隨著發(fā)動機(jī)向高速化發(fā)展,須對設(shè)計出的配氣機(jī)構(gòu)建立運動學(xué)和動力學(xué)計算模型,驗算其在不同轉(zhuǎn)速下的運動狀態(tài)及受力情況,為改進(jìn)設(shè)計提供指導(dǎo)。

    計算模型的建立

    模型建立的依據(jù)

    模型的建立一般是根據(jù)配氣機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點、分析研究的目的和計算精度等要求而定。為了分析影響氣門動態(tài)響應(yīng)的主要因素,采用單質(zhì)量模型已經(jīng)足夠了。主要是分析配氣機(jī)構(gòu)剛度、阻尼及凸輪輪廓線對頂置凸輪軸式配氣機(jī)構(gòu)運動學(xué)和動力學(xué)特性的影響。為分析問題方便和簡化模型注解方程,采用單質(zhì)量動力學(xué)計算模型。

    換算原則是換算前后動能不變。針對具體的配氣機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式,計算公式有所差別,如有l(wèi)V可能取0,即沒有搖臂,那么上述公式的相應(yīng)項就應(yīng)舍去。按照換算原則,結(jié)合實際的結(jié)構(gòu)形式計算實際的當(dāng)量質(zhì)量。

    軟件設(shè)計

    軟件的程序及界面均以Matlab為平臺開發(fā)。利用Matlab數(shù)值計算功能強(qiáng)大,圖形處理方便快捷的特點,開發(fā)了使用方便的界面。在界面中,輸入必要的計算參數(shù)后就可以得到計算結(jié)果。即在界面中輸入某一具體的凸輪轉(zhuǎn)角,即可得到結(jié)果輸出曲線中對應(yīng)處的精確值。

    計算實例

    對471Q發(fā)動機(jī)進(jìn)氣門的運動學(xué)和動力學(xué)進(jìn)行計算,輸入的參數(shù)如下:當(dāng)量質(zhì)量為0.1378kg,彈簧預(yù)緊力為180N,彈簧剛度為25N/mm,當(dāng)量剛度為3N/mm,氣門間隙為0.2mm,搖臂比為1,內(nèi)阻尼為0.025kg/s,外阻尼為0.0345kg/s,擬合階數(shù)為35,擬合方式為多項式。擬合步長(弧度計)為0.0015,基圓半徑為31mm,凸輪軸轉(zhuǎn)速為2650r/min,凸輪輪廓線數(shù)據(jù)文件為jqtlz.dat。

    從軟件的運行結(jié)果可以看到,進(jìn)氣門開啟時刻的速度僅為0.3669m/s,加速度為98.6210m/s2,凸輪轉(zhuǎn)角為-65.9。氣門的開啟速度較小,氣門所受沖擊較小。此刻加速度曲線低于0點,即處于負(fù)加速段,氣門速度在減小,有利于氣門平穩(wěn)開啟。該凸輪輪廓線為對稱式,氣門落座時也比較平穩(wěn)。  

    計算程序完成了對頂置凸輪軸配氣機(jī)構(gòu)運動學(xué)和動力學(xué)的計算,其結(jié)果得到了驗證。使用該程序可以計算發(fā)動機(jī)在不同轉(zhuǎn)速的氣門運動情況,可作為配氣機(jī)構(gòu)初步設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計及現(xiàn)有配氣機(jī)構(gòu)驗算的有力工具。