基于能量累计的气门落座磨损特性分析

【摘要】随着汽车工业的飞速发展，发动机性能和排放要求愈来愈高，因此对各个零部件的要求更加严格苛刻。配气机构是发动机两大机构之一，时刻控制发动机进气门和排气门的定时开关，从而保证一定量新鲜空气的供给和燃烧废气的替换，进而达到和完成最有效的换气过程，以确保在不同的工作条件下发挥最佳性能发动机。它直接影响着发动机动力性，燃油经济性以及各个部件的疲劳寿命，因此气门以及气门座圈的研究一直是配气机构研究的重点。本文针对配气机构气门组，设计配气机构动力学试验，基于能量法计算气门座圈疲劳寿命和磨损情况，分析了气门在落座过程落座刚度和落座阻尼。研究主要内容包括：（1）分别从气门座圈接触刚度静态试验、模拟气门落座动态试验以及配气机构动力学试验分别研究气门落座特性。试验中包括试验设计、试验台架搭建和试验系统中软件的编写。数据采集包括配气机构试验气门加速度、位移以及摇臂力等信号的数据采集。（2）探讨了配气机构气门落座过程中气门落座阻尼和落座刚度。落座阻尼主要从落座过程的气门组内、外阻尼计算分析；随着落座速度增大，振动系统中各个零件之间的摩擦会越来越剧烈；进、排气门外阻尼均随气门落座速度增大而增大。落座刚度分别从气门座圈接触静态刚度、模拟碰撞过程动态刚度和实际配气机构工作过程中动态刚度三个方面来去计算分析落座刚度。试验表明：气门落座过程是一个复杂的非线性过程，气门与座圈接触刚度不是定常值，而是随落座速度增加而增大。（3）文章采用HyperMesh对气门和气门座圈进行有限元前处理，再应用ABAQUS计算从不同凸轮轴转速下气门座圈机械载荷、热载荷以及热机耦合下的载荷。结果表明气门与气门座圈接触带部分受力集中，并且随着凸轮轴转速增大而增大。（4）阐述了能量法计算座圈疲劳寿命的理论以及S-N曲线拟合方程，并且借助于与S-N曲线计算总能量来评价气门座圈疲劳磨损寿命。在金属磨损的基础上，通过试验数据计算气门座圈线磨损速率，然后计算在气门座圈磨损方向的线磨损量，进而计算气门座圈总的磨损量。
【作者】丁佳；
【导师】刘忠民；
【作者基本信息】杭州电子科技大学，机械设计及理论，2014，硕士
【关键词】配气机构；气门座圈；磨损；刚度；阻尼；

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