Выявление резервов по снижению нагруженности клапанного привода ДВС на основе совершенствования его математической модели

• Автор: Фёдоров, Николай Николаевич
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Волгоград
• Количество страниц: 139 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 Анализ влияния динамики МГР на его нагруженность, работоспособность и надежность
1.2 Динамические модели МГР поршневого двигателя.
Представление клапанных пружин
1.2.1 Системы с одной степенью свободы
1.2.2 Системы с несколькими степенями свободы.
Многомассовый подход
1.2.3 Эквивалентный стержень
1.3 Метод конечных элементов (МКЭ)
1.4 Влияние колебаний витков клапанных пружин на динамику МГР.
Методы повышения динамических качеств клапанного привода
1.5 Выводы по главе. Цель и основные задачи исследования
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА УНИВЕРСАЛЬНОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИКИ МГР ДВС С ВАРИАТИВНЫМ ПРЕДСТАВЛЕНИЕМ КЛАПАННЫХ ПРУЖИН
2.1 Модель эквивалентного стержня. Идентификация параметров
2.2 Численное решение уравнений колебаний витков клапанных пружин
2.3 Моделирование динамики МГР автомобильного двигателя. Определение структуры и идентификация модели по экспериментальным данным
2.4 Разработка методики моделирования динамики МГР автомобильного двигателя с вариативным представлением клапанных пружин
2.5 Алгоритм и структура разработанного программного комплекса исследования динамики МГР

2.6 Обработка результатов и оценка адекватности разработанной математической модели
2.7 Результаты и выводы
ГЛАВА 3. УЛУЧШЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ КАЧЕСТВ КЛАПАННОГО ПРИВОДА ВЫСОКООБОРОТНЫХ две
3.1 Оценка нагруженности клапанных пружин высокооборотных ДВС
3.2 Влияние коэффициента демпфирования. Оценка эффективности применение масляной ванны для снижения интенсивности вибраций
3.3 Конструктивные методы снижения интенсивности вибраций клапанных пружин современных высокооборотных ДВС
3.4 Определение силы трения, развиваемой пружинным демпфером
3.5 Динамическая модель клапанной пружины с демпфером
3.6 Идентификация разработанной модели по экспериментальным данным и оценка эффективности применения пружинного демпфера на высокооборотном двигателе
3.7 Результаты и выводы
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МГР ДВС
4.1 Описание экспериментальной установки и методика проведения сперимента
4.2 Регистрация колебаний витков клапанной пружины в приводе МГР
4.3 Обработка результатов экспериментального исследования
4.4 Оценка воспроизводимости эксперимента
4.5 Результаты и выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Механизм газораспределения (МГР) является одним из наиболее ответственных и нагруженных устройств двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Разработка конструкции клапанного механизма ДВС и оценка его нагруженности представляет собой сложную задачу, что связано с его работой в условиях постоянно изменяющихся скоростных и нагрузочных режимов. Кроме того, наличие упругих звеньев в кинематической цепи привода, деформирующихся при передаче движения клапану, переменный характер их нагружения, а также возникающие напряжения сжатия, растяжения, изгиба и кручения в системе снижают надёжность деталей. Это явление наиболее ярко проявляется в клапанной пружине, которая обладает наименьшей, по сравнению с другими деталями клапанного привода, жёсткостью и наименьшей собственной частотой колебаний. Резонансные режимы работы ДВС (по отношению к собственной частоте клапанной пружины) сопровождаются ростом напряжений в клапанной пружине, которые сказываются не только на напряжённом состоянии самой пружины, но и могут явиться причиной неудовлетворительной работы всего клапанного привода.
В связи с этим представляется актуальной разработка универсальной математической модели, которая позволяла бы более точно оценить влияние вибрации клапанных пружин на нагруженность клапанного привода и наиболее точно описать происходящие в МГР процессы. Однако существующие математические модели не в полной мере отражают особенности работы ряда клапанных механизмов, в частности не позволяют достоверно оценивать нагруженность клапанных пружин. Это приводит к снижению адекватности моделей и точности получаемых результатов.
Одним из возможных способов повышения достоверности получаемых результатов является совершенствование математической модели динамики МГР путём использования различных методов представления клапанных пружин в зависимости он
С учётом условия (2.12) это означает, что начальный момент решения должен соответствовать закрытому клапану —у(0) = 0.
Следовательно, решение уравнения движения (2.9) приходится решать для нескольких полных оборотов распределительного вала. Сходимость метода обусловлена наличием в уравнении (2.9) слагаемого, обусловленного учётом сил трения. Этот момент является одним из главных источников возрастания трудоёмкости расчётного исследования динамики механизма газораспределения. Если для простых моделей исследования динамики (например, одномассовой) достаточно найти решение уравнения движения клапана на одном рабочем участке профиля кулачка, то в рассматриваемом случае приходится решать уравнение (2.9) для нескольких полных оборотов распределительного вала.
В предложенной методике совместного решения уравнения движения клапана и волнового уравнения колебаний клапанной пружины реализован этот момент. Как правило, для отыскания периодического решения достаточно 10 итераций (то есть установившегося режима удаётся достигнуть в пределах 10 оборотов распределительного вала).
При решении уравнения (2.9) методом характеристик целесообразно ввести новые переменные
(2.13)
и заменить уравнение (2.9) системой уравнений первого порядка
(2.14)
Граничные условия (2.11) для новых переменных при нулевых начальных данных (2.12) принимают вид