中速柴油机凸轮轴优化设计.pdf

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1、第1期内燃机NO．12012年2月InternalCombustionEnginesFeb．2012摘要：在一台中速8缸直列柴油机的凸轮轴优化设计过程中，应用先进的CAD、CAE设计方法，对凸轮轴的工作受力状态进行了仿真分析，计算并校核了连接螺栓的强度和凸轮轴工作可靠性，为提高我国柴油机自主研发、自主制造的水平提供了一条有效的途径。关键词：柴油机；凸轮轴；优化设计；仿真计算中图分类号：TK422文献标识码：B文章编号：1000—6494(2012)01—0014—03TheOptimizingDesignofCam

2、shaftfortheMediumSpeedDieselEngineHUANGShen(CSICShanghaiMarineDieselEngineResearchInstitute，Shanghai201108，China)Abstract：Intheprocessoftheoptimizingdesignofcamshaftforamedium-speed8-cylinderL-typeofdieselengine，theadvanceddesignmethodsofCAD&CAEareappliedtosim

3、ulateandanalyzetheoperatingstateofthecamshaft，andtocalculateandverifytheintensityoftheconnectingboltsandtheoperatingreliabilityofthecamshaftSOastoprovideanefectiveaccessforimprovingtheindependent—research&development，independent—manufacturelevelofourdieselengi

4、ne．Keyword：dieselengine；camshaft；optimizingdesign；simulation&calculation0前言工设备完成所需的机械加工，同时保证在将这两个分段设计的凸轮轴组合在一起装机后，仍能满足凸在全球飞速发展的柴油机市场，提高自主研发轮轴原有的工作可靠性。和自主制造能力是企业在日益激烈的竞争中取胜的关键环节。课题中的凸轮轴原为一中速8缸直1优化设计方案列、可逆转式柴油机上的进口件，该机型多年来一根据该机型凸轮轴上进排气凸轮、倒挂轴承位直依靠引进国外专利技术进行生产，进口件

5、数量较置，确定凸轮轴分段位置在第四缸排气凸轮与倒挂大，成本造价高。为了进一步提高市场竞争力，提轴承之间。从机械加工的难易程度、加工成本以及高该机型的零部件国产化率，将原进口件改为国内安装调整繁简程度等综合因素考虑，确定凸轮轴分自制件，提高自主制造能力，降低柴油机的生产成段连接方案的方式为在分段凸轮轴的连接端面上，本是主要解决途径之一。但是由于凸轮轴长度过采用若干个周向布置的螺栓进行拧紧连接，依靠螺长，国内机床的最大装夹长度达不到对凸轮轴进行栓拧紧后在连接端面上产生的摩擦力来传递扭矩。整轴装夹的要求，因而无法完成凸轮

6、轴的国产化加为保证凸轮轴在全长上的同轴度和凸轮片相位精度工。为了解决这一“瓶颈”问题，实现凸轮轴的国要求，在两个分段凸轮轴的连接法兰端面上分别设产化加工，因此对凸轮轴进行了优化设计，在轴向计有定位凹孔和定位凸台，并严格控制两者结合部上将一根整轴分段为两截，使其能够采用国内的加的尺寸加工精度和形位公差要求，同时在两段凸轮轴的结合端面上还设计有一保证凸轮相位的定位销作者简介：黄粲(1973一)，男，山东青岛人，硕士，孔。工程师，主要从事柴油机新产品开眭能优化改进及总体设计工作。2凸轮轴优化设计收稿日期：2011—1O一

7、27第1期黄粲：中速柴油机凸轮轴优化设计·15·言．§《割日一Ⅱ}酃露2．1优化设计的基本思路打开状态，或处一于进气结束，即将压缩状态。此缸首先根据内燃机仿真计算软件和相关计算公状态若为后者，则进气阀挺柱已处于下行阶段，其式计算出凸轮轴的扭矩，求算出分段处的载荷力，在凸轮轴上产生的扭矩与做功缸因喷油在凸轮轴上这个载荷力跟传递它的摩擦力大小相等，方向相产生的扭矩方向相反，且远远小于做功缸因喷油在反。然后根据12个M16的螺栓分担的摩擦力算出凸轮轴上产生的扭矩。为安全起见，可不考虑该扭螺栓所需的预紧力，再考虑摩擦传力的

8、安全系数，矩对做功缸因喷油在凸轮轴上产生的扭矩的削弱作求出螺栓的拧紧力矩。这个拧紧力矩要是小于该直用。若此缸状态为前者，即排气阀处于正在打开状径螺栓规定的拧紧力矩，则按照规定力矩拧紧的螺态，从配气定时可知，当作功缸刚开始喷油时，另栓就能保证端面传递扭矩所需的摩擦力。同时根据一缸排气阀已打开，曲柄转角为62。，从下面的第四强度理论校核单个螺栓的强度。曲柄转角与