摘 要

随着时代的发展和人们的节能意识日趋强烈，发动机作为主要的动力设备，人们对其要求越来越高。配气机构作为发动机的两大机构之一，其设计的合理性很大程度上决定了发动机的性能。配气凸轮型线是发动机配气机构的重要组成部分，其设计是否合理，关系到发动机工作的可靠性与耐久性，并且会对发动机的动力性和经济性造成影响。

本文的主要工作包括有：1）基于查找的文献，总结出凸轮型线优化这一方面国内外的研究现状。并论述了凸轮型线分类及其静态评价参数和配气机构动力学模型的几种类型。

2）基于凸轮型线设计方法，设计了YT3105柴油机排气凸轮的初始型线。之后以凸轮型线丰满系数为优化目标，建立了凸轮型线优化的数学模型。并基于随机方向法优化算法，完成了凸轮型线优化。对初始型线和优化后的型线的丰满系数比较分析，可以发现后者比前者增加了6.05%。

1. 基于AVL-Excite Timing Drive软件，建立了排气机构动力学模型。对仿真结果分析得：排气门在开启侧和关闭侧工作良好，未出现反跳；排气门落座力在允许范围内，不会对气门造成严重磨损；凸轮与从动件一直紧密接触，未出现飞脱；气门弹簧5个质点的升程曲线未重合，未出现弹簧并圈的情况。

关键词：柴油机；随机方向法；AVL-Excite Timing Drive； 排气机构；动力学分析

Abstract

With the development of the times and people's awareness of energy conservation, the engine is the main power equipment, and people are increasingly demanding it. The gas distribution mechanism is one of the two major mechanisms of the engine, and the rationality of its design largely determines the performance of the engine. The valve cam profile is an important part of the engine valve train. Its design is reasonable, it is related to the reliability and durability of the engine work, and it will affect the engine's power and economy.
The main work of this paper includes: 1) Based on the literature of searching, summarizes the research status of cam profile optimization at home and abroad. The types of cam profile classification and its static evaluation parameters and the dynamics model of the valve train are discussed.
2) Based on the cam profile design method, the initial profile of the exhaust cam of the YT3105 diesel engine was designed. Then, with the cam profile fullness coefficient as the optimization goal, the mathematical model of cam profile optimization is established. In view of the random direction method optimization algorithm, the cam profile optimization is completed. A comparative analysis of the fullness factor of the initial profile and the optimized profile shows that the latter is 6.05% more than the former.
3) Based on the AVL-Excite Timing Drive software, a dynamic model of the exhaust mechanism was established. The simulation results show that the exhaust valve works well on the open side and the closed side without rebounding; the seating force of the exhaust valve is within the allowable range, and the valve is not seriously worn; the cam and the follower are always in close contact. There is no detachment; the lift curves of the five mass points of the valve spring are not coincident, and the spring does not appear.
Key words: diesel engine; random direction method; AVL-Excite Timing Drive; exhaust mechanism; dynamic analysis

目录

第1章 绪论 1

1.1选题的研究背景和意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.3本文主要研究内容 2

1.4技术方案 2

第 2 章 凸轮型线及配气机构简介 4

2.1凸轮型线分类 4

2.2 凸轮型线设计要求及静态评价参数 4

2.3凸轮优化设计方法 5

2.4配气机构动力学模型简介 5

2.5 本章小结 5

第 3 章 排气凸轮型线设计及优化 6

3.1排气凸轮型线工作段设计 6

3.2随机方向法简介 8

3.3排气凸轮型线优化 8

3.3.1 凸轮型线优化数学模型的建立 8

3.3.2优化结果分析 9

3.4本章小结 10

第 4 章 排气机构动力学建模及仿真分析 11

4.1建模软件介绍 11

4.2 排气机构动力学建模 11

4.3排气机构动力学仿真分析 12

4.3.1排气门动力学升程，速度，加速度 12

4.3.2气门落座力 13

4.3.3凸轮与从动件的接触应力 13

4.3.4排气门弹簧动力学特性 14

4.4本章小结 15

5结论 16

5.1全文总结 16

5.2工作展望 16

参考文献 17

致谢 18

第1章 绪论

1.1选题的研究背景和意义

当前，能源和环保问题成为世界面临的两大主要问题，发动机作为能源消耗的主要动力设备，出于对节能等方面的考虑，人们对发动机性能要求日益提高，对内燃机的一大重要部件—配气机构的要求也越来越高。配气机构不仅应保证较高的充气效率，还应保证发动机工作时的平稳性和可靠性。

配气凸轮是内燃机配气机构的重要组成部分，其设计是否合理，关系到发动机工作的可靠性与耐久性，并且会对发动机的动力性和经济性造成影响。配气凸轮型线优化已成为配气机构优化的重要途径。凸轮型线的优化指标主要有影响发动机充气性能的丰满系数、气门升程、凸轮型线磨损量等，这些指标能很好地评定发动机是否能平稳、可靠地工作。此次本文选取凸轮型线丰满系数为优化目标，使配气机构实现更好的充气效率。

1.2国内外研究现状