LC250摩托车发动机配气机构的开发设计研究

论文摘要

为解决LC250摩托车发动机在市场上出现的气门飞脱的问题,保证发动机低速动力性和配气机构的高速可靠性,本文从运动学和动力学分析的角度出发,针对LC250发动机的配气机构设计进行研究,详细论述了该款小型高速摩托车发动机配气机构的设计、CAE分析与优化以及综合试验分析与验证的情况。本文利用AVL公司的TYCON软件建立了LC250摩托车发动机的配气机构仿真模型,详细介绍了模型的建立和评价准则,阐述了凸轮升程曲线的设计及其影响因素,分析了气门等零部件的运动特性和凸轮及其从动件的运动规律极其影响因素,以及原机气门存在飞脱故障的问题所在;针对此问题优化设计了凸轮型线,并重新进行了计算分析。结果显示,改进后的发动机配气机构设计达到了设计目标,能够在满足原机性能不变的情况下解决气门飞脱的问题;同时,发动机样机试验验证了经优化设计后的凸轮轴应用的可靠性,改进凸轮型线后的发动机的最大功率和扭矩分别增加5.41%和1.42%,燃油消耗率显著下降超过5.5%。通过考核发动机疲劳寿命,评价发动机的耐久性指标、可靠性指标、噪音指标等均满足行业标准。自2009年10月投放市场后反应良好,满足市场要求,达到了优化的目的,同时也验证了模拟计算的有效性和设计的可行性。本文根据企业的实际出发,针对小型高速发动机的特点,在国内行业中首次提出了发动机超速试验和变速试验两种配气机构专项综合试验方法,解决了摩托车行业发动机配气机构实验手段单一、实验设备缺乏、评价方式简单的问题,是目前配气机构综合评价行之有效的试验方式。本文工作为LC250发动机配气机构的进一步优化和企业内其他新品发动机的配气机构的正向开发设计奠定了基础,所实施的LC250发动机项目占领了部分市场,为企业创造了一定的效益。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 立式摩托车发动机配气机构简介
• 1.2 内燃机配气机构设计的进展
• 1.2.1 静态设计
• 1.2.2 动态设计
• 1.2.3 优化设计
• 1.3 本课题研究目的及内容
• 1.3.1 本课题研究目的
• 1.3.2 本课题研究内容
• 第二章 LC250 发动机配气机构的结构设计
• 2.1 配气机构的总体设计
• 2.1.1 LC250 发动机参数
• 2.1.2 配气机构的主要设计要求
• 2.1.3 下置凸轮轴式配气机构布置
• 2.1.4 挺柱球面对气门杆端面的滑移
• 2.2 气门机构的通过能力
• 2.2.1 时面值与丰满系数
• 2.2.2 气门直径和最大升程
• 2.3 气门弹簧设计
• 2.3.1 气门弹簧简述
• 2.3.2 气门弹簧设计要求和依据
• 2.3.3 变节距弹簧设计
• 2.3.4 气门弹簧强度验算
• 2.3.5 气门弹簧共振校核
• 2.4 凸轮型线设计
• 2.4.1 凸轮型线缓冲段设计
• 2.4.2 凸轮型线工作段设计
• 2.5 配气机构参数
• 2.6 LC250 发动机配气机构存在的问题
• 2.7 本章小结
• 第三章 LC250 发动机配气机构计算模型设计与仿真分析
• 3.1 配气机构的计算模型
• 3.1.1 配气机构的一般计算
• 3.1.2 专业配气机构软件的计算
• 3.2 AVL TYCON 建模及参数求解
• 3.2.1 配气机构模型建立
• 3.2.2 模型参数的确定方法
• 3.3 配气机构综合性能评价准则
• 3.4 配气机构运动学及动力学计算
• 3.4.1 运动学的计算结果
• 3.4.2 动力学计算结果
• 3.5 本章小结
• 第四章 LC250 发动机配气机构优化设计与分析
• 4.1 凸轮型线优化方案设计
• 4.1.1 凸轮型线方案构造
• 4.1.2 凸轮型线方案对比
• 4.2 改进凸轮改后的运动学分析
• 4.3 改进凸轮后的动力学性能分析
• 4.3.1 气门落座特性
• 4.3.2 气门加速度曲线分析
• 4.3.3 气门弹簧的动力学特性
• 4.3.4 凸轮接触应力和润滑情况
• 4.3.5 配气机构改进前后的性能比较
• 4.4 转速变化对丰满系数的影响
• 4.5 气门间隙变化的影响
• 4.6 凸轮基圆变化的影响
• 4.7 本章小结
• 第五章 LC250 发动机配气机构的优化试验研究
• 5.1 静态测试与计算结果对比
• 5.1.1 配气相位的测试对比
• 5.1.2 配气凸轮轮廓检测分析
• 5.2 发动机及配气机构综合测试
• 5.2.1 发动机性能测试与可靠性试验
• 5.2.2 配气机构动态测试与燃烧分析
• 5.2.3 发动机超速及变速工况测试
• 5.2.4 声音评价与市场认可度
• 5.3 本章小结
• 第六章 全文总结及展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢