汽车进排气的瞬时运动分析 - 图文(9)

H6为直线移动副，大地（刚体）与气门之间的约束；H7直线移动副，大地（刚体）与挺柱之间的约束；H8为旋转移动副，大地（刚体）与摇臂之间约束。通过adams加完约束后得到可仿真的模型。

H1

H7 H8 H5 凸轮轴 H2 H3 H4 推杆 摇臂 挺柱 大地 （刚体） H6 图4.12 拓补图 气门 4.4配气机构多体动力学仿真结果及分析

（1） 排气门的运动

图4.13到图4.15为排气门升程、速度、加速度随曲轴转角的变化曲线。气门升程和速度曲线光滑，说明配气机构运行平稳，没有发生飞脱现象。气门加速度是配气机构平稳性的重要参数，气门加速度变化率最大值即Jerk值最大为0.01 mm / deg3没有超出限值范围，配气机构平稳。

图4.13 排气门升程曲线

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图4.14 排气门速度曲线

（2）发动机转速对气门速度的影响

仿真分析选择怠速（750 r/min），标定转速（2000 r/min），极限转速（2600 r/min）共3 种发动机转速下排气门的速度。

图4.15 排气门加速度曲线

从图4.16中可以看出，在不同的发动机转速下，气门在开启和落座一瞬间均存在振动，只是在低速转动时振动幅值较小，而高转速时振动幅值较大。

配气机构在工作中，气门往复地不断冲击气门座圈，而且在工作中一般无润滑条件，因此气门与气门座圈之间的摩擦磨损，是其主要失效方式之一。在设计中，除了要对气门与气门座圈的材料进行良好选择匹配外，同时还须控制气门相对于气门座圈的冲击速度。

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图4.16 不同转速下排气门速度曲线

从图中可以得出，当凸轮轴的转速增加时气门的速度也相应的有所增加，但速度总体规律不变。即配气机构气门落座速度随发动机转速的增加而增大。 （3） 凸轮与挺柱间的接触力和接触应力

通过动力学仿真得到的凸轮与挺柱之间接触力与接触应力随凸轮转角的变化，见图4.17。凸轮与挺柱之间的接触力，是随时间不断变化的，如果机构不发生飞脱、反跳等分离现象，该作用力应始终为压力，即数值不发生变号。从图中可以看出，接触力始终为压力，说明该配气机构没有飞脱和反跳发生。

图4.17 凸轮与挺柱之间的接触力

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图4.18 不同转速凸轮与挺柱之间的接触力

由图4.18可以看出当转速增加时凸轮与挺柱之间接触应力也随之增加，但规律没有变化，也就是说凸轮的转速只会影响到接触力的大小，并不影响其规律。通过仿真可以判断最大与最小的接触应力。 （4）摇臂与气门之间的接触应力

通过动力学仿真得到的摇臂与气门间接触力与接触应力随凸轮转角的变化，见图4.19。摇臂与气门之间的接触力是随时间不断变化的。从图4.20中可看出改变凸轮轴的转速只影响到了力的大小，不影响其运动的规律性。

图4.19 摇臂与气门之间的接触应力

从以上可以总结出，凸轮轴的转速大小并不改变配气机构的总体运动规律。只是改变了力的大小以及速度的大小。但当凸轮的转速过大时会导致弹簧的折断，即配气

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机构的力和速度过大使得弹簧或其他零部件不能承受而导致机构被破坏。

图4.20 不同转速下摇臂与气门之间的接触力

S195柴油机配器机构为凸轮轴下置、推一挺一摇型式配气机构．其传动方式是齿轮传动：曲轴齿轮通过齿轮传动机构驱动凸轮轴转动，凸轮轴凸轮通过挺柱、推杆驱动摇臂转动，最终利用摇臂转动和气阀弹簧控制气门运动规律。

文中所选实例柴油机标定转速为2000 r／min，因此选择1000 r／min作为凸轮轴转速进行虚拟配气机构仿真。求解后，可得到大量的各零部件和连接的运动和力学参数。用凸轮升程数据拟合成曲线对比，虽然，凸轮曲线与气门曲线数不相同，但总的变化趋势一致，气阀的具体数值可以根据第一部分的相关公式计算出来。新以选择凸轮的相关数据做对比。

图4.12为排气门和排气挺柱升程位移曲线，从图上对比可以看出，位移战线基本

（a）气门升程

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