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1生 訇 化 基于M atl ab和U G 的发动机配气凸轮的三维建模 T h e 3 D m o d e l i n g o f e n g i n e v a l v e c a m b a s e d o n M a tl a b a n d U G 陈家兑 谢庆生 王自勤 田丰果 孙一平 C H E N J i a d u i X IE Q i n g s he n g VVA N G Z i q i n T IA N F e n g g u o S U N Y i p i ng 贵州大学 教育部现代制造技术重点实验室 贵阳 550025 摘 要 根据发动机配气需要 设定了高次多项式配气凸轮的平底从动件升程函数 回程函数和约束条 件 编写M atl ab的M 文件程序求出高次多项式凸轮轮廓曲线 曲线的点数据和生成从动件运 动学曲线 并利用从动件运动学曲线分析高次多项式凸轮轮廓的曲线性能 利用UG 的曲线生 成功能 实体功能获得高精度 曲线光滑连续的高次多项式发动机配气凸轮的三维模型 关键词 M atlab UG 高次多项式 配气凸轮 中图分类号 TD 94 文献标识码 A D oi 1 0 396c J i ssn 1 009 01 34 201 4 o2 下 26 0引言 高次多项式 凸轮型线具有 良好 的整体连 续性 和升程 曲线高阶连续性等特点使发动机 的配 气机 构获得 良好的运动平稳性和动 力学特性 在设计 过 程 中易于修改升程与凸轮转 角的关 系 设计调 整 自由度大 因此 目前发动机的配气 凸轮广泛 采用高次多项式 凸轮 利用三维C A D 软件 中的 函 数生成 曲线功能得到 的高次多项式 凸轮型线精度 低 容易产生断点不连续 而利用三维C A D 软件 中的 曲线生成功能可获得高精度 光滑连续的高 次多项式 凸轮型线 但是需要高次多项式凸轮型 线点 的数据 M atl ab具有强大的数据计算处理能 力 可 以根据 曲线 函数通过编程生成高精度 曲线 点的数据 因此 可以将M atl ab和三维C A D 软件 结合起来实现高次 多项式发动机配气凸轮的三维 精确建模 1设计流程 高次多项 式发动机配气凸轮的三维精确建模 的流程图如图1所示 2高次多项式及边界条件设定 根 据发动机配气 凸轮从动件 的运动需要 设 凸轮平底从动件升程函数为 a0 al x a2x a3x a 4 x 4 a 5x 5 a6 x 6 a 7 x 7 设凸轮平底从动件 回程 函数为 g x b0 6l b2x b3X b4x 6 X 6 X b7X 6 女 X 文章编号 1 009 01 34 201 4 or 下 一 0094 03 根据需要设定从动件 运动高次多项式 I M afl ab M atl ab 编程 生成 凸 轮 轮廓曲线及点数据文件 数据文件导入U G 中 并生成凸轮轮廓曲线 l 竺 三 竺 苎 竺l 图1设计流程 图 其 中 X 为凸轮转角 单位为度 发动机 的高次 多项式配 气凸轮型线 函数是通 过边界条件确定 的 边界条件不仅要求工作段始 点与缓冲段终点的升程 速度和加速度连续口 而 且能使 凸轮在不 同的转角从动件有不 同的升程 根据需要 升程 函数约束条件如下 当 20 时 0 a h x 0 c d Z h x 0 d 3 h x 0 当 30 时 h x 当 40 时 h x 当 90 时 收稿日期 20 13 11 10 作者简介 陈家兑 1979 一 男 广西玉林人 讲师 研究方向为发动机可变气门驱动技术 UC AE技术 g4 第36卷第2期2014 02 下 0 5 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m l 匐 似 回程函数约束条件如下 当 90 时 g 5 7 d g x d h x 一 当 140 时 g 0 83 当 150 时 g 0 14 当 160 时 g x 0 d 2g x 一 d 3g x dg dx l egend 位移 速度 加速度 0 gri d o n d g x O dx 3凸轮轮廓曲线点数据生成 在M atl ab的M 文件中根据配气凸轮从动件的升 程 函数 回程 函数 约束条件编写程序 生成从 动件运动学 曲线 求取配气 凸轮轮廓 曲线 获取 配气凸轮轮廓曲线的点数据 部分源程序如下 A A 0 A 1 A 2 A 3 A 4 A 5 A 6 M m O m l m 2 m 3 m 4 m 5 m 6 B B 0 B 1 B 2 B 3 B 4 B 5 B 6 B 7 N n0 nl n2 n3 n4 n5 n6 n7 s1 A i j fai M sl sum s1 vl di ff sl i al di ff vl i J l di ff al i S 12 sol ve sl 0 v l 0 al 0 j10 sl m h vl m j1m 以上 是 求解 从动 件 高 次 多项 式 的 系数 的程 序 将所求得 的系数代入升程 速度 加速度表 达式就可 以得到升程 速度 加速度 的方程 通 过升程 速度 加速度 的方程及约束条件就 可以 绘制 凸轮从动件升程 速度 加速度 曲线 程序 如下 通过绘制从动件升程 速度 加速度 曲线 可以在设计阶段判断凸轮是否满足实际需要 AIF A al fal al fa2 1 fai S s1 s2 V v1 v2 A al a2 A SV A A L FA S V A fi gure pl ot A L FA S hol d on pl ot A LFA V r pl ot A L FA A k 运行程序后可 以得到 凸轮 从动件的升程 速 度 加速度曲线 如图2所示 图2 凸轮从 动件 升程 速度 加速度曲线 从 图2 中可知 凸轮 生成起 始角为20度 升 程 角大小为70度 回程 角大小为70度 最大升程 为5 7m m 最 大正速度为9 227m m s 最大 负速度 为 9 22 1m m s 最大正加速度为19 55m m s 在凸轮 最大升程处获得最大负加速度 为一 38 3m m s 升 程 曲线通过 了指定 的升程点 同时工作段始点与 缓冲段终 点的升程 速度和加速度连续 满足设 计要求 如通过 凸轮 从动件升程 速度 加速度 曲线 发 现从 动 件升 程 速 度 加 速 度不 满足 设计 要 求 则对高次 多项式进行修改 重新进行计算求 解 如 此 反复 直 到获 得满 足从 动件 升 程 速 度 加速度的设计要求 得到满足要 求的从动件升 程 速度 加速度 曲线后 根据平底从动件反转法求 出凸轮轮廓 曲 线 同时也得到 了凸轮轮廓 曲线的点的数 据 以 下为根据平底从动件反转法求 出凸轮轮廓曲线的 程序 r00 34 基圆半径 r0 r00 del t ones L 1 1 x l r0 s1 si n al fa1 v1 cos al fa1 y l r0 s1 cos al fa1 一 v 1 si n al fa1 r0 r00 del t ones L 2 1 x2 r0 s2 si n al fa2 v2 cos al fa2 y2 r0 s2 cos al fa2 一 v2 si n al fa2 获得次多项式配气 凸轮型线后就可 以

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