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JX493柴油机配气机构建模及运动学分析

时间:2013-07-25 11:07来源:毕业设计论文网 作者:坤哥毕业设计 点击: 购买指南 在线支付
当今内燃机配气机构的发展趋向是在排量不变的前提下,提高内燃机性能指标。不论是多气门配气机构还是在此基础上演化而来的可变气门运动配气机构,其基本出发点都是,在更大范围内使内燃机动力指标、经济指标和生态指标等达到最优,这是传统配气机构无法完成

 当今内燃机配气机构的发展趋向是在排量不变的前提下,提高内燃机性能指标。不论是多气门配气机构还是在此基础上演化而来的可变气门运动配气机构,其基本出发点都是,在更大范围内使内燃机动力指标、经济指标和生态指标等达到最优,这是传统配气机构无法完成的。
三、本课题研究内容
1.动力学模型的建立
图1 为典型的配气机构动力学模型, 图1 (b) 中把气门的运动用一个当量质量M 的运动来描述, M 的一端通过刚度为K 2 的气门弹簧与气缸盖连接, 而另一端连接一假想的刚度为K 1 的弹簧, 弹簧的另一端由当量凸轮控制, 刚度K 1 可以通过试验测定, 也可以通过有限元软件建立系统的实体模型, 算出理论刚度; hT 是机构为刚性时气门的升程, 当系统摇臂比为常数时, hT就是凸轮升程与摇臂比的乘积; h1 为气门实际升程[2 ];K Z 为气门座对气门的刚度(只有在与座圈接触时才有) ;D 1 为系统内阻尼系数; D 2 为系统外阻尼系数; D Z
为气门座阻尼系数( 只有在与座圈接触时才有)。           
M 是挺柱、推杆、摇臂及气门组换算到气门轴线处的当量质量, 其计算公式为:M=M v+M SR +Ms/3+I/lv2+Mp/(2i2)......(1)
式中: M V -气门质量;
M SR—弹簧上座及锁夹质量;
M S —气门弹簧质量;
 lv—摇臂回转中心到气门轴线的距离;
 I —摇臂绕旋转中心的转动惯量;
 i —摇臂比;
M P —推杆质量。
 
2.动力学方程的建立
(一) 集中质量受力分析
(1) 配气机构的弹性恢复力F 1:
 
式中; -气门间隙
    -凸轮升程
(二)气门弹簧F2:
F2=K2h1+Fr  (3)
式中:Fr-气门弹簧预紧力
(三)配气机构中的阻尼力F 3:
 
式中: nc —配气凸轮转速;
  -凸轮转角, 当外阻尼力相对于内阻尼力非常小时可以忽略不记。
(四)气体压力F 4: 进气门不用考虑气体压力, 排气门的气体压力等于气门头部上、下面的气压差, 可以通过示功图获得。
(五)集中质量惯性力F:
 
(2)当量质量M 的微分方程
当量质量M 的微分方程如下:

 
其中:   为气门座在气门弹簧预紧力作用下的初变形量。
(3)计算当量质量的条件
(一) 消除气门间隙。挺柱开始运动时, 由于气门间隙的存在, 摇臂尚未与气门接触, 即 此时的运动只是推杆摇臂随凸轮型线的刚性从动。
(二)气门开始运动但未离座。摇臂开始与气门接触, 气门开始运动, 但气门座在弹簧预紧力的作用下具有一定的初变形量, 气门仍与座接触, 即 。
(三)气门正常升起。当 , 0时, 气门离开气门座, 不再受气门座作用, 即K Z= 0,D Z= 0。
(四)系统脱离。当 时,系统中产生传动链脱节, 弹性恢复力消失, 即K 1= 0,D 1= 0, K Z= 0, D Z= 0。
(五)气门落座。当 时,气门与气门座接触, 弹性恢复力仍然存在; 当 0, 时, 气门落座, 摇臂与气门分离,此时M 不包括推杆、摇臂质量, 即K 1= 0, D 1= 0。
(六)气门产生反跳的条件。当气门关闭后又出现 , 表示气门反跳, 此时气门离开气门座, 气门只受气门弹簧力, M 不包括推杆、摇臂质量, 即K Z=0, D Z= 0, K 1= 0, D 1= 0。
3. 配气机构的数值计算
(1)凸轮升程的数值解法
凸轮升程函数是一个分段函数, 有不同的数值拟合法, 其中较好的数值拟合方法是N 次谐波凸轮逼近法。由于凸轮升程hT 必定是以2л为周期的函数, 故hT只要有适当的光滑性, 就可以在[ 0, 2л] 之间展开为如下的富里埃函数:
 
N 是事先取定的正整数, 此拟合函数计算简单,能逼近真实凸轮升程, 其精度相当高, 一般N 取30 左右时, 最大误差为0.001mm。
(2)微分方程组的数值解法
配气机构单质量动力学方程为非线性二阶常微分方程, 一般采用数值法求解。应用于二阶微分方程时,使用四阶龙格- 库塔计算。此方法求解精度高, 速度快, 收敛性好, 易于编程。
四、设计要求及工作进度:
1、设计要求
(1)JX493柴油机性能指标:
柴油机类型:水冷四冲程直列式顶置式气门
气缸数-缸径×冲程:4-93mm×102mm
排气量:2.771cc                    压缩比:18.2
燃烧形式:直接喷射                 润滑方式:压力循环飞溅复合式
冷却方式:闭式压力循环             起到方式:电启动
电机停止方式:燃油控制系统
输出功率:57千瓦/3600 转          最大扭矩:172牛米/2000转
怠速:750转                       最大空转:4200转
全负荷最低燃油消耗率:224g/kwh
冷起动温度:-25℃
排气温度:<600℃
(2)对JX493型柴油机配气机构主要零部件进行三维建模,并做运动学分析。
工作进度安排
        
序号 各阶段工作内容 起讫日期
1 查阅相关资料,进行现场调研,翻译资料等 3月5日~3月18日
2 撰写开题报告 3月19日~4月1日
3 配气机构主要零部件的三维造型 4月2日~4月23日
4 配气机构的装配 4月24日~4月30日
5 配气机构运动学分析  5月1日~5月19日
6 撰写毕业设计说明书 5月20日~5月27日
7 毕业答辩 5月28日~6月1日

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