隨著發(fā)動(dòng)機(jī)向高速化發(fā)展,須對(duì)設(shè)計(jì)出的配氣機(jī)構(gòu)建立運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)計(jì)算模型,驗(yàn)算其在不同轉(zhuǎn)速下的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及受力情況,為改進(jìn)設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。

    計(jì)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(diǎn)、分析研究的目的和計(jì)算精度等要求而定。為了分析影響氣門(mén)動(dòng)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(duì)頂置凸輪軸式配氣機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性的影響。為分析問(wèn)題方便和簡(jiǎn)化模型注解方程,采用單質(zhì)量動(dòng)力學(xué)計(jì)算模型。

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

    軟件設(shè)計(jì)

    軟件的程序及界面均以Matlab為平臺(tái)開(kāi)發(fā)。利用Matlab數(shù)值計(jì)算功能強(qiáng)大,圖形處理方便快捷的特點(diǎn),開(kāi)發(fā)了使用方便的界面。在界面中,輸入必要的計(jì)算參數(shù)后就可以得到計(jì)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(duì)應(yīng)處的精確值。

    計(jì)算實(shí)例

    對(duì)471Q發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣門(mén)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)進(jìn)行計(jì)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(mén)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(xiàng)式。擬合步長(zhǎng)(弧度計(jì))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(yùn)行結(jié)果可以看到,進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟時(shí)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(mén)的開(kāi)啟速度較小,氣門(mén)所受沖擊較小。此刻加速度曲線低于0點(diǎn),即處于負(fù)加速段,氣門(mén)速度在減小,有利于氣門(mén)平穩(wěn)開(kāi)啟。該凸輪輪廓線為對(duì)稱式,氣門(mén)落座時(shí)也比較平穩(wěn)。  

    計(jì)算程序完成了對(duì)頂置凸輪軸配氣機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的計(jì)算,其結(jié)果得到了驗(yàn)證。使用該程序可以計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速的氣門(mén)運(yùn)動(dòng)情況,可作為配氣機(jī)構(gòu)初步設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)及現(xiàn)有配氣機(jī)構(gòu)驗(yàn)算的有力工具。