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        高速汽油機(jī)凸輪搖臂接觸載荷實(shí)驗(yàn)研究

        2016-11-24 17:18:11梁奇
        山東工業(yè)技術(shù) 2016年21期

        梁奇

        摘 要:小型汽油機(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明低轉(zhuǎn)速下,載荷峰值出現(xiàn)在凸輪最大升程點(diǎn)上;在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),峰值出現(xiàn)在升程與回程的起始點(diǎn)上。在Archard模型的基礎(chǔ)上,建立了凸輪磨損模型,分析了不同轉(zhuǎn)速下凸輪的磨損壽命,并計(jì)算出凸輪磨損最嚴(yán)重的幾個(gè)位置的磨損速率。

        關(guān)鍵詞:內(nèi)燃機(jī);搖臂載荷;正向載荷峰值

        DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.21.067

        0 引 言

        在摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)的凸輪磨損最嚴(yán)重的位置在升程與回程的起始點(diǎn)附近,而在船機(jī)的凸輪上磨損最嚴(yán)重的位置在最大升程點(diǎn)附近。由此得出一個(gè)推想,內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)對(duì)凸輪的載荷峰值位置產(chǎn)生影響,當(dāng)轉(zhuǎn)速較高的時(shí)候?qū)τ谕馆喌妮d荷峰值出現(xiàn)在升程與回程起始點(diǎn),當(dāng)轉(zhuǎn)速較低的時(shí)候凸輪載荷峰值出現(xiàn)在最大升程點(diǎn)。

        1 不同轉(zhuǎn)速下?lián)u臂載荷實(shí)驗(yàn)

        在配氣機(jī)構(gòu)中,搖臂載荷的大小可以反映凸輪受力的大小。通過搖臂載荷就可以求解凸輪接觸載荷,而且凸輪上的載荷在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中很難測(cè)的,所以在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中將應(yīng)變片貼于搖臂上測(cè)得搖臂載荷同樣可以反映出凸輪載荷的峰值情況。電阻應(yīng)變片貼在搖臂氣門端,應(yīng)變片通過橋盒連接至動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀。使用數(shù)據(jù)采集器采集并傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。從凸輪軸轉(zhuǎn)速400 r/min到3250 r/min取15個(gè)數(shù)據(jù)。整理排氣搖臂載荷大小隨凸輪軸轉(zhuǎn)角信號(hào)如圖5所示:

        2 分析與結(jié)論

        分析Archard磨損公式和實(shí)際工況,可以知道在整個(gè)凸輪面上,粘著磨損系數(shù)K和材料的屈服極限相同。在使用標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動(dòng)機(jī)油潤(rùn)滑的情況下,磨損系數(shù)K為10-10。由文獻(xiàn)[2]得知鍛鋼凸輪的屈服極限為470 MPa。在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中,摩擦距離與相對(duì)滑移速度成正比。故,磨損量的影響因素就可以簡(jiǎn)化為法向載荷W和凸輪相對(duì)滑移速度v。這樣凸輪磨損量問題,就可以用這兩個(gè)量的積來反映。在此,用F來表示。

        其中Q為凸輪各個(gè)角度的磨損量,Qi為各個(gè)轉(zhuǎn)速一轉(zhuǎn)的磨損量,N0為總轉(zhuǎn)數(shù),Pi為各個(gè)轉(zhuǎn)速所占時(shí)間的百分比,ni為轉(zhuǎn)速。由公式(2),可以得到加權(quán)計(jì)算后,3 000 000轉(zhuǎn)下的凸輪各個(gè)角度的磨損量圖譜。 由圖3可以得知,載荷峰值出現(xiàn)位置在134°和242°這兩個(gè)位置上,與凸輪的推程回程起始點(diǎn)位置重合。并且,從圖中可以看見在174°和196°的位置上磨損量也是較大的,所以在凸輪的最大升程點(diǎn)(即180°)兩側(cè)同樣是磨損較嚴(yán)重的區(qū)域。由此可以算出磨損最嚴(yán)重的幾個(gè)位置的磨損壽命如表1。

        3 結(jié)束語(yǔ)

        當(dāng)內(nèi)燃機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),凸輪升程與回程的起始點(diǎn)上磨損載荷最大;當(dāng)內(nèi)燃機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),凸輪最大升程點(diǎn)上磨損載荷最大。對(duì)各個(gè)轉(zhuǎn)速進(jìn)行加權(quán)模擬實(shí)際工況后,可以發(fā)現(xiàn)高速汽油機(jī)凸輪的242°磨損壽命最短,在加工制造過程中可以相應(yīng)地進(jìn)行硬度上的加強(qiáng)。

        參考文獻(xiàn):

        [1]Micrea Teodorescu,Dinu Taraza,Naeim A H.Experimental Analysis of Dynamics and Friction in Valve Train Systems [J].SAE 2002 World Congress & Exhibition,2002:1027-1038.

        [2]JB/T6728.1-2008,內(nèi)燃機(jī).凸輪軸.第1部分:技術(shù)條件[S].

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