【三缸柴油发动机凸轮轴的研究综述4600字】

三缸柴油发动机凸轮轴的研究综述目录TOC\o"1-3"\h\u16315三缸柴油发动机凸轮轴的研究综述 131161.1凸轮轴的位置 1181261.2凸轮轴工作状态 2265541.3凸轮轴的故障 3164941.4凸轮轴的传动 4148751.5国内外凸轮轴研究现状 524361参考文献 71.1凸轮轴的位置凸轮轴的摆放位置一般共有三种，分为主轴上置，中置和下置位置。下置式的电动凸轮轴直接位于整个曲轴箱中，中置式的电动凸轮轴直接位于整个电动机体的上方，上置式的电动凸轮轴则直接位于整个汽缸盖上。目前为止主流车的发动机基本均使用上置式凸轮轴，原因是其优点为：运动零件较少。驱动链条短，整体材料结构的刚度较大，同时因其接近凸轮轴阀门，所以其气门与凸轮轴间的距离因此增大，从而减小了下置式凸轮轴在此方面的不足所引起的燃油损失。其次凸轮轴发动机的阀门相比较开关速度更快，转速更高，运转平稳。中置凸轮轴式由于发动机的转速很高,使气缸上部的凸轮轴的位置发生改变,使凸轮轴经过挺杆直接驱动摇臂从而减小阀门驱动机构的往返质量,而不使用推杆。此类转轴结构一般称之为中置式滚动凸轮轴。这种齿轮结构中，凸轮轴的两条中心线直径距离曲轴的齿轮中心线距离相对于旋转曲轴的齿轮中心线距离相对于齿轮旋转轴的距离比较远，要正确想用一对传动齿轮向一个发动机的轴传达齿轮驱动力，必须通过齿轮加速器驱动使一对齿轮轴的直径不断变大，这样的行为会大大影响连接到一个发动机的齿轮整体结构外形和运动尺寸而且它还会直接导致一对齿轮转矩不断增大。在此状况下，一般采用在两正时齿轮间分别放入中间的齿轮，该齿轮通常也被人们统称为惰轮。下置凸轮轴式凸轮轴的下滑布置型曲轴结构主要设计特征之一也就是两个凸轮轴被滑动布置连接到一个曲轴中。阀门和传动凸轮轴的距离很远，因此阀门主要是由推杆、挺杆、摇臂等部件来主动传递凸轮驱动力给汽车。因为凸轮轴的传动具有很多的环节，路线通长很长，高速旋转运动时，整个传动体系结构发生了一种弹性状的形变，产生对阀门高速运动的基本规律和其对阀门自动开关的巨大影响，因此，准确地来说，高速车辆用下置式的凸轮轴并不能够适应。下置式的轴向凸轮轴驱动是用轴向曲轴正时加速传递的轴向齿轮扭矩来进行驱动。发动机在高速启动时，曲轴齿轮可以同时通过一个正时反向传动的旋转齿轮齿轴来同时带动一个旋转凸轮轴。当气门凸轮的高度抬高到止动杆位置时，用推杆和气门之间的间隙进行调整，用螺钉将推杆驱动阀门绕着摇臂轴，压缩阀门的弹簧，打开阀门。由于阀门与振杆之间的凸轮下降部分接触。气门慢慢关闭。图1.3凸轮轴的布置形式1.2凸轮轴工作状态图1.4三缸柴油发动机凸轮轴模型凸轮轴转动一圈，进排气门开启一次，如上图1.4所示为三缸柴油发动机凸轮轴的模型，a部分为齿轮支承轴颈，它起到了连接齿轮，传递动力的作用。当柴油机开始工作，由a部分连接的传动机构带动整个凸轮轴开始转动，然后再由各凸轮的转动，转动过程中使其推动挺柱，进而控制进排气门的开关闭，最终使柴油机能够顺利完成整个工作过程。如图为三缸柴油发动机凸轮轴，有三对进排气凸轮，发动机发火顺序为1-2-3，凸轮轴旋向为顺时针。1.3凸轮轴的故障凸轮轴的各种常见故障主要有异常振动磨损、异常振动响声、断裂。在异常声响和异常破损现象发生之前，往往可能会出现异常或者磨损的损坏现象。（1）由于凸轮轴安装在发动机润滑系统边缘所以润滑状态不佳。因由于机油泵在工作中的使用持续时间太久等各种原因，导致供油压力控制不足，或者润滑油在道路上堵塞了，润滑油没能流入凸轮轴的缝隙，或者轴承盖螺栓拧紧应力扭矩太大，润滑油没能顺利地流入凸轮轴缝隙都会引起凸轮轴的异常磨损发生。而在机械生产中常见的润滑剂是油润滑和脂润滑，常见的润滑方式有：1.浸油润滑2.压力润滑3.飞溅润滑4.润滑脂润滑。对于凸轮轴而言则属于飞溅润滑，凸轮轴润滑是否良好则与凸轮轴的凸轮型线、凸轮轴的转速、凸轮轴与挺柱的接触表面的表面粗糙状态、凸轮轴受力状态、润滑油的特性、环境状态等因素有关。（2）当滚动凸轮轴的受力摩擦和滚动磨损异常时，凸轮轴与滚动轴承座之间的受力间隙就会变大，凸轮轴在高速旋转运动时就可能会迅速发生不同轴向轴的位移，产生不同的轴向影响。异常机械磨损也可能会直接使得机油驱动液压凸轮和其他油压驱动推力挺杆之间容易出现较大间隙，使得驱动凸轮和其他油压驱动推推力挺杆在机械接触的整个过程中容易发生剧烈碰撞，产生不同的反应。（3）凸轮轴有时会发生断裂等故障。常见的原因有油压挺杆的裂纹和磨损、润滑不良、凸轮轴的质量不良、凸轮轴的正时齿轮的破裂等。图1.4凸轮轴的磨损图图1.5凸轮轴磨损图图1.6凸轮轴磨损图1.4凸轮轴的传动凸轮轴与传动曲轴之间的普通齿轮传动主要有并列齿轮曲轴传动、链条齿轮传动、齿状齿轮传动等传动，下置式传动凸轮轴和中置式传动凸轮轴与传动曲轴间多数同时使用一对圆筒形的正时传动齿轮，其主要噪声原因可能是由于每当圆筒形的正时传动齿轮被广泛投入使用时，一般从齿轮曲轴两端延申一直到一对凸轮轴仅由一对正时齿轮轴来进行正时传动，通过在一对凸轮轴上同时增加一对中间轴的惰轮啮合即可有效缓解正时传动中的齿轮曲轴直径太小的噪音问题，为了顺畅地对其进行齿轮啮合，降低其传动工作时的噪音，正时传动齿轮多数会选择曲轴倾斜式的齿轮。链条传动齿轮曲轴传动常被广泛地应用于汽车上置式齿轮传动中的凸轮轴与下传动齿轮曲轴之间的传动连接固定位置，但由于传动曲轴齿轮相比与下的传动齿轮采用链条进行传动其高速工作时的可靠性和正常工作时的耐久性都比较差。因此在高转速小型柴油发动机上大多数人都会选择使用长的胶带齿形链或短的胶带传动链条用来代替已悬挂在胶带传动上的胶带链条，但在一些大型高转速功率中型柴油发动机上仍然普遍地会使用短的齿形环或链条用来代替胶带传动。齿形自动高速胶带传输系统主要具有工作快，振动噪声小等特点。1.5国内外凸轮轴研究现状凸轮机构在现实生活工业发展中扮演很重要的角色，凸轮轴在发动机中更是有着重要作用。在凸轮轴的研究发展历史中，学者们大多以利用最少的制造成本以及维修的费用下制造出具有最大生产效率的内燃机为目的对内燃机进行不断改进。随着计算机技术的不断发展与完善，国内外学者们越来越多习惯用MATLAB或者solidworks软件进行分析研究与计算，同时ANSYS,ABAQUS等软件也经常被学者们用来计算作用于零件的计算。有的学者在凸轮轴的结构设计方面进行研究，由于考虑到合理的设计能够减小磨损延长凸轮轴寿命，在结构方面，凸轮型线的合理设计占主要方面，因此在[1]侯庆动这篇硕士论文中就是对凸轮型线方面加以研究，他利用函数方法，通过MATLAB软件得到最优的解，其次利用B样条曲线对从动件的速度，加速度和位移进行调整改进，通过对凸轮轴所受来自于挺柱的接触应力的研究，提出在凸轮型线方面的优化措施。迄今为止，仍有许多研究人员对凸轮的磨损消耗进行认真仔细地研究，例如[2]余旭康对凸轮轴的上置式配气机构的磨损进行了细致的研究，他计算了凸轮轴的磨损量，通过利用各种传感器进行实验，在其余参数不变的条件下，测量在不同转速，半径等条件下，通过其余加速度，气门位移等参数推导公式方程。利用公式与推导公式等计算出不同载荷下凸轮的磨损量，进而研究对凸轮轴寿命的影响，进而达到优化凸轮轴设计的目的。还有一些国内外的学者研究人员对凸轮轴材料方面进行研究，通过改变凸轮轴的材料，进而改变凸轮轴的强度等性能参数。例如[3]此文献主要研究了正火工艺参数的调整对凸轮轴用Cf53材料力学性能的影响，形成了优化后的工艺方案，为提高凸轮轴的综合性能提供了试验依据，通过前期到M机型凸轮轴的供方公司生产现场进行了调研分析，针对发现的问题提出了正火设备、正火温度、冷却速度等工艺参数调整的改进措施，针对生产工艺改进后的Cf53钢凸轮轴进行本体材料的理化性能分析，研究正火工艺对凸轮轴用Cf53钢力学性能的影响，为提高凸轮轴的综合性能提供合理的工艺方案。在凸轮轴的发展历史之中，有不少科学家对凸轮轴加工为首要研究方向，研究可以采用哪些加工方案能够对凸轮轴的性能等方面进行改进与完善，能够延长其使用寿命。例如[4]中张忍安，王宁等人研究能否通过改进加工机床来对凸轮轴进行改善，降低生产中的报废率。通过研究得出结论，在正常加工铸造过程中，气孔，夹渣，反白口等缺陷会极大的增大生产中的报废率，因此通过不断地试验，发现在原材料的基础上加入型砂添加剂；在加工之前预加热等方法都可以有效地减少孔裂等损坏现象的产生，同时再使用高强度的硅氧化纤维材料，增加凝固力等方法也会很大程度上的降低报废率。还有大多数国内外学者对凸轮轴的变形与失效这一方面入手开展研究，例如[5]针对某型工程柴油火力发电机组的应力凸轮轴加工过程应力中校直系统断裂或者失效两种情况，将应力热处理和应力校直从缓解热应力的力学角度分析视作应力耦合处理系统。运用了对有限元素的分析方法以热断残余残留应力及其应变温度作为关键，对采用热处理-元件校直的单向和热耦合反应过程结果进行定量分析，得到了热断裂反应区域及附近的残留应力和残余应变温度随中断时间的温度变化响应曲线。将相关仿真试验结果与有限凸轮轴实际元件变形以及断裂元件失效实际情况结合进行分析对比，确保其仿真结果的正确性，并在此基础上开展研究，提出可以避免或极大程度上降低失效的具体措施。进而更好的保证凸轮轴的正常工作。其次仍有国外学者对随时间变化的载荷对不同材料进行了分析，如[13]以内燃机凸轮轴为研究对象，利用CATIAV5R20设计软件对其进行了建模，将CATIAV5R20STP格式的建模文件导入到ANSYS2019R2软件中，根据时间变化载荷对不同材料进行分析，材料为316不锈钢和35Ni1Cr60，可锻铸铁，EN24T和C55Mn15。在本项目中，通过动态分析、疲劳分析和模态分析，得出了不同振型下的变形、应力、应变和与频率有关的变形，疲劳分析是对构件寿命的估计。最后将仿真结果与理论计算值进行了比较。得到最终结论为EN24T材料是最适合六缸柴油发动机凸轮轴的材料。还有例如[6]中通过改进凸轮轴与挺柱的接触方面进行研究，减缓它的接触应力改善其性能，增大寿命以此达到优化。随着科学技术的飞速发展，生产实际环境下对凸轮轴的各项性能指标要求越来越高，凸轮轴也会一直成为人类不断研究改进的重要零部件，在大量查阅参考文献的基础上，发现对凸轮轴强度的优化方面的研究相对较少，还有较大的研究发展空间，因此在本论文的研究角度上，这也是我的选题目的与方向。参考文献[1]侯庆东.发动机配气凸轮型线的动力学优化研究[D].北京理工大学，2016.[2]余旭康.凸轮轴顶置式配气机构凸轮磨损的研究[D].杭州电子科技大学，2015.[3]阎鼎甲.低合金激冷铸铁材质试制S195柴油机凸轮轴[J].内燃机，1993(01):27-29.[4]张忍安，仲衍文，王宁.S195柴油机凸轮轴铸造工艺改进[J].内燃机，1993(04):16-19.[5]周金详.S195型柴油机凸轮轴的轴向窜动引起齿盖损坏的试验研究[J].拖拉机，1987(03):47-48.[6]梅於芬，沈伟，冯静.一种输液泵凸轮轴的结构优化与试验研究[J].机械工程师，2019(08):138-139+143.[7]刘洪建，白书战，李振宁，柳海涛，李国祥.考虑凸轮轴变形的配气机构动力学分析[J].车用发动机，2018(05):20-25.[8]宁科亮.某款柴油机的凸轮轴优化设计[J].时代农机，2017，44(01):59-61+63.[9]范芳.发动机配气凸轮轴负载扭矩计算及振动研究[D].重庆大学，2012.[10]张敏捷,韩飞.发动机凸轮轴优化设计[J].汽车实用技术,2018(02):60-62.[11]汪万清.S195柴油机凸轮轴氮化尺寸链研究[J].四川工业学院学报，1987(01):69-74.[12]唐占飞.中型CNG发动机凸轮/挺柱接触应力与疲劳磨损失效分析[D].大连理工大学，2008.[13]RajatYadav,PankajKumarSingh,KamalSharmaAcomputationalstudyoncamshaftusedinICengineundervariousmaterialsandloadconditions2009,9(1):33-35.[14]DoyonGary,RudnevValery,MaherJohn,MinnickRandy,DesmierGlen.NewTechnologyStraightensOutCamshaftDistortion[J].IndustrialHeating,2014,82(12):28-31[15]Xia