基于ADAMS的柴油机配气机构动力学仿真分析
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２ 仿真结 果分 析 施加 了约束关 系 以后 ， 在 凸轮 与 Ｇ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ的回转 副
球 铰 副 气 门杆 、 锁块 与气 门 弹 簧 座 球 铰 副 气 门座 与 固定 支 座 凸轮 与 挺 柱 气 门 与气 门 座
调 整螺 钉 与气 门 垫块 球 铰 副 气 门杆 与 Ｇｒ ｏ ｕ ｎ ｄ 移 动副
表 １ 配 气机 构 的 约 束 关 系
约 束对 象 凸轮 与 Ｇ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ 摇臂与 Ｇ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ 推 杆 与 挺柱 推 杆 与 摇 臂短 臂 挺柱与 Ｇ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ 约束 类 型 回转 副 约 束 对象 调整 螺 钉 与摇 臂 约 束 类 型 固定 副 围定 副 周定 副 固定 副 曲线 一曲 线 约 束 实 体 一实 体 约 束 回转 副 气 门弹 簧座 与 Ｇ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ
后 续 柴 油机 整 机 振 动 和 噪声 的分 析 及 预 测提 供 了更 为 精 确 的边 界 条 件 。 关键 词 ：ＡＤ ＡＭｓ ；柴 油 机 ；配 气机 构 ；动 力 学 仿 真 中 图分 类 号 ：Ｔ Ｋ ４ ２： Ｔ Ｐ ３ ９ １ ． ９ 文献 标 识 码 ：Ａ
０ 引 言
作 者 简 介 ： 陈仲 海 （ １ ９ ８ ８ 一 ） ，男 ， 山西 运 城人 ．在 凑硕 士研 究生 ， 主要 从 事 发动 机 总 体 技 术及 结 构 动 态 设计 方 面 的学 习 与研 究 。
上加载驱 动 ， 本 文分别进 行了 ２ １ ０ ０ ｒ ／ ａｉ ｒ ｎ 、 ２ ３ １ ０ ｒ ／ ｍｉ ｎ 、 ２ ５ ２ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ三种发 动机 转 速 的模 拟 ， 得 到配 气机 构 在
收 稿 日期 ：２ Ｏ ｌ ２ — ０ ９ — １ １ ；修 回 日期 ：２ ０ １ ２ 一 ｉ ｏ 一 ０ ８
在 柴油 机配气 机构 设计 上 ， 人们 一 方 面 希望 气 门 加 速度 较大 ， 使得气 门可 以迅 速地开 闭 ， 这样 可 以改善 换 气 效果 ， 提高配气 机构 的动力性 和经济性 ； 另一 方面 也 希 望配气 机构各 构件 之 间 的接 触力 较 小 ， 运 动件 的
不 同转速下进气 门 的运 动规 律和关 键运 动件 间的作 用 力， 为后续进行振动噪声分析提供精确的边界条件 。
第 １ 期（ 总第 １ ７ ６期 ） ２ ０ １ ３年 ２月
机 械 工 程 与 自 动 化
ＭＥ ＣＨＡＮＩ ＣＡＩ Ｅ ＮＧＩ ＮＥＥ ＲＩ ＮＧ ＆ ＡＵＴ（ ） ＭＡＴＩ （ ） Ｎ
Ｎｏ．１
Ｆｅ ｂ ．
文章编号： １ ６ ７ ２ — ６ ４ １ ３ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ — ０ ０ ５ ８ — ０ ２
加 速度 较小 ， 这样可 以降低 配气 机 构 高速 运 转 时所 产 生 的振动 和噪声 ， 延 长其使 用寿命 ， 提高柴 油机 的可靠 性［ １ ］ 。而 当柴油机高速运行时 ， 气 门系统 的振 动是影 响
柴油机运行 的关 键 问题 。该振 动可 以引起 发 动机 性能 下降 、 凸轮 一挺杆副和气 门座磨损 、 噪声 增大等 ， 有 时还 可能 引起气 门损 坏 ］ 。因此 ， 必须分析 配气机 构各零部 件 的运动 和动力 学参数 ， 从而控制配气机构 的振动 。 １ 配气机构 多刚体 动 力学模型的 建立 本文 以某 型柴油机 配气 机构 为研究对 象 。首先利 用Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ 软件 建立 配 气 机 构各 零部 件 的实 体 模型， 然后 根据各零 部 件之 问 的位 置 和约 束 关 系建 立 配气 机构 的装 配模 型 。其 中， 各机 构 模 型 均按 照 实 际 结 构建立 ， 各零部 件 的质 量 、 转 动惯 量 、 质 心 位 置 等物 理特 性参数 均 由 Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ软件精 确计算 得到 。 把该装 配模型 导入 ＡＤ ＡＭＳ中 ， 根 据实 际 配气 机 构 各部件 的 联 接 和 约束 关 系 ， 施加各种约束副（ 见表 １ ） ， 使 得配 气机构 的 多刚 体动 力 学模 型 的运 动 和 受力 形 式符合 实际情 况 ， 最 终 建立 的 配气 机构 多 刚体 系统 动 力学模 型如 图 １ 所示 。
基 于 ＡＤ ＡＭＳ的柴 油机 配 气机 构 动力 学仿真 分析
陈仲 海 ，魏 玉 娜 ， 白峭 峰
（ 中北 大 学 机 械 工 程 与 自动化 学院 ， 山西 太 原 ０ ３ ０ ０ ５ １ ）
摘 要 ：利 用 Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ 和 ＡＤ ＡＭＳ软 件 建 立 某 柴 油 机 配 气 机 构 系 统 的 动 力 学 模 型 ， 并对 其进 行 多 体 动 力 学 仿 真分 析 ，得 到 了配 气机 构 进 气 门的运 动规 律 和 关 键 运 动 件 间 的 作 用 力 ， 以及 不 同 转速 对 气 门的 影 响 ， 为
移 动 副 气 门垫 块 与气 门杆 平 面 一平 面 ｉ 约 束
图 １ 配 气 机构 多刚 体 动 力学 模 型
２ ． １ 进 气 门运 动 规 律
图２ 、 图 ３和 图 ４分别为 ３种转 速 下进 气 门位移 、 速 度和加 速度 曲线 。由图 ２ 、 图 ３和 图 ４可 见 ， 随着 发 动机转 速的提 高 ， 气 门的速度不 断增 大 ， 进气 门在 开启 与关闭 时加速度 冲击 较 大 ， 这 与 实 际现 象 吻合 。 当发 动机 转 速 为 ２ ｉ ０ ０ ｒ ／ ｍｉ ｎ时 ， 进 气 门 的 落 座 速Leabharlann Baidu度 为 ０ ． １ ８ ｍ／ ｓ ； 当发动 机转 速为 ２ ３ １ ０ ｒ ／ ｍｉ ｎ时 ， 进 气 门的 落座速度 为 ０ ． ２ １ ｍ／ ｓ ； 当发 动机 转 速 为 ２ ５ ２ ０ ｒ ／ ｍｉ ｎ
球 铰 副 气 门杆 、 锁块 与气 门 弹 簧 座 球 铰 副 气 门座 与 固定 支 座 凸轮 与 挺 柱 气 门 与气 门 座
调 整螺 钉 与气 门 垫块 球 铰 副 气 门杆 与 Ｇｒ ｏ ｕ ｎ ｄ 移 动副
表 １ 配 气机 构 的 约 束 关 系
约 束对 象 凸轮 与 Ｇ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ 摇臂与 Ｇ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ 推 杆 与 挺柱 推 杆 与 摇 臂短 臂 挺柱与 Ｇ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ 约束 类 型 回转 副 约 束 对象 调整 螺 钉 与摇 臂 约 束 类 型 固定 副 围定 副 周定 副 固定 副 曲线 一曲 线 约 束 实 体 一实 体 约 束 回转 副 气 门弹 簧座 与 Ｇ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ
后 续 柴 油机 整 机 振 动 和 噪声 的分 析 及 预 测提 供 了更 为 精 确 的边 界 条 件 。 关键 词 ：ＡＤ ＡＭｓ ；柴 油 机 ；配 气机 构 ；动 力 学 仿 真 中 图分 类 号 ：Ｔ Ｋ ４ ２： Ｔ Ｐ ３ ９ １ ． ９ 文献 标 识 码 ：Ａ
０ 引 言
作 者 简 介 ： 陈仲 海 （ １ ９ ８ ８ 一 ） ，男 ， 山西 运 城人 ．在 凑硕 士研 究生 ， 主要 从 事 发动 机 总 体 技 术及 结 构 动 态 设计 方 面 的学 习 与研 究 。
上加载驱 动 ， 本 文分别进 行了 ２ １ ０ ０ ｒ ／ ａｉ ｒ ｎ 、 ２ ３ １ ０ ｒ ／ ｍｉ ｎ 、 ２ ５ ２ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ三种发 动机 转 速 的模 拟 ， 得 到配 气机 构 在
收 稿 日期 ：２ Ｏ ｌ ２ — ０ ９ — １ １ ；修 回 日期 ：２ ０ １ ２ 一 ｉ ｏ 一 ０ ８
在 柴油 机配气 机构 设计 上 ， 人们 一 方 面 希望 气 门 加 速度 较大 ， 使得气 门可 以迅 速地开 闭 ， 这样 可 以改善 换 气 效果 ， 提高配气 机构 的动力性 和经济性 ； 另一 方面 也 希 望配气 机构各 构件 之 间 的接 触力 较 小 ， 运 动件 的
不 同转速下进气 门 的运 动规 律和关 键运 动件 间的作 用 力， 为后续进行振动噪声分析提供精确的边界条件 。
第 １ 期（ 总第 １ ７ ６期 ） ２ ０ １ ３年 ２月
机 械 工 程 与 自 动 化
ＭＥ ＣＨＡＮＩ ＣＡＩ Ｅ ＮＧＩ ＮＥＥ ＲＩ ＮＧ ＆ ＡＵＴ（ ） ＭＡＴＩ （ ） Ｎ
Ｎｏ．１
Ｆｅ ｂ ．
文章编号： １ ６ ７ ２ — ６ ４ １ ３ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ — ０ ０ ５ ８ — ０ ２
加 速度 较小 ， 这样可 以降低 配气 机 构 高速 运 转 时所 产 生 的振动 和噪声 ， 延 长其使 用寿命 ， 提高柴 油机 的可靠 性［ １ ］ 。而 当柴油机高速运行时 ， 气 门系统 的振 动是影 响
柴油机运行 的关 键 问题 。该振 动可 以引起 发 动机 性能 下降 、 凸轮 一挺杆副和气 门座磨损 、 噪声 增大等 ， 有 时还 可能 引起气 门损 坏 ］ 。因此 ， 必须分析 配气机 构各零部 件 的运动 和动力 学参数 ， 从而控制配气机构 的振动 。 １ 配气机构 多刚体 动 力学模型的 建立 本文 以某 型柴油机 配气 机构 为研究对 象 。首先利 用Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ 软件 建立 配 气 机 构各 零部 件 的实 体 模型， 然后 根据各零 部 件之 问 的位 置 和约 束 关 系建 立 配气 机构 的装 配模 型 。其 中， 各机 构 模 型 均按 照 实 际 结 构建立 ， 各零部 件 的质 量 、 转 动惯 量 、 质 心 位 置 等物 理特 性参数 均 由 Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ软件精 确计算 得到 。 把该装 配模型 导入 ＡＤ ＡＭＳ中 ， 根 据实 际 配气 机 构 各部件 的 联 接 和 约束 关 系 ， 施加各种约束副（ 见表 １ ） ， 使 得配 气机构 的 多刚 体动 力 学模 型 的运 动 和 受力 形 式符合 实际情 况 ， 最 终 建立 的 配气 机构 多 刚体 系统 动 力学模 型如 图 １ 所示 。
基 于 ＡＤ ＡＭＳ的柴 油机 配 气机 构 动力 学仿真 分析
陈仲 海 ，魏 玉 娜 ， 白峭 峰
（ 中北 大 学 机 械 工 程 与 自动化 学院 ， 山西 太 原 ０ ３ ０ ０ ５ １ ）
摘 要 ：利 用 Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ 和 ＡＤ ＡＭＳ软 件 建 立 某 柴 油 机 配 气 机 构 系 统 的 动 力 学 模 型 ， 并对 其进 行 多 体 动 力 学 仿 真分 析 ，得 到 了配 气机 构 进 气 门的运 动规 律 和 关 键 运 动 件 间 的 作 用 力 ， 以及 不 同 转速 对 气 门的 影 响 ， 为
移 动 副 气 门垫 块 与气 门杆 平 面 一平 面 ｉ 约 束
图 １ 配 气 机构 多刚 体 动 力学 模 型
２ ． １ 进 气 门运 动 规 律
图２ 、 图 ３和 图 ４分别为 ３种转 速 下进 气 门位移 、 速 度和加 速度 曲线 。由图 ２ 、 图 ３和 图 ４可 见 ， 随着 发 动机转 速的提 高 ， 气 门的速度不 断增 大 ， 进气 门在 开启 与关闭 时加速度 冲击 较 大 ， 这 与 实 际现 象 吻合 。 当发 动机 转 速 为 ２ ｉ ０ ０ ｒ ／ ｍｉ ｎ时 ， 进 气 门 的 落 座 速Leabharlann Baidu度 为 ０ ． １ ８ ｍ／ ｓ ； 当发动 机转 速为 ２ ３ １ ０ ｒ ／ ｍｉ ｎ时 ， 进 气 门的 落座速度 为 ０ ． ２ １ ｍ／ ｓ ； 当发 动机 转 速 为 ２ ５ ２ ０ ｒ ／ ｍｉ ｎ