基于PROE的四缸内燃机凸轮配气机构的结构设计及运动仿真分析

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊湖北文理学院毕业设计(论文)正文题目基于PRO/E的四缸内燃机凸轮配气机构的结构设计及运动仿真分析专业机械设计制造及其自动化班级机制0812班姓名李旭东学号08116249指导教师职称李梅副教授2012年5月23日┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊基于PRO/E的四缸内燃机凸轮配气机构的结构设计及运动仿真分析摘要：配气机构作为内燃机的重要组成部分，其设计合理与否直接关系到内燃机的动力性能、经济性能、排放性能及工作的可靠性、耐久性。随着内燃机高功率、高速化，人们对其性能指标的要求越来越高，要求其在高速运行的条件下仍然能够平稳、可靠地工作，因而对其配气机构提出了更高的要求。配气凸轮型线是配气机构的核心部分，配气凸轮型线设计是配气机构优化设计的重要途径之一。模拟计算和实验研究是内燃机配气机构研究两种重要手段。运用多体力学的方法对配气机构进行了动态仿真分析，采用数字多体程序的方法，建立了配气系统的理论模型，进行配气机构的运动学、动力学分析，除了得到气门的升程、速度、加速度外，还考虑了摇臂与气门之间的碰撞，以及摇臂支座的柔性。因此得到气门与摇臂之间的碰撞力，摇臂支座的柔性衬套的受力，气门弹簧力，凸轮轴支座反力，气门座反力及凸轮与摇臂之间的压力角等。为凸轮型线、摇臂形状和整个配气机构的设计改进提供了重要依据。利用pro/e强大的分析仿真功能,对凸轮式配气机构的运动特性以及弹簧刚度对系统运动的影响进行了仿真分析,得出弹簧刚度与气门振动的关系图,为改善系统动力学性能和关键零部件设计提供了依据。利用计算机软件仿真,有利于降低研发成本并缩短产品的开发周期。关键词：内燃机；配气机构；凸轮型线；优化设计;汽车；发动机；配气系统；顶置凸轮；动态仿真┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊BasedonthePRO/EfourcylinderinternalcombustionenginecammechanismdesignandmotionsimulationanalysisAbstract:Thevalvetrainisoneofthemostimportantmechanismsinainternalcombustionengine,whethertheperformancesaregoodorbad,thataffectingthepowerperformance,economicperformance,emissionsperformanceoftheengine,aswellasaffectingthereliabilityandwearperformancesofthewholeengine.Alongwiththerequestsoftheengine’shighpower,super-speed,peopledemandahigherindex.Thatis,whentheenginerunsunderahighspeed,itcanstillworksteadilyanddependably,whichdemandthatthevalvetrainsystemshouldhaveahighperformance.Camprofileisthehardcoreofthevalvetrain,whichdesignisoneoftheimportantwaystocarryoutvalvetrainoptimaldesign.Simulationcalculationandexperimentationresearcharetwoimportantwaystocarryoutresearchanddevelopmentonvalvetrainofinternal-combustionengine.Valve-trainhasbeendynamicallysimulatedbythemulti-bodymethod.Atheorymodelhasbeenbuiltforthevalvetrainbyusingthedigitalmulti-bodyprogram.Notonlytheliftheight,speedandaccelerationofvalvebutalsothecollisionbetweenvalveandrockerandtheflexibilityofrockersupportaretakenintoaccount.Therefore,thecollisionforcebetweenvalveandrocker,loadingontheflexiblebearingofrockersupport,valvespringforce,cansupportcounter-force,valveringcounter-forceanddirectionangleofactingforcebetweencamandrockerhavebeencarriedout.Theimportantbasisondesignimprovementforcamprofile,rockerformandvalveformandvalvetrainhavebeenprovided.Thispaperanalyzedthedynamiccharacteristicsofacam-typevalvetrainandtheinfluenceofthespringstiffnessonthesystematicmotionbyusingPro/E.Therelationshipbetweenstiffnessofspringandvibrationofvalvewasgotten.Theworkhasprovidedabasisforimprovingthesystem'sdynamiccharacteristicsanddesigningthekeycomponents.Thereby,computersimulationcancutdowntheproductcostandshortenthedevelopmentcycle.Keywords:Internalcombustionengine;Valvetrain;Camprofile;Optimal┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊design;AutomobileEngineValve-trainsystemOverheadcamshaftDynamicsimulation┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊目录1绪论.............................................................61.1本课题研究的目的和意义......................................61.2配气机构优化设计的目的及意义................................62基于PRO/E的配气机构的结构设计...................................82.1配气机构总体骨架设计........................................82.2凸轮轴设计..................................................92.3凸轮的设计…………………………………………………………………92.4挺杆的设计…………………………………………………………………92.5推杆的设计…………………………………………………………………92.6气门杆的设计………………………………………………………………102.7弹簧的设计…………………………………………………………………102.8使用PRO/E创建配气机构的相关元件……………………………………113配气机构的装配.................................................153.1首先装配凸轮轴并准确定位……………………………………………153.2装配平底从动件……………………………………………………………163.3装配弹簧…………………………………………………………………173.4装配汽门挺杆……………………………………………………………184四缸内燃机凸轮配汽机构动态仿真分析..............................204.1内燃机凸轮配汽机构运动仿真准备工作………………………………204.2内燃机凸轮配汽机构运动仿真分析……………………………………215本文总结.......................................................27参考文献.........................................................29致谢............................................................30┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊1绪论1.1本课题研究的目的和意义现代内燃机不断向高速高强度方向发展.作为内燃机三大机构之一的配气机构,如果设计不当,势必产生很大的冲击、振动、噪音,严重时,气门会产生反跳与飞脱,这将严重影响到内燃机的动力性与经济性.同时,由于速度的提高,凸轮机构的润滑与磨损也成为一个不可忽视的问题.现代大功率柴油机普遍采用下置凸轮轴式配气机构,配气机构的好坏又对柴油机的性能指标、可靠性及寿命有着很大的影响，其设计是否优良直接影响柴油机的性能指标。通过对配气机构的动态模拟可以知道各零件的真实运动情况和载荷变化规律，可以知道配气机构出现飞脱、气门反跳等不正常现象的条件，判断机构设计是否合理，工作是否安全可靠。因此，进行配气机构动力学分析与研究是一项十分必要的工作。作为发动机的重要组成部件，配气机构的研究内容从最初单纯的凸轮经验设计，发展到常将配气机构传动链当作完全刚性物体只进行运动学计算，再发展到了整个配气机构的运动学与动力学的综合研究。国外自20世纪初就有许多学者开始进行这方面的深入研究；相比而言，国内则起步较迟，20世纪70年代起才开始全面研究凸轮设计与动力学分析，研究的重点放在凸轮型线设计、多质量动力学研究方面。电子计算机的采用和测试技术的发展为配气机构动力学的研究开辟了新途径。利用电子计算机进行多方案的选择,并预测配气机构动力学的性能已经成为有效而节省的手段。目前，国际上已有各种配气凸轮设计软件，国内也出现了一些类似的软件，这些软件在速度与计算精度上都有所提高。1.2配气机构优化设计的目的及意义目前，随着人们生活水平的提高，汽车、摩托车日益成为人们生活当中重要交通工具，对机械产品的需求量是越来越大，产品质量要求是越来越高。同时，随着科学技术的发展，机械产品与设备也日益向高速、高效、精密、轻量化和自动化方向发展。产品的结构也日趋复杂，对其工作性能的要求也越来越高，为使产品能够安全可靠地工作，其结构系统必须具有良好的静动┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊态特性。同时，设备在工作时产生的振动和噪声，会损害操作者的身心健康，污染环境。因此必须对机械产品进行动态分析和动态设计，以满足机械结构静、动态特性与低振动、低噪声的要求。这一切都要求工程师在设计阶段就能精确的预测出产品或工程的技术性能，需要对结构的静、动力强度以及温度场等技术参数进行分析计算。为了在工程应用中节约成本、提高设计效率、缩短设计周期，很多厂家已经把前期的软件模拟作为检验设计成败的一个关键步骤。发动机在车辆中是动