一种配气机构摇臂座动态载荷的预测方法技术

本发明专利技术属于内燃机低噪声设计领域，具体涉及一种配气机构摇臂座动态载荷的预测方法。本发明专利技术包括：获取配气机构中零部件的质量和转动惯量参数；获取配气机构中零部件的材料参数；获取配气机构中零部件的刚度参数和阻尼参数；获取配气机构中相邻零部件之间的接触刚度参数和接触阻尼参数；获取配气机构中零部件的几何尺寸参数；获取配气机构中所有进气和排气单元的凸轮升程列表；获取凸轮轴的运行角速度；获取所有零部件的初始位移和初始速度。本发明专利技术提供的预测方法不仅考虑了挺杆、摇臂、气阀杆和气阀弹簧振动的影响，还考虑了摇臂轴和摇臂座振动的影响，预测方法具有较高的精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于内燃机低噪声设计领域，具体涉及一种配气机构摇臂座动态载荷的预测方法。
技术介绍
配气机构噪声是内燃机主要的噪声源之一。配气机构噪声直接源于配气机构相邻零件之间的动态接触载荷。其中，摇臂与推杆、摇臂与气阀均是配气机构重要的接触副，两处的接触载荷直接通过摇臂传递给摇臂轴，然后传递给摇臂座，再传递给气缸盖，从而引起气缸盖的振动和辐射噪声。配气机构的低噪声设计是通过优化零部件的结构参数或凸轮型线的特征参数来减小配气机构的激励源输出，从而降低配气机构噪声。为达到此目的，必须获取配气机构的激励源特性，用于后续的振动和噪声预测。目前常用的配气机构动力学计算方法只考虑了推杆、摇臂、气阀弹簧等零件的振动，不考虑摇臂轴和摇臂座的振动，这对于凸轮型线设计和气阀升程计算是足够的。但摇臂轴和摇臂座的振动对摇臂座动态载荷的影响较大，并且动态载荷的预测结果直接影响到后续其噪声预测的精确性，所以建立一种能够同时考虑推杆、摇臂、气阀弹簧、摇臂轴和摇臂座振动的摇臂座动态载荷预测方法具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种避免现有配气机构动力学计算方法不考虑摇臂轴和摇臂座振动的缺陷，同时避免造成庞大的计算求解规模，能够同时考虑推杆、摇臂、气阀弹簧、摇臂轴和摇臂座振动的配气机构摇臂座动态载荷的预测方法。本专利技术的目的是这样实现的：一种配气机构摇臂座动态载荷的预测方法，包括以下步骤：(1)获取配气机构中零部件的质量和转动惯量参数；(2)获取配气机构中零部件的材料参数；(3)获取配气机构中零部件的刚度参数和阻尼参数；(4)获取配气机构中相邻零部件之间的接触刚度参数和接触阻尼参数；(5)获取配气机构中零部件的几何尺寸参数；(6)获取配气机构中所有进气和排气单元的凸轮升程列表；(7)获取凸轮轴的运行角速度；(8)获取所有零部件的初始位移和初始速度；(9)离散摇臂轴的质量和转动惯量，即将摇臂轴的质量和转动惯量向与摇臂座接触区对称中心离散，称每个接触区对称中心为一个节点，节点j和节点j+1之间的一段摇臂轴称为
第i段摇臂轴单元；第j节点的离散质量和离散转动惯量为mj和Ij；(10)建立摇臂轴的弯曲振动模型；(11)离散推杆的质量、摇臂短臂的转动惯量、摇臂长臂的转动惯量、气阀组的质量；(12)建立一组配气单元的动力学模型；(13)输入当前时刻第j节点进气单元凸轮的升程；(14)根据一组配气单元动力学模型中集中质量的动力学控制方程获取当前时刻挺柱位移、推杆位移、摇臂简化质量的位移、气阀组简化质量的位移；(15)获取当前时刻第j节点进气单元推杆与摇臂的接触力FPA，以及摇臂与气阀的接触力FAV，即 F P A = K P A ( x P 2 - δ P A - x A 1 - v j ) + C P A ( x · P 2 - x · A 1 - v · j ) F A V = K A V ( x A 2 - v j - δ A V - x R ) + C A V ( x · A 2 - 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种配气机构摇臂座动态载荷的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)获取配气机构中零部件的质量和转动惯量参数；(2)获取配气机构中零部件的材料参数；(3)获取配气机构中零部件的刚度参数和阻尼参数；(4)获取配气机构中相邻零部件之间的接触刚度参数和接触阻尼参数；(5)获取配气机构中零部件的几何尺寸参数；(6)获取配气机构中所有进气和排气单元的凸轮升程列表；(7)获取凸轮轴的运行角速度；(8)获取所有零部件的初始位移和初始速度；(9)离散摇臂轴的质量和转动惯量，即将摇臂轴的质量和转动惯量向与摇臂座接触区对称中心离散，称每个接触区对称中心为一个节点，节点j和节点j+1之间的一段摇臂轴称为第i段摇臂轴单元；第j节点的离散质量和离散转动惯量为mj和Ij；(10)建立摇臂轴的弯曲振动模型；(11)离散推杆的质量、摇臂短臂的转动惯量、摇臂长臂的转动惯量、气阀组的质量；(12)建立一组配气单元的动力学模型；(13)输入当前时刻第j节点进气单元凸轮的升程；(14)根据一组配气单元动力学模型中集中质量的动力学控制方程获取当前时刻挺柱位移、推杆位移、摇臂简化质量的位移、气阀组简化质量的位移；(15)获取当前时刻第j节点进气单元推杆与摇臂的接触力FPA，以及摇臂与气阀的接触力FAV，即FPA=KPA(xP2-δPA-xA1-vj)+CPA(x·P2-x·A1-v·j)FAV=KAV(xA2-vj-δAV-xR)+CAV(x·A2-v·j-x·R)]]>其中，KPA、CPA和δPA为推杆与摇臂之间的接触刚度、接触阻尼和初始间隙；KAV、CAV和δAV为摇臂与气阀之间的接触刚度、接触阻尼和初始间隙；xP1和xP2为推杆集中质量的位移；xA1和xA2为摇臂集中质量的位移；xR为气阀杆顶端的位移，vj为摇臂轴第j节点处的弯曲挠度；(16)获取当前时刻第j节点进气单元的摇臂作用力，即Fji=FPA+FAV]]>(17)重复步骤(13)至步骤(16)，完成当前时刻第j节点排气单元的动力学计算，得到当前时刻第j节点排气单元的摇臂作用力，即(18)重复步骤(13)至步骤(17)，得到当前时刻第j+1气缸进气单元的摇臂作用力和排气单元的摇臂作用力(19)：根据摇臂轴的弯曲振动控制方程获取当前时刻各节点的弯曲挠度vj和弯曲转角即其中，ξj‑1,j为第j‑1段摇臂轴单元的抗弯刚度，大小为EAIA；lj‑1,j为第j‑1段摇臂轴单元的长度；ξj+1,j为第j段摇臂轴单元的抗弯刚度，大小为EAIA；lj+1,j为第j段摇臂轴单元的长度；α和β为比例阻尼系数；(20)预测当前时刻各摇臂座的动态载荷，包括摇臂座的支撑约束力Fj和转动约束力矩Tj，即(21)返回步骤(13)，进行下一个时刻的预测直至所有时刻的预测结束。...

【技术特征摘要】
1.一种配气机构摇臂座动态载荷的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)获取配气机构中零部件的质量和转动惯量参数；(2)获取配气机构中零部件的材料参数；(3)获取配气机构中零部件的刚度参数和阻尼参数；(4)获取配气机构中相邻零部件之间的接触刚度参数和接触阻尼参数；(5)获取配气机构中零部件的几何尺寸参数；(6)获取配气机构中所有进气和排气单元的凸轮升程列表；(7)获取凸轮轴的运行角速度；(8)获取所有零部件的初始位移和初始速度；(9)离散摇臂轴的质量和转动惯量，即将摇臂轴的质量和转动惯量向与摇臂座接触区对称中心离散，称每个接触区对称中心为一个节点，节点j和节点j+1之间的一段摇臂轴称为第i段摇臂轴单元；第j节点的离散质量和离散转动惯量为mj和Ij；(10)建立摇臂轴的弯曲振动模型；(11)离散推杆的质量、摇臂短臂的转动惯量、摇臂长臂的转动惯量、气阀组的质量；(12)建立一组配气单元的动力学模型；(13)输入当前时刻第j节点进气单元凸轮的升程；(14)根据一组配气单元动力学模型中集中质量的动力学控制方程获取当前时刻挺柱位移、推杆位移、摇臂简化质量的位移、气阀组简化质量的位移；(15)获取当前时刻第j节点进气单元推杆与摇臂的接触力FPA，以及摇臂与气阀的接触力FAV，即 F P A = K P A ( x P 2 - δ P A - x A 1 - v j ) + C P A ( x · P 2 - x · A 1 - v · j ) ...

【专利技术属性】
技术研发人员：国杰，张文平，张新玉，明平剑，柳贡民，曹贻鹏，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23