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1、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
2、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,以及整个配气机构的振频率和气阀弹簧的振动动力特性。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
3、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,年月日。卯年月日修改稿收到日期为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、
4、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「「几蜘「妇叽妇弓门、、勺‘从」叭几习掌‘十十十万叼屿冬几么令补电“互互喃,,式中【目二材』【【如日马卜扩对项、下置凸轮轴配气机
5、构、,置气门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’‘、奋瓜。一葫一奋一凡。呱。然后由式对式积分即可求得不同时刻的独立位移节点的动力响应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
6、差分格式为汽车工程男年第卷第期‘·山一矛专卜“一体产一一,、‘△‘,△,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噪资华排气门兰二竺竺」压丽丽居慧不贾汽门开启前机构的初始变形巴开百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十功丸么动返计算初始由体质
7、、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丫币输出计算结果结束图程序流程图计算实例以、。柴油机第三缸进排气阀配气机构为例进行实例计算该机构用双气阀弹簧,、,。并且进排气阀弹簧相同其弹簧的主要参数如表所示其摇臂支座刚度实测获得为加其它部件的结构尺寸及材料参数为摇臂一,,质量密
