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配气机构有限元动力计算及分析.pdf

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汽车工程年第卷第期 配气机构有限元动力计算及分析 吉林工业大学乐俊秉李惠珍 清华大学吴广全 【摘要】本文应用配气机构有限元动力模型对顶置气阀下置凸轮轴配气机构进行了动力计算, ,, 计算结果与实测数据相符并用此模型对柴油机配气机构在各种转速工况下进行了动力分析求 、、、。 出了该机构运动规律接触应力振型自振频率及气阀弹簧各圈的运动和振动 叙词内燃机配气机构有限元动力模型 前言 配气机构的运动情况好坏,尤其是气阀弹簧的振动情况对其工作可靠性和使用寿命有很 大的影响,而目前采用的配气机构动力分析模型单质量和多质量弹簧系统,不能或不便 。—。 于分析气阀弹簧的真实振动有限元动力模型有较大的优点〔一〕本文采用有限元法对配气 、 机构进行动力分析,可以得到它的振型自振频率和气阀弹簧的振动,以及整个配气机构的 动力特性。 配气机构有限元模型 、。, 顶置气门下置凸轮轴配气机构如图所示实际机枚比较复杂为便于进行有限 元分析,作以下合理假设 凸轮轴的刚度比较大,对机构运动影响较小,作刚体处理 挺柱刚度比较大,而且在运动方向的尺寸比较小,将其作集中质量处理 推杆在气门开启过程中,一般摆角很小,两端都是相当于铰结,几乎不受横向弯 矩作用,把它看成是由若干杆单元组成的直杆 摇臂被当作梁处理,划分成若干个梁单元,考虑其截面变化比较大,计算时其截 面按抗弯能力等效处理。由于纵向受力很小,主要是绕摇臂轴的转动,故只考虑横向位移和 转角 摇臂轴的刚度对机构的振动影响较大,按弹性支承处理 气门弹簧的振动对整个配气机构的振动影响也很大,为便于分析弹簧的振动情 、 况,把气门内外弹簧模拟成由很多单元组成的并联的杆件,杆件的刚度等于相应的气门弹 ,,, 簧刚度杆单元的数目与弹簧的有效圈数相同有效圈数不是整数时单元数等于其取整后加 气门按集中质量处理。 。 图为所建立的配气机构有限元模型 。 原稿收到日期为卯年月日,修改稿收到日期为年月日 男年第卷第期汽车工程 挺往推杆 摇臂轴 摇份轴支座 气门弹资卡环 气门弹簧 气门 结构简图‘有限元模型 、 图顶置气门下置凸轮轴配气机构 有限元动力方程的求解 有限元动力计算微分方程 ‘ 殉 式中总体质量阵阻尼阵总体刚度阵荀节点位移的加速度向 —。 量—节点位移的速度向量—节点位—移向量节点所受外力向量 —给定位移节点与独立位移—节点的分离— 、, 用下标分别表示给定位移节点及独立位移节点微分方程可写成 「甸「「「 几妇、、 妇蜘弓门 叽勺‘ 从」叭几习掌 ‘ 万叼十屿冬十几么十令补 电互“互喃 ,, 式中【目二材』【马卜扩【如日 、 对项置气门下置凸轮轴配气机构、推杆与凸轮接触节点为给定位移节点,其余节点为 。 独立位移节点 由得 ’‘ 呱奋瓜。一葫一、奋一凡。 。 对式积分即可求得不同时刻的独立位移节点的动力响应然后由式可求得 作用于凸轮上的接触力。 差分格式 ,, 本文采用的差分格式为结构动力学中常用的法由于法非自起步 。 开始两步使用了,月扭法 刀法差分格式取其平均加速度形式为 ·“从一“ 矛落一咚竹 十 。刃。 ,。 式中。△护,!二△△为积分时间步长下同 差分格式为 汽车工程男年第卷第期 · 专‘卜山一“体产 矛一一一 ,、‘△‘一,卜△,一卜动△ 程序流程图 。 按上述计算原理及方法编写了计算程序,程序流程图如图所示图中△叻,△巾为积 分步长。 程序启动 、 翰入有关结构特性参 、、 由凸轮升程气门间隙摇甘比计算理论气门开启对应的凸轮转角气 、 构造单元质刚度阵 替捞毛款瞥亨舞儡然资华 排气门噪 兰二竺竺」压丽丽居慧不贾汽 门开启前机构的 初始变形 巴百开俞 得到气门实际开启对应的凸轮转角 八 、、 形成总体质刚度阻尼阵 计算摇有倾角 功丸十么动 返计算初始 、 由体质画反阵 、 钾髯构的固有预率叻△必 有振型 求解动力方程,得到机构的动态响应 气门落座