发动机配气机构多体动力学建模与分析

论文摘要

发动机的配气机构的作用是控制气缸的进排气过程,现有发动机的配气机构大多是凸轮机构。研究人员对配气机构的研究主要集中在两方面,一方面是研究配气机构的充气效率,通过改变机构结构提高充气性能;另一方面是研究配气机构的工作可靠性,如动力学特性、机构的振动与噪声及摩擦、疲劳破坏等。本论文以某165F柴油机配气机构为研究对象,集中讨论了配气机构的动力学特性。本论文首先运用传统的集中质量方法对配气机构动力学特性进行了分析,分别建立了单自由度模型和多自由度模型,并通过公式或有限元分析确定了模型系统参数,然后应用MATLAB软件进行了动力学微分方程的求解。所建的单自由度模型和多自由度模型主要用来分析系统弹性对气门运动规律的影响,其中多自由度模型考虑更加全面,能够模拟机构各部件的单向接触及‘飞脱’、‘反跳’等情况。本论文同时还使用ADAMS动力学分析软件对165F柴油机配气机构进行多体系统动力学分析,应用ADAMS/Engine模块分别建立了多刚体动力学模型和多柔体动力学模型。在多柔性体动力学模型中摇臂柔性化是通过在结构有限元软件ANSYS中进行模态分析和结构应力分析,然后把模态结构文件导入ADAMS/Engine而完成的。本论文使用多刚体动力学模型和多柔体动力学模型对气门运动规律、挺柱与凸轮接触应力及气门弹簧特性等分别进行了分析。最后,本论文在原进气凸轮型线的基础上应用AVL/Tycon软件设计了两种进气凸轮型线,并对配有设计凸轮型线与原凸轮型线的多柔体模型进行了动力学特性分析对比。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 发动机配气机构的发展
• 1.2 配气机构动力学研究
• 1.3 本论文的主要研究内容
• 第二章 配气机构凸轮型线构造
• 2.1 165F柴油机凸轮型线拟合
• 2.2 165F柴油机凸轮型线构造
• 2.3 本章小结
• 第三章 配气机构的传统方法动力学分析
• 3.1 单自由度模型
• 3.1.1 单自由度模型动力学微分方程的建立
• 3.1.2 单自由度模型参数的确定
• 3.1.3 对165F柴油机进气配气机构的分析
• 3.2 多自由度模型
• 3.2.1 多自由度模型动力学微分方程的建立
• 3.2.2 多自由度模型参数的确定
• 3.2.3 对165F柴油机进气配气机构的分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 多体动力学理论及配气机构建模
• 4.1 多体系统动力学理论及ADAMS软件介绍
• 4.1.1 多刚体系统动力学理论
• 4.1.2 多柔体系统动力学理论
• 4.1.3 ADAMS软件介绍
• 4.2 在ADAMS中配气机构的建模
• 4.2.1 建立多刚体系统模型的过程介绍
• 4.2.2 建立多柔体系统模型的过程介绍
• 4.3 本章小结
• 第五章 配气机构多体动力学特性分析
• 5.1 刚、柔性模型的气门运动规律分析
• 5.1.1 气门升程和气门速度的分析
• 5.1.2 气门加速度曲线分析
• 5.1.3 进排气配气机构工作过程分析
• 5.2 凸轮挺柱接触应力的计算
• 5.3 气门弹簧动态特性分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 凸轮型线设计及动力学特性比较
• 6.1 两种凸轮型线的设计
• 6.2 装配三种凸轮型线的配气机构动力学分析
• 6.3 本章小结
• 第七章 全文总结
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢