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内燃机配气系统的非线性动力学研究

王韬  
【摘要】:本文的工作紧密联系工程实际,从现代内燃机设计的需要出发,推广和应用 非线性振动理论和配气系统动力学分析方法,从理论和实验角度研究了配气系统 由物理参数引起的多重共振特性,揭示了气门弹簧多重共振、拉压和扭转耦合振 动与配气系统各种物理参数之间的关系。通过本文的工作,试图为内燃机配气系 统的优化设计奠定一些研究基础。 本文的研究内容和主要结果有以下几个方面: 概述了配气系统的非线性动力学研究现状和研究方法,总结配气系统非线性 动力学的研究进展。重点介绍了非线性振动理论的一些基本问题,包括常用求解 方法,解的某些物理性质等。 以顶置凸轮轴配气系统为研究对象,利用振动力学理论着重分析连续模型与 离散模型的运动学与动力学响应。本章给出了利用连续模型计算气门弹簧的动态 响应和气门受力情况的理论方法,为配气系统的工程设计提供理论参考。讨论了 初始条件对气门弹簧动力学特性的影响。利用离散模型建立了气门弹簧的运动微 分方程组,并对并圈产生的碰撞力进行了详尽分析。在理论研究的基础上进行了 仿真研究,与实测结果吻合。 针对气门弹簧,首次研究了一阶固有频率与二阶固有频率之间满足 1:2 内 共振关系时,气门弹簧的二重共振和三重共振,揭示了多重共振的规律。通过分 析系统的分岔方程,求得了各种共振条件下的分岔响应,并获得了振动响应与激 励幅值变化的关系。根据理论分析结果,指出气门弹簧的刚度和阻尼是影响气门 弹簧振动分岔响应拓扑结构的主要物理参数,为气门弹簧振动的主动控制指明了 方向。通过实验结果验证了两种二重共振理论分析结果的正确性,为配气系统多 重共振理论分析方法进一步发展奠定基础。 研究了气门弹簧拉扭耦合振动,揭示了由物理参数引起的纵振与扭振相互耦 合振动的规律。这种耦合振动分析的观点,可以为全面探索配气系统的振动规律 提供帮助。


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