外文翻译--分析和实验输出式凸轮阀系统的液压挺杆 中文版

分析和实验输出式凸轮阀系统的液压挺杆 Won-Jin Kim-, Hyuck-Soo Jeon- and Youn-Sik Park-（1989年9月11日）在本文中，跟随型凸轮式阀系统采用了液压挺杆的运动分析和实验研究研究。首先，为每个相应的凸轮角度和凸轮与从动件之间的接触点，做精确的运动分析。 6自由度J弹簧阻尼器模型构建模拟阀动作解析。构建模型时，大多数参数已确定。但一些值，这是很难派生的,如阻尼系数的实验测定与工程参数。为了显示的效果分析模型，预测凸轮阀动作，直接比较，测得的气门和挺杆运动。关键词：指跟随（OscillatiW滚子从动件），顶置凸轮轴（OHC），凸轮阀门系统，跳跃，弹跳NOMENCLATURE-A E：在挺杆油腔的等效截面积，C.C.2 C.3：等效阻尼系数阀阀座C.e：阻尼系数，N-S / MC，F，CVF，CFE：等效阻尼系数接触C，P：挺杆：ns / m的等效阻尼系数0：基本的自然频率，气门弹簧，赫兹H：汽缸和活塞，毫米之间的空隙。K.1K. 2 K.3：阀的等效刚度系数K.：刚度挺杆，N / m的弹簧软K，F，KVF，KFE：接触的等效刚度系数L：柱塞长度，mm杠杆臂，力Ff“毫米VF：毫米力FVF，杠杆臂跟随质量，kgMT：相当于挺杆质量，kgMV：相当的阀门质量，kg;1 简介 设计凸轮的气门传动装置的内部燃烧引擎，有很多事情要考虑，如阀面积，峰值的凸轮加速，正确的凸轮运行角度，由于增加的速度斜坡内燃机，凸轮阀的动态效果系统变得更重要。最近，一些研究聚焦的动态效果上的凸轮气门系统已经完成。秋叶等（1981）构建了一个自由度模型来分析OHV（顶置气门）式凸轮气门系统，并研究了系统运动的动态效果。Jean和Pink（1989年）试图来分析同一个类型的阀门集中质量的动态模型，并设计了一个系统最佳的凸轮形状考虑动态模型。皮萨诺和弗罗丹斯顿（1982）开发了一个动态模型的高速度阀系统能够预测既有正常系统响应以非正常系统的跳跃。目前几乎出现集中在高速凸轮系统的研究系统上具有恒定的摇杆臂比和阀体的分离现象。特别是凸轮的分析系统与液压挺杆的关系一直没有彻底研究。在这项工作中，一个顶置凸轮轴凸轮的气门液压挺杆和从动件的分析，解析与分析集中质量模型的疑难和验证了其可靠性。这项工作中所用的凸轮从动系统是具有复杂的动态液压挺杆和非线性不同摇臂比率的。 从摇臂比值偏离高达34的基线值和凸轮之间的接触跟随移动。从动件的摆动不支持在一个固定的点摆动，但可以在一个顶部安装垂直移动的支点的液压挺杆下摆动。液压挺杆的主要作用是消除气门间隙，排除气门机构内的有害影响。但是在高工作速度区域，液压挺杆可以让一个不寻常的气门运动恢复正常。因此，液压挺杆的特性，必须考虑其在配气机构的动态模型中的地位。研究的主要目标类似CAM系统，它是由陈和皮萨诺（1987年）建立的六自由度模型考虑平移和旋转运动的跟随型阀门。遗憾的是他们用一个简单的单自由度模型的液压挺杆作为分析对象。他们只注重分析工作，并没有试图验证实验的结果2 阀门建模OHC式凸轮气门实际的整体形状是如图1.所示,为了准确地描述阀运动，阀为6个自由度。阀的开闭运动YV，液压挺杆平移运动Y，跟随平移和旋转运动Y和8，和两个额外程度的自由YS和YS2代表气门弹簧平移运动。采取气门弹簧YS和YS2的原因是考虑气门弹簧激增的现象。它是已知的的阀簧影响阀动作之一，尤其是在运行速度是很高的时候。由于凸轮轴可视为刚性的和固定在其轴承上，其动态特性在模型中被忽略，建模过程的细节解释如下。图1 结构示意图2.1联络点建模如图1中所示 ，跟随型凸轮气门有4个气门传动的部件之间的接触点。那些是从动件和挺杆之间的联系，凸轮从动和阀的阀座和阀。阀座的接触点与其他接触件发生周期性的运动，不同接触件应该保持其自身的运动方式。阀座刚度（KSE）和阻尼（CSE）的的均取自以前发表的文献（陈和皮萨诺，1987）上，另一方面，相当于阻尼和刚度系数在其他的接触点进行了预测接触理论利用形状系数，弹性模量。 AJ假设适当的范围内的接触的力量，相应于接触刚度计算中的接触理论。然后，等效刚度在每个接触点的最小误差曲线中获得的接触刚度（Roark和青年，1976年）。它假定挺杆和从动件之间的接触是凸轮和跟随器两个领域之间的内在联系相当于互相接触的两个气缸，从动件和阀之间是在一个平面上的气缸的接触。在每个接触点的阻尼系数假设为0.06，临界阻尼系数（CCR）使用式（I）的计算。 M，和Mz相当于群众每个接触的部件。它假定每个接触组件的等效质量（M，和Mz）被连接由一个弹簧和一个阻尼器连接。在每个接触从动件的等效质量（Me）的点，可以得到由式（2）考虑到跟随器的转动惯量。MF是跟随同等质量和同等距离之间的的从动件质量中心和每个相应的联系点。在接触点的等效质量的凸轮轴点估计到无穷大的，它是刚性的，固定在其轴承上。相当于群众的挺杆和阀在其他的接触点M，和MV。图2 使用的模型2.2气门弹簧建模为了考虑阀弹簧缓冲效果，该阀弹簧建模与式2（M，MZ），一些假设的阀簧建模。这些是：（1）对称性（K.，KSA和C），（2）等效的静态刚度和基本的自然频率与模型模型和实际之间具有固有的频率系统，（3）适当的阻尼假设。由于考虑到气门弹簧夹紧，夹紧边界条件，次级自然频率阀春时的基本春天的两倍自然频率。所有的上述假设给出：弹簧刚度和固有频率的使用阀弹簧假定比例为4的粘性阻尼。2.3液压挺杆建模图3所示液压挺杆的横截面示意图。油通过入口进入和填充中央挺杆柱塞腔。当柱塞向下移动时单向阀被关闭，油从油室通过狭窄的活塞和汽缸之间的间隙产生出的阻尼力。在下一步骤中，当柱塞向上移动，由于内部的弹簧定位腔室，所述单向阀被油打开，油重新填充阀室。液压挺杆的变化如简化图3所示，右侧等效刚度的挺杆被假设估计，所流体是完全以压缩的形式流过径向间隙。 关系式：其中，E是体积弹性模量，他的长度是压缩的油室，Ae是柱塞面积。另一方面，等效阻尼系数证明油是完全不可压缩的。它认为过多的油脂因柱塞运动完全通过流动的径向间隙。然后等效阻尼值可以预测理论流体力学。它是已知的阻尼系数柱塞运动的方向变化。这些得出其中J1是油的粘性系数，L是柱塞长度，RP柱塞的半径，h为间隙缸和柱塞。所有挺杆尺寸和性能列于表1中。方程（4，5），来自上述两种极端的情形。一为假设完全压缩，和另一种是完全不可压缩的。但在实际情况中，由于阻力（FD），柱塞运动将被放置在中间的某个地方两个值（Kreuter，马萨诸塞州，1987）。于是于推出了两款系数a和P（O A I，OP 1），阻力可建模为式（6）。其中，a和p可以通过比较模型确定模拟结果与实验测得的记录。2.4质量和转动惯量建模阀，柱塞挺杆，和从动件质量（MV，山和MF）直接测量。从动件的转动惯量如果考虑其几何形状必须经过精心计算。所有用过的质量，刚度和阻尼值进行了总结于表2。图3液压挺杆和简单的操作图。表1挺杆的尺寸和性能和表2使用的模型参数3 分析手指跟随型ORC凸轮气门系统的特征在于与不同的凸轮轴摇臂比旋转。所以搜索确切的运动学分析联络点凸轮与从动件之间是不可避免的，做动态分析。3.1运动学分析凸轮和从动接触时，挺杆被认为是固定的点。结果发现，挺杆运动时接触点的影响是可以忽略不计。挺杆运动，这是在大多数O.I（毫米）。就足够小了，可以忽略不计不同凸轮升程的幅度。当凸轮给出的数据是与所需的实际的凸轮形状的凸轮升程时（S），（X，Y），接触与平坦的跟随，可以得到由式（7）的基准摇臂比为1.47的波动范围摇杆在循环过程中，臂比从1.15至1.97不等。其中，Rc为凸轮基圆。 0是凸轮角，S是平面从动位移，且X和Y指定的凸轮形状。增量可以计算出三条曲线间的平面从动位移，当凸轮的形状（X. Y），凸轮和从动件之间的接触点，可以进行运动学分析。图4所示的想法是如何找到联系点的顺序。首先，旋转的从动件围绕一个固定的凸轮。然后再找出轨迹跟随中心（CC）。搜索每个跟随的联络点旋转角度（OC），使用原则的接触点的连接线的凸轮中心（A）和跟随中心（任何点位点CC），交叉对应的凸轮角度的切线。然后CON轨迹可以通过以下来确定旋转接触点下落后可能相应凸轮角（8e）的。的运动学尺寸图。 4给出于表3。瞬时摇臂比的计算方法除以与手指跟随器的总长度枢转点和凸轮和之间的水平距离为每个相应的凸轮从动接触点角度。得到的接触点轨迹和相应的波动摇臂比本研究示于图中。图5（a），（b）所示。图4滚子从动件的运动学分析图5接触点轨迹和波动摇臂比3.2动力学分析根据凸轮形状，操作速度和从动件的形状的运动规律，运动方程可以很容易地构造。在计算过程中的接触点，所有尺寸的L FC（挺杆和跟随质心之间的距离），之间，和L的（阀和从动质量中心之间的距离，L u和LVF表3中给出的是恒定的。LFC计算的是瞬时接触点。影响波动的气门摇臂比动力学表示通过LFC改变。所以方程的运动可以被构造为其中Fo是气门弹簧的预压缩力（在本研究中，FO= 275N）的接触迫使Ff的FFC，FOF可以被确定为式（9）。由于研究式（8，9），被耦合所有方程是非线性的。因此，数值积分方法（在本研究中龙格 - 库塔法），让所有的组件运动。由于计算的运动方程，分离在阀的现象，如跳跃，可以在每次实例检查得到。该分离可以被检测通过检查的接触力。标准判断在每一个接触点的跳跃现象是如下所示，不明原因发热，Ffeo是在每一个初次接触力联系点。在计算凸轮阀动作，分离的每次实例的标准进行了测试。上述标准是较为满意，则接触力变为零，并且我们可以判断发生分离之间的相应的组件。表3运动尺寸图6实验装置4 实验为了证明模型模拟的有效性，实验工作已经完成，且相互比较。图6示出的是实验装置。虽然OHC式凸轮配气机构主要由一个100千瓦 DC电机，阀门位移和液压挺杆运动同时测量。阀位移测量的选择如下（非接触式光学位移测定装置），和挺杆运动测量间隙传感器。的编码器被放置在凸轮轴的一端，所测量的信号的平均值。特别注意消除循环发动机油所引起的问题。所有的测量进行改变凸轮轴的运行速度从600转上升至2450转。 5 RUSULT与讨论图7比较了测量和模拟的挺杆凸轮轴转速900每分钟1600转的下落过程。图8显示测得的最大挺杆下落条件。这是众所周知，液压挺杆被硬化的速度凸轮轴增加。最大压缩液压挺杆大约是每分钟800转，100/ LM接近限制的约60/lm凸轮轴速度超越3000转，如示于图 8。如前所述，在测量挺杆的运动来确定确定柱塞拖力，通过最小二乘法拟合曲线之间的测量和分析记录。结果发现，加权参数随操作速度。例如，a和图3其中0.0071和0.28时，凸轮轴是由900转，但值分别改变为0.0094和0.30时的运行速度提高到1600RPM。图9，图10，图11示出的测量和模拟阀位移和速度。阀速度通过不同的测量阀位移记录。图9比较了测量和分析的阀运动时，凸轮轴驱动600转。它可以是说，该模型不仅可以模拟峰值阀位移也相当精确的凸轮的角度。图10，图11显示的分析的是测量凸轮轴的速度是每分钟1600转2450rpm。（一）凸轮轴转速900转（二）凸轮轴转速1600转图7挺杆下落分析图8最大挺杆下落与凸轮轴转速9，10,11，我们可以得出这样的结论：6自由度集中质量模型用于这项工作是相当可靠的预测阀运动，即使在高运行速度情况下也适用。图12显示了一个示例，在所有接触的接触力点时的运行速度是2450转。它可以观察到，在第一峰值位置的接触力减少，并在所述第二峰值位置突出与恒定摇臂比凸轮值相比摇臂比的系统。由于检查接触力的记录，我们可以很容易地预测最可能的领域和相应的凸轮角不必要的阀分离可以发生。实验验证模型可扩展不只预测的最大操作速度也阀气门和凸轮形状。图9阀门的位移和速度（凸轮轴转速600转）图10阀的位移和速度（凸轮转速1600转)）图11阀的位移和速度（凸轮转速2450转)（一）挺杆和从动件的关系（二）凸轮与从动件的关系（三）在阀和从动件的关系图12接触力模拟（凸轮轴转速2450 转）6结论在这项工作中，一个6自由度集中质量模型构建和有效性实验验证。变摇臂比有效地纳入动态模型的运动学分析和其效果从仿真结果可以观察到接触力。为支点的液压挺杆模型，构建了挺杆的摆动以及从动结束的实验数据。因此，人们发现，所构建的数值模型是相当有效的预测OHC阀动作。致谢这项研究是由韩国大宇汽车公司通过KAIST产业联盟项目。参考文献：陈，C.的皮萨诺，A.，1987年，“动态模型的波动摇臂比CAM系统“，ASME J，机械式。在设计自动化。 pp.356-365。全度妍，HS，公园，KJ，公园，YS，1989年，“最佳凸轮轮廓曲线设计Considemg的动态特性凸轮气门系统，“实验力学，第357 - 363。Kreuter，P.的马斯，G.，1987年，“液压的影响气门间隙调节器动态特性的阀门列车“，SAE技术论文8号0086。皮萨诺，AP和弗罗丹斯顿，F.，1982年，“实验动态响应的调查和分析高速凸轮随动系统。第1部分和第2部分“，ASME J，机械。反式脂肪。设计，自动化。 105-692-704。含有Roark，R.和年轻的，W.，1976年，“应力公式麦格劳 - 希尔。酒井，H.和Kosaki的的，H.，1976，“分析阀动作，在顶置气门之间的联系气门弹簧浪涌的角色阀动作“，JoumaJ工程学院，东京大学的（B）中，卷33，第4期pp.441-446。秋叶，K.，清水，和酒井，H.，“全面的电梯模拟：离子高速驱动阀列车“，SAE技术文件编号810865。