了解配氣機(jī)構(gòu)各部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要求； 4）完成進(jìn)排氣凸輪及氣門、氣門彈簧的 3D 建模，對(duì)進(jìn)排氣過(guò)程配氣機(jī)構(gòu)關(guān)鍵部件進(jìn)行應(yīng)力分析； 5）翻譯 1 篇不少于 2000 字的外文資料，撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 1 篇 。 任 務(wù) 書 3．對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)成果的要求： 完成頂置凸輪式汽油機(jī)配氣凸輪的型線設(shè)計(jì)，確定進(jìn)排氣門結(jié)構(gòu)尺寸； 完成凸輪、氣門與氣門彈簧的 3D 建模，分析工作過(guò)程中各關(guān)鍵部件的受力情況； 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書、外文文獻(xiàn)翻譯及氣門、凸輪等零件圖紙。 4．畢業(yè)設(shè)計(jì)工作進(jìn)度計(jì)劃： 起 迄 日 期 工 作 內(nèi) 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(guān)文獻(xiàn)資料，編寫開(kāi)題報(bào)告 熟悉配氣機(jī)構(gòu)各零部件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要求 確定凸輪與氣門結(jié)構(gòu)參數(shù)，進(jìn)行氣門運(yùn)動(dòng)過(guò)程的應(yīng)力分析 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)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(xué)生所在系審查意見(jiàn)： 系主任： 年 月 日 開(kāi) 題 報(bào) 告 1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)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(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，汽車作為交通工具越來(lái)越重。汽車行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)也越來(lái)越激烈。發(fā)動(dòng)機(jī)作為汽車的心臟，影響整車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性，因此成為各大廠商研究的重點(diǎn)。配氣機(jī)構(gòu)作為內(nèi)燃機(jī)三大機(jī)構(gòu)之一，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)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(dòng)機(jī)整機(jī)的可靠性和噪聲，然而近年來(lái)隨著發(fā)動(dòng)機(jī)低排放、高速化的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)其性能指標(biāo)要求越來(lái)越高，要求其在高速運(yùn)行的條件下仍然 能夠平穩(wěn)、可靠的工作，因此對(duì)配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求也越來(lái)越高，一方面希望氣門加速度較大，以使氣門迅速地開(kāi)、關(guān)，從而達(dá)到最好的換氣效果以提高動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性；另一方面，希望載荷保持相對(duì)較小，以減小加速度，從而減小振動(dòng)和噪聲，并延長(zhǎng)使用壽命。這樣的矛盾要求給配氣機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)帶來(lái)困難，因此需要精心設(shè)計(jì)氣門的升程曲線以達(dá)到最佳設(shè)計(jì) [2]，所以，配氣機(jī)構(gòu)是當(dāng)今內(nèi)燃機(jī)研究的主要方向之一。 配氣機(jī)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(jì)的合理與否不僅與發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)指標(biāo)有關(guān)，還與整機(jī)的可靠性和氣門使用壽命密切相關(guān) [4]。 氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)各機(jī)構(gòu)件間一般只能傳遞壓力，不能傳遞拉力，所以氣門機(jī)構(gòu)必須用回位彈簧維持機(jī)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(shí)，依靠彈力使氣門與氣門座保持閉合密封；在氣門啟閉過(guò)程中，使氣門及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)不脫離凸輪的控制并隨之運(yùn)動(dòng)。氣門彈簧在工作時(shí)承受周期性交變 載荷，還必須克服機(jī)構(gòu)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可能產(chǎn)生的振動(dòng)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(duì)滑動(dòng)速度也很大，因此，凸輪工作表面的磨損比較嚴(yán)重。針對(duì)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(rùn)滑。 搖臂主要是將推桿和凸輪傳來(lái)的運(yùn)動(dòng)和作用力，改變方向傳給氣門使其開(kāi)啟。 配氣機(jī)構(gòu)的任務(wù)是根據(jù)內(nèi)燃機(jī)工況的需要適時(shí)適度的開(kāi)閉進(jìn)排氣門，對(duì)氣缸進(jìn)行換氣 [7]。近來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)配氣機(jī)構(gòu)的研究都相 當(dāng)重視。隨著現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及噪聲標(biāo)準(zhǔn)的提高，如今對(duì)配氣機(jī)構(gòu)的要求不斷提高，這使發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(guó)內(nèi)外對(duì)配氣機(jī)構(gòu)的研究已經(jīng)設(shè)計(jì)配氣機(jī)構(gòu)的各個(gè)方面，包括型線、挺柱的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、氣門振動(dòng)模型、挺柱與凸輪的接觸應(yīng)力、摩擦應(yīng)力等。國(guó)外對(duì)配氣機(jī)構(gòu)的振動(dòng)噪聲模型、摩擦及配氣相位可變氣門正時(shí)等研究有一些報(bào)道，我國(guó)也在治理研究更精確的氣門振動(dòng)模型、凸輪挺柱動(dòng)力潤(rùn)滑、非對(duì)稱凸輪線及凸輪型線擬合等問(wèn)題。 門彈簧設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀及趨勢(shì) 目前 國(guó)內(nèi)外氣門彈簧優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法主要有基于蟻群算法的內(nèi)燃機(jī)氣門彈簧的優(yōu)化設(shè)計(jì)，基于模糊方法的可靠性多目標(biāo)的氣門彈簧的設(shè)計(jì)方法，基于蒙特卡羅法的氣門彈簧穩(wěn)健設(shè)計(jì)方法，基于多目標(biāo)的內(nèi)燃機(jī)氣門彈簧的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法等。 蟻群算法 一種新型的仿生模擬進(jìn)化算法 [8],是隨機(jī)搜索算法的一種。其思想起源于離散的網(wǎng)絡(luò)路徑問(wèn)題 ,主要特點(diǎn)是：較強(qiáng)的普遍性、分布式計(jì)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(jì)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(jì)目標(biāo) [9]。 基于模糊方法的氣門彈簧設(shè)計(jì)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(jì)目標(biāo)，用線性加權(quán)組合法對(duì)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型進(jìn)行求解，采用模糊學(xué)方法對(duì)加權(quán)系數(shù)進(jìn)行模糊評(píng)判，求出最優(yōu)加權(quán)系數(shù)。該方法有效而實(shí)用，對(duì)求解多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題具有實(shí)用意義 [10] [11]。 蒙特卡羅是一種計(jì)算機(jī)模擬方法 ,又稱隨機(jī)模擬法或統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)法 [12][13]，是一種根據(jù)統(tǒng)計(jì)抽樣理論近似求解數(shù)學(xué)問(wèn)題或物理問(wèn)題的方法?；诿商乜_的彈簧優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jì)變量，以彈簧指數(shù)、彈簧強(qiáng)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(jī)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(jì) 變量處理為具有正態(tài)分布特征的隨機(jī)變量，對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行穩(wěn)健性分析。 綜合運(yùn)用機(jī)械優(yōu)化理論的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，通過(guò)分析內(nèi)燃機(jī)氣門彈簧優(yōu)化設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)變量、目標(biāo)函數(shù)和約束條件，建立起以內(nèi)燃機(jī)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(jì)數(shù)學(xué)模型 , 采用多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論對(duì)氣門彈簧進(jìn)行設(shè)計(jì)可以降低了生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，而且可以減輕 內(nèi)燃機(jī)的軸承負(fù)荷和振動(dòng)等。 輪型線的優(yōu)化 內(nèi)燃機(jī)配氣凸輪機(jī)構(gòu)是由配氣凸輪驅(qū)動(dòng)的，所以配氣機(jī)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提高以后，凸輪型線設(shè)計(jì)的好壞對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣性能和動(dòng)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(shí)驗(yàn)，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(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)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(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行性能試驗(yàn)驗(yàn)證 通過(guò) 真分析及臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)不同的凸輪型線發(fā)動(dòng)機(jī)的功率值和扭矩值等性能參數(shù)的影響很大，充分說(shuō)明了凸輪型線使影響發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)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(duì)于提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性有重要意義。 目前，對(duì)配氣凸輪的研究已經(jīng)涉及配氣機(jī)構(gòu)性能的各個(gè)方面 [16]，包括型線、挺柱的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、氣門振動(dòng)模型、挺柱與凸輪的接觸應(yīng)力、摩擦應(yīng)力等。國(guó)外對(duì)配氣機(jī)構(gòu)的振動(dòng)模型、摩擦及配氣相位和可變氣門正時(shí)等的研究有一些報(bào)道，我國(guó)也在致力研究更精確的氣門振動(dòng)模型、凸輪挺柱副的動(dòng)力潤(rùn)滑、非對(duì)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(jī)研究所馬逢峻、周振華 [17]等教授，將某大型柴油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的幾何凸輪改進(jìn)為函數(shù)凸輪 ,他們通過(guò) 件對(duì)配氣機(jī)構(gòu)建模并進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真。并通過(guò)改進(jìn)前后的配氣機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速 ,從而提高輸出功率。 在凸輪型線設(shè)計(jì)中 ,采用最優(yōu)化技術(shù)以來(lái) ,經(jīng)歷了靜態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)和系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)三個(gè)階段 [18]。 在靜態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，將配氣機(jī)構(gòu)看成絕對(duì)剛體，不考慮它在 運(yùn)動(dòng)時(shí)的彈性變形 .，用此方法設(shè)計(jì)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(lái)判別其好 壞。 在動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，考慮彈性變形，把配氣機(jī)構(gòu)看成彈性系統(tǒng)，主要由氣門的動(dòng)態(tài)加速度峰值、動(dòng)態(tài)充氣性能指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)其優(yōu)劣。 系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)就是從配氣凸輪型線與配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)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(jì)配氣凸輪型線凸輪轉(zhuǎn)速和配氣機(jī)構(gòu)參數(shù)之間有一個(gè)最優(yōu)化匹配。 濰坊學(xué)院劉云、肖恩忠 [19]教授對(duì)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(jì)、動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)和系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)，他認(rèn)為：（ 1） 用靜態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)的圓弧凸輪 ,雖然加速度曲線不連續(xù) ,配氣機(jī)構(gòu)慣性力有突變 ,但有較大的時(shí)間轉(zhuǎn)速不高的發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō) ,它所引起的振動(dòng)和噪音較小 ,故在較低轉(zhuǎn)速的發(fā)動(dòng)機(jī)上還有一定的使用價(jià)值。但隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高 ,振動(dòng)和噪音趨于嚴(yán)重，靜態(tài)優(yōu)化法就不太適用了。（ 2）用動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的凸輪有多項(xiàng)動(dòng)力凸輪、正弦拋物線凸輪、 n 次諧波凸輪等。多項(xiàng)動(dòng)力凸輪只從彈性變形的角度出發(fā)設(shè)計(jì)凸輪外形 ,動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)雖然考慮了配氣機(jī)構(gòu)的彈性變形和振動(dòng)問(wèn)題 ,但僅局限于凸輪型線的優(yōu)化。并未考慮配氣機(jī)構(gòu)的彈性振動(dòng) ,故沒(méi)有從根本上解 決配氣系統(tǒng)的振動(dòng)等問(wèn)題。（ 3）統(tǒng)動(dòng)力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)是將配氣凸輪型線與配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)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(jì)。配氣凸輪型線、凸輪轉(zhuǎn)速和配氣機(jī)構(gòu)參數(shù)之間有一個(gè)最優(yōu)化匹配關(guān)系 ,其中凸輪型線正加速度的寬度對(duì)配氣機(jī)構(gòu)的振動(dòng)強(qiáng)度影響很大。因?yàn)榧?lì)的能量主要從正加速度傳給整個(gè)配氣機(jī)構(gòu) ,所以凸輪正加速度的形狀和寬度對(duì)凸輪激勵(lì)特性具有決定性意義，但一般系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法是將配氣機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化為單質(zhì)量或多質(zhì)量模型 ,得出系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的微分方程 ,但一般不能得出解的表達(dá)式 ,無(wú)法對(duì)解的形態(tài)和特性進(jìn)行分析。 本文綜述了內(nèi)燃機(jī)的目前的發(fā)展?fàn)顩r和趨勢(shì)，論述了對(duì)配氣機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的必要性，提出了一些優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jī)學(xué) [M]．機(jī)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(jī)構(gòu)多體運(yùn)動(dòng)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(jì)算分析． [5] 傅紅良 ,林運(yùn)．氣門彈簧特性對(duì)配氣機(jī)構(gòu)的影響．柴油機(jī)設(shè)計(jì)與制造， 2007， 3 [6] 曹陽(yáng)，姜耀華，王靜．柴油機(jī)氣門彈簧的優(yōu)化設(shè)計(jì)．煤礦機(jī)械， 2008， 29(2)： 21～23 [7] 尚漢翼 設(shè)計(jì)與計(jì)算 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(jī)械工業(yè)出版社， 2005． [9] 高矚．基于蟻群算法的內(nèi)燃機(jī)氣門彈簧優(yōu)化設(shè)計(jì)． [10] 劉唯信．機(jī)械最優(yōu)化設(shè)計(jì)．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?shī)Z目表優(yōu)化設(shè)計(jì)．汽車科技， 2005， 5： 1～ 3 [12]. by of ] 2002， 77： 151～ 165 [13] 莫才頌，王崗． 內(nèi)燃機(jī)氣門彈簧多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)．煤礦機(jī)械 ， 2006， 27(6)： 943～945 [14]尚漢冀 設(shè)計(jì)與計(jì)算 1988 [15]王艷芳 凸輪型線對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響的研究《裝備制造技術(shù)》 第 8期 [16]張德明 科技創(chuàng)新與應(yīng)用 第 18 期 [17]馬逢峻 配氣機(jī)構(gòu)凸輪型線改進(jìn)設(shè)計(jì) 9 卷 (2007)第1 期 [18]張力 應(yīng) 29 卷 )第 7 期 [19]劉云 高速柴油機(jī)配氣凸輪優(yōu)化設(shè)計(jì)綜述 3 卷第 2 期 開(kāi) 題 報(bào) 告 ２．本課題要研究或解決的問(wèn)題和擬采用的研究手段（途徑）： 題研究的主要內(nèi)容 本文將對(duì)擬給定部分?jǐn)?shù)據(jù)的發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，開(kāi)展對(duì)配氣機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)選型，結(jié)構(gòu)分析和主要影響發(fā)動(dòng)機(jī)功率阻力矩的分析計(jì)算，并希望將就研究成果運(yùn)用到實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，具體工作如下 : ①配氣機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)。分析發(fā)動(dòng)機(jī)在各種工況下的配氣結(jié)構(gòu)外特 性的變化規(guī)律，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境，設(shè)計(jì)要求，選擇合適的結(jié)構(gòu)型式。 ②配氣凸輪的設(shè)計(jì)。對(duì)目前主要的凸輪型線進(jìn)行分析研究，如高次多項(xiàng)式，低次多項(xiàng)式等經(jīng)典凸輪型線，分析其特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出沖擊小，進(jìn)氣充分，排氣徹底的配氣凸輪型線，并運(yùn)用制圖軟件 行繪制。 ③運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。根據(jù)凸輪型線，利用運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算出氣門的位移、速度、加速度，并根據(jù)氣門提前角，遲閉角和氣門重疊角對(duì)配氣性能的影響，確定配氣機(jī)構(gòu)的配氣相位和氣門開(kāi)度等。 三、研究步驟、方法及措施： 寫開(kāi)題報(bào)告及文獻(xiàn)綜述 三維實(shí)體建模軟件 等實(shí)體建模軟件建立汽車發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的實(shí)體模型 5. 利用計(jì)算仿真軟件對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)氣門機(jī)構(gòu)在工作狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析，得到應(yīng)力、變形等參數(shù) 6. 以仿真結(jié)果作為依據(jù)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)氣門機(jī)構(gòu)給以優(yōu)化 成畢業(yè)論文 四 序號(hào) 日期 工作內(nèi)容 1 2017/2/13~2017/3/13 查閱相關(guān)文獻(xiàn)資 料，編寫開(kāi)題報(bào)告 2 2017/3/14~2017/3/31 熟 悉配氣機(jī)構(gòu)各零部件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要求 3 2017/4/1~2017/5/14 確定凸輪與氣門結(jié)構(gòu)參數(shù)，進(jìn)行氣門運(yùn)動(dòng)過(guò)程的應(yīng)力分析 4 2017/5/15~2017/5/31 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)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(kāi) 題 報(bào) 告 指導(dǎo)教師意見(jiàn) ： 指導(dǎo)教師： 年 月 日 所在系審查意見(jiàn)： 系主任： 年 月 日