资源描述
充值购买 费领取图纸 顶置凸轮式汽油机配气机构设计研究 摘要 ： 以发动机的配气机构做为研究对象，并搭建顶置凸轮式汽油机配气机构模型，并对其进行优化。运用 软件对其进行了计算及应力分析，得到凸轮型线等一系列数据。 气门凸轮型线是气门机构的核心，气体凸轮型线是优化气体分布设计的重要途径。结论证明：优质的凸轮型线可以提高凸轮型线的性能。 关键词 ： 配气机构；凸轮型线；优化设计 of AM As a s is of is up to a of AM AM is of AM is an to of AM AM 录 摘要 . I . 录 . 绪论 . 1 述 . 1 气机构的研究历 程 . 2 2 配气机构的总体布置以及工作原理 . 4 门的布置形式 . 4 轮轴的布置形式 . 4 轮轴的传动方式 . 4 缸气门数及其排列方式 . 4 门间隙 . 5 气正时的介绍 . 5 作的原理 . 5 章小结 . 6 3 配气机构的零件、组件以及 建模 . 7 件的介绍 . 7 门组 . 7 门 . 7 门座圈 . 13 门导管 . 13 门组的装配 . 19 轮轴 . 19 轮型线设计 . 21 冲段设计 . 22 轮轴进排气凸轮角度设计 . 23 本段设计 . 23 挺柱 . 24 4 总结与展望 . 26 参 考 文 献 . 27 致 谢 . 28 1 1 绪论 述 发动机的重要的构成部分 织的作用是什么？是通过气缸的顺序进行通风，一定时间打开和关闭排气门，使气瓶并 排排出新鲜空气。如何确定汽油机是否具有优良的经济性，是否有优秀的动力，是否有可靠的稳定性，无噪音和振动，这取决于结构的设计结构。 气门设计的质量不但影响发动机的紧凑性以及制造和使用的价钱，并且还可以高速率地确定发动机的可靠性和耐久性。气门设计是好还是差的发动机的能力都有极其重要的影响。 是按照发动机在每个气缸中进行的工作循环或者点火的顺序，将气缸定期打开和关闭到排气门中，使外界的能燃烧浑合气或空气及时进入气缸，排气可以实时从气瓶中放出。充电因子可用于表示。充电指数越高，气瓶中新鲜气体和可进行燃烧的混合物的质 量越高。发动机的压的力越大，冷暖越低，温度越低，必定容量的气体所占的重量越大，系数越高。但在现实工作中，压的力，冷暖等都有不可控制的成分，是以充电系数的大小将小于 1，大致在 间。相比较配气机构，期望能使进气以及排气的阻力有所下降，并且可以将进气和排气门打开并保持适当的时间段以允许足够的进气和排气。 怎样去设计才能使配气机构的性能变得更合理？其通风性能达到良好，可以充分进入气体，彻底排气，时间越大，泵气的损失越少，也具有正确的气门正时。另外，配气机构动态性能好，工作平稳，没有大的噪声和振动，这表 明随动件运动加速度变化较大，正负加速度值差异不大。 比方，气门的通过的能力，其实便是气门位移定律的凸轮形状。可以看出，只有气门能够进行迅速的开启与闭合才能增加面的大小，与此同时也会产生较大的惯性负荷以及加速度对于气门的运动部件，在这个时候也会加剧冲击和振动，其动态特性将会变差。是以，气门的所必须的通过容量和组织的动态特征要求存在必然的问题，因此应思量设计，如发动机旋转速度，能力的要求以及尺寸的气门刚度等，在凸轮轮廓的设计中要考虑。 2 气门采取各类构造情形，四冲程发动机采用气门式配气结构。凸轮式的配气机构又可分 为顶置凸轮式，中置凸轮式以及下置凸轮式如图 1示。 图 1气机构 气门不仅是气流通过的渠道，也是燃烧室的其中之一，仅适用于前期低压缩比内燃机。它不紧凑，单元燃烧室体积的表面积，燃烧室的冷却面大小，丧失热量 1。另外，进气管道因为气门侧面的旋转而增加，进入排气阻力，但构造不复杂，当前仅适合于便宜的低功率汽油机。 为了减少入口和排气流阻，增强通风能力，将低压缩比燃烧室变成高压缩比燃烧室，加大燃烧的热效能，降低热消耗。气门从气缸体移动到气缸盖顶置气门机构的呈现，很大的提高了内燃机的功率和更实惠，普 遍应用于当代发动机。 气机构的研究历程 作为发动机的重要组成部分，配气机构的研究工作由原来的简单凸轮设计，气门开发与气门完全刚性运动计算，然后开发出整个机构运动学习与动态综合研究。二十世纪初以来，不少学者进行深切的学习，对比国内的认识较晚，自 20 世纪 60年代末开始全方位学习凸轮设计和动力学解析，研究之重是对凸轮线设计，多品质动力学探究。 电子计算机的成长和试验能力的开辟为气门动力学探究开拓了新的路子。操作实行多程序选项，并预估气门动力学能力现已变做一种具有实效和具有资本 3 效益的手法。目前国际上 有许多样式的气门设计软件，并且有许多相似的软件，软件在算法速率上和准确度上需要加强。 气机构 设计优化的目的及其意义 科技的进步，机械类商品和设施也越来越高效率，精准，向着轻量化和自动化方向靠近。产物的构造也变得麻烦起来，其能力的需要也越来越高，为了使产品能更好地工作，系统的构造一定要有杰出的的静态和动态特性。并且，该产品在运作中的所产生的会对环境污染，并且会工作人员的健康造成影响 2,3。是以，必须从动静两方面来分析机械产品，在静动两方面满足其特性和振动轻，噪声小的机械构造需求。这需要工程师在设 计初期就能考虑到上述工程各个性能方面的问题，需要结合各方面的参数去进行研究以及计算。为达到节约成本的目的，加快动作，缩短时间，许多厂商将过去所做的软件仿真做为这类设计试验成功的关键因素。 发动机是机动车中的动态零件，其所有的能力直接使机动车的运行状态和性能受到影响。发动机朝着大功率轻量化发展，使其刚度降低，也就增加了发动机的振动和构造产生的噪声，这种振动将直接对发动机的使用寿命产生作用。所以一定要从动态的角度去对发动机进行全方面的研究，将设计的最终目标定位为它的动态特征。 气门是发动机的主要部件之一，高 温及高压下常会出现气门在工作，导致气门经常会出现损坏 4,5。配气机构对实惠性能，稳定性能以及环保性能都会产生作用影响。 4 2 配气机构的总体布置以及工作原理 门的布置形式 发动机运作的时候，正时齿轮转动会带动曲轴来使凸轮轴动起来。当凸轮轴转到凸轮的凸出那块时，摇杆在推杆和调节螺钉绕摇臂摆动下，使气门弹簧被压缩以离开气门。当凸轮突起与挺柱分离时，气门将在气门弹簧的影响下，使气门封闭。 四冲程发动机每次做完一个运转周期，曲轴绕两周，气缸进入排气门打开一下，然后凸轮轴只绕一圈。曲轴和凸轮轴的转速 比为 2： 1。顶部空气分配机构。 轮轴的布置形式 凸轮轴式空气分配机构的最大的优势是凸轮轴靠近曲轴，而且不会很复杂地与一对齿轮一并使用。但是它的短处是部件长，传动链长，整体的刚度不强。在高速发动机中，可能会损坏气门的运动和气门打开和关闭的时间。在这种情况下，适用于顶置凸轮式配气机构。 轮轴的传动方式 凸轮轴气门的中心与大多数使用圆柱正时齿轮传动。平时，曲轴和凸轮轴中间的传动只有一对定时齿轮，若要有需要，加装中央齿轮 6。为了平滑啮合，减少噪音，定时齿轮使用螺旋齿轮。在中小型动力发动机中， 曲轴正时齿轮由钢制成，而凸轮正时齿轮是以铸铁或胶合木做成的，大大降低了噪声。在这种情况下，请使用齿轮传动。 缸气门数及其排列方式 通用发动机用于每缸体积气门，即排成一排结构。要能够凸出改进气缸的透风，尽量地加长气门的长度，尤其是进气门的长度。但是，因为燃烧室的大小，最大气门直径通常没有气缸直径的二分之一大。当气缸有比较大的直径时候，平均活塞旋转速度与较高，每个气缸排成一排气门不可以担保优良的透风质量。是以，采取四通道，乃至五道的构造，总进气量通过较大的区域，充气系数较高。此外，采用四个气门，并且要 恰当的减少气门升程，缓解电力的配气机构，多气门汽油机也对提 5 高 放性能有好处。 当每个气缸一对气门时，为了使布局不复杂，大部分气门沿着纵向轴线的使用方法并成一排。以这种做法，相同名称的挨着的两个气瓶应该会使用气道，这将会使气缸盖的冷却均匀更好。发动机进入排气通道普遍放在车身两边，避免放气时变热。以这种方式，沿着凸轮轴的轴线连续使用两个气门。 门间隙 当发动机运行时，由于温度上升，气门会膨胀。要是气门和它的传输中的冷却状态没有缝或缝太小，在热状态下，气门与驱动部件的热张力一定会导致气门锁闭松 动，使电源降落很大并很难开始气门间隙的大小通常由发动机制造商依照测试决定。在冷态下，进气门缝隙普遍为 气门缝隙为 是缝隙太小，发动机应该在热状态下泄漏，导致电力不足乃至气门损坏。若是气门缝隙太大了，传动部件和气门中的冲击与气门座中的冲击，会使气门打开气缸的连续时长，降低出气和出气条件恶化。在这种情况下，进气门间隙选择为 气门间隙选择 气正时的介绍 气门正时是基于活塞的工作行程来装配排气门的打开时长。活塞的行程从上止点到作用点的底 部，进气门敞开，排气 ;压缩冲程：活塞从下限截止到顶部作用点，进入排气门锁闭 ;停止运动点的末端，进入排气门关闭 ;排气行程，活塞从底点到顶部的作用点，进入气门，排气门敞开。 作的原理 配气机构的正时是进气门和排气门的实际打开和关闭时间 7。如图 2示： 6 图 2轴扭矩环形图 当排气冲程靠近末了时，活塞达到上止点，即曲轴移动到曲柄离开上死点的地方，进气门开始打开，直到活塞达到 终点，曲轴在曲轴停止超过下死点位置后，当曲轴转动到一个角度 时，曲轴关闭。以这种方法，整体进气冲程保持的时长就等于曲轴角度 180 。 一般为 10 角度一般为 40 10。 相同地，在接近活塞末了的工作行程达到最后时间时，排气门将进行打开，早期打开角 一般为 40 整个排气行程后，活塞位于上止点后，排气门闭合，排气门闭合的延时角度 一般为 10 在这个排出气体的整个过程中所坚持的时间就与曲轴角度 180 相接近。 章小结 通过认识气门的一般常识，对气门具有初阶的认识，认识了它的种类，能力，需求。熟悉本章内容，分析和设计的基础。并通过引入气门的时机及其工作原理，气门定时有了更好的理解，熟悉本章内容，对后续分析设计起到了根本的作用。 7 3 配气机构的零件、组件以及建模 由一家叫达索的法国公司所生产和研发的产品 。 是解决 题 的重要 结构之一 ， 它的作用是为厂商设计出他们未来所需要的产品 ， 并集中项目前阶段，项目的设计，同时能对其进行模拟分析，最后还能进行组装和维护的过程 。 门组 a） 气门组应该同气门贴合在一起，同样的是也应该与气门座这样，在高温，冷却和润滑前提下运作不佳，可以具有充沛的强度和抗磨性，耐蚀腐性。为此，气门组的以下设计要求； b） 气门可以跟随导管中的气门轴线进行往复直线运动； c） 气门弹簧的两头应直立于气门杆的中心线，以确保气门头不会在气门座上偏转； d） 气门弹簧应具有充沛的弹性和刚度，以确保气门可快速锁闭并紧紧地压在气门座上； e） 弹簧座的固定应可靠。 门 气门由头部和气门杆组成 8,9。气门密封锥角，一般为 45。 任何开口处的开口面积 f 能够被以为是气门处的气体通道的最小横截面面积。在平时使用的气门升程不是这种状况下，一般觉得 部的直径 td ， h 为 测量表面积。 气门的功能是特别针对将燃油输入发动机和排气排放，传统发动机每缸就有一个进气门和排气门，这种构造不是很复杂。低消耗，维修简便，速度能力更好，不足是电力不好加强，特别是当高速透风效率低时，能力较弱。想要加强进，排气效率，此时多采取多气门科技，经常看到的是每个气缸都配有四个气门， 4 缸总共是16 个气门，现在常会见到在汽车数据“ 16V”中，发动机共有 16 个气门。该多气门构造不复杂变成紧凑的燃烧室，喷射器安插在中心，使油气混杂物能够更快速， 8 更平均地燃 烧，气门的质量和打开的程度得当降低，气门打开或关闭更快。 图 3门截面示意图 上图表显示了气门的基本尺寸及其通道横截面积： 上图示气门口的基本尺寸及其通道断面积： 2/)( （ 3 （ 3 c o ss （ 3 )2s i n2(c o s)2c o ss i nc o s( （ 3 为 气门密封锥角，取 45 。 从上述公式能够看出，在气门尺寸恒定的状况下，气门通道横截面积与气门升程直接相关。 因为它们功能都有时长项，是以气门开度“时间值”能够以积分的形式2（ s）表现。 饱和因子用于评估气门机构的时间段。tt a a x)()(21 丰度系数定义为气门通道的平均截面积与最大横截面积的比值。 时间值和丰度系数用于表示气门的通过。 在相同的气流速率下，参数越大，进气体积越大。 通常有： 进气阀喉直径 ）d D = 35 9 排气门喉直径 ） 32气阀头直径 ） 38气门直径 ） 34门直径 ）d i D = 40气阀直径 ）d i ，取 36 3排气门流量系数与其升程的关系 图 3赫与流量效率 进气流量与气气门之间的相对升力如图 3示。也就是，平时的进气门升程1 0 m 3 6 = 46）0 2 6（=h i ，采取 h i ;排气门升程 ）h e ，d e ，取 10 增大气门的打开速率，加大气门正时可以加强气体通过它的能力。然而，在这其中的气体，运动期间确定气体穿过气的阻力存在一系列成分。进气门头与杆的过渡部分的形状，气门座中的孔的形状等，都会影响气门的实际通过能力。 实验表明，当 Z 时 ，充气效率大大降低，设计检查发动机的最大转速时的马赫指数，确保 以更大最优 15。凸轮的曲率半 径的大小受到其基圆的半径的很大的影响，是以应该在意的是，设计的整个位置应该被赋予足够的位置，以使凸轮轴使凸轮基座半径绝对大。 3. 凸轮应有优良润滑的性能 在设计凸轮时，凸轮和挺柱中的润滑油膜的形状和形状对付工件的可靠性和持久性也是有要求的。凸轮轴和扁平挺柱中的最小润滑膜厚度计算为： 00m i n 2)( 。如引入不可估量的参数 )(0 （称为流体动力润滑来确定功能的数量），是凸轮角的一个功能。 4. 气门不能接触活塞。 冲段设计 对应于供 气凸轮的摇杆升降曲线在上升和下降段中具有缓冲部分。上升和下降缓冲器的设计可能相同或不同。 1. 选择基本参数 进气凸轮缓冲器的高度为 凸轮垫为 20 。进气凸轮轮廓使用对称的凸轮轮廓。进气工作曲线上升 12进气凸轮轮廓采用复合摆线 摆放平面。型线方程为： 上升缓冲区段： )100(,0 0 0 6 8 3 2 （ 3 )2010(,0 6 8 3 3 6 （ 3 上工作部分： 23 )s i i 22 （ 3 下工作部分 ;对称 下降缓冲区段：对称 轮轴进排气凸轮角度设计 气缸（或排）之间的角度为 1203360 ， 在 1间的点火顺序。排气延时角 431e，排气提前角 172e。吸气延迟角为 431i，吸气提前角为172i 。 相同的气缸进入排气凸轮角为 103)17431743(4190 ； 进口和排气凸轮工作方面为半包角为 602 43171 8021； 出口凸轮与挺柱轴之间的角度为： t。本段设计 在这种设计中，凸轮上升和下降的缓冲高度相等 16。进气门间隙为 排气门间隙 ，气门摇臂 i ，对缓冲区高度分析：进气凸轮 h，排气凸轮 h。若是增加量靠前，那么凸轮 h，h 。 通过对每个参数的调整和计算，气门的动态性能基本满足。进气和排气凸轮的基本参数表 3 表 3轮参数 参数 进气凸轮 排气凸轮 凸轮轴颈（ 24 基圆半径（ 15 15 上升（降落）过度包角（度） 27 5 27 5 上升（降落）缓冲段终点速度（ mm/ 升（降落）缓冲段半包角（度） 60 60 上升缓冲段起点升程（ 冲段型线类型 复合摆线带平段 基本工作段型线类型 高次多项次型线 图 3、排气门气门升程图 柱 挺柱的功能是将凸轮的推动力传达到推杆，并承载凸轮轴转动时所加的横向力。挺柱在其顶部安了一个调节螺丝，以调节气门间隙。电车通常由 金铸铁或冷冲合金铸铁制成，摩擦面应在热处理后进行抛光。 章小结 通过对配气机构的整体分析，得到大量数据，同时运用 造了大量零 25 件图以及装配图，在此方面取得了大量成果。 26 4 总结与展望 这个学期是进行毕业生设计，是大我在大学中最认真，最辛苦也是学到最多的终极设计。在这之中，我感觉到自己还有许多的知识需要去学习，需要去掌握，并要加强对自己的 要求去更多的了解，去学习，去解决遇到的各种问题。同时这个过程中，我也看到了自己的强项，自己优于别人的方面，增加了我的自信心。这是大学中的最后一仗，也是要步入社会的我们的第一个测试，让我对一些不好解决的问题又增添了许多新的想法。相信对我之后会有很大的帮助。 刚拿到这个题目的时候，我在网上，图书馆里收集了许多关于配气机构的文献等，并对它们进行了初步的阅读了解。同时这些文献也给我了很大的帮助，让我从中了解到了更多的知识。同时也看了几章外文文献，虽然不能完全看懂，查阅着网上的翻译，在这个过程中，学习到了新的单词以及 巩固了那些学过的单词，尤其是当看到关于车辆这方面的单词时便会动手将它们记下来。翻译时，要按照在汽车行业中的意思去翻译，才能体现出话语的意思来。 紧接着就进入到了设计阶段，自己找的资料并没有为设计提供很大的帮助，而是像老师请教并要了些资料去查看。翻阅这些资料，并与老师交谈，才了解到设计并不是想象中的那么简单，绘制图形并建模方面我使用了 时对绘图没有什么概念，又通过网络学习了相关的绘图建模知识。当完成时，有了深深地自豪感，同时也可以去熟练的使用 这次学习让我知道了在遇到问题时要多思考，多动手，去翻书，去利用网络查阅相关资料。同时，也要像老师，学长以及同学请教，或许就能解开你的疑惑。查阅相关的论文资料也可以得到想要的一些信息。 27 参 考 文 献 1 王望予 M械工业出版社 2 刘惟信 M华大学出版社 3 余志生 M械工业出版社 4 陈家瑞 M民交通出版社 5 谭荣望 M国铁道出版社 6 陆际清，沈祖京，孔宪清，孟嗣宗，程荫芊 M华大学出版社 7 仇涤凡，李 帆 J. 辽宁石油化工大学学报 ). 8 吕 林， 王勇波 J2006(7). 9 郭常立，张保成，马艳艳 J2007(11). 10 宋济平，王全娟 性分析 J2008(12). 11 刘忠民，俞小莉，沈瑜铭 J工学版 )12 董锡明 ,李圣华 ,罗杰敏 ,王阁顺 J1979. 13 刘晓勇，董小瑞 J. 机械工程与自动化 14 浦耿强，蒋国英，白 羽 . 顶置凸轮配气机构动力学分析 J. 汽车科技 15 吉国光，发动机的气门材料及加工工艺 J1995.(6). 16 刘铮，王建昕 . 汽车发动机原理教程 M华大学出版社 28 致 谢 时间过得很快，不知不觉已从大一走向大四，美好的大学生活也要结束了，四年的学习和实践，都付诸于本次的设计当中，检验着自己。 这次设计是在韩文艳老师的指导和严格要求下进行的，从给我们下发题目到给予我们资料和意见，再到论帮我们修改初稿去定稿，这其中是韩老师辛勤的汗水，在做毕设的这段时间里，韩老师帮我们找资料，给我们提意见，给予了我们很大的帮助，没有韩老师的关怀和帮助，也不会让我写出如此的论文 来。在此刻向韩老师表示深深的感谢。 很感激四年来帮助过我的老师。感谢您们在这四年里帮我成长，帮我学到了更多。因为您们教给我的，才让我有了这方面的知识，才让我有了面对困难时的勇气，让我更好的能够完成我的论文。 与此同时，我也要感谢那些宝贵的材料，感谢他们的作者，让我了解并学习到了很多知识。 也要感谢我四年来朝夕相处的同学们，在这期间我们互相讨论，出谋划策，互相学习，给我了很多的帮助，在这里谢谢大家。
展开阅读全文