外文翻譯--分析和實(shí)驗(yàn)輸出式凸輪閥系統(tǒng)的液壓挺桿 中文版

1、<p>　　分析和實(shí)驗(yàn)輸出式凸輪閥系統(tǒng)的液壓挺桿 </p><p>　　Won-Jin Kim-, Hyuck-Soo Jeon- and Youn-Sik Park-</p><p>　　（1989年9月11日）</p><p>　　在本文中，跟隨型凸輪式閥系統(tǒng)采用了液壓挺桿的運(yùn)動分析和實(shí)驗(yàn)研究研究。首先，為每個(gè)相應(yīng)的凸輪角度和凸輪與從動件之間的接觸點(diǎn)，

2、做精確的運(yùn)動分析。 6自由度<J彈簧阻尼器模型構(gòu)建模擬閥動作解析。構(gòu)建模型時(shí)，大多數(shù)參數(shù)已確定。但一些值，這是很難派生的,如阻尼系數(shù)的實(shí)驗(yàn)測定與工程參數(shù)。為了顯示的效果分析模型，預(yù)測凸輪閥動作，直接比較，測得的氣門和挺桿運(yùn)動。</p><p>　　關(guān)鍵詞：指跟隨（Oscillati?W滾子從動件），頂置凸輪軸（OHC），凸輪·閥門系統(tǒng)，跳躍，彈跳</p><p>　　NOM

3、ENCLATURE------------</p><p>　　A E：在挺桿油腔的等效截面積，</p><p>　　C.C.2 C.3：等效阻尼系數(shù)閥</p><p>　　閥座C.e：阻尼系數(shù)，N-S / M</p><p>　　C，F(xiàn)，CVF，CFE：等效阻尼系數(shù)接觸</p><p>　　C，P：挺桿：ns / m

4、的等效阻尼系數(shù)</p><p>　　0：基本的自然頻率，氣門彈簧，赫茲</p><p>　　H：汽缸和活塞，毫米之間的空隙。</p><p>　　K.1?K. 2 K.3：閥的等效剛度系數(shù)</p><p>　　K.：剛度挺桿，N / m的彈簧軟</p><p>　　K，F(xiàn)，KVF，KFE：接觸的等效剛度系數(shù)</p

5、><p><b>　　L：柱塞長度，mm</b></p><p>　　杠桿臂，力F'f“毫米</p><p>　　?VF：毫米力FVF，杠桿臂</p><p><b>　　跟隨質(zhì)量，kg</b></p><p>　　MT：相當(dāng)于挺桿質(zhì)量，kg</p><

6、;p>　　MV：相當(dāng)?shù)拈y門質(zhì)量，kg;</p><p><b>　　1 簡介</b></p><p>　　設(shè)計(jì)凸輪的氣門傳動裝置的內(nèi)部燃燒引擎，有很多事情要考慮，如閥面積，峰值的凸輪加速，正確的凸輪運(yùn)行角度，由于增加的速度斜坡內(nèi)燃機(jī)，凸輪閥的動態(tài)效果系統(tǒng)變得更重要。最近，一些研究聚焦的動態(tài)效果上的凸輪氣門系統(tǒng)已經(jīng)完成。秋葉等（1981）構(gòu)建了一個(gè)自由度模型來分析

7、OHV（頂置氣門）式凸輪氣門系統(tǒng)，并研究了系統(tǒng)運(yùn)動的動態(tài)效果。Jean和Pink（1989年）試圖來分析同一個(gè)類型的閥門集中質(zhì)量的動態(tài)模型，并設(shè)計(jì)了一個(gè)系統(tǒng)最佳的凸輪形狀考慮動態(tài)模型。皮薩諾和弗羅丹斯頓（1982）開發(fā)了一個(gè)動態(tài)模型的高速度閥系統(tǒng)能夠預(yù)測既有正常系統(tǒng)響應(yīng)以非正常系統(tǒng)的跳躍。目前幾乎出現(xiàn)集中在高速凸輪系統(tǒng)的研究系統(tǒng)上具有恒定的搖桿臂比和閥體的分離現(xiàn)象。特別是凸輪的分析系統(tǒng)與液壓挺桿的關(guān)系一直沒有徹底研究。在這項(xiàng)工作中，一個(gè)

8、頂置凸輪軸凸輪的氣門液壓挺桿和從動件的分析，解析與分析集中質(zhì)量模型的疑難和驗(yàn)證了其可靠性。這項(xiàng)工作中所用的凸輪從動系統(tǒng)是具有復(fù)雜的動態(tài)液壓挺桿和非線性不同搖臂比率的。 從搖臂比值偏離高達(dá)34％的基線值和凸輪之間的接觸跟隨移動。從動件的擺動不支持在一個(gè)固定的點(diǎn)擺動，但可以在一個(gè)頂部安裝垂直移動的支點(diǎn)的液</p><p><b>　　2 閥門建模</b></p><p>

9、　　OHC式凸輪氣門實(shí)際的整體形狀是如圖1.所示,為了準(zhǔn)確地描述閥運(yùn)動，閥為6個(gè)自由度。閥的開閉運(yùn)動YV，液壓挺桿平移運(yùn)動Y，跟隨平移和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動Y和8，和兩個(gè)額外程度的自由YS和YS2代表氣門彈簧平移運(yùn)動。采取氣門彈簧YS和YS2的原因是考慮氣門彈簧激增的現(xiàn)象。它是已知的的閥簧影響閥動作之一，尤其是在運(yùn)行速度是很高的時(shí)候。由于凸輪軸可視為剛性的和固定在其軸承上，其動態(tài)特性在模型中被忽略，建模過程的細(xì)節(jié)解釋如下。</p>&

10、lt;p><b>　　圖1 結(jié)構(gòu)示意圖</b></p><p><b>　　2.1聯(lián)絡(luò)點(diǎn)建模</b></p><p>　　如圖1中所示 ，跟隨型凸輪氣門有4個(gè)氣門傳動的部件之間的接觸點(diǎn)。那些是從動件和挺桿之間的聯(lián)系，凸輪從動和閥的閥座和閥。閥座的接觸點(diǎn)與其他接觸件發(fā)生周期性的運(yùn)動，不同接觸件應(yīng)該保持其自身的運(yùn)動方式。閥座剛度（KSE）和阻尼

11、（CSE）的的均取自以前發(fā)表的文獻(xiàn)（陳和皮薩諾，1987）上，另一方面，相當(dāng)于阻尼和剛度系數(shù)在其他的接觸點(diǎn)進(jìn)行了預(yù)測接觸理論利用形狀系數(shù)，彈性模量。 AJ假設(shè)適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)的接觸的力量，相應(yīng)于接觸剛度計(jì)算中的接觸理論。然后，等效剛度在每個(gè)接觸點(diǎn)的最小誤差曲線中獲得的接觸剛度（Roark和青年，1976年）。它假定挺桿和從動件之間的接觸是凸輪和跟隨器兩個(gè)領(lǐng)域之間的內(nèi)在聯(lián)系相當(dāng)于互相接觸的兩個(gè)氣缸，從動件和閥之間是在一個(gè)平面上的氣缸的接觸。在

12、每個(gè)接觸點(diǎn)的阻尼系數(shù)假設(shè)為0.06，臨界阻尼系數(shù)（CCR）使用式（I）的計(jì)算。 M，和Mz相當(dāng)于群眾每個(gè)接觸的部件。它假定每個(gè)接觸組件的等效質(zhì)量（M，和Mz）被連接由一個(gè)彈簧和一個(gè)阻尼器連接。</p><p>　　在每個(gè)接觸從動件的等效質(zhì)量（Me）的點(diǎn)，可以得到由式（2）考慮到跟隨器的轉(zhuǎn)動慣量。</p><p>　　MF是跟隨同等質(zhì)量和同等距離之間的的從動件質(zhì)量中心和每個(gè)相應(yīng)的聯(lián)系點(diǎn)。在接

13、觸點(diǎn)的等效質(zhì)量的凸輪軸點(diǎn)估計(jì)到無窮大的，它是剛性的，固定在其軸承上。相當(dāng)于群眾的挺桿和閥在其他的接觸點(diǎn)M，和MV。</p><p><b>　　圖2 使用的模型</b></p><p><b>　　2.2氣門彈簧建模</b></p><p>　　為了考慮閥彈簧緩沖效果，該閥彈簧建模與式2（M，MZ），一些假設(shè)的閥簧建模。這

14、些是：（1）對稱性（K.，KSA和C），（2）等效的靜態(tài)剛度和基本的自然頻率與模型模型和實(shí)際之間具有固有的頻率系統(tǒng)，（3）適當(dāng)?shù)淖枘峒僭O(shè)。由于考慮到氣門彈簧夾緊，夾緊邊界條件，次級自然頻率閥春時(shí)的基本春天的兩倍自然頻率。所有的上述假設(shè)給出：</p><p>　　彈簧剛度和固有頻率的使用閥彈簧假定比例為4％的粘性阻尼。</p><p><b>　　2.3液壓挺桿建模</b&g

15、t;</p><p>　　圖3所示液壓挺桿的橫截面示意圖。油通過入口進(jìn)入和填充中央挺桿柱塞腔。當(dāng)柱塞向下移動時(shí)單向閥被關(guān)閉，油從油室通過狹窄的活塞和汽缸之間的間隙產(chǎn)生出的阻尼力。在下一步驟中，當(dāng)柱塞向上移動，由于內(nèi)部的彈簧定位腔室，所述單向閥被油打開，油重新填充閥室。液壓挺桿的變化如簡化圖3所示，右側(cè)等效剛度的挺桿被假設(shè)估計(jì)，所流體是完全以壓縮的形式流過徑向間隙。 關(guān)系式：</p><p>

16、;　　其中，E是體積彈性模量，他的長度是壓縮的油室，Ae是柱塞面積。另一方面，等效阻尼系數(shù)證明油是完全不可壓縮的。它認(rèn)為過多的油脂因柱塞運(yùn)動完全通過流動的徑向間隙。然后等效阻尼值可以預(yù)測理論流體力學(xué)。它是已知的阻尼系數(shù)柱塞運(yùn)動的方向變化。這些得出</p><p>　　其中J1是油的粘性系數(shù)，L是柱塞長度，RP柱塞的半徑，h為間隙缸和柱塞。所有挺桿尺寸和性能列于表1中。方程（4，5），來自上述兩種極端的情形。一為假

17、設(shè)完全壓縮，和另一種是完全不可壓縮的。但在實(shí)際情況中，由于阻力（FD），柱塞運(yùn)動將被放置在中間的某個(gè)地方兩個(gè)值（Kreuter，馬薩諸塞州，1987）。于是于推出了兩款系數(shù)a和P（O <A <I，O<P <1），阻力可建模為式（6）。</p><p>　　其中，a和p可以通過比較模型確定模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測得的記錄。</p><p>　　2.4質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量建模<

18、/p><p>　　閥，柱塞挺桿，和從動件質(zhì)量（MV，山和MF）直接測量。從動件的轉(zhuǎn)動慣量如果考慮其幾何形狀必須經(jīng)過精心計(jì)算。所有用過的質(zhì)量，剛度和阻尼值進(jìn)行了總結(jié)于表2。</p><p>　　圖3液壓挺桿和簡單的操作圖。</p><p>　　表1挺桿的尺寸和性能和表2使用的模型參數(shù)</p><p><b>　　3 分析</b>

19、;</p><p>　　手指跟隨型ORC凸輪氣門系統(tǒng)的特征在于與不同的凸輪軸搖臂比旋轉(zhuǎn)。所以搜索確切的運(yùn)動學(xué)分析聯(lián)絡(luò)點(diǎn)凸輪與從動件之間是不可避免的，做動態(tài)分析。</p><p><b>　　3.1運(yùn)動學(xué)分析</b></p><p>　　凸輪和從動接觸時(shí)，挺桿被認(rèn)為是固定的點(diǎn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，挺桿運(yùn)動時(shí)接觸點(diǎn)的影響是可以忽略不計(jì)。挺桿運(yùn)動，這是在大多數(shù)

20、O.I（毫米）。就足夠小了，可以忽略不計(jì)不同凸輪升程的幅度。當(dāng)凸輪給出的數(shù)據(jù)是與所需的實(shí)際的凸輪形狀的凸輪升程時(shí)（S），（X，Y），接觸與平坦的跟隨，可以得到由式（7）的基準(zhǔn)搖臂比為1.47的波動范圍搖桿在循環(huán)過程中，臂比從1.15至1.97不等。</p><p>　　其中，Rc為凸輪基圓。 0是凸輪角，S是平面從動位移，且X和Y指定的凸輪形狀。增量可以計(jì)算出三條曲線間的平面從動位移，當(dāng)凸輪的形狀（X. Y），凸

21、輪和從動件之間的接觸點(diǎn)，可以進(jìn)行運(yùn)動學(xué)分析。圖4所示的想法是如何找到聯(lián)系點(diǎn)的順序。首先，旋轉(zhuǎn)的從動件圍繞一個(gè)固定的凸輪。然后再找出軌跡跟隨中心（CC'）。搜索每個(gè)跟隨的聯(lián)絡(luò)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)角度（OC），使用原則的接觸點(diǎn)的連接線的凸輪中心（A）和跟隨中心（任何點(diǎn)位點(diǎn)CC'），交叉對應(yīng)的凸輪角度的切線。然后CON軌跡可以通過以下來確定旋轉(zhuǎn)接觸點(diǎn)下落后可能相應(yīng)凸輪角（8e）的。的運(yùn)動學(xué)尺寸圖。 4給出于表3。瞬時(shí)搖臂比的計(jì)算方法除以與手

22、指跟隨器的總長度樞轉(zhuǎn)點(diǎn)和凸輪和之間的水平距離為每個(gè)相應(yīng)的凸輪從動接觸點(diǎn)角度。得到的接觸點(diǎn)軌跡和相應(yīng)的波動搖臂比本研究示于圖中。圖5（a），（b）所示。</p><p>　　圖4滾子從動件的運(yùn)動學(xué)分析圖5接觸點(diǎn)軌跡和波動搖臂比</p><p><b>　　3.2動力學(xué)分析</b></p><p>　　根據(jù)凸輪形狀，操作速度和從動件的形狀的運(yùn)動規(guī)律

23、，運(yùn)動方程可以很容易地構(gòu)造。在計(jì)算過程中的接觸點(diǎn)，所有尺寸的L FC（挺桿和?跟隨質(zhì)心之間的距離），之間，和L的（閥和從動質(zhì)量中心之間的距離，L u和LVF表3中給出的是恒定的。LFC計(jì)算的是瞬時(shí)接觸點(diǎn)。影響波動的氣門搖臂比動力學(xué)表示通過LFC改變。所以方程的運(yùn)動可以被構(gòu)造為</p><p>　　其中Fo是氣門彈簧的預(yù)壓縮力（在本研究中，F(xiàn)O= 275[N]）的接觸迫使F'f的FFC，F(xiàn)OF可以被確定為式

24、（9）。</p><p>　　由于研究式（8，9），被耦合所有方程是非線性的。因此，數(shù)值積分方法（在本研究中龍格 - 庫塔法），讓所有的組件運(yùn)動。由于計(jì)算的運(yùn)動方程，分離在閥的現(xiàn)象，如跳躍，可以在每次實(shí)例檢查得到。該分離可以被檢測通過檢查的接觸力。標(biāo)準(zhǔn)判斷在每一個(gè)接觸點(diǎn)的跳躍現(xiàn)象是如下所示，</p><p>　　不明原因發(fā)熱，F(xiàn)feo是在每一個(gè)初次接觸力聯(lián)系點(diǎn)。在計(jì)算凸輪閥動作，分離的每次

25、實(shí)例的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了測試。上述標(biāo)準(zhǔn)是較為滿意，則接觸力變?yōu)榱悖⑶椅覀兛梢耘袛喟l(fā)生分離之間的相應(yīng)的組件。</p><p><b>　　表3運(yùn)動尺寸</b></p><p><b>　　圖6實(shí)驗(yàn)裝置</b></p><p><b>　　4 實(shí)驗(yàn)</b></p><p>　　為了證明模

26、型模擬的有效性，實(shí)驗(yàn)工作已經(jīng)完成，且相互比較。圖6示出的是實(shí)驗(yàn)裝置。雖然OHC式凸輪配氣機(jī)構(gòu)主要由一個(gè)100千瓦] DC電機(jī)，閥門位移和液壓挺桿運(yùn)動同時(shí)測量。閥位移測量的選擇如下（非接觸式光學(xué)位移測定裝置），和挺桿運(yùn)動測量間隙傳感器。的編碼器被放置在凸輪軸的一端，所測量的信號的平均值。特別注意消除循環(huán)發(fā)動機(jī)油所引起的問題。所有的測量進(jìn)行改變凸輪軸的運(yùn)行速度從600轉(zhuǎn)上升至2450轉(zhuǎn)。</p><p>　　5

27、RUSULT與討論</p><p>　　圖7比較了測量和模擬的挺桿凸輪軸轉(zhuǎn)速900每分鐘1600轉(zhuǎn)的下落過程。圖8顯示測得的最大挺桿下落條件。這是眾所周知，液壓挺桿被硬化的速度凸輪軸增加。最大壓縮液壓挺桿大約是每分鐘800轉(zhuǎn)，100/ LM接近限制的約60/lm凸輪軸速度超越3000轉(zhuǎn)，如示于圖 8。如前所述，在測量挺桿的運(yùn)動來確定確定柱塞拖力，通過最小二乘法擬合曲線之間的測量和分析記錄。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，加權(quán)參數(shù)隨操作

28、速度。例如，a和圖3其中0.0071和0.28時(shí)，凸輪軸是由900轉(zhuǎn)，但值分別改變?yōu)?.0094和0.30時(shí)的運(yùn)行速度提高到1600RPM。圖9，圖10，圖11示出的測量和模擬閥位移和速度。閥速度通過不同的測量閥位移記錄。圖9比較了測量和分析的閥運(yùn)動時(shí)，凸輪軸驅(qū)動600轉(zhuǎn)。它可以是說，該模型不僅可以模擬峰值閥位移也相當(dāng)精確的凸輪的角度。圖10，圖11顯示的分析的是測量凸輪軸的速度是每分鐘1600轉(zhuǎn)2450rpm。</p>

29、<p>　　（一）凸輪軸轉(zhuǎn)速900轉(zhuǎn)（二）凸輪軸轉(zhuǎn)速1600轉(zhuǎn)</p><p><b>　　圖7挺桿下落分析</b></p><p>　　圖8最大挺桿下落與凸輪軸轉(zhuǎn)速</p><p>　　9，10,11，我們可以得出這樣的結(jié)論：6自由度集中質(zhì)量模型用于這項(xiàng)工作是相當(dāng)可靠的預(yù)測閥運(yùn)動，即使在高運(yùn)行速度情況下也適用。圖12顯示了一個(gè)示例，

30、在所有接觸的接觸力點(diǎn)時(shí)的運(yùn)行速度是2450轉(zhuǎn)。它可以觀察到，在第一峰值位置的接觸力減少，并在所述第二峰值位置突出與恒定搖臂比凸輪值相比搖臂比的系統(tǒng)。由于檢查接觸力的記錄，我們可以很容易地預(yù)測最可能的領(lǐng)域和相應(yīng)的凸輪角不必要的閥分離可以發(fā)生。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證模型可擴(kuò)展不只預(yù)測的最大操作速度也閥氣門和凸輪形狀。</p><p>　　圖9閥門的位移和速度（凸輪軸轉(zhuǎn)速600轉(zhuǎn)）</p><p>　　圖10

31、閥的位移和速度（凸輪轉(zhuǎn)速1600轉(zhuǎn))</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　圖11閥的位移和速度（凸輪轉(zhuǎn)速2450轉(zhuǎn))</p><p>　?。ㄒ唬┩U和從動件的關(guān)系</p><p>　　（二）凸輪與從動件的關(guān)系</p><p>　?。ㄈ┰陂y和從動件的關(guān)系</p>

32、<p>　　圖12接觸力模擬（凸輪軸轉(zhuǎn)速2450 轉(zhuǎn)）</p><p><b>　　6結(jié)論</b></p><p>　　在這項(xiàng)工作中，一個(gè)6自由度集中質(zhì)量模型構(gòu)建和有效性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。變搖臂比有效地納入動態(tài)模型的運(yùn)動學(xué)分析和其效果從仿真結(jié)果可以觀察到接觸力。為支點(diǎn)的液壓挺桿模型，構(gòu)建了挺桿的擺動以及從動結(jié)束的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。因此，人們發(fā)現(xiàn)，所構(gòu)建的數(shù)值模型是相當(dāng)有

33、效的預(yù)測OHC閥動作。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　這項(xiàng)研究是由韓國大宇汽車公司通過KAIST產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟項(xiàng)目。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　陳，C.的皮薩諾，A.，1987年，“動態(tài)模型的波動搖臂比CAM系統(tǒng)“，ASME J，機(jī)

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