开题报告-参考范文

毕业设计开题报告题目4108柴油机配气机构动力学分析及优化一选题的依据及意义配气机构是发动机的重要组成部分配气机构的设计影响发动机的充气效率以及换气质量因此对发动机的略经济性有害排放有较大的影响配气机构的工作可靠性和噪声直接影响发动机的整机可靠性和噪声随着发动机性能和排放要求的不断提高使得配气机构的研制更加迫切本文以4108柴油机发动机配气机构为研究对象对其配气机构参数配气凸轮型线动力学等设计原理作了深入研究和分析并进行优化设计发动机的配气机构同时对发动机相关系统的优化二国内外研究现状及发展趋势含文献综述随着内燃机高功率高速化发展人们对其性能指标的要求更高这给配气机构的设计以及制造工艺增加了难度目前广泛采用的是气门凸轮式配气机构它具有保证气缸密封性的优点配气机构系统研究内容归纳起来主要有两个方面一方面是零部件的设计包括凸型线气门摇臂机构的设计气门弹簧及气门等零部件的设计其中又以凸轮型线的设计尤为关键这是因为凸轮作为整个机构的原动件它直接控制整个机构的运动另一方面是机构的动力学问题而对于机构动力性能的研究又主要集中在气门的运动规律上国外对配气机构的振动模型摩擦及配气相位和可变气门正时等的研究有一些报道国内也在致力于研究更精确的气门振动模型凸轮挺柱副的动力润滑非对称凸轮型线以及凸轮型线的拟合等问题主要表现在以下几个方面1设计了许多性能优良的凸轮型线2配气机构由刚性设计发展为弹性设计3由孤立研究凸轮设计发展到配气机构系统设计内燃机配气凸轮的研究已经涉及到配气机构性能的各个方面包括型线挺柱的运动规律气门振动模型挺柱与凸轮的接触应力摩擦应力等在研究更精确的气门振动模型凸轮挺柱副的动力润滑非对称凸轮型线以及凸轮型线的拟合等方面上国内外都有很大的发展现代发动机配气机构采用的技术主要有以下三方面1顶置凸轮轴技术气门凸轮式配气机构具有保证气缸密封性的优点尤其是进排气门能够持久地保证燃烧室的密封性四冲程内燃机大多采用气门凸轮式配气机构气门凸轮式配气机构按气门布置分为侧置气门和顶置气门机构顶置气门配气机构内燃机的充气系数较高燃烧室比较紧凑内燃机有较好的性能指标是侧置气门机构所不能达到的故侧置气门机构已被淘汰顶置气门配气机构根据凸轮轴的放置位置分成凸轮轴下置型和顶置凸轮轴型绝大部分柴油机采用凸轮轴下置型但这种机构高速运转时会产生较大的惯性力和噪声消耗较大的动力顶置凸轮轴型OHC是把凸轮轴放在气门上方省去了推杆挺柱可分成SOHC型和DOHC型SOHC型只用一根凸轮轴来驱动进排气门DOHC型采用两根凸轮轴来分别驱动进排气门这种结构适用于进排气门呈v形排列的内燃机还有些机构将顶置凸轮轴放在气门室罩里凸轮直接作用于气门上这种机构省去了摇臂高速时气门工作良好零件惯性力极小工作平稳凸轮轴的传动类型有3种正时齿轮传动正时链轮传动和驱动带传动其中正时齿轮传动主要用于要求长寿命和大载荷的内燃机如船用商用车和赛车内燃机正时链轮传动广泛应用于轿车内燃机一般来说它比正时齿轮传动机构噪音小驱动带传动或齿形带传动是最新出现的传动方式主要用于顶置凸轮轴内燃机上多气门技术配气机构的最新发展是改善燃料经济性其关键在于如何提供更多的新鲜空气多气门内燃机很早就已经出现了但仅用于赛车目的是减轻排气门的热负荷和机械负荷但并未能在内燃机制造业得到推广促使多气门内燃机产量迅速提高的原因在于自动控制技术的快速发展和生产工艺水平的不断提高多气门配气方案能保证内燃机在整个负荷和速度范围内形成最佳混合气并适时适度送入气缸多气门内燃机不仅可以提高内燃机功率还可以降低燃油消耗减少排污据分析4气门内燃机燃油消耗比2气门内燃机燃油消耗低683可变配气定时及气门升程技术常规内燃机配气相位都是按内燃机性能要求通过试验确定某一转速和负荷条件下较为适合的配气相位为了在更大地曲轴转速范围内提高功率指标降低燃料消耗现代多气门内燃机气门开启相位可以改变升程也可以改变称作可变气门运动配气机构VVT通过这套机构对配气过程的调节和控制低中转速时活塞运动速度低气流动力学特性差因而要求缩小相位重叠角以减少工作混合气倒流保证低中转速时扭矩曲线形状较好降低燃油消耗率在中高转速时活塞运动速度快气流动力学特性好因而要求放大相位重叠角废气排放彻底进气量充分可相应增加内燃机扭矩显然采用这一机构可以提高内燃机性能降低污染改善怠速性能实现可变气门技术有多种途径按照有无凸轮轴可分为基于凸轮轴的可变气门机构和无凸轮轴的可变气门机构两类传统气门控制技术都是由凸轮轴机械推动的电磁气门控制技术采用由电磁驱动的组件推动气门根据ECU需要进行动作这也正是VTEC等气门控制技术追求的最高境界无凸轮电液驱动配气机构无凸轮电液驱动配气机构是一种新式的配气机构与传统的凸轮轴式配气机构相比它的特点是气门的运行由电液来控制它的显著优点是气门在内燃机各个循环中的开启位置开启持续时间和气门开启时刻的气门升程等可以相互独立所以采用这种机构的内燃机在工作过程中能够在各种转速下调整运行参数并达到最佳所以采用这种机构的发动机就会消耗较少的燃油动力性要更好同时从发动机排出的污染物也降低起到了保护环境的作用液压挺柱配气机构液压挺柱配气机构也是内燃机的设计人员所开发的新式配气机构配有这种机构的发动机振动和噪声均减小原因在于它通过液压机构来补偿气门杆身产生的热膨胀导致配气机构所带来的撞击噪声也相应减小所以液压挺柱在配气机构中的应用也越来越广泛当今内燃机配气机构的发展趋向是在排量不变的前提下提高内燃机性能指标不论是多气门配气机构还是在此基础上演化而来的可变气门运动配气机构其基本出发点都是在更大范围内使内燃机动力指标经济指标和生态指标等达到最优这是传统配气机构无法完成的三本课题研究内容1在满足性能指标的前提下设计YC4108型柴油机的配气机构2应用AVLExcite软件建立YC4108柴油机的动力学模型通过模拟计算分析该柴油机配气机构的动态特性经动力学计算依据气门动力学升程凸轮与挺准间的动态接触应力和气门落座速度等考察是否存在飞脱和落座反跳等现象3针对原配气机构存在的问题和对发动机的改进要求利用AVLExcite软件对配气相位进行优化并优化设计进排气凸轮型线通过对改进后的配气机构进行运动学动力学分析和整机性能分析判断优化的效果四本课题研究方案YC4108柴油机是玉柴机器股份有限公司生产的自主品牌发动机是在玉柴优质产品YC6108柴油机的基础上结合轻型客货车技术特点开发设计的轻型车用柴油机具有使用维修方便动力性经济性好可靠性高寿命长的特点主要用于25t小型卡车货车同时也用于发电机组叉车拖拉机和小型船舶近几年来由于市场经济的迅速发展城区物流行业蓬勃发展对轻型卡车和商务车的需求量与日俱增这给轻型车用柴油机带来了无限商机原机型主要用于城市间的长距离运输对于城市交通路况需要重新设定参数以改善燃油经济性和排放性能本设计任务主要是在原机的基础上改进设计进气系统及配气机构达到提升发动机性能的目的总体方案1计算软件简介本文所使用的AVLExciteTimingDrive是一种基于WINDOWS操作系统的软件它是AVL软件平台中一个仿真工具主要应用于分析内燃机配气机构的性能该软件具备振动噪音分析齿轮系动力学计算正时驱动动力学计算配气机构动力学计算凸轮型线设计和优化等功能根据所建立的运动学和动力学模型在设定的转速下进行计算考虑配气机构各传动件的质量刚度阻尼等配气机构动力学计算的分析包括气门升程速度加速度凸轮与挺柱间接触应力气门与气门座之间的接触力弹簧的位移等ExciteTimingDrive不仅可以用于配气机构的动力学计算还可以用于配气机构的设计从计算机模拟的角度使发动机具备较好的动力性和可靠性同时还降低振动和噪声此外该软件还可以分析配气机构传动系统的零部件包括齿轮链轮等通过多次的运算可以对传动系加以改进以满足要求当运用ExcitcTimingDriv进行凸轮型线的设计时提供了分段加速度函数凸轮等加速凸轮多项动力凸轮三种凸轮设计的方法设计凸轮型线当生成一个新的凸轮型线后对相应的配气机构做动力学分析如果出现错误的结果曲线可以对凸轮型线进行修改完善配气机构的动力学性能ExciteTimingDrive的建模原理是很简单的将配气机构简化成一个集中的质量系统而相应的凸轮挺柱推杆摇臂气门等零部件用所对应的模块来代替该软件提供了配气机构每个元件的模块在编辑器中用不同的图标来表示当我们选好对应的图标后再将各个模块连接起来就建立起一个配气机构的模型接着需要对各个模块中的参数进行设置不同的模块对应不同的参数最基本的参数包括质量刚度阻尼弹性模量等将参数设置完成之后就可以进行配气机构动力学和运动学分析齿轮系的运动分析等该软件的输出结果包括了模型中各个模块的动力学结果曲线包括气门的加速度速度升程凸轮与挺柱间的接触应力气门与气门座间的接触力弹簧各圈位移等并根据这些曲线评价是否存在气门落座反跳机构零部件飞脱弹簧并圈与颤振等现象以及凸轮与挺柱间润滑效果是否良好如果出现了不好的情况可以通过该软件进行改进设计使配气机构的动力学特性满足要求2YC4108柴油机的性能指标为柴油机类型水冷四冲程直列式顶置式气门气缸数缸径冲程4108mm115mm连杆长度L152mm排气量4214cc压缩比175燃烧形式直接喷射润滑方式压力循环飞溅复合式冷却方式闭式压力循环起到方式电启动电机停止方式燃油控制系统输出功率75kW2800rpm最大扭矩268Nm16001900rpm怠速600rpm最大空转3000rpm全负荷最低燃油消耗率225gkwh冷起动温度25排气温度3在满足上述性能指标的前提下设计YC4108型柴油机的配气机构该款发动机配气机构为上置凸轮轴四气门机构主要由凸轮挺柱推杆摇臂气门桥气门弹簧气门气门座等组成对于发动机配气机构的动力学计算需要建立动力学模型在动力学计算的发展中出现过多种模型分别是单质量模型二质量模型多质量模型有限元模型本文利用AVLExcite软件建立该柴油发动机顶置凸轮轴式配气机构的模型如图所示4配气机构动力学分析气门机构的动力学问题可以作为一个振动系统分析其特性简化后建立其单自由度模型并且考虑该系统的阻尼间隙脱离落座等各种因素凸轮与从动件系统相互影响等当中的各部件可以作为弹性质点其刚度为非线性刚度对动力学结果评价主要考虑到凸轮与从动件的飞脱气门落座速度或气门反跳凸轮接触应力活塞与气门的干涉以及气门弹簧的动力学特性等在AVLExcite软件当中根据发动机配气机构的实体结构及零部件布置情况通过外部的CAD软件或有限元计算得到各部件的质量与刚度建立该发动机单个气缸的配气机构进气门计算模型如图所示5凸轮型线的优化设计针对配气机构进排气模型在模拟计算的基础上从改进配气凸轮型线设计的角度来研究配气机构性能优化的途径通过改进配气凸轮型线综合分析配气凸轮型线设计的主要影响因素及趋势提出改进设计的配气凸轮型线方案五目标主要特色及工作进度目标在AVLExcite软件当中对某柴油机的配气机构进行了单阀系的动力学计算并对结果进行分析指出了设计上的某些不足接着又进行了凸轮型线的优化设计再次进行动动力学计算与原型线相比结果有所改善特色1对配气机构的建模动力学计算分析和凸轮型线优化设计做出了较充足的研究2使用AVL软件对配气机构做出了模拟分析毕业设计进度计划序号各阶段工作内容起讫日期备注1查阅相关资料进行现场调研翻译资料等3月5日3月18日交外文资料翻译稿2撰写开题报告3月19日4月1日交开题报告3纵横剖面图和配气机构图绘制4月2日4月22日4配气机构参数设计凸轮轴图绘制4月23日5月21日必须用计算机绘制交零件设计图5撰写毕业设计说明书5月22日5月27日交毕业设计说明书6毕业答辩5月28日6月1日核查所有文档六参考文献1内燃机学周龙保主编机械工业出版社2内燃机设计袁兆成主编机械工业出版社3内燃机构造林波李兴虎主编北京大学出版社4高速柴油机概念设计与实践许道延丁贤华主编机械工业出版社5柴油机配气机构动力学分析及凸轮型线优化设计张桂昌天津大学机械工程学院6柴油机配气机构动力学分析王志远大连理工大学7浅析柴油机配气机构的发展现状作者钱向明熊永森金华职业技术学院8内燃机配气机构技术现状及发展作者马钢太原市热力公司9重型柴油机配气机构系统动力学分析李云清北京航空航天大学汽车工程系10柴油机系统配气机构的动力学分析吴楠廖日东北京理工大学机械与车辆工程学院