CAE在发动机凸轮轴优化中的应用

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1、CAE在发动机凸轮轴优化中的应用李荣富杨连波上汽通用五菱汽车股份有限公司【摘要】通过运用Excite-Timing-Drive软件的凸轮设计模块，对某新凸轮轴型线进行运动学和动力学分析。并根据分析结果对该凸轮轴型线给出优化建议，能满足运动学和动力学要求。使得优化后的凸轮轴型线更具实用性。【关键词】凸轮轴型线运动学动力学ApplyingCAEonOptimizationforEngineCamshaftLiRongfuYangLianboSAICSAIC-SAIC---GMGMGMGM----WuWuWuWulingAutomobileCo.,LtdlingAutomobil

2、eCo.,LtdlingAutomobileCo.,LtdlingAutomobileCo.,LtdAbstract:ByusingcamdesignmoduleofExcite-Timing-Drivesoftwaretoanalyzethekinematicsanddynamicsofanewcamshaftprofile,andprovideoptimizedsuggestionsbasedontheanalysisresults.Theoptimizedcamshaftprofileismoreapplicable.Keyworks:camshaftprofilek

3、inematicsdynamics引言一般来说，我们会从排量，最大功率，最大扭矩，升功率四大最主要的指标来评价发动机的好坏及性能的差异。而提高发动机性能，我们又可以从以下四方面考虑：（1）减少机械损失提高机械效率。（2）改善换气过程提高换气质量。（3）提高对燃烧过程的控制，尽可能的利用燃烧产生的能量。（4）减少热损失及降低热负荷。因为阀系中的气门正时将对发动机的进、排气效率产生重要影响，所以本公司为使某发动机达到更优的性能指标，将从优化凸轮轴型线的角度来改善换气过程提高换气质量。如果按照传统流程来对凸轮轴进行优化，将需要很长的开发周期。而CAE的应用，则可以最大限度缩短这个

4、过程。本次优化主要有以下几个阶段:(1)首先应用boost软件对各种凸轮轴型线方案进行发动机性能模拟分析，找到最接近目标性能的凸轮轴型线。（2）运用Excite-Timing-Drive软件的凸轮设计模块对更改后的型线进行运动学和动力学分析，并根据分析结果对该型线再一次进行优化，使其满足运动学和动力学要求。（3）最后根据该型线的最终优化结果制作样件。（4）台架验证。本文将重点介绍如何运用Excite-Timing-Drive软件的凸轮设计模块来对备选型线进行运动学和动力学分析，以体现CAE技术在发动机凸轮轴设计中的应用。1模型建立分析计算结果，校核其运动学和动力学特性。凸轮

5、轴型线初步分析为改善原型机中低速性能，以原凸轮轴型线为基础，经过boost模拟运算，得到优化后的型线A，如图1.。图中黑线为某发动机原凸轮型线，红线为修改后的型线A。从图中可以看出，相比原机的凸轮型线，型线A在桃尖处要尖锐的多，即丰满度低。这种型线往往对低速有利。但对接触应力和润滑影响很大。图1运行Excite-Timing-Drive，根据某型发动机的凸轮阀系的布置、材料及尺寸建立进气阀系的模拟数模，如图2.驱动激励凸轮轴阀系相位凸轮型线轴承润滑弹簧气门杆及附件图2模型建立好后首先进行型线的运动学分析，然后计算曲轴转速在4200rpm（最大扭矩点）、6000rpm、660

6、0rpm和7200rpm（考虑超速）下的单阀系动力学特性。2运动学计算结果及结果分析运动学结果如图3.WARNING(S):Thehighestcamtotappetcontactstressof4.3588e+009[N/m2]Thecamcontourhasapeakbeginningat3.0456[rad].Thelowestlubricationcoefficientof0[-]isbelowthelimitof0.15[-].Naturalfrequencyofvalvetrain........3.539e+0031/sMaximumcamtotappetco

7、ntactstress................4.359e+003N/mm^2Maximumabsolutevalueofcamtorque..5.323N.mMinimumforcefactor..........1.443Flowcoefficient(total)..........0.000e+000OpeningsideClosingsideEigenfrequencyratioofthevalvetrain..[-]3.283e+0003.283e+000Maximumjerk[mm/rad^3