[发明专利]一种船用柴油机配气凸轮型线优化设计方法

说明书

本发明的目的在于提供一种船用柴油机配气凸轮型线优化设计方法，包括如下步骤：建立缓冲段型线设计方程，确定缓冲段升程与包角参数，通过边界条件及连续性条件对方程的各项系数进行求解，得到余弦‑等速缓冲段的表达式；建立基本段型线设计方程，并选取丰满系数与油膜厚度多目标函数对型线进行优化设计，得到目标函数与型线设计参数的表达式，得到基本段表达式；对缓冲段与基本段进行优化设计之后，利用两段间的升程连续以及速度连续条件，对方程各参数进行最后确定，保证缓冲段进入基本段时曲线的连续性。本发明可以使凸轮具有较大的丰满系数，获得较高的加速度值，同时保证运行过程中较好的润滑性能。

技术领域

本发明涉及的是一种柴油机设计方法，具体地说是柴油机配气机构设计方法。

背景技术

配气凸轮作为柴油机配气机构中主要部件，其型线设计的合理性决定着配气机构的工作特性，直接影响柴油机的经济性、稳定性及耐用性。不良的凸轮型线设计会导致柴油机充气效率低，凸轮与挺柱间的润滑不佳，导致零件磨损异常，严重者还会导致气门落座反跳和配气机构出现飞脱现象。由于各种限制条件的复杂性，传统的船用柴油机配气凸轮曲线设计方法难以找到合适的曲线参数。

在型线优化设计方面，目前国内外许多学者已将配气机构运行工况考虑到优化问题中，对配气凸轮结构参数、工况参数进行统一考量，确定凸轮型线最优的设计参数。何振俊以高次多项式凸轮型线为例，在基于丰满系数和磨损设计多目标函数情况下，但只针对基本段进行优化求解，得到型线设计参数(【1】何振俊,李雪峰.基于MATLAB的高次多项式凸轮型线优化设计[J].机械科学与技术,2008,27(10):1141-1144.)。Jamkhande等[2]选取B样条曲线进行配气凸轮型线优化设计去解决凸轮磨损情况，并与N次谐波凸轮进行对比，发现设计参数对配气机构性能具有影响(【2】JAMKHANDE A,TIKAR S,MARATHE N.Design ofHigh Speed Engine's Cam Profile Using B-Spline Functions for ControlledDynamics[J].SAE.2012-28-0006.)。着重考虑配气机构不同运行工况与凸轮型线设计相互作用的系统耦合优化设计方法较少，国内外针对船用柴油机且适于各种工况下的型线优化系统设计均鲜有研究。如果可以确定缓冲段及基本段型线参数，对于配气机构设计以及减振降噪优化等工作将有极大促进作用。

发明内容

本发明的目的在于提供可以使凸轮具有较大的丰满系数，获得较高的加速度值，同时保证运行过程中较好润滑性能的一种船用柴油机配气凸轮型线优化设计方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种船用柴油机配气凸轮型线优化设计方法，其特征是：

(1)建立缓冲段型线设计方程，方程形式包括余弦段与等速段，确定缓冲段升程与包角参数，通过边界条件及连续性条件对方程的各项系数进行求解，得到余弦-等速缓冲段的表达式；

(2)建立基本段型线设计方程，并选取丰满系数与油膜厚度多目标函数对型线进行优化设计，得到目标函数与型线设计参数的表达式，并要求在约束条件范围内，目标函数取得最小值，从而可确定出型线设计各参数，得到基本段表达式；

(3)对缓冲段与基本段进行优化设计之后，利用两段间的升程连续以及速度连续条件，对方程各参数进行最后确定，保证缓冲段进入基本段时曲线的连续性。

本发明还可以包括：

1、缓冲段包括余弦段和等速度段：

式中：α₁为余弦段包角，α₀为缓冲段包角，λ为余弦函数的周期大小，λ＝π/(2α₁)；

相应的速度、加速度曲线表达式为：