某款柴油机的凸轮轴优化设计
本科毕业设计-柴油机凸轮轴设计
1 前言柴油机电子控制技术始于20世纪70年代，20世纪80年代以来，英国卢卡斯公司、德国博世公司、奔驰汽车公司、美国通用的底特律柴油机公司、康明斯公司、卡特彼勒公司、日本五十铃汽车公司及小松制作所等都竞相开发新产品并投放市场，以满足日益严格的排放法规要求。
在燃料消耗的上，柴油机是现代热机中最经济的。
因此，它是最完善的一种热机柴油机具备高扭矩与长寿命、低油耗与较低排放等特点，柴油机成为解决汽车及工程机械能源问题最现实和最可靠的手段。
因此柴油机的使用范围变得更广，数量越来越多，应用越来越普及。
同时对柴油机的动力、经济等性能，对噪声污染的要求也变得越来越高了。
近年来，随着计算机技术、传感器技术及信息技术的迅速发展，使电子产品的可靠性、成本、体积等各方面都能满足柴油机进行电子控制的要求，并且电子控制燃油喷射很容易实现。
事实上，柴油机产生的废气中CO和HC与汽油机相比更少，在NO X排放上跟汽油机差不多，但是废气中微尘含量较高，这与柴油机燃烧机理有关。
柴油机是一种非均质燃烧，可燃混合气形成时间很短，而且可燃混合气形成与燃烧过程交错在一起。
通过分析柴油机喷油规律得到：喷入燃料的雾化质量、汽缸内气体的流动以及燃烧室形状等均直接影响燃烧过程的进展以及有害排放物的生成。
提高了喷油压力，提高柴油的雾化效果，同时使用预喷射，使用分段喷射等方式可以非常有效的来改善排放效果。
经过多年的研究和新技术应用，柴油机的现状已与以往大不相同。
目前高端的柴油机大都选用电控喷射、高压共轨和涡轮增压中冷各种技术，在很多方面已获得大的成就，如重量、噪音、烟度等，已经与汽油机持平。
伴随世界上对排放控制的严厉政策的颁布和实施，汽油机和柴油机都同时面对更严峻的未来，众多解决方案之一是选用电子进行控制燃油喷射的技术。
目前，柴油机电子控制技术大多发达国家的使用率已超过60%。
国外的柴油机得发展较早，1924年，美国的康明斯公司正式采用了泵喷油器，这一发明有效地降低了柴油机的质量。
凸轮优化设计
一.配气凸轮优化设计1.1配气凸轮结构形式及特点配气凸轮是决定配气机构工作性能的关键零件，如何设计和加工出具有合理型线的凸轮轴是整个配气系统设计中最为重要的问题。
对内燃机气门通过能力的要求，实际上就是对由凸轮外形所决定的气门升程规律的要求，气门开启迅速就能增大时面值，但这将导致气门机构运动件的加速度和惯性负荷增大，冲击、振动加剧、机构动力特性变差。
因此，对气门通过能力的要求与机构动力特性的要求间存在一定矛盾，应该观察所设计发动机的特点，如发动机工作转速、性能要求、配气机构刚度大小等，主要在凸轮外形设计中兼顾解决发动机配气凸轮外形的设计也就是对凸轮从动件运动规律的设计。
从动件升程规律的微小差异会引起加速度规律的很大变动，在确定从动件运动规律时，加速度运动规律最为重要，通常用其基本工作段运动规律来命名，一般有下面几种：1.1.1等加速凸轮等加速凸轮的特点是其加速度分布采取分段为常数的形式，其中又可分为两类，一类可称为“正负零型”，指其相应的挺柱加速度曲线为正—负—零：另一类可称“正零负型”，指其加速度曲线为正一零一负。
当不考虑配气机构的弹性变形时，对最大正负加速度值做一定限制且在最大升程、初速度相同的各种凸轮中，这种型式的凸轮所能达到的时面值最大。
等加速型凸轮常常适用于平稳性易保证，而充气性能较差的中低速柴油机中。
但就实际情况而言，配气机构并非完全刚性，等加速凸轮加速度曲线的间断性必然会影响机构工作平稳性，在高速内燃机中一般不采用等加速型凸轮[9]。
1.1.2组合多项式型组合多项式型凸轮的基本段为一分段函数，它由几个不同的表达式拼接而成。
通过调整各段所占角度及函数方程，获得不同斜率的加速度曲线。
组合多项式型凸轮时面值大，而且能够方便地控制加速度变化率及确保正、负加速段间的圆滑过渡，可以较好地协调发动机充气性能及配气机构工作平稳性的要求[7]。
由于凸轮从动件运动规律由若干函数组成，在各段间联结点处不易保证升程规律三阶以上导数的连续性，可能会影响配气机构工作的平稳性，组合多项式型凸轮主要应用在要求气门时面值大和较好动力性能的情形。
柴油机凸轮轴安装工艺优化及工装的设计
柴油机凸轮轴安装工艺优化及工装的设计摘要：分析现有柴油机凸轮轴安装方式及现有安装方式的不足之处。
为克服现有安装方式的缺点，优化凸轮轴的安装工艺，设计制作相应的柴油机凸轮轴安装工装，该工装采用辅助安装车并配置多种调整装置对凸轮轴进行安装，安装车具备多维度调整及激光定位方式，具备平稳的凸轮轴承托及推送结构，安装过程中找正功能随时提供检测，保证了凸轮轴的安装质量。
该工艺对小间隙长轴类轴孔安装具有很好的借鉴和推广意义。
关键词：凸轮轴安装工艺工装1前言凸轮轴是柴油机重要的运动部件，主要功能是驱动柴油机的进、排的开启和关闭，同时控制非电喷柴油机喷油泵的驱动，其安装质量直接影响到柴油机的安全运行。
为避免凸轮轴太长而采取分段制造，安装在柴油机凸轮轴座孔上组装方式主要有两种方式：①将凸轮轴在凸轮轴组装平台上组装成一整根凸轮轴后，将整根凸轮轴直接安装在柴油机上，这是目前采用的主要组装方式，由于整根凸轮轴较长并且安装间隙很小，安装的过程中会遇到较多问题。
②将单节凸轮轴直接在柴油机上组装并调整，此种方式占用生产线生产时间长，不利于节拍化批量生产，较少使用2现状分析目前，多数柴油机凸轮轴的安装方式是在凸轮轴轴承冷装入机体后，将整根凸轮轴从机体一侧的凸轮轴轴承孔装入机体。
凸轮轴属于细长轴，由多段凸轮单节连接而成，每个单节均布置进、排气凸轮、供油凸轮和轴颈，结构比较复杂，现有机型凸轮轴的长度多在2500mm以上，轴承径向间隙在0.05～0.2mm左右，安装难度较大，现有安装过程主要有以下几点问题：1、由于凸轮轴在装入的过程中，凸轮轴轴颈不能一直位于轴承孔内，造成在凸轮轴轴颈脱离轴承孔支承时，凸轮轴轴线偏移，导致凸轮轴的连接法兰、凸轮会在装入的过程中对已装好的凸轮轴轴承造成碰伤。
2、在整个安装过程需要多人借助铝制撬杠相互配合，通过观察孔不断调整凸轮轴空间位置使凸轮轴的连接法兰、凸轮顺利通过轴承孔。
此方法工作强度大，耗时长，效率低，而且极有可能在撬动的过程中对凸轮型面和轴颈造成二次损伤[1]。
06-某发动机凸轮型线的优化设计及分析_吉利汽车苏圣等
凸轮型线的设计及分析苏圣胡景彦李慧军刘云卿杜宝杰吴丰凯吴小飞（浙江吉利汽车技术中心有限公司，浙江杭州 311228）摘要：本文主要描述通过工程软件计算出来的分析结果来进行指导凸轮型线的设计，最后通过发动机试验验证了新设计的凸轮型线满足设计要求。
关键词：汽油机凸轮型线阀系动力学特性单阀系动力学正时机构动力学主要软件：A VL EXCITE Timing drive、A VL Boost1. 前言在发动机的配气机构中，凸轮的凸轮型线不仅对发动机的动力性能有影响，同时也对发动机的机械噪声和零部件的磨损情况都有直接的影响。
所以优化设计一个比较好的凸轮型线既要考虑发动机的热力学性能又要关注发动机的机械性能，同时还要满足凸轮型线的加工要求。
只有上述几个条件全部满足要求才能进行加工生产并且测试。
设计凸轮型线总共分成5个阶段。
第一阶段为热力学预测阶段，在该阶段中主要设计一条热力学性能最优的气门升程曲线。
第二阶段为凸轮型线设计阶段，在该阶段中参照热力学设计的气门升程曲线并且根据运动学原理设计一条满足动力学性能的凸轮型线。
第三阶段对设计完成的凸轮型线进行单阀系的动力学校核，如果不满足动力学要求，则返回第二阶段重新设计凸轮型线。
第四阶段进行多阀系动力学分析，观察各个指标是否满足设计要求，如果不满足要求返回第二阶段重新设计。
第五阶段就是将设计完成的凸轮型线移交给供应商进行加工。
下图为凸轮型线的设计流程。
图1 凸轮型线设计流程2. 设计过程2.1 热力学预测目前某款1.5升GDI发动机最大功率为78kW,要比预期的发动机功率小5kW,为了提高发动机功率，采取的措施为更改发动机的进排气凸轮。
首先根据某1.5升GDI发动机参数进行搭建热力学模型，并且反复调试该热力学模型直到热力学各个工况的计算结果与实际中测得相对应工况中的试验结果相吻合为止。
热力学模型如下图所示。
图2 热力学模型利用上述的热力学软件，计算4种进气门升程和4这种排气门升程，计算出相应的功率和扭矩。
发动机凸轮轴优化设计
发动机凸轮轴优化设计张敏捷;韩飞【摘要】提高汽车燃油经济性的方法有很多,减轻发动机重量是其中重要的一种解决方法.文章基于动力学分析,在保证凸轮轴平稳性、耐磨性、抗扭强度以及其本身的使用性能的条件下,对发动机关键部位凸轮轴进行结构优化,最终实现了发动机的轻量化、低成本以及节能环保的目的.经试验验证,优化后的凸轮轴有效地提高了发动机的质量功率比.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2018(000)002【总页数】3页(P60-62)【关键词】凸轮轴;有限元分析;结构优化;动力学【作者】张敏捷;韩飞【作者单位】上海工程技术大学,上海 201620;上海工程技术大学,上海 201620【正文语种】中文【中图分类】U463.21 概述凸轮轴是发动机的重要部件。
凸轮运动规律直接影响发动机的功率指标、排放指标等，起着举足轻重的作用。
降低凸轮轴质量对减少发动机排量有积极的作用。
随着发动机转速的不断提高，对凸轮轴运动的平稳性、耐磨性、抗扭强度、以及疲劳寿命提出了更高的要求。
在满足上述要求的情况下，实现发动机的轻量化、低成本、以及节能环保的目的。
2 配气机构动力学分析本文选取大众某款发动机为研究对象，配气机构如图 1所示：图1 配气机构简图2.1 利用CATIA进行三维建模首先使用CATIA软件对目标配气机构进行建模，如图2所示：2.2 运用ADAMS建立凸轮轴动力学分析本文所研究的配气机构是在凸轮轴转速为 3000r/min时的动力学分析，已知凸轮轴动力学分析模型参数如表1：图2 配气机构三维建模图表1 凸轮轴动力学分析模型参数?转速为 3000 r/min 时，凸轮轴转动5圈，计算分析气门的动力学升程、速度、加速度、凸轮与滚珠摇臂接触力随凸轮轴转角变化情况，计算结果如下图所示，图中位移单位为mm，速度单位为 mm/s，加速度单位为mm/s2，接触力单位为 N。
将建立好的配气机构以及参数导入ADAMS软件得到动力学仿真结果如图3所示：图3 ADAMS动力学仿真结果从曲线可知，气门运动平稳，气门升程在 8mm左右，与原发动机实际运行结果一致。
汽车柴油机凸轮轴加工工艺毕业设计
毕业设计（论文）题目汽车柴油机F3000凸轮轴加工工艺设计学院机械与动力工程学院专业班级热能与动力工程2010级1班学生姓名学号**********指导教师职称副教授评阅教师职称年月日注意事项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它学生毕业设计（论文）原创性声明本人以信誉声明：所呈交的毕业设计（论文）是在导师的指导下进行的设计（研究）工作及取得的成果，设计（论文）中引用他（她）人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得重庆科技学院或其它教育机构的学位或证书而使用其材料。
与我一同工作的同志对本设计（研究）所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
毕业设计（论文）作者（签字）：年月日本科生毕业设计摘要摘要凸轮轴作为柴油发动机配气机构的重要部件，其性能和质量对发动机的整体性能有着直接影响，因此柴油机凸轮轴加工工艺有着特殊的要求。
24_某柴油机凸轮型线的改进设计_玉柴周阳春
某柴油机凸轮型线的改进设计周阳春金成吉(广西玉柴机器股份有限公司，广西玉林537005)摘要：通过A VL EXCITE Timing Drive的仿真，对某机型的配气机构进行运动学和动力学计算，评估凸轮型线和配气机构各零件，找出摇臂球头磨损的原因，并对凸轮型线进行改进设计。
关键词：EXCITE Timing Drive；凸轮型线主要软件：A VL EXCITE Timing Drive1. 概述某柴油机在进行耐久试验时发生摇臂球头磨损故障。
应用A VL的EXCITE TIMING DRIVE软件建立配气机构计算模型，计算配气机构在运动过程中是否产生飞脱、反跳及摇臂推杆接触力。
并对凸轮型线进行优化。
A VL EXCITE TIMING DRIVE建模时，凸轮型线数据来自零件图纸，其它零件有关参数来自CAD三维模型及产品图纸。
零件刚度由有限元软件计算，缸内压力由试验获得。
2. 计算模型2.1 EXCITE TIMING DRIVE模型的建立该机型使用单根下置式凸轮轴，通过齿轮传动。
每个缸四个个气阀，两进两出进排气门均为双弹簧。
计算模型包含凸轮、挺柱、推杆、摇臂、气门、气门弹簧。
计算模型如图2所示。
图1 摇臂球头磨损故障图片图2 EXCITE TIMING DRIVE计算模型2.2 零件刚度，质量计算使用有限元软件计算各零件的刚度，使用UG软件计算各零部件的质量。
在运动学模块中，按照EXCITE TIMING DRIVE软件的要求将刚度和质量转化到双质量系统的气门侧；在动力学计算中，按照A VL的建议，将本形式摇臂（Rock Arm）的有限元计算刚度和质量转换到凸轮侧。
2.3 其它参数计算中考虑了以下激励及驱动：●动力学计算中作用于气门的缸内压力，见图3，由试验获得●配气机构中质量和弹簧力产生的激励●凸轮型线驱动，原凸轮型线数据见图4●凸轮旋转驱动图3缸内压力曲线图4凸轮升程曲线3. 计算结果及分析经过对原凸轮型线的运动学和动力学计算，发现原凸轮型线的jerk值超过了1000，且原凸轮型线有轻微飞脱现象。
YC6m340-20凸轮轴结构设计及工艺编制.
摘要凸轮轴作为汽车发动机配气机构中的关键部件，它驱动着发动机整个配气系统及其他附件，使其快速、准确地吞吐大量燃气，其性能与质量直接影响发动机整机性能。
本文课题为yc6m340-20柴油机凸轮轴的设计与工艺编程，因凸轮轴为24气门6缸柴油机，因此设计为双顶置凸轮轴，其中一根凸轮轴控制进气门，一根凸轮轴控制排气门。
本文对凸轮轴的凸轮型线进行了详细的设计，对凸轮轴进行了设计并校核，之后运用CATIA软件对凸轮轴进行了3D建模，又运用AutoCAD 进行了2D的建模。
同时凸轮轴作为汽车发动机配气机构中的关键部件，其性能与质量直接影响着发动机整体性能。
因此凸轮轴的材料及其加工工艺均有特殊要求，合理的加工工艺对于控制凸轮质量、降低加工成本、减少生产环节以及合理布置凸轮轴生产线具有很大的现实意义。
因此本文还对凸轮轴进行了工艺编程，同时制作了工艺卡片。
关键词：柴油机凸轮轴结构设计加工工艺AbstractThis topic yc6m340-20 for the design and process of diesel camshaft, because the camshaft for programming valve 6 cylinder diesel engine, 24 therefore design for double camshaft, one camshaft control valve, a camshaft into exhaust control. Based on the camshaft CAM contour line carried on the detailed design, the design of CAM shaft and checking.This topic yc6m340-20 for the design and process of diesel camshaft, because the camshaft for programming valve 6 cylinder diesel engine, 24 therefore design for double camshaft, one camshaft control valve, a camshaft into exhaust control. Based on the camshaft CAM contour line carried on the detailed design, the design of CAM shaft and checking, using CATIA software after the 3D modeling of the camshaft, using AutoCAD and the modeling of 2D. While the camshaft as automobile engine with gas of key components, its performance and quality directly affect the whole engine performance. Therefore the materials and processing camshafts have special requirements, the reasonable processing technology to control the quality and lower cost of CAM, reduce production links and reasonable decorate camshaft production line has great practical significance. Therefore the camshaft process programming, and made a process card.Keywords: engine structure design, processing camshaft目录摘要 (I)Abstract (II)1.绪论 (1)1.1前言 (1)1.2本课题研究的目的和意义 (2)1.2.1课题研究的目的 (2)1.2.2课题研究的意义 (2)1.3国内外研究发展现状 (3)1.4 课题研究的主要内容和方法 (5)1.5 本章小结 (6)2.凸轮轴的结构特点与设计要求 (7)2.1凸轮轴的性能要求 (7)2.2 凸轮轴的设计要求 (8)2.3 凸轮轴的结构 (8)2.3.1 凸轮轴的直径与轴颈 (8)2.3.2 凸轮轴配气相位 (9)2.3.3 各缸之间凸轮夹角 (10)2.4 凸轮轴的材料 (10)2.5 凸轮轴的强度计算 (10)2.6 本章小结 (11)3凸轮轴的总体设计 (12)3.1凸轮的设计 (12)3.1.1 凸轮的主要参数 (12)3.1.2缓冲曲线的设计 (13)3.1.3 凸轮工作段运动曲线设计 (14)3.1.4 工作段凸轮型线坐标计算 (19)3.2凸轮轴轴的设计 (20)3.2.1轴的轴颈的设计 (20)3.2.2进排气凸轮之间距离及支撑与凸轮之间距离的设计 (20)3.2.3轴端键槽的设计 (20)本章小结 (21)4．凸轮轴的校核 (22)4.1 凸轮的校核 (22)4.1.1 凸轮与挺柱间接触应力的计算 (22)4.2 凸轮轴的校核 (23)4.2.1 凸轮轴的强度校核 (23)4.2.2 凸轮轴的刚度校核 (25)4.3本章小结 (27)5．凸轮轴的加工工艺 (28)5.1 概述 (28)5.2凸轮轴的材料 (29)5.3 工艺设计 (30)5.4具体工序安排 (31)1.绪论1.1前言凸轮轴是汽车发动机配气机构中重要的零件，凸轮轴的结构设计与加工质量好坏，直接影响发动机的性能。
柴油机凸轮轴设计论文
学院毕业论文（设计）D495Q3A柴油机凸轮轴毛坯的设计学生姓名学号指导教师学院机电工程学院专业机械设计制造及其自动化年级2016论文答辩日期 2016 年 6 月 1 日学院D495Q3A柴油机凸轮轴毛坯的设计完成日期：指导教师签字：答辩小组成员签字：摘要凸轮轴是活塞发动机里的一个部件。
它的作用是控制气门的开启和闭合动作。
虽然在四冲程发动机里凸轮轴的转速是曲轴的一半（在二冲程发动机中凸轮轴的转速与曲轴相同），不过通常它的转速依然很高，而且需要承受很大的扭矩，因此设计中对凸轮轴在强度和支撑方面的要求很高，其材质一般是特种铸铁，偶尔也有采用锻件的。
毛坯的形状和尺寸的确定，除了将毛坯余量附在零件相应的加工表面上之外，有时还要考虑到毛坯的制造、机械加工及热处理等工艺因素的影响。
在这种情况下，毛坯的形状可能与工件的形状有所不同。
关键词：凸轮轴；毛坯；加工余量；材料；Thesis TitleThe camshaft is a component in the piston engine. Its role is to control the valve opening and closing actions. Although in four stroke engine camshaft crankshaft speed is half ( in two stroke engine camshaft and crankshaft speed of same ), but usually it's speed is still high, but to bear great torque, therefore the design of cam shaft on the strength and support requirements are very high, generally the material special cast iron, occasionally using forgings.Blank shape and size determination, in addition to the blank margin is attached to the parts corresponding to the machined surface, sometines even taking into account the blank of manufacturing, machining and heat treatment process factors. In this case, the blank shape may vary with the shape of the workpiece.Key word: camshaft; rough machining allowance; material;目录前言 (1)1凸轮轴毛坯 (1)1.1常见种类的毛坯 (1)1.2凸轮轴毛坯加工的选择 (2)1.3毛坯形状及尺寸的确定 (2)2凸轮轴 (2)2.1凸轮轴的构造 (2)2.2凸轮轴的位置 (3)2.3凸轮轴的传动 (4)2.4凸轮轴的失效形式 (4)2.5凸轮轴的生产技术 (4)2.6凸轮轴的选材 (4)3凸轮轴毛坯的设计 (6)3.1凸轮轴毛坯的设计要求 (6)3.2凸轮轴毛坯的经济适用性 (6)4实例 (7)5总结 (10)参考文献 (11)致谢 (12)前言现代生产生活中柴油发动机具有不可忽视的作用。
某柴油发动机轮系优化设计分析
某柴油发动机轮系优化设计分析姚强; 郑雪茹; 杜安用; 江琳琳; 刘凯【期刊名称】《《汽车科技》》【年(卷),期】2019(000)006【总页数】5页(P65-69)【关键词】柴油发动机; 附件; 包角; 打滑率; 涨紧器【作者】姚强; 郑雪茹; 杜安用; 江琳琳; 刘凯【作者单位】东风汽车股份有限公司商品研发院武汉430057【正文语种】中文【中图分类】U464.9为了满足汽车正常行驶的需要，发动机附件充当这重要的作用，一台柴油发动机附件主要包括发电机、空调压缩机、动力转向泵、水泵等。
在整机和整车布置的过程中，不仅要满足间隙要求，而且需要满足各附件正常工作的条件。
本文以某柴油机为例，介绍了如何通过仿真分析来优化各附件位置，从而来满足各附件的功能需求。
1 概述某柴油发动机的附件轮系包括发电机（ALT）、空调压缩机（AC）、动力转向泵（PS）、水泵（WP）、涨紧器（TP）、惰轮（ID）、风扇（FAN），如图1所示。
所有附件均由曲轴（CR）驱动。
图1 轮系布置图皮带跨度如下表1：表1各附件判断标准如表2所示：表2 判断标准设计标准为外企标准，暂不能给出依据。
2 仿真计算分析2.1 计算输入2.1.1 轮子位置与直径表3 轮子位置与直径涨紧臂旋转中心：X=-181.95mm，Y=67.33mm；涨紧器皮带轮中心：X=-107.15mm，Y=72.83mm；涨紧器臂长为75mm2.1.2 皮带皮带长度：2143±5mm；皮带刚度：140000N；皮带力：350N.m；皮带几何：a=1.1mm，b=1.1mm（如图2所示）如图2 皮带几何示意图图3 静态皮带张紧力皮带名义张力为：320N.m，工作范围为10.74°。
2.1.3 曲轴转速波动曲线曲轴转速波动曲线是在台架上实测得出的，如图4所示。
图4 曲轴转速波动曲线2.1.4 附件扭矩消耗曲线附件扭矩消耗曲线如图5所示。
图5 附件扭矩消耗曲线2.2 计算仿真分析2.2.1 包角与皮带跨度计算分析表4 包角计算表由表2.2包角计算结果所示：曲轴和发电机包角设计要求为160°，不能满足设计需求。
柴油机高次方配气凸轮型线的动力学优化设计
柴油机高次方配气凸轮型线的动力学优化设计杨小华!俞水良!胡青!冯迎霞"同济大学机械学院!上海!""$$%#摘要!本文基于单质量动力学模型!采用非线性规划法!对柴油机配气凸轮型线进行了以丰满系数为目标函数"以凸轮与挺柱间接触应力等为约束条件的动力学优化设计及探讨#文中选择了高次方凸轮!并以%&’!#"()柴油机为例!给出了详细的优化计算结果$关键词!柴油机%配气机构%凸轮型线%动力学优化设计中图分类号!*+#!!文献标识码!,文章编号!%""-.-#-!/!""#0"!.""#"."#收稿日期&!""$’%!’%1%前言配气机构是内燃机的重要组成部分!其设计合理与否直接关系到整机工作的可靠性"耐久性!并影响整机的动力性能"经济性能"排放性能$内燃机配气机构的弹性变形将引起气门的激烈振动!严重时使气门产生(飞脱)和(反跳)现象!破坏气门机构的正常运行$配气凸轮型线优化设计的任务就是在确保配气机构能可靠工作的前提下寻求最佳的凸轮设计参数$凸轮型线的设计已从静态设计"动态设计发展到动力学优化设计2%3!4!后者考虑配气机构的弹性变形!可更精确地描述配气机构的运动和受力情况!并统一考虑机构动态参数与凸轮型线!从而实现凸轮型线的最优化设计$高次方凸轮是应用比较广泛的一种整体式函数凸轮!挺柱升程曲线为统一的高次多项式!因而加速度曲线是连续函数!没有突变!机构平稳性较好$本文采用单质量动力学模型用高次方凸轮进行了优化设计研究!并以%&’!#"()柴油机为例!给出了优化计算结果!并与原型线进行了比较$!凸轮型线的选择*%+凸轮缓冲段型线的选择缓冲段型线选择余弦曲线方程!其挺柱*从动件+升程方程为&!/!5"!"/%.6789"!:!!"55!"!!!!"*%+式中&!/!5’缓冲段挺柱的升程!下同%!"’缓冲段高度!下同%!’凸轮轴转角!下同%!"’缓冲段半包角!下同$*!+凸轮工作段型线的选择实践中发现%&’!#"()柴油机在配气机构可靠性方面尚需改进$工作段型线种类较多3而高次方函数凸轮在可靠性方面有优势$故本设计中!凸轮工作段型线选择高次方函数曲线方程!其挺柱升程表达式为&!/#5;$"<$%#%&$’#’&$(#(&$)#)*!+其中&#;%./!.!"5:!*!!"!!!!*式中&%+!!’,(")作为设计变量,!,-/#%3#!3#$5.;/’/(/)5*%!0为工作段半包角%而1""1%"1’"1("1)等为待定系数!可通过以下五个边界条件由=>?88.)7@A>B 消去法求解确定&工作段挺柱始点升程&!9#5C #;%;!"*$+工作段挺柱始点速度&29#5C #;%;2"*#+工作段挺柱始点加速度&39#5C #;%;"*1+工作段挺柱始点升程的三阶导数&!9$59#5C #;%;"*&+挺柱最大升程&!9#5C #;";!"<!45#*D +以上式中&!9#5’工作段挺柱的升程!下同%29#5’工作段挺柱速度!下同%2"’缓冲段末端挺柱速度!下同%39#5’工作段挺柱加速度!下同%!E>F ’工作段内挺柱最大升程3下同$$配气凸轮机构的动力学模型考虑到完全体现配气机构特点的计算系统的复杂性!为便于计算!本文采用单质量动力学计算模型2$4$如图%所示!它是考虑阻尼"气门间隙"气缸内燃气作用力等因素后形成的计算模型!当量质量的运动微分方程及初始条件为&6#!A !7A !!;.*898%0A 7A !.9191:+791-#9!0<8!"%!& !!#$"’%!$&%!&%(&’!)!"")*’*!!)!"")""+#式中$(%当量质量&包含气门质量及其它传动件换算到气门处的质量’"%凸轮轴旋转角速度’’%!&%气门升程&下同’)()*%分别为内阻尼系数和外阻尼系数’+%配气机构的刚度&代表整个传动链的弹性&可通过实测或计算得到’+,%气门弹簧刚度’"%!&%当量凸轮升程也即气门的理论升程&等于-!. %!&/""&其中-为摇臂比&""为气门间隙’下同’0"%气门弹簧预紧力’%%进(排气指数&进气时取"&排气时取,’0&%!&%气缸内气体压力’!""%气门刚开启时凸轮的转角)运用-./01’2.334法对此二阶微分方程求数值解可求出’%!&(*’5*!&从而回代"(#式也求得*!’5*!!&这样就确定了气门的运动规律*#动力学优化设计模型及其求解策略",#目标函数和约束条件内燃机各项性能指标的要求&使得配气凸轮型线的设计成为多目标规划问题*即要求充气性能达到最佳&机构工作平稳性好&振动小&不出现飞脱和反跳&凸轮的最小曲率半径不应太小&以保证凸轮的使用寿命等*由于各目标相互间的矛盾和牵制&通常情况下最优解并不存在*同时&由于设计的目标函数与约束条件中会包含自变量的非线性函数&因此该规划问题又是非线性规划问题&使得求解尤为困难*考虑到上述情况&本文从保证气门的充气性能尽可能大的角度出发&取凸轮型线的丰满系数#作为优化的目标函数&其它方面性能指标作约束条件处理&从而把多目标非线性规划问题转化为单目标非线性规划问题&采用极小化优化方法求解*优化设计的目的是满足约束条件的前提下使$尽可能大&故将目标函数在数值上取为$的负值&建立动力学优化设计模型式如下$67/0"1#)’%"1#","# $"1#),.648%."9.648’""-9+**9,9+229,9+339,9+449,&约束条件$0,):’:,!"0!):!’:!"0$);’;,!"0#);!’;!"0<)=’=,!"0>)=!’=!"0?);’:!!/0()=’;!!60+)8%!&’@%!&!"0,")-67/’-A!"0,,)B4648C’4648!"0,!)467/’B467/C!"0,$)BD E4FF C’D E4FF!"0,#)B4E4FF C’4E4FF!"0,<)B&C’&!"0,>)G H’BG H C!"","#式中$:,+;,(=,%设计变量的下限’:!(;!(=!%设计变量的上限’5(6%正整数’-A%凸轮型线最小曲率半径许用值’-67/%凸轮型线最小曲率半径’4648%气门最大加速度’B4648C%气门最大加速度许用值’467/%气门最小加速度’B467/C%气门最小加速度许用值’D E4FF%气门落座速度’BD E4FF C%气门落座速度许用值’4E4FF%气门落座加速度’B4E4FF C%气门落座加速度许用值’&%凸轮与挺柱间的接触应力’B&C%凸轮与挺柱间的接触应力许用值’G H%气门活塞间距离’BG H C%气门活塞间距离许用值*对各约束条件的含义的描述如下$0,I0(用以确定设计变量的取值范围及规律&并要求为偶数’0+用以控制机构不出现飞脱’0,"用以控制凸轮型线的最小曲率半径&最小曲率半径对凸轮与挺柱间的接触应力和可加工性等有很大影响’0,,最大正加速度&其对配气机构的运动规律(机构的振动(噪声(飞脱和机构工作的平衡性有很大影响’0,!I0,#用以控制气门最大负加速度(落座时速度!落座时加速度限制气门落座后反跳"%&’用以控制凸轮与挺柱间的最大接触应力不超过许用值"%&(用以控制气门活塞间距离不小于许用值#$!%优化模型的求解策略高次多项式凸轮挺柱升程曲线的幂指数!&"&#&$为正整数’为离散变量’对此类约束非线性规划问题的优化模型进行求解’一般可用网格法#但考虑到计算效率’本文采用离散复合形法)#*求解+它是在复合形法基础上发展起来的一种解离散变量约束最优化问题的直接法’其初始顶点可以是非可行点#寻优迭代过程是计算离散复合形各顶点的目标函数值’找出其中函数值最大的一点称最差点%&及除最差点外其它各点的形心%’+并以%&为基点’以()*’+%&为离散一维探索方向’进行离散一维探索’可有反射&扩张和压缩等过程’不断地丢掉最差点代之以目标函数值有所下降的一个新点’如此重复计算’使新的离散复合形不断地向约束离散最优点靠拢’直到满足计算精度为止#离散复合形法的计算程序框图见图!#’计算实例及分析按上述数学和优化设计计算模型’用,--语言编制了相关的计算程序’并在标定工况下对&(.!#"/0柴油机配气机构重新进行了探讨#新型线的优化计算结果与原型线的比较见表&#表&结果表明(与原型线相比’新型线所对应的排气表&&(.!#"/0柴油机动力学优化计算结果排气凸轮特征值!!!!原型线新型线1&23"&2(4!"2(!3&&"2’3#4"4.5678!2!&8&29&-!2’$-!2"9656789&(8($#-&#$!-&!3$.:6;;"2(#"2’"""567&&(#4($<5=>!!$!$3"8!&!!"8&"""?.5=>&"29$&$29!注!18机构平稳性系数".5678气门最大速度#5@A ""5678最大凸轮与挺柱间的接触应力BC6"?.5=>8气门活塞间最小距离#55$泵中!有!%&"’#%($%)%%)%!)%$*"+#!!&",#!)$!)%%)%!)%$*"-$由于辅射流泵出口与主射流泵吸液口相连!故有%&’!&&(%&.$)’!&)*%&/$考虑到所吸液体压力近似为"!+,%&"将上述&+$’"-$’".$’"/$四方程联立求解!可得出双级射流装置的基本性能方程($0$基本性能方程的分析"%$混合比由以上公式可得总混合比为%$%&$%$!%1$%1$!"%"$从该式可知$-$%)$-$!)即总混合比小于任一单一射流泵的混合比!假设$%&$!&"0!)总混合比可达到"0"$以下!符合植保机械和清洗机械的要求)&!#压强比由于!%2%!!!2%可得!.!%1!!3!%!!4567’!%)!!*即压强比高于任一单一射流泵的压强比!因而说明压力损失小!能量损失比单一射流要小)#实验结果与理论计算的比较由于射流嘴出口直径较小)加工困难)只有加工后实测数值作为实验参数)取主射流泵#%&!0%"’$0"8辅射流泵#!&$0+"’!0%"!得出的实验结果如表%!与理论计算对比!误差约为%"9左右)8结论由实验与理论方程可知!用串联方式连接射流泵!可使混合比进一步下降!同时还可提高压强比!使得该装置更符合使用要求!并说明建立的数学方程模型是可行的)但是!由于试验条件所限!试验样本不多!需要进一步进行相关的研究)参考文献!:%;何培杰!吴春笃等0射流泵混药装置试验研究:<;0农业机械学报!!""%!"##$8-=+"0:!;王荣0植保机械理论与设计:<;0长春$吉林人民出版社!!""!0:$;陆宏圻0射流泵技术的理论与应用:<;0北京$北京水利电力出版社!%/./0*******************第一作者简介!李羊林!男!%/+$年生!江苏泰州人!博士研究生)研究领域%机械)已发表论文8篇)%编辑$滕召旗&表%实验结果#%#!!$!与理论误差$与理论误差!0%"$0+""088.%>!80/!0%9$0"9!0%"!0%""0+"!%>%+0#80-9.0!9$0"8$0+""0#!-%>$+0!3$0893%0!9$0"8!0%""0#++%>!$0$-0%9+0$9%上接第$#页&机构其丰满系数+时面值有所减小!因而流通性能有所下降,?值在合理范围!可满足机构平稳性要求,曲率半径在合理范围&正值4!55’负值小于3$""55#!表明凸轮是可加工的,气门与活塞间距在$55以上!两者不会相碰,气门的最大速度’最大加速度和落座速度有明显减小,凸轮与挺柱间接触应力的最大值明显减小)对%+@!#"AB 柴油机而言!实践中要求对其配气机构可靠性予以更多关注!尤其对其排气机构!流通性能稍有降低尚可接受!因此计算结果是令人满意的)图$’图#和图8分别给出了在动力学优化基础上所获得的%+@!#"AB 柴油机排气门的速度’加速度’凸轮与挺柱之间接触应力计算结果)由图可见!速度’加速度和接触应力曲线均连续!表明优化设计的排气机构未出现-飞脱.或-反跳.)排气门的速度+加速度+凸轮与挺柱之间接触应力曲线表现出不同程度的波动!这种结果是合理的)这一方面体现了配气机构确实存在弹性变形!另一方面与该柴油机在排气门开启时很高的排气压力&约%<C6$对排气门头部的作用力有关)对该柴油机的进气机构也进行了同样计算!也获得了满意的结果)限于篇幅!本文不再给出有关曲线图)+结束语本文选择了高次方凸轮!并基于柴油机配气机构单质量动力学模型!采用非线性规划法!编制了以丰满系数为目标函数+以凸轮与挺柱间接触应力+气门落座速度等为约束条件的动力学优化设计计算程序)结果表明!按上述数学和优化设计计算模型所编制的计算程序可以进行配气机构的动力学优化设计计算,以%+@!#"AB 柴油机配气机构为例进行的计算结果证实!与原型线相比!该柴油机采用新型线后其配气机构在可靠性方面有明显改进)参考文献!:%;李惠珍!高峰0配气凸轮型线动态优化设计:B;0内燃机学报!%//"),#*0:!;DE6FGHI)B0J0K L65MNFHF)B00D GNOPINQRPHG N5MEH5HFP6PNSF ST UHFHPNV 6EUSINPW5TSI V65OW6MH SMPN5NX6PNSF :A;0DGY6FVHO NF ZS5MRP6PNSF6E <HVW6FNVO [NPW C6I6EEHE 6FG \NOPINQRPHG CIS]VHOONFU M0!"/3%-0:$;尚汉冀0内燃机配气凸轮机构3设计与计算:<;0上海$复旦大学出版社!%/..0:#;刘惟信0机械最优化设计%第二版&:<;0北京$清华大学出版社!%//#0*******************第一作者简介%杨小华!男!%/+.年生!浙江江山人!讲师!硕士)研究领域%内燃机系统与机构优化+工作过程模拟)已发表论文$篇)%编辑$滕召旗&!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!。
柴油机凸轮轴精车工艺改进
柴油机凸轮轴精车工艺改进柴油机凸轮轴在精车工序中属于细长轴车削，在加工中容易出现颤刀和打刀，不但对工件的质量有所影响，同时也增加了刀具的磨损，本文通过对加工刀具、切削参数、加工方法等方面改进来提高该工序质量，减少废品率。
凸轮轴；精车；加工方法研究背景凸轮轴材质大多为50Mn，毛坯经锻造而成，在精车前凸轮轴经过调质处理，硬度HB260-300，以左凸轮轴一为例，其工序简图如图1所示。
在以往的生产中经常出现的问题为：中间容易产生弯曲导致尺寸超差、在加工中容易颤刀和打刀、整根轴容易产生锥度、光洁度达不到等。
加工时主要采用硬质合金刀加工，但由于刀具角度及切削参数的选择不合理以及加工方法不足，导致在该工序中刀具损耗比较严重，加工成本较高，容易造成次品和废品。
从刀具角度分析a刀具选择车刀的设计与合理使用对工件的加工质量至关重要，车刀材质、几何形状和角度是影响车刀本身性能的主要因素。
在加工外圆时，由于加工面积多，切削余量大，考虑到刀具的耐用程度，应选用硬度和强度相对较高的硬质合金刀。
一般选用牌号为YT15的45度尖刀。
但由于该尖刀的含碳量较高，虽然硬度提高了，但刃磨时在高温下最容易出现质量问题的是刀头裂纹，从而影响刀的使用寿命，所以在刃磨时应注意，不要长时间刃磨同一位置，要轻轻的频繁的变换角度，经过多次实践总结，得出加工该工序较为合适的角度选择为：首先，前角不要磨得过小，最好是在左右，后角不要磨得过大，最好不要超过6度，在此基础上还要磨有长10mm，宽4mm 的倾斜式的圆弧型卷屑槽，这样便于铁屑的排出。
同时，主切削刃还要打上复刃，这样在切削时就不容易出现崩口和裂纹。
对于切削参数的选择总结如下：切削速度，进给量和吃刀深度都不要过高，切削速度约为335r/min，进给量0.52mm/min，切削深度在2-3mm之间。
在车削中不要使用冷却液，这样便于铁屑的排出。
b选择法兰盘车刀在加工凸轮两侧法兰盘时，其主要的进给运动为横向进给，选择加工的刀具牌号为YT15的切刀。
中速柴油机凸轮轴优化设计
条 有 效 的途 径 。
关键词 ：柴油机 ；凸轮轴 ；优化设计 ；仿真计算
中图分类号 ：Ｔ ４ ２ Ｋ ２ 文献标识码 ：Ｂ 文章编号 ：１０ ０ ０—６ ９ （０ ２ １ ０ ４—０ ４ ４ ２ １） —０ １ ０ ３
ＴｈｅＯｐｔｍ ｉｉ ｅ ｉ ｎ ｏ ｍ ｓ ａ ｔ ｏ ｈ ｅ ｉ ｍ ｐｅ ｄ Ｄｉｓ ｌ ｇ ｎ ｉ ｚｎｇＤ ｓｇ ｆＣａ ｈ ｆ ｒｔ ｅＭ ｄ ｕ Ｓ ｅ ｅ ｅ ｆ Ｅｎ ｉ ｅ
ｄ ｓ ｎ ｍｅ ｈ ｄ ｆＣ ｅ ｉ ｔ ｏ ｓ ｏ ＡＤ＆ＣＡＥ ａ ｅ ａ ｐ ｉｄ ｔ ｉ ｌｔ ｎ ｎ ｌｚ ｈ ｐ ｒ ｔ ｇ ｓａｅ ｏ ｅ ｃ ｍｓ ａ ｔ ａ ｄ ｔ ａｃ ｌ ｔ ｎ ｅ ｉ ｅ ｇ ｒ ｐ ｌ ｏ ｓｍｕ ａｅ ａ ｄ ａ ａｙ ｅ ｔ ｅｏ ｅ ａｉ ｔｔ ｆｔ ａ ｈ ｆ， ｎ ｏ ｃ ｌｕ ａｅ ａ ｄ ｖ ｒ ｙ ｔ ｅ ｎ ｈ ｆ ｈ
Ｋｅ ｒ ： ｉｓｌｎ ｎ ；ａ ｈ ｔｏｔ ｉ ｎ ｅｉ ；ｉ ｕａ ｏ＆ ｃｌ ｌｔ ｎ ｙ ｗｏｄ ｄｅｅ ｅｇ ｅｃｍｓａ； ｐｉ ｚ ｇ ｓ ｓ ｌｔ ｎ ａ ｕａ ｏ ｉ ｆ ｍ ｉ ｄ ｇ ｍ ｉ ｎ ｃ ｉ
０ 前言
在全球飞速发展 的柴油机市场 ，提高 自主研发 和 自主制造能力是企业在 日益激烈的竞争中取胜的
ｉ ｄ ｐ ｎ ｅ ｔ ｒ ｓ ａｃ ＆ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ， ｎ ｅ ｅ ｄ ｎ — ｎ ｆ ｃｕ ｅｌ ｖ ｌ ｆ ｕ ｉ ｓ ｌ ｎ ｉ ｅ ｎ ｅ ｅ ｄ ｎ— ｅ ｅ ｒｈ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔｉ ｄ ｐ ｎ ｅ ｔ ｍａ ｕ ａ ｔ ｒ ｅ ｒｄ ｅ ｅ ｇ ｎ ． ｅ ｏｏ ｅ
作者简介 ：黄 粲 （ ９ ３ １７ 一），男 ，山东青 岛人 ，硕士 ， 工程师 ，主要从事柴油机新产 品开 眭能优化改进及 总体设 计工作 。
船用低速柴油机凸轮轴与03链轮装配调中工艺改进
船用低速柴油机凸轮轴与03链轮装配调中工艺改进摘要：本文论述了凸轮轴，03链轮组件与作用，凸轮轴与03链轮装配调中改进前工艺，凸轮轴与03链轮装配调中改进工艺原因，凸轮轴与03链轮装配调中改进后的工艺和工艺改革带来的效益。
关键词：凸轮轴；03链轮；调中前言：船用柴油机作为船的核心部分，柴油机的性能好不好直接影响到船的质量。
03链轮带动凸轮轴转，以实现柴油机的燃油供给，排气，示功等功能。
凸轮轴与03链轮是分开加工的，加工出来了我们需要把它们连接起来，两根轴要连接完整，那必须要进行同轴度的调整。
为了实现企业的最大利益，我们对凸轮轴与03链轮调中工艺不断地改进，本文论述的就是凸轮轴与03链轮调中工艺的一次工艺改进。
正文:一、凸轮轴，03链轮组件与作用凸轮轴，其上装有燃油凸轮和排气凸轮和凸轮轴链轮等，是通过曲轴和位于柴油机后端的链传动机构驱动的。
燃油凸轮和排气凸轮分别去驱动燃油泵和排气阀促动泵驱动机构。
MCC机型凸轮轴通常为整根。
MC机型凸轮轴通常若干分段，且凸轮轴链轮安装轴段做成独立的。
各轴段之间通过法兰联轴器装配在一起，通过紧配螺栓和螺母连接。
不管是MCC整根的凸轮轴，还是MC独立的链轮轴段，通常在链轮的后端，安装有一道止动盘。
链轮和止动盘之间的空档用于最后一档的凸轮轴轴承安装，有时，在链轮和最后一档轴承之间还安装有定距环。
止动盘与凸轮轴是过盈配合，并钻有定位销，其作用是限制整个凸轮轴组件的轴向串动间隙，减小轴向冲击及可能带来的危害。
部分机型在凸轮轴后端的端面上引出一连接法兰（爪形连接器），用以给出空气分配器凸轮轴或凸轮盘的驱动。
部分机型在凸轮轴的最前端端面上同样引出一连接法兰，用于驱动空气分配器或布置于前端的机械式注油器的角尺齿轮箱。
在链轮的前端轴上有时还装有一个小链轮，同样与轴是过盈配合，用于安装驱动空气分配器轴或布置于凸轮侧的机械式的注油器。
①示功凸轮式样如右图，是两哈夫形式的。
上下两片壳体通过紧配螺栓进行连接。
柴油机凸轮轴改进路线探索
柴油机凸轮轴改进路线探索作者：刘德昌来源：《科技风》2016年第19期摘要：随着经济社会的不断发展，柴油机被应用到多个领域，同时在多个领域都发挥中重要的作用。
而对于柴油机而言，柴油机的内部零件的有效性对整体有着相应的影响，柴油发动机的有效转动会影响到它在多个领域中的有效应用，而凸轮轴作为活塞式发动机里面的一个重要组成部分，用来控制气门的开启和关闭，在发动机的使用中会承受较大的摩擦力，而在工作中，凸轮轴的转速也很高，这就对凸轮轴机械加工过程提出了更高的要求。
在柴油机用凸轮轴机械加工的过程中，应该结合凸轮轴的具体工作环境和使用要求，进行相应的改进，完善机械加工的过程，提高凸轮轴的使用效果。
关键词：柴油机；凸轮轴；机械加工；创新；设计随着柴油机的不断普及，在使用过程中柴油机的质量会对相关项目的进行有着重要的意义，而柴油机的质量是由多个组成部分零件的有效性决定的。
对于柴油机而言，柴油机用凸轮轴零件的使用强度和质量对整个柴油发动机的使用有着重要意义，同时凸轮轴零件的使用寿命也决定了柴油机的使用寿命。
因此在进行柴油机用凸轮轴的机械加工中应该重视凸轮轴的使用目的，结合相关零件的情况进行不断的创新，以此来提高柴油机用凸轮轴机械加工的合理性和有效性。
柴油机转速较高，致使使用过程中凸轮轴会造成一定程度上的磨损，而这种磨损会降低凸轮轴的使用年限。
凸轮轴的使用寿命确定了柴油机的使用效果和相应的修理成本，因此在进行柴油机用凸轮轴机械加工中应该结合现阶段的加工技术，采用合适的材料，选择较先进的加工办法来全面提高凸轮轴的使用寿命，从而改善柴油机的进、排气及供油，大大延长柴油机的使用寿。
1 柴油机用凸轮轴机械加工的创新途径凸轮轴是用于控制气门的开启和关闭的柴油机的重要组成部分，由于凸轮轴在柴油机中的特殊作用，故凸轮轴也有着特殊的形状和夹角，从而满足其柴油机的工作要求。
凸轮轴由于在柴油机中的不同位置也会有着不同程度的磨损和使用，而在进行柴油机用凸轮轴的机械加工中应该结合柴油机的使用情况以及柴油机在使用中凸轮轴造成的影响来进行完善，在进行机械加工的过程中也应该充分考虑到凸轮轴技术的要求，同时根据柴油机的不同使用功况从多个方面进行完善，从而提高凸轮轴的使用强度，延长凸轮轴的使用寿命，提高柴油机的功率和使用寿命。
某船用柴油机凸轮轴设计优化
某船用柴油机凸轮轴设计优化
卢瑞军;王宇业;李佳;吴泓
【期刊名称】《内燃机与动力装置》
【年(卷),期】2013(030)004
【摘要】针对6缸船用柴油机凸轮轴设计方案,开展凸轮轴总成的扭矩校核；利用CAE仿真软件对凸轮轴总成的装配状态进行了仿真分析,找出存在设计薄弱环节的止推轴开展结构优化设计;同时并采取相应的制造工艺措施,提高凸轮轴的安全传动.【总页数】4页(P4-7)
【作者】卢瑞军;王宇业;李佳;吴泓
【作者单位】中船重工第七一一研究所,上海201108;中船重工第七一一研究所,上海201108;中船重工第七一一研究所,上海201108;中船重工第七一一研究所,上海201108
【正文语种】中文
【中图分类】TK423.4
【相关文献】
1.船用柴油机凸轮轴断裂故障分析 [J], 朱维军
2.船用柴油机凸轮轴的断裂失效分析 [J], 熊军
3.某船用高速柴油机喷油泵凸轮轴断裂的原因分析和解决措施 [J], 刘鹏; 张祥臣; 焦喜磊; 陈雨雨
4.某船用高速柴油机喷油泵凸轮轴断裂的原因分析和解决措施 [J], 刘鹏; 张祥臣; 焦喜磊; 陈雨雨
5.船用柴油机凸轮轴形位误差非接触在位检测方法研究 [J], 刘云龙;李国超;周宏根;陈浩安;杨飞;盖文;卫国涛
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第44卷第1期时代农机2017年1月V o l.44N o.1TIMES AGRICULTURAL M ACH INERY J a n.2017某款柴油机的凸轮轴优化设计宁科亮(安徽江淮汽车集团股份有限责任公司，安徽合肥230601)摘要:研究了凸轮轴优化设计的开发过程。
首先依附C A E模拟分析资源，对气门升程曲线进行优化设计，然后根 据气门升程曲线计算出对应的凸轮轴凸轮型线，形成凸轮轴优化方案。
并计算了新的凸轮轴对发动机动力性、经济性的 影响。
最后通过配气机构阀系模拟校核，确认新设计方案符合运动学及动力学要求，最后通过台架试验对新方案进行验 证。
关键词：凸轮轴；凸轮轴设计；气门升程；凸轮轴型线中图分类号:U664.121 文献标识码：A文章编号:2095-980X(2017)01-0059-03 Optimization Design of Camshaft for a Diesel EngineN ING Ke-liang(Anhui Jianghuai Automobile Group Co.，Ltd.，Hefei，Anhui 230601，China)Abstract:This paper studies the development process of optimized design of camshaft.The first attachment CAE to simulate and analyzes the resources of valve lift curve to optimize the design，then according to the valve lift curve calculates the camshaft profile corresponding to the formation of the camshaft optimization scheme.And the influence of the new camshaft on the engine power and economy is also calculated.Finally through the valve system simulation check,it confirms that the new design scheme is in line with the kinematics and dynamics requirements,and finally through the bench test to verify the new scheme.The whole process is feasible and effective,can effectively serve the development of the work.Key words：camshaft；camshaft design；valve lift；camshaft profile凸轮轴作为汽车发动机配气机构中的关键零部件，负责 驱动气门按时开启和关闭，其直接影响着配气机构及发动机 的整体性能。
文章在某款柴油机凸轮轴的基础上，通过设置开 发目标，依附C A E资源设计优化方案并进行验证，对该柴油 机凸轮轴进行优化设计，取得了良好的工程目标。
1凸轮轴的性能开发目标结合原柴油机及凸轮轴的性能特点，提出本次优化的主 要目标是提高该柴油机的低速动力性能，并保证发动机其他 性能如经济性和排放性能等不低于原有发动机。
具体的发动 机开发性能目标为：最大扭矩:240N*m，额定功率:72kW，低 端扭矩：>180N*m/1000rpm。
2气门升程曲线的优化设计2.1模拟计算目的及说明凸轮轴是通过控制气门的升程来影响发动机的进气时间 和进气量，从而影响发动机的动力性和经济性。
所以首先需要 根据开发目标对发动机气门升程和相位进行模拟分析，本例 中利用BOOST模拟软件进行计算分析从而形成三套气门升 程的优化方案本模拟计算的主要目的是采用A V L的气体交换模拟软 件BOOST对发动机配气机构进行预测计算，通过修正气门开 启、关闭的时刻及气门持续角度，对发动机的配气进行优化，形成优化后的气门升程方案。
收稿日期：2017-12-23作者简介：宁科亮（1987-)，男，陕西咸阳人，大学本科，助理工程师，主要研究方向：发动机正时系统设计。
2.2输入数据和基本假设(1)计算模型。
图1是发动机的BOOST计算模型。
环境气体从边界SB1吸人，通过管1到空滤器CL1，再通过管2进人涡轮增压器，出来再通过管3导向中冷器CO1，再经连接管4进人进气歧管的谐振腔，用PL1代替，考虑到E G R的存在，容腔的一部分容积转化成连接管16,17。
管子5-8代表进气歧管和气道，通过气道将气引到气缸C1-C4。
管子9-12代表排气歧管和气道，通过气道将气引到容腔PL2,再通过管13连接到增压器TC1，经管14连接到消声器PL3,然后经管15,通过SB2流向大气。
(2) 压力损失。
为了发动机达到更好的性能，进气系统的 压力损失、排气背压要尽可能的小。
在计算模拟中，假设了下列的压力损失（一般发动机应可以达到）进气系统的压力降：<50mbar (标定点）中冷器压降：<100mbar (标定点）排气背压：<350mbar(标定点）(3) 发动机的摩擦。
FMEP:摩擦平均有效压力，仅考虑机^017年第1期59图3各方案与原方案过量空气系数对比通过以上各方案数据对比，方案优先级别为:方案三，方案一，方案一。
3凸轮轴的优化设计根据C A E 设计形成的气门升程方案，对凸轮轴进行优化 设计，确定新凸轮轴方案的凸轮型线曲线。
(1)计算方法及说明。
凸轮型线设计，主要是计算在凸轮型线的作用下从动件的运动规律，检查反映该运动规律的各 相关指标是否满足要求。
运动学计算不考虑零部件间的脱离， 认为系统是刚性的，从动件严格按凸轮型线确定的运动规律 进行运动。
凸轮型线设计常采用分段加速度函数法，将目标气 门升程的加速度曲线由整体分成几段，从而实现精确控制，使 设计出来气门升程与热力学升程曲线相符合，从而完成凸轮 型线的设计。
(2)计算结果。
根据三套气门升程方案，计算出相对应的三套凸轮轴凸轮升程表，如图5、图6、图7所示：图5方案一凸轮升程表械损失，比如:所有轴瓦的摩擦;活塞、活塞环和缸筒的摩擦; 气门系统的摩擦;驱动动力附件的损失等。
IMEP :指示平均有 效压力，考虑了热量损失、泵气损失。
BMEP :制动平均有效压 力。
三者的关系为:BMEP =IMEP -FMEP 。
(4)气道流量系数。
滋滓流量系数：是指实际流量和理论流量的比值，无量刚。
实际流量m _>:是通过在指定压降下，测 量在不同气门升程下的流量。
理论流量叫^是通过理论计算 得到在不同气门面积下的流量。
滋a =mm a m /m t hmt h =A …姨2- A p -pm式中：滋滓为流量系数；mm …为实际流量(kg /s );mth 为理 论流量(kg /s );A …为气门座面积(m2);A p 为压力降(Pa );pm 为 平均密度(kg /m 3)。
气道的流通特性需要通过气道稳流试验台架进行测量， 实际测量得到的流量和压差通过换算转换成流量系数。
如果 没有试验测量手段，当气道的形状与一个已知流通特性的气 道结构相似时，也可以根据相似原理，采用无量刚的气门升程 定义的方法，对气道的流通特性进行定义。
当然，也可以通过 CFD 分析软件，通过三维建模分析的方法计算得到气道的流量系数。
(5)气门升程曲线。
气门正时影响充气效率，从而影响扭矩特性、高压循环的指示效率和发动机的泵气损失。
IV C 迟关 有利于充分利用气体运动动量，提升充气效率，但过迟会发生 倒流。
EV O 迟开有利于充分利用气体膨胀功能量，但同时会 增加泵气损失功。
所以正时是优化发动机性能的重要参数。
2.3计算结果及优化方案建议通过分析计算，进气门关闭时刻提前，排气门开启时刻退 后有利于低速进气量;重叠角减小有利于低速充气效率。
具体 给出以下三个方案:方案一:进气门关闭时刻提前10°，排气 门开启时刻退后10°，1000rpm 扭矩达到182 (N ‘m );方案 二：进气门关闭时刻提前20°，排气门开启时刻退后20°， 1000rpm 扭矩达到193(N ‘m );方案三:进气门关闭时刻提前 10°，排气门开启时刻退后10°，重叠角减小10° 1000rpm扭矩达到187( N • m );各方案的低端扭矩、最大扭矩和高端扭 矩如表1所示。
表1各方案与原方案对比转速方案一方案二方案三原方案低端扭矩一般最好较好较差最大扭矩一般最好较好一般高端扭矩一般较差一般较好各方案的气门升程对比如图2所示，各方案与原方案过 量空气系数对比如图3所示，各方案与原方案低端扭矩对比 如图4所示。
图2各方案的气门升程对比F i n 时代图7方案二凸轮升程表4优化方案的C A E验证针对已形成的三套凸轮轴优化设计方案，为了确保新方 案的正确性，需要通过阀系模拟计算，检验方案的可行性。
(1)引用规范及模型搭建。
本模拟分析主要参考《单阀系 分析指南》，利用AVL Excite_T D软件，对配气机构进行模拟。
阀系结构示意图如8所示，阀系分析模型如图9所示。
(2)输人参数。
模型各元件质量参数主要通过Pro/E测量 得到，刚度参数主要通过有限元F E A计算得到。
凸轮轴材料 为45#钢，挺柱为合金冷激铸铁，摇臂为铝合金。
各元件主要参数如表2所示。
表2各元件主要参数名称材料质量k g刚度N/m 进气门杆身钢0.0795173184进气门阀面钢0.078204582排气门杆身钢0.0793170212排气门阀面钢0.0652216262气门弹簧钢0.0455 (有效质量）42.53挺柱合金冷激铸铁0.066558659推杆钢0.06228623摇臂铝合金0.0694252717(3)结果确认。
①气门与活塞碰撞校核。
本次计算对原始 及优化后凸轮型线所对应的气门与活塞运动学最小动态间隙 进行了计算和结果提取，具体结果见表3。
各方案下气门与活 塞最小动态间隙均大于设计值1.1mm，满足要求，不会发生气 门撞活塞问题。
②运动学其他结果。
表3气门与活塞最小间隙方案排气(m m)进气(m m)原始 1.69 1.50方案 11.63 1.46方案 2 1.621.45方案 3 2.041.83表4提取了其他部分运动学分析结果值，由计算结果可 以得出：气门弹簧裕度满足要求，气门开启过程中不会发生 “飞脱”现象;虽然新方案气门升程降低，但其包角变小，导致 曲率半径也变小，使得凸轮与挺住最大接触应力变化不大。