（全套设计打包）汽车进排气的瞬时运动分析设计（喜欢就下吧）

为了克服单自由度模型存在的不足，发展了多自由度质量模型。

多自由度质量模型具有比单自由度质量模型更为真实反映实际机构状况的优点，利用多自由度质量模型能精确地研究各传动部件的运动规律和受力情况，也能分析气门弹簧的振动情况。

对于多自由度质量模型，最主要的问题是计算的复杂性，随着计算机技术的发展和广泛应用，各种商业配气机构软件的推广，多自由度质量模型已逐渐成为配气机构动力学建模的主要方式。

世纪初仿真技术已得到应用。

例如在实验室中建立水利模型，进行水利学方面的研究。

年航空航天和原子能技术的发展推动了仿真技术的进步。

年计算机技术的突飞猛进，为仿真技术提供了先进的工具，加速了仿真技术的发展。

采用仿真技术，可以在计算机内对内燃机产品的部件装配并进行机构运动仿真，由仿真运行可校核部件运动轨迹，及时发现运动中部件干涉隐患对部件装配进行动力学仿真，可校核机构受力情况根据机构运动约束及保证性能最优的目标进行机构设计优化，可最大限度地满足性能要求，对设计提供指导和修正。

通过几个五年计划的努力，我国仿真技术得到了快速发展，并取得了突破性成果。

在国防工业领域，建成了不同类型的半实物仿真系统。

在军事领域建立了指挥作战训练的仿真系统及半实物仿真试验室。

我国的多媒体仿真技术正处于起步和发展时期，清华大学北京大学华中理工大学和些部队院校已开始了有关这方面的研究。

目前，国内大学和企业己进行了机构运动动力学仿真方面的研究和局部应用，能在设计初期及时发现内燃机曲柄连杆机构运动干涉，校核配气机构运动动力学性能等，为设计人员提供了基本的设计依据。

.设计内容气门凸轮式配气是目前内燃机上应用最广泛的配气形式，本文采用的柴油机配气机构为下置凸轮轴式滚轮随动件叉型摇臂双气门配气机构，主要由凸轮轴滚轮推杆挺柱摇臂气门垫块气门气门座等部件组成。

用软件对配气机构各零部件进行立体建模，根据各零部件之间的位置和约束关系建立起配气机构的装配模型。

考虑到该模型进行仿真分析时的可视化效果，各机构模型均按照实际结构建立。

各零部件的质量转动惯量质心位置等物理特性参数均由三维软件精确计算得到。

再将模型导入软件进行多体动力学计算，.采用世界上广泛流行的多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方程方法，建立系统的动力学方程。

对于刚体，采用质心在惯性参考系中的笛卡尔坐标和反映刚体方位的欧拉角或广义欧拉角作为广义坐标，接着建立约束方程和作用力方程，并将它们都写成广义坐标的表达式，最后用拉格朗日乘子法建立系统的运动微分方程。

.用计算机辅助配气机构设计分析在静态优化设计中，将配气机构看作绝对刚体，不考虑它在运动时的弹性变形，用该方法设计凸轮型线，主要用以下三项指标来判别其好坏静态充气性能。

通常用挺柱升程丰满系数和时面值来表示，希望此值越大越好。

静态加速度峰值。

即挺柱的最大正负加速度值。

其绝对值越小，凸轮轴的高速动态性能越好。

轮廓面最小曲率半径或凸轮与挺柱表面的接触应力。

设计凸轮时，应避免凸轮曲率半径过小，否则会导致接触应力过大，使凸轮出现过早磨损。

用静态优化设计的凸轮，虽然加速度曲线不连续，配气机构惯性力可能会产生突变，时面值较大。

但当柴油机转速上升时，配气机构的弹性变形会引起气门的剧烈振动，严重时会破坏气门的正常工作，产生飞脱和反跳，这不仅加剧了柴油机的振动噪声和零件间的磨损，还会使充气效率下降，为了解决静态设计的不足，人们提出了动态设计的方法。

在动态设计中，考虑到系统的弹性变形，气门在工作中会产生振动，影响配气机构动力性能和平稳性，因此必须对配气机构在工作中的动态特性进行评估。

在动态优化设计中，考虑弹性变形，把配气机构看成弹性系统，主要由下列指标来评价凸轮型线气门的动态加速度峰值根据单质点振动模型或多质点振动模型计算出最大加速度峰值和第个负加速度峰谷，以及落座后的气门动态响应。

动态充气性能考虑进排气管压力波动多缸机各缸的进气不均现象及配气相位对充气性能的影响。

随着柴油机转速的提高，静态和动态充气性能的差别越来越大，这主要是由两部分因素引起的，是当转速提高，吸气冲程时间缩短，进排气管压力波的动态响应增大另外方面气门发生脱离和反跳，破坏了正常的静态充气性能。

挺柱与凸轮表面的动力润滑磨损情况以及气门头部的磨损情况。

.本文研究内容本文主要对配气机构的个零件的形状和尺寸进行设计，得到个零件图的详细尺寸，再通过计算机软件即进行三维的实体建模，得到个零件的三维图，将各个零件装配到起，得到配气机构的装配图。

通过三维转配模型导入软件，通过软件对配气机构进行仿真分析。

主要内容如下通过对配气机构的运动学与动力学的分析与计算配气机构杆构受力的分析与计算，建立型柴油机曲轴连杆机构的数学模型。

根据设计要求运用三维绘图软件在计算机内建立准确的轴系各构件的实体模型，主要包括凸轮轴挺柱推杆摇臂气门等。

对型柴油机曲轴连杆机构模型运用多体动力学软件进行动态仿真。

根据仿真导出数据曲线，对曲线进行分析。

第章配气机构零部件设计.气门气门设计的基本要求材料方面气门的工作温度是确定气门材料的主要因素。

在气门工作温度范围内材料应具有足够的强度。

韧性和表面硬度。

由于排气呢锥面磨损常为腐蚀磨损，因此在选择材料时候必须考虑化学腐蚀主要是硫和磷的性能。

进气门锥面多属磨损摩擦，因此进气门侧重耐磨。

结构方面要求结构简单加工方便，且颈部形状也要恰当，以便减少气体的流动阻力，增加其进气冲量。

在保证足够的强度刚度和耐磨性的前提下的重量选择。

气门的工作条件分析及材料的选择气门室发动机的重要零件之。

工作时需要承受较高的机械负荷和热负荷，尤其是排气门，由于经常高温燃气的冲刷，因而易于产生漏气。

腐蚀与烧损等现象，工作条件也更为严酷。

气门工作时承受落座冲击负荷及燃气压力给以的静负荷，这种静负荷般在左右，而冲击负荷般为.左右气门的工作温度进气门约为，而排气门则可达，甚至更高，下面是柴油机的排气门的温度场。

气门材料的选择必须考利到它的工作温度腐蚀冲击载荷以及气门杆部与端面的耐磨等因素。

而且进排气门的对材料的要求也是不同。

就发动机的选材进气门的材料用排气门的材料用。

气门选择材料的方法马氏体钢般气门中采用铁素体合金钢，含碳量在之间，经淬火后可得到马氏体组织以上耐磨的要求，这种材料的机械性能加工性好，滑动性好，在工作温度超过的排气门上广泛应用，如等。

但在强化程度较高的发动机上，由于热负荷和机械负荷高，因而对气门锥面的耐磨耐腐蚀性能提出更高的要求，这时，可采用堆焊气门，这是种头部采用奥氏体钢，杆部采用马氏体钢的气门。

可用摩擦焊或闪光焊来堆焊。

堆焊气门设计的关键是正确地焊接部位。

应从以下两个方面来考虑首先界面处应在气门头部应力区之外并离颈部顶圆弧中点附近的热点较远其次耐热性较差的杆部材料不要受到高温燃气的侵蚀焊接的部位以选在气门全开时界面与导管下端相齐或略高为宜。

奥氏体钢这类钢在常温和工作温度下基本上全是奥氏体组织，不能淬硬。

它的高温强度好，耐腐蚀性好奥氏体钢用做高功率柴油机的排气门，其最高工作温度允许达。

国产奥氏体钢广泛用作机车和大型载重汽车的柴油机排气门。

气门头的设计气门头部的形状气门头部的形状除了影响气体的流通特性之外，还会影响到气门的刚度重量导热性能以及制造成本等，同时也关系到气门的使用期限。

因此根据不同发动机的不同情况进行具体的分析，然后确定合理的方法。

根据柴油发动机的结构采用平底型气门。

因为这种气门的结构简单工艺性好受热面小，具有定的刚度，图.平底型气门基本上式满足进排去的要求。

这种型号在各类柴油机得到了广泛的运用。

图.是平底型气门的示意图。

气门头部的直径增大进排气流通截面是减少进排气阻力，提高进气量的途径，同时气门头部直径的选择还要考虑到燃烧室的形状，气缸盖进排气门的布置，气道之间冷却水套的设计以及气门受热和冷却的均匀性等因素。

综上的条件柴油发动机的进排气门的直径都取。

气门锥面斜角在气门开启初期及接近关闭时，气门锥面斜角的大小对于气体的流通断面有较大的影响。

这时的流通断面大致与斜角的余弦成正比。

此外，气门与气门座之间的单位压力随斜角的增加而增大，而气门与气门座之间的相对滑移则随斜角的减小人减小，因此气门的确定必须根据发动机的综合情况而定，对于柴油发动机的气门斜角都是。

气门头部厚度及锥面宽度气门头部厚度的设计，主要是从气门的刚度来考虑，气门在燃烧压力的作用下会引起变形，变形过大会使气门的密封性下降，锥面磨损加剧。

由于头部厚度对气门的刚度影响比颈部圆弧要大得多，因此当需要增加气门刚度时首先考虑增加头部的厚度。

如果还受到气门质量的限制，则常用适当减小颈部圆弧半径来得到弥补。

厚度与气门头部的外径有定的比例，般.式中，为气门头部锥面厚度，为气门头部外圆直径。

柴油机气门的头部厚度取.。

气门锥面的宽度与厚度有关，般当时.式中，为气门锥面的宽度。

对于柴油机的气门锥面宽度。

取为.注意提醒的是，并不是所有的都参与了密封，真正起到密封的是条位于宽度中间附近的密封带，密封带的宽度小得多，气门的大部分热量是通过这条密封带传出去的，密封带较宽则传热的效果就较好，气门的工作温度就较低，但气门的密封性就较差。

反之，密封带太窄，虽然密封性较好，但散热不良，且接触压力较大，会加速气门的磨损，因此需综合这两个方面的因素来选取气门密封带的宽度，其宽度般取，柴油机的密封带宽度，经过查表是.。

气门杆的设计气门杆的结构气门杆通常是做成实心的，但是为了减轻质量，对于高速发动机，它的温度很高，将气门杆做成空心，并在排气门的杆内充油金属钠进行冷却以降低热负荷，对也柴油机为了考虑到它的成本问题，就直接将它设计成实心气门杆。

气门杆颈气门杆的颈部选择决定也排气所需的耐久性，增加杆的颈部有利于气门的热量逸散。

杆的颈部选择还决定于它在导管中运动时侧向力的大小。

气门通过凸轮挺柱和摇臂来驱动时，杆部受到的侧向力就比较小。

气门杆的颈部增大也会引起质量的增加，工作时的惯性力增加，落座时冲击负荷增加的系列问题。

根据经验公式，气门杆的颈部可取头部外径的。

考虑到加工和维修的方便，般进排气门杆的颈部取相等。

柴油机的气门杆的直径。

.根据型柴油机选取气门杆直径。

气门杆长度气门杆长度决定于气缸盖和气门弹簧的设计，般总希望短些，以便降低发动机的总高度，减小气门的质量，通常.柴油机的。

气门杆表面的热处理工艺要经过淬火处理，要求的硬度不小于。

才能满足其工作条件。

气门杆与弹簧的锁紧为了防止气门弹簧和气门锁夹断裂时气门落入气缸而引起严重的事故，可以在气门锁夹槽的下部增加段凹槽，然后嵌入弹簧圈，凹槽的位置应能保证气门的下落量只比气门最大升程大就可以。

如图.柴油机的锁紧的组合图。

气门气门锁夹弹簧座气门弹簧图.气门弹簧锁紧图气门的主要损坏形式和预防措施排气门的烧损原因.材料的高温耐蚀性不够。

.燃烧残渣沉积在锥面，不能自行排出，使气门与气门座之间的导热性变坏，造成锥面局部温度升高，促使气门材料烧损。

.气门座由于热应力或装配不当产生扭曲，在高温和气体压力作用下气门头部变形，因而造成气门漏气。

.预防的措施.选择在高温下耐腐蚀性好的材料。

应考虑柴油中含硫重油中含钒的影响。

.在气门锥面堆焊基合金。

.适当的增加气门头部厚度，借以减少气门在工作时的变形和在头部边缘的热积蓄。

.改善冷却水道的布置，适当的增加气门座圈的接触高度，以利充分散热，降低气门的工作温度。

.采