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1、诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 本人签名： 刘义 2015年 6 月 1 日毕业设计任务书设计题目： 北京吉普汽车发动机气门机构的运动学仿真 系部： 机械工程系 专业： 机械电子工程 学 学生： 指导教师（含职称）： 1设计的主要任务及目标以四冲程的汽油机下置式凸轮配气机构为例，应用pro/e软件，对配气机构的凸轮运动进行仿真，并对结果分析，提出合理优化建议。2设计的基本要求和内容完成汽油发动机气门机构的零件模型建立。运用软件完成气门机构的运动仿真并提出优化策略。提交设计说明书一份，提交pro/e模
2、型一份及分析图表各一份。3主要参考文献 1）濮良贵，机械设计（第八版）M，高等教育出版社，2010.62）孙恒，机械原理（第七版）M，高等教育出版社，2012.73）刘峥，王建昕，汽车发动机原理教程M，清华大学出版社, 2001 4）松凌珺，岳荣刚，王永皎，中文版 Pro/ENGINEER Wildfire基础教程（第二版）M，清华大学出版社，2012.54进度安排设计各阶段名称起 止 日 期1对零件进行测绘，准备零件建模3月3日3月23日2用pro/e完成零件建模3月24日4月13日3完成零件装配，准备进行运动仿真分析4月14日5月4日4完成仿真模型分析，数据比较并撰写设计说明书5月5日6月
3、1日5提交及修改设计说明书，答辩6月2日6月22日 审核人： 年 月 日北京吉普汽车发动机气门机构的运动学仿真摘 要：配气机构是发动机的重要组成部分，它是按照发动机的每一气缸所进行的工作循环和发火次序的要求，定时开关进、排气门，是使新鲜空气及时充分的进入气缸，废气得以及时的彻底的排除气缸。为了提高发动机的性能，需要大量的实验和计算优化配气机构的相关参数。但是由于发动机实验耗时较长，而且经费消耗巨大，实验数据也不便测量，同时由于计算机技术的飞速发达，现代设计技术被广泛的应用于发动机设计制造当中。本设计以四冲程的汽油机下置式凸轮配气机构为例，在借鉴国内外设计开发经验的基础上，应用pro/e软件，对
4、配气机构的凸轮运动进行仿真，并对结果分析，提出合理优化建议。关键词：发动机，气门机构，凸轮，运动仿真，pro/e软件Beijing jeep automobile engine valve mechanism kinematic simulationAbstract: Distribution institution is an important part of the engine. It is according to the work cycle of each cylinder of engine and firing order requirements, time switch
5、inlet and exhaust valves, it is to make the fresh air in a timely manner fully into the cylinder, exhaust gas to timely cylinder completely ruled out. In order to improve the performance of the engine requires, we need a lot of valve-train optimization of experiment and calculation of relevant param
6、eters .But, because of the engine experiment takes long time, and more money, and the experimental data is not convenient to measure. In addition, because of the computer technology developed rapidly, and the modern design technology has been widely applied to the design and manufacture of engine. T
7、his design put the four-stroke gasoline engine underneath type valve-train CAM as an example. On the basis of the design and development experience at home and abroad for reference use the pro/e to do the valve-train CAM motion simulation, then give advise base on the results of the analysis.Keyword
8、s: The engine, The valve body, CAM, Motion simulation, pro/e software目 录1 绪论11.1研究背景及意义11.2国内外对气门机构的研究进展和缺陷21.2.1凸轮轴气门驱动机构21.2.2 无凸轮轴驱动气门机构31.3本设计主要内容62 配气机构结构原理72.1配气机构的机构及其组成72.2 气门机构的分类72.2.1按气门的布置分类72.2.2 按凸轮轴的布置型式分类82.3 凸轮轴的传动方式82.4 配气相位93 配气机构的运动学分析113.1.由挺柱运动规律求气门的理论运动规律:113.2球面挺柱运动规律与凸轮轮廓的关系
9、164 运用pro/e建立模型224.1 pro/e简介224.2 配气机构建模的具体步骤224.2.1 零件建模224.2零件的装配.294.3本章总结335 配气机构的运动仿真与分析345.1 机构连接定义345.1.1凸轮连接定义345.1.2弹簧定义.355.2运动仿真365.2.1 添加电机365.2.2机构分析定义375.3运动仿真及数据测量375.4结果分析405.5改进凸轮模型406 结论43参考文献44致谢45III太原工业学院毕业设计1 绪论1.1研究背景及意义随着时代的发展，人们越来越重视汽车的节能和环保。现代高科技的发展已将发动机的节能、增效、低排放作为“节能高效环保”
10、一体化课题进行综合研究和技术开发。而配气机构是影响发动机性能最主要的因素之一。配气相位的选择对燃烧过程的优劣有着非常重要的作用。不仅仅要选择发动机的燃油经济性，还要考虑发动机运转的地府平稳性和发动机飞起排放的问题。想要改善发动级的性能，减少有害物质的排放，可以通过改变发动机气门的运动过程来实现。为达到这些目的，要经过大量的实验和计算。如何在最短的时间内高效、高质地完成设计和相关实验，是目前所关心的问题。随着计算机技术的发展，建模（包括数学模型、物理模型等）仿真技术已成为汽车发动机研发过程中的一个重要手段。运用计算机软件的仿真技术可以得出准确数据，从而代替了繁琐冗长的实验。通过仿真计算、分析，可
11、灵活的调整设计方案，合理优化参数，预测各种条件下系统的性能，有效缩短开发和设计周期，以降低科研经费，有助于样品的制造和实验。作为发动机最重要系统之一的配气机构也紧随时代的脚步前进，气门控制技术和气门动态仿真技术早期的研究进展比较缓慢，主要成果是在20世纪70年代以后取得的.下图为其发展历程。 图1.1气门控制技术和气门动态仿真技术的发展历程随着现代信息技术的高速发展，气门机构动态仿真技术也紧随其脚步，在汽车发动机设计制造领域的应用中不断向广度和深度拓展。配气机构是发动机中的重要机构，它的优劣直接影响发动机性能和寿命，而且关系到节省能源和减少污染等问题。随着时代的发展，动态仿真技术的发展将给发动
12、机制造领域带来便捷，为设计者在最短的时间内设计出性能强劲的发动机做出巨大贡献。因此需要对配气机构进行优化设计，使其工作更加合理，从而提高发动机性能和寿命。1.2国内外对气门机构的研究进展和缺陷1.2.1凸轮轴气门驱动机构绝大多数活塞式内燃机是采用传统的机械驱动凸轮结构来驱动进排气门的，其气门的升程、配气定时一般是基于某一狭小工况范围发动机性能的局部优化而确定，气门运动规律完全由凸轮的型线确定的。这种气门驱动机构不够经济、环保。特别是车用发动机，要求配气相位可变，气门升程可调。但是由于它简单、可靠、相对来说不昂贵，所以至今仍广泛的使用。由于汽车在行驶过程中路况很复杂，所以要求汽车发动机在不同的转
13、速下都能高效率的工作，这就需要凸轮轴可变气门驱动机构了。凸轮轴可变气门驱动机构是在传统气门驱动机构的基础上改进的，通过对凸轮轴传动、摇臂比、顶柱或正时皮带的调节达到改变气门正时或升程的目的，一般为机械控制，也有少量为电子控制。但是由于依旧采用了凸轮，所以其运动还是受到凸轮轮廓线的限制。Lexus、Alfa Romeo、Toyota以及Mercedes-Benz、Toyota等公一些可变气门正时系统都是这一类。下图Lexus公司的可变气门正时系统的结构图： 图 1.2 Lexus公司的可变气门正时系统的结构图还有一种凸轮轴调相位机构是由谐波传动实现的。其机构是由刚轮、柔轮和波发生器构成。柔轮是容
14、易变形的薄壁外齿圈，刚轮则是刚性内齿轮，和谐波发生器由椭圆盘和柔性轴承组成。这些机构的特点是：机构容易实现对气门上升和下降以及气门开启持续时间的调节。而气门正时系统无法实现气门开启持续时间的调节和气门升程的调节，仅仅是可以无极可调。还有一种是Fiat公司的三维凸轮可变气门机构，凸轮轴的轴向移动使得凸轮的不同部分与可倾斜导板接触，改变了气门的升程和正时，由润滑系统的油压提供动力。控制方式有机械的，也有电子的。该机构的缺点是气门升程和气门正时的变化范围受到限制，而且工作过程中，接粗应力较大。该机构的优点为气门开启和回位的特性以及落座的速度都是可以控制的。另外还有可变连接件式机构，多凸轮机构，可变液压顶杆是机构等，这里不再一一介绍。1.2.2 无凸轮轴驱动气门机构无凸轮轴启动气门机构取消了直接受制于曲轴运动的凸轮轴及其从动件，而以电液、电磁、电气或者其他方式驱动气门。无凸轮轴驱动配气机构比传统的机械式配气机构简化了发动机结构、提高了发动机的制动性能并且降低了能耗、提高了输出功率和怠速稳定性、减少了磨损和冲击噪声等等，无凸轮轴驱动配气机构截止当前为止最有潜力的、自由度最大的可变气门系统。（一） 电机控制可变气门驱动机构电机控制可变气门驱动系统的凸轮由与原凸轮轴传动系统无关的
