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发动机配气机构多体耦合系统动力学研究

吴佳芸  
【摘要】: 配气机构控制发动机进排气过程,直接影响着发动机的性能和可靠性。随着发动机的性能要求不断提高,研究发动机配气机构动力学特性具有十分重要的意义。 论文对顶置四气门配气机构工作过程进行了分析,通过理论计算和实验方法确定了配气机构动力学模型的主要参数,利用AVL/TYCON分析软件建立了顶置配气机构凸轮轴—摇臂—气门系统一维动力学分析模型,对其动态特性进行了仿真和评价,得出该配气机构在额定转速下运行平稳,无气门反跳和凸轮摇臂跳脱现象等结论。 为了克服一维动力学分析只反映了配气机构参数特性,不反映其结构特征等问题,提出了利用固定界面动态子结构法分析发动机配气机构动态特性的研究思路。将摇臂作为柔性部件、凸轮轴和气门为刚体,建立了发动机配气机构凸轮轴—摇臂—气门系统刚柔耦合动力学模型,对其动态特性进行了研究。得出了配气机构气门加速度、气门最大落座速度及凸轮、摇臂的接触应力以及摇臂与凸轮之间的润滑特性,提出了柔性体部件的应力计算方法。分析了耦合模型中气门的动力学响应、柔性体摇臂动态工作应力的变化规律,得出了配气机构气门落座速度小于许用落座速度,凸轮摇臂接触应力小于许用接触应力值,凸轮摇臂最小油膜厚度随转速降低而相应减小且最小油膜厚度极小值与凸轮摇臂接触应力最大值相互错开等结论。刚柔耦合模型不仅能较好的反映了配气机构的动力学特性同时也得到柔性体应力分布,找出了最大应力出现的位置,为结构优化提供理论依据。 对配气机构动态特性进行了实验研究,验证了发动机配气机构凸轮轴—摇臂—气门系统三维刚柔耦合动力学模型及分析方法的正确性。表明刚柔耦合动力学分析方法能够更加准确地分析配气机构动力学特性,同时通过柔性体的模态综合建立方法,能准确地计算出柔性体的动态应力变化曲线,为预测零部件疲劳性能和结构参数优化提供理论依据。


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