配气机构的运动学、动力学分析

1、配气机构的运动学、动力学分析吉公司技术中心 广西玉林市天桥西路 88 号）（广西玉柴机器摘 要：通过 AVL TYCON 的仿真计算，对某机型的配气机构进行运动学和动力学分析，评估凸轮型线和配气机构各零件。：配气机构；运动学；动力学。主要：AVL TYCON1 概述某机型通过提高转速发功率，提高转速会对配气机构各带来更大的惯性力及冲击，有可能出现从动件飞脱、气门反跳、弹簧碰圈等现象，则需要改进零件及重新设计凸轮型线。本文使用 AVL TYCON建立配气机构计算模型，通过对凸轮型线进行运动学仿真分析，评价该凸轮在高转速下是否需要重新设计，以及系统总刚度是否足够；对配气机构各进行动力学仿真分析，对

2、出现的如飞脱、反跳、弹簧碰圈等现象。在计算中通过有限元计算零件刚度，使用 AVL TYCON凸轮型线数据来自零件图纸。仿真分析，其中缸内压力曲线来自试验监测，2.计算模型2.1 配气机构主该机型为下置式凸轮结构，一个凸轮驱动一个气门，配气机构主要包括凸轮、挺柱、推杆和摇臂，以及气门和气门弹簧，机构布置见图 1。图 2TYCON 单阀系计算模型图 1 配气机构布置图12.2 TYCON 模型的建立在 AVL TYCON 中建立单阀系的计算模型，见图 2。2.3 零件刚度、质量计算使用有限元中，按照 TYCON计算各零的刚度，使用 UG计算各零质量。在运动学模块的要求将刚度和质量转化到双质量系统的

3、气门侧；在动力学模块中，按照 AVL 建议的方法，将本形式摇臂（Rocker Arm）的有限元计算刚度和惯量转换到凸轮侧。2.4其他参数计算中考虑了以下激励及驱动：动力计算中作用于气门的缸内压力（只有排气门考虑这一点），见图 3配气机构中质量和弹簧力产生的激励凸轮型线驱动，见图 4凸轮旋转驱动排气门的计算要考虑缸内压力，数据来自试验。凸轮型线数据来自零件图纸。图 3 缸内压力曲线图 4 凸轮升程曲线3 计算结果及分析3.1 运动学分析结果该机型在原转速下已进行过 AVL TYCON的分析，本文的计算分析主要集中在最高转速下。图 5 为进气系统和图 6 排气系统的运动学分析的凸轮型线的升程、加速

4、度等。图 6排气系统运动学分析图 5进气系统运动学分析21. 经计算，进气系统的最小弹簧FD）为 0.892，排气系统的最小弹簧是的，需要改进。（气门弹簧力与负加速度段惯性力的最小比值 FS/为 0.905，均未达到经验值，因此，气门弹簧刚度2. 经计算，凸轮挺柱的最大接触应力为 368Mpa，低于该机型所采用材料的许用接触应力。3. 从运动学计算结果提取出正加速宽度 Camdeg，计算 K 值：K= fN（ f 为阀系自振频率 Hz， n为凸轮转速 rpm）Ncam6ncam进气系统为 1.761，排气系统为 1.658，均满足值。3.2 动力学分析结果1. 图 7 进气系统气门有明显飞生，

5、需要重新设计凸轮型线、改进配气机构、或改进气门弹簧。图 8 排气阀系结果正常。图 7进气系统图 8排气系统2.可通过检查凸轮挺柱接触应力，发现从动件有飞进配气机构，见图 9 和图 10。生，需要重新设计凸轮型线或改图 9进气系统图 10排气系统3.发现气门落座速度大于新设计，见图 11 和图 12。值，气门落座力大于值，气门弹簧及凸轮型线需要重3图 12排气系统图 11进气系统4.通过观察弹簧受力曲线，可以认为气门弹簧工作正常，未见碰圈等现象。见图 13 和图 14。图 14排气系统图 13进气系统4 改进方案首先考虑避免影响较大的气门反跳问题，一般可从两个方面来解决：一是全新设计一条完全适合

6、该机型的凸轮型线，同时满足性能和运动学、动力学要求，这需要和 AVL BOOST协同完成，考虑到采购和试验验证，周期较长，成本较高；另一方面是加大弹簧力，大到足以抵消气门反跳惯性力，但加大弹簧力会使接触力增大，磨损增加，较大的更改还会引起缸盖及配气机构其它零件的改动。计算气门弹簧的预紧力是否有闭的气门预紧力为：空间，根据排气门校簧预紧力，为使气门有效关F = P D D=296N220sist4其中： P 为排气背压；Dsi=28.6 mm ；Dst=8 mm 。实际预紧力为 122N，因此气门弹簧预紧力有空间。在不改变其它零件的前提下，弹簧簧丝直径和弹簧中径都未改变，弹簧刚度系数不变，通过加大弹簧长度，将弹簧预紧力4提高为 210N，弹簧长度增加过多容易造成弹簧长度短，弹簧易发生碰圈。对改进后方案进行计算，结果见图 15 和图 16。可以看到气门反跳已经。图 16排气系统图 15进气系统气门反跳可以依靠改进气门弹簧解决，但诸如飞脱、气门落座速度高和落座力大必须通过和 AVL BOOST 协同设计新的凸轮型线解决。5 结论1气门弹簧需重新设计，以提供足够的弹簧。2该配气机构在提高转