柴油机配气机构动力学仿真研究
机械系统的动力学建模与仿真分析
机械系统的动力学建模与仿真分析一、引言机械系统是由多个相互作用的部件组成的复杂系统，其动力学行为是研究的核心问题之一。
动力学建模与仿真分析可以帮助工程师深入理解机械系统的运动规律，预测系统的性能，并优化设计。
本文将介绍机械系统的动力学建模方法以及仿真分析技术。
二、动力学建模1. 基本原理机械系统的动力学建模是基于牛顿力学的基本原理进行的。
通过分析受力、受力矩以及质量、惯性等因素，可以建立机械系统的运动方程。
在建立方程时，需要考虑系统的自由度、刚体或者弹性体的运动特性以及约束条件等因素。
2. 运动学建模运动学建模是机械系统动力学建模的前提。
通过研究机械系统的几何结构和运动规律，可以得到系统的等效长度、转动角度等信息。
基于运动学建模，可以计算系统的速度、加速度以及运动的轨迹等。
3. 动力学建模动力学建模是机械系统分析的核心部分。
基于受力和受力矩的平衡条件，可以建立机械系统的运动方程。
通常采用牛顿第二定律和力矩平衡条件，可以得到刚体的平动和旋转方程。
对于复杂的非线性系统，也可以采用拉格朗日方程或者哈密顿原理进行建模。
三、仿真分析1. 数值解算方法为了求解机械系统的运动方程，需要采用适当的数值解算方法。
常见的方法包括欧拉法、龙格－库塔法、变步长积分法等。
这些方法可以将微分方程离散化，然后通过迭代计算求解系统的状态变量。
2. 动力学仿真动力学仿真是建立在动力学模型的基础上。
通过将模型转化成计算机程序，可以在计算机上模拟机械系统的运动行为。
通过仿真分析，可以研究系统的稳定性、动态响应以及力学性能等。
3. 优化设计动力学仿真还可以应用于优化设计。
通过改变系统参数、构型和控制策略等，可以研究不同设计方案的性能差异，并选择最佳方案。
通过仿真分析，可以避免实际试验的成本和时间消耗。
四、案例分析以汽车悬挂系统为例，进行动力学建模与仿真分析。
汽车悬挂系统是一个典型的机械系统，包含减震器、弹簧、悬挂臂等部件。
首先进行运动学建模，分析车轮的运动状态和轨迹。
机电毕业开题报告样板.doc
机电毕业论文开题报告模板题目：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。
发动机缸内流场仿真及优化研究
发动机缸内流场仿真及优化研究发动机是现代汽车中不可或缺的组成部分，而发动机的性能则关系到汽车的动力和燃油消耗等重要因素，因此对于发动机的研发和优化是汽车制造商不可忽视的任务。
在发动机研发中，气缸内流场是一个重要的研究方向，因为气缸内流场的复杂度很高，而且对发动机性能的影响也十分显著。
因此，进行气缸内流场的仿真和优化研究具有重要意义。
一、气缸内流场的研究现状在汽车发动机的研发中，气缸内流场研究是一个十分广泛的领域。
一些国外知名汽车制造商如BMW、Mercedes-Benz等都在气缸内流场方面进行了深入研究。
在国内，一些大型汽车企业也在研发领域取得了重要进展，如长城汽车、吉利汽车等。
除此之外，国内的一些高校和研究机构也在对气缸内流场进行研究，如清华大学、上海交通大学等。
气缸内流场的研究可以通过数值模拟和实验研究两种方法来进行。
其中，数值模拟是一种快速、准确、经济的研究方法，因此得到了广泛的应用。
数值模拟能够获取气缸内流场的详细信息，包括流场速度、压力、温度等参数，也能够对影响气缸内流场的因素进行精确分析。
但是，需要指出的是，数值模拟也有一定的局限性，比如说缺少实验验证等。
二、气缸内流场的数值模拟方法气缸内流场的数值模拟可以采用CFD（Computational Fluid Dynamics）方法。
CFD方法基于控制方程和边界条件，将气缸内的流体动力学问题转化为数学模型，然后采用计算机进行计算分析。
CFD方法具有灵活性高、计算精度高等优点。
在进行CFD模拟时，需要选择适当的数值计算方法和算法以得到准确的结果。
气缸内流场的数值模拟可以归结为两个主要的问题：一是对气缸内的流体动力学过程进行建模，二是对气缸内流动的数值边界条件的设定。
建立模型是气缸内流场数值模拟的关键，而边界条件的设置则影响模拟结果的精确度。
在模型的建立方面，一般采用欧拉方程、雷诺平均Navier-Stokes方程（RANS）、大涡模拟（LES）等不同的方法。
柴油发动机结构及示功图
三、示功图的种类和用途
1. p-V示功图
计算柴油机的功率 调整各缸负荷的均匀性 量取最高爆炸压力 判断各缸燃烧情况以及计算缸内瞬时温度等
2、p-V转角示功图
传动机构的小曲柄超前所 测气缸曲柄82˚。
利用小活塞的最大运动速 度带动转筒快速转动， 以记录气缸内上止点附 近的压力变化，即将上 止点附近缸内压力，曲 线横坐标放宽。
内容
柴油机和汽油机区别
• 汽油机与柴油机比较各有特点；汽油机转速高， 质量小，噪音小，起动容易，制造成本低；柴油 机压缩比大，热效率高，经济性能和排放性能都 比汽油机好，这些都是柴油机的显著优势。
• 由于现在燃油价格一路飙升，汽油机的使用成本 越来越高，柴油的价格优势掀起了汽改柴的一代 潮流，随着柴油机设计水品和柴油机零部件生产 工艺的提高，柴油机原有噪声大、体积庞大、质 量沉重振动大，制造和维修费用高等问题都得到 了克服。
系
组 成
统1
一、柴油机外壳
一
机
体
作
功
系
组 成
统2
一、柴油机外壳
一
机
体
作
功
系
组 成
统3
一、柴油机外壳
一
机
体
作
功
系
组 成
统4
泵喷嘴 活塞 活塞环 连杆
一、柴油机外壳
正时齿轮
一
机 体 作 功 系组
成 中间齿轮
统 5 曲轴齿轮
气门顶杆
凸轮轴
气门摇臂
活塞环 活塞 飞轮 连杆 曲轴
一、柴油机外壳
一
机
体
柴油机是内燃机的一种，将柴油喷射
到柴汽缸油内发与空动气混机合结，燃构烧及得到示热能功转图变
基于信号处理的柴油机配气机构故障诊断研究
术。振动分析法是通 过测取 发动机 工作过 程 中缸 盖或 缸体
表面的振动信号， 提取故 障特征 并进行 分析处 理 ， 而判 断 从
关键词
Ｓ ｕ ｙ ｏ ｅｅ ｇ ｌ ｎ ｅ ｎ ｘ ａ ｓ ｌｅ Ｓ ｓｅ Ｆ ｕｔ ａ ｎ ｓ ｓ ｄ Ｏ ｉｎ ｌＡｎ ｌ ｓ ｔ ｄ ｎ Ｄｉｓ ｌ Ｅｎ ｈ ｅ Ｉ ｌｔａ ｄ Ｅ ｈ ｕ ｔＶａｖ ｙ ｔｍ ａ ｌ Ｄｉｇ ｏ ｉ Ｂａ ｅ ｎ Ｓ ｇ ａ ａｙ ｉ ｓ ｓ ｓ
１ｅ （ｙＷｏｄ ｄｅｅ ｅｇ ｅ ｖ ｒ ｉ ｓ ｎｌ ａ ｓ ｆ ｌｄａｎｓ ｒｓ ｉ ｌ ｉ ｉ ａｏ ｓ ｎ ｎ ｂ ｔ ｎ ｉ ａ ａｌ ｉ ａ ｔ ｇｏｉ ｇ ｎ ｙｓ ｕ ｉ ｓ
武警部 队配发 的运输 车辆装 备 中绝 大部 分是柴油 机平
号与正 常状 态下 的信 号有 较大 区别 ， 诊断较容易。为验证本
吕建 新 孙 双
（ 武警工程学 院 西 安 ７０ ８ ） １０６
摘
要
对柴油机进行实时不解体故障诊断和状 态检测 ， 可以有效提 高柴油机 的使用安全性。通过对柴油机缸盖振动
柴油机 振动 信号处理 故障诊断
信号进行预处理， 提取相应配气机构故障的特征向量值， 作为神经网络输入 向量 。 探讨了对配气机构进 行故障诊断的方法。
头车 ， 其动力性 、 可靠性 和耐久性得到部队认可 。但是 ， 由于
柴油机结构十分复杂 ， 工作条 件极其恶 劣 ， 发生故 障的 可能 性大大增加。部队基层 一线 官兵 中缺乏柴 油机故 障诊 断和 修理 的专业人才 ， 而且部队车辆维修装备 中缺少先进 的故障 诊断 系统 ， 能化诊断 和维修 水平低 下 。因此 ， 极开展了基 于
缸盖振动信号处理 的柴 油机 配气 机构故障诊断研究。
配气机构凸轮型线改进设计
大的振动和磨损 。为了避免上述严重缺点 ，本文使 用多项高次方凸轮代替传统的几何凸轮 ，以实现配 气机构凸轮型线的优化 ，并且使用 Ａ Ａ Ｓ软件对 ＤＭ 采用 两种 凸轮 的 配气 系统分 别建 模 。最后 对 两个配 气 机构 的性 能进 行预测 并 对 比分 析 了计算 结 果 。
收稿 日期 ：２０ ４６０ ０ ６ ）－５
见 ，取凸轮上升段进行讨论。假设工作段挺柱最大 升 程为 一 。 （ ） 当 ＝ １ 。时 ，ｈ ＝ 一 。 （ ） 当 ＝０时 ，ｈ（ ）＝ ２ 。１ ０ （ ） 当 ＝ ３ ０时 ，假 设气 门开启 （ 落 座 ） 速 或 度为 ，因为 ：
１ 前
言
几 何 凸轮 的主要 缺点 是运 动规 律不 连续 ，在 高 速 发动 机 中将会 引起 配气 机构 的强 烈振 动 ，造成 很
包角 ） ，挺柱工作段始点卢＝ ；挺柱最大升程处 ＝ １ ０ ；工作段终点处 ＝ ， ２ 对应／＝一 。 ３ １ 下 面 以 五项 式 为 例 ，说 明其 升 程 曲 线 的 表 达 式：
２ 函数 凸轮 设 计 原 理
多项 高次 方 凸轮 系 有 多项 式 高 次 方 曲线 组 成 ， 它的升程 曲线二 阶导数 为连 续 函数 ，即保 证 正 负加
速度连续圆滑过渡。以基本工作段起点作为计算起
点，对应 ＝ ，挺柱升程 ｈ ＝ ；为 了计算方便 ， ０ 。０
以无因次量 卢＝１ 作为 自变量 （ 为工作段半 一
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望 ． ：
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维普资讯
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２ Ｏ・
Ｉ ｒ ｖ ｍｅ ｔｏ ｍ ｔ ｎ ｓｇ ｓｒｂ ｔ ｎ Ｍ ｅ ｈ ｎ ｓ ｍｐ ｏ ｅ ｎ ｆＣａ Ｏｕ ｌ ｅ Ｄｅ ｉｎ ｉ Ｄｉｔｉ ｕ ｉ ｃ ａ ｉｍ ｉ ｎ ｏ
机械系统动力学建模与仿真分析
机械系统动力学建模与仿真分析引言机械系统是现代工业中的重要组成部分，其动力学行为的建模和仿真分析对于系统设计、性能优化以及故障诊断起着关键作用。
本文将介绍机械系统动力学建模与仿真分析的基本概念和方法，并讨论其在实际工程中的应用。
一、机械系统的动力学建模机械系统的动力学建模是将复杂的物理过程抽象为数学模型的过程。
在建模过程中，我们需要考虑系统的结构、力学特性和工作条件等因素。
一般而言，机械系统的动力学建模可以分为两个层次：单体建模和系统建模。
1. 单体建模单体建模是将机械系统划分为若干个简化的单元，并对每个单元进行建模。
这些单元可以是机械元件（如齿轮、轴承）、机构（如齿轮传动、减速器）或者整个机器人等。
在建立单体模型时，我们需要考虑物体的质量、惯性、刚度和阻尼等因素，并利用牛顿运动定律和能量守恒原理进行建模。
2. 系统建模系统建模是将单体模型组合起来，构建整个机械系统的数学模型。
在系统建模中，我们需要考虑各个单体之间的相互作用，并确保整个系统的动力学特性的一致性。
此外，还需要考虑外部激励（如传感器反馈、控制器输入等）对系统的影响。
二、机械系统的动力学仿真机械系统的动力学仿真是在建立完整的数学模型之后，利用计算机软件对系统进行模拟的过程。
通过仿真分析，我们可以预测系统的运动轨迹、力学响应和能量传递等动力学行为。
常用的机械系统仿真方法包括基于方程求解的解析仿真和基于数值计算的数值仿真。
1. 解析仿真解析仿真是通过求解系统的动力学方程，得到系统在各个时刻的状态变量。
这种方法的优点是能够获得系统的精确解，但在复杂系统中，由于方程求解的复杂性，可能会出现求解困难的情况。
因此，解析仿真一般适用于简单的机械系统或者特定的研究问题。
2. 数值仿真数值仿真是通过将系统的动力学方程转化为差分或者微分方程的形式，并利用计算机进行数值求解。
这种方法的优点是能够处理复杂的非线性和时变系统，并能够模拟系统的长时间行为。
目前，常用的数值仿真软件有MATLAB/Simulink、ADAMS和ANSYS等。
机械系统的动力学建模与仿真
机械系统的动力学建模与仿真机械系统的动力学建模与仿真是一项重要的工程技术，它可以帮助我们深入理解机械系统的运动规律和性能特点，优化系统设计，提高工程效率。
本文将探讨机械系统动力学建模与仿真的方法和应用。
一、动力学建模的基本原理机械系统的动力学建模是通过分析系统的几何和物理特性，建立系统的方程来描述系统的运动规律和力学行为。
动力学建模的基本原理包括以下几个步骤：1. 定义系统：首先需要确定机械系统的边界和组成部分，明确主体和附属物之间的关系。
2. 描述物体的运动：通过建立物体的坐标系和选择适当的坐标变量，可以描述物体的位置、速度和加速度。
3. 列写动力学方程：根据牛顿定律和运动学关系，可以得到描述系统的动力学方程。
这些方程可以是线性的，也可以是非线性的。
4. 边界条件：在给定系统边界上的约束条件，对系统加入边界条件。
二、动力学建模的方法机械系统的动力学建模可以采用多种方法，常见的方法有以下几种：1. 深入分析法：通过详细分析机械系统的每个部分，推导出系统的运动学和动力学方程。
这种方法适用于简单的机械系统，但对于复杂的系统来说，分析会相当繁琐。
2. 力学模型法：利用已有的力学模型和理论，将机械系统转化为力学模型，建立系统的运动学和动力学方程。
这种方法适用于已有较为成熟的力学模型的情况。
3. 实验数据法：通过采集机械系统的实验数据，利用数据处理和分析方法建立系统的数学模型。
这种方法可以快速获取系统的运动规律，但对采集的数据质量有一定要求。
4. 计算机辅助法：借助计算机辅助工具，如MATLAB、Simulink等，通过数值仿真的方法建立系统的动力学模型。
这种方法可以快速、灵活地建立系统模型和进行仿真分析。
三、动力学仿真的应用机械系统的动力学仿真可以应用于各个领域，比如航天、汽车、机器人、机械加工等。
以下是动力学仿真的几个应用示例：1. 航天器姿态控制：通过建立航天器的动力学模型，仿真分析不同控制策略对航天器姿态的影响，优化控制算法，提高姿态控制的精度和鲁棒性。
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位分别为 ｍｌ、 ｇ ＳＮ； Ｔ ｋ 、、 多体 动力学建模及具体 ｌ
的分 析步骤 见 图 １各构件 间约束关 系 见表 ｌ ， 。
柴油机配气机构动力学仿真 研究 —— 李鹏 飞， 黄映云 ， 高浩鹏 ， 康桂东
三维实ＬＪ 多刚体动Ｌ 刚柔耦合动Ｌ 仿真 ＿、 ＿Ｊ
体模型 ｒ ／力学模型ｒ 力学模型 ｒ 结果 １ｆ ＿ ＿ ＿ ｌ －
而建 立柴 油机 刚柔 耦合 多体 动 力学模 型 。
１ ２ 边 界条 件 的施 加 ．
０
通 常在 配气 机 构 动力 学 仿 真 研 究 中 ， 建 立 仅
配气机构多体动力学模型 ， 边界条件的添加采用 在 凸轮轴 上 添加 恒 定 转 速 ， 方 法 存 在诸 多局 限 该 性， 具体表现在把动力学问题退化为运动学问题 ，
ｔｓ ／
图 ４ 刚 体 模 型 排 气 门运 动 规 律
１ ３１
第３ 期
船
海
工
程
第４ Ｏ卷
ｆｓ ／
ｆｓ ／
图 ５ 刚 柔 耦 合 模 型 排气 门 运 动规 律
图 ８ 刚体 模 型 进 、 气 门与 挺 柱 接 触 力 排
２ ２２ 进气 门运 动规 律对 比 ．．
Ｉ
（ 海军工程 大学 船 舶与动力学院， 武汉 ４０ ３ ） ３ ０ ３ 摘 要： 利用三维实体建模软件建立柴油机整机三维实体模 型 ， 于多体动力学理论 及相关软件 建立柴 基
油机的刚体 和刚柔耦 合多体动力学模 型 ； 改进边界条件 ， 柴油机配气机 构进行运动 学、 对 动力 学仿真研究 ， 获
２２ １ 排 气 门运 动规律 对 比 ．．
心重合 ， 使柔性体与刚性体重合 ， 然而在 网格划分
时 ， 实 体模 型有 删 减 ， 应 通过 精 确 移 动 ， 同 对 故 使
一
个 约束 副 上 ， 于不 同物 体 的两 个 点 间 距 离足 属
够小 ， 证仿 真能 够运 行 ， 保 替换 后 刚性体 上 的约束 副 、 荷 、 示 点等 会 自动 的转 移 到 柔 性体 上 ， 载 标 从
Ｆ（ ， ， ， ｆ＝Ｏ ｑ 审 ，）
Ｏ（ ￡ 一 ０ ｑ，）
Ｏ（ ， ，） ｑ 由 一 （ ￡ｑ ｌｑ 一 ０ ，） — Ｊ ，） ， （
Ｊ ｒ 一 （ 一 ｑ，）
（ ， ， 一 （ ，） 一ｑｑ 审 ￡ 一０ ｑ 口 苛，） ｑ （ ， ，）
ｒ 一 （ 寸）－ ２ 口 ／ － 一 Ｏｑ 一
第 ４ Ｏ卷
第 ３期
船 海 工 程
ＳＨＩ 。ＯＣＥＡＮ Ｐ８ ＥＮＧＩ ＮＥＥ ＮＧ ＲＩ
Ｖｏ ． ０ Ｎｏ ３ １４ ．
２１ ０ １年 Ｏ ６月
ＪＩ１ ０ 】 Ｉ７２ ］ ．． ／
柴 油 机 配 气 机 构 动力 学 仿 真研 究
李鹏 飞 ， 黄映 云 ， 高浩 鹏 ， 桂 东 康
多体 动力学 数学模 型 的建立 是 以拉格 朗 日方 程 为基础 ＿ ， ２ 刚体 的位 置 由质心 在 惯 性 参 考 系 中 ＿ 的笛 卡尔 坐标 和反 映刚体方 位 的欧拉 角或 广 义欧 拉 角作 为广义 坐标来 确定 ， 即
实体 建模 软件 ， 立 柴油 机 各 零件 的三 维 实 体模 建 型， 按照柴 油机 实 际结构位 置关 系 以及发 火顺序 、
ｆｓ ／
图 ３ 柴 油机 启 动 至 额 定 工 况 转 速 变 化
２２ 进、 ． 排气 运 动规律 仿 真结 果对 比
基 于柴油 机 刚体 和 刚柔 耦 合 模 型 ， 柴 油 机 对 进 、 气 门运动 规律 进行 仿 真分 析 ， 排 排气 门刚 体和 刚柔 耦合模 型 仿真 结果 见 图 ４ ５进 气 门刚体 和 ～ ， 刚柔 耦合 模型 仿 真结果 见 图 ６ ７从 上 述 结果 可 ～ ； 以看 出进 、 排气 门两 种模 型 运动 规律 基本 相似 ， 但
收 稿 日期 ：０００—５ ２ １ ５０
修回 日期 ：０００—５ ２ １ —５２ 作者简介 ： 李鹏飞 （９ ６）男 ， １ ８一 ， 硕士生。 研究方 向： 内燃机结构强度分析及性能优化
Ｅ ｍ ｉ ｈ ｌｆ ０ ９ １ ６ ｃ ｒ － ａｌ ｇｐ ０ ＠ ２ ． ｏ ： ２ ｎ
１ ０ ３
得 了转速波动的柴油机配气机构性能参数 ； 比刚体与刚柔耦合 动力学模 型的仿真结果 ， 对 发现 刚柔 耦合动力
学模型的仿真结果更合理 。 关键词 ： 柴油机 ； 配气机构 ； 转速波动 ； 刚柔耦 合
中 图分 类 号 ： ６ ． ２ Ｕ６４ １ １ 文献标志码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ １７ ５ （０ １０ —１００ １ ７ —９ ３ ２ １ ） ３０ ３ —４
１ 建立柴油机 多体动 力学模型
１ １ 多体 系统 动力 学数 学模 型的建 立与 求解 ．
（Ｉ 描 述约束 的代 数方程 ； ｐ
（ ，） ｑ ￡一 ／ｑ ａ ～— 约束雅 可 比矩阵 。
求 解上 述微 分 方 程 ， 可得 到 系 统 中构件 上 任 意点在 任意 时刻 的位 置 、 速度 和加 速度 大小 ， 进而 可得 到构件 应变 和构件 间应 力 。 建立 柴油机 多 体 动 力学 模 型 ， 先 通 过 ｊ 维 首
式 中 ：一 一广 义坐标 列 阵 ； ｑ 奇 ～ 广 义速度 列阵 ； 一
一 一
广 义加 速度列 阵 ；
拉 格 朗 日乘 子 向量 ；
一
ｕ … 速度 右项 ；
玎一 加速 度右 项 ； 一
为分析 、 改进、 优化配气机构性能提供 了参 考数
据。
Ｆ 一
系统动力 学微 分方 程 ；
Ｚ
进 气
螂
一
●
、，、 、
Ｊ
ｆＳ ／
ｋ Ｉ
图 ９ 刚 柔耦 合 模 型 进 、 气 门 与挺 柱接 触 力 排
用力 改变方 向传 给气 门使其 开启 和关 闭 。在 气 门
， ／ ｓ
图 ６ 刚体 模 型进 气 门运 动 规 律
开启 过程 时 ， 臂 与气 门 间接触 力 对 摇 臂 工作 面 摇
ｑ＝Ｅ ， ，， 鲥 ｘ ，， ｑ一［ ， ， ， ］ … 根 据上 述方 法 ， 立 系统 的约 束 方程 和作 用 建
力方程 ， 系统 的运 动微 分方程 一般 形式 为
发火间隔角、 配气相位等完成柴油机整机装配 ； 然 后 借助 于无缝 接 口软件 ， 义 柴 油 机 各零 件 之 间 定
油机 配气 机构 动力 学仿 真 。
活塞 与机体
机体 与大地 凸轮轴 与曲轴 凸轮与挺柱 挺柱与机体 调整螺钉与推杆
移动副 气 门与气 门导管
固定副 气 门与气 门座 齿轮副 气 门与上弹簧座 线线副 推杆与挺柱 圆柱副 球 铰副 弹簧座
圆柱副
碰撞 固定副 球 铰副 弹簧
同时 只能 获 得 恒 定 转 速 情 况 下 配 气 机 构 的 运 动
学、 动力 学参 数 ， 无法 模拟 出柴油机 启 动工 况及 柴
油机 故 障 ； 中通 过 在活塞 上 添加力 ， 拟发 动机 文 模
六面体 模态中 Ｉ 置边界Ｉ 性ｌ 没 网 ｆ ｌ 文件 Ｊ ｝条件 ｝ 格 ＿ ＿
ｌ 】
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ｌ
一
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２７ ５× ｌ ０
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进 气
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一
图 ７ 刚 柔 耦 合 模 型 进 气 门运 动 规 律
避
ｆ
／ ｒ 、
Ｊ 、 、Ｌ
２ ３ 凸轮 与挺柱 接触 力对 比 ．
｝ Ｉ
Ｉ ｆ
ｆｓ ／
刚体 和刚柔 耦合模 型凸轮 与挺柱 间接 触力仿
图 １ 刚柔耦 合动力学建模步骤 表 １ 主要机构构件间约束关 系 构 件 曲轴 与机体 连 杆与曲轴 活塞与 连杆 约束副 构件 约束副 旋 转副 碰撞
燃烧 过 程 ， 的 大 小 是 根 据 实 验 实 测 结 果 ， 力 利用
ＡＫＩＰ Ｓ Ｌ的样条 插 值 函 数 来 实 现 ， 据 调 速 器 原 根
２ 配 气机 构 动 力 学仿 真 结 果及 分析
２ １ 柴油 机启 动至 额定 工 况转 速变 化 ．
根 据前 述原 理 ， 柴油 机 启 动 至 额 定 工 ７ 转 兕下 速 变化 情况 见 图 ３ 。
上弹簧座 与下 线性
将 需 要 离 散化 的挺 杆 、 、 气 门实 体模 型 ， 进 排 导入 到 网格 划分 软 件 中 ， 成 较 规 整 的 六 面体 网 形 格 单 元 ， 后 导 人有 限元 软 件 中 ， 然 进行 前 处 理 ， 主 要 包 括 定 义 材 料 属 性 、 元 属 性 、 点 约 束 单 多 （ Ｃ ［等 ， 计 算 ， 得 包含 模 态信 息 的模 态 ＭＰ ）６ 通过 １ 获 中型文件 。挺杆 、 、 进 排气 门的六 面体 网格见 图 ２ 。
和气 门尾端 面 磨损 影 响较 大 。图 ｌ ～ １ Ｏ １分别 是
刚体 模 型和刚 柔耦 合 模 型 摇臂 与气 门间 接触 力 ， 刚柔 耦合模 型 结果 略 小 于 刚体 模 型 结 果 ， 同时摇
３７ １ ５ ０
一
臂一 气 门间接 触力 曲线 与凸轮 一挺柱 间接 触力 曲 线形 状相 似 ， 只是 幅值 存在 差别 ， ９幅值 约为 图 图 １ 的 １ ５ （ 臂 比） １ ． ７倍 摇 。
图 ２ 挺杆 、 、 进 排气 门 的 六 面 体 网格
在进 、 排气 门开 启 与关 闭 时 ， 刚柔 耦合 模 型气 门加 速 度 曲线 波动 周 期增 大 ， 是 由于考 虑 了推 杆 与 这