基于正交试验的大功率柴油机凸轮型线设计

杨树彬，赵俊生，张忠伟，李 涵

（1.中北大学机械工程学院，山西 太原 030051；2.兵器工业第七〇研究所，天津 300400）

1 引言

合理的柴油机配气机构设计，直接影响着柴油机的可靠性、经济性、耐久性、噪音、振动等性能。而配气机构的设计关键在于凸轮型线的设计，型线的设计主要采用三种函数：多项动力加速度函数（Polydyne）、分段加速度函数（ISAC）与等加速度（STAC）函数。多项动力加速度函数有较高的丰满系数，更适合大功率柴油机平面挺柱阀系[1]。此前，文献[2]针对4 组参数组合，分析了不同的参数组合对配气机构运动学特性的影响，文献[3]分析了参数p 对运动学特性的影响，但二人均未对单个参数进行详细分析。研究表明，Polydyne 中各参数对接触应力、跃度、润滑系数的影响较为显著，而其他运动学指标相对稳定。因此，研究各参数对接触应力、跃度、润滑系数的影响规律及其显著性就显得较为重要。

针对大功率柴油机配气机构凸轮型线的设计，采用Polydyne，在充分考虑单因素对接触应力、跃度、润滑系数影响的基础上进行了正交试验设计，并通过极差分析了各参数对接触应力、跃度、润滑系数的影响显著性。

2 运动学模型

运动学模型包括凸轮单元、油膜单元、挺柱、气门杆、气门阀面、大弹簧、小弹簧七个单元。进气门运动学模型，在此模型的基础上，应用TD 中的cam design 模块设计凸轮型线，如图1 所示。设计凸轮型线首先要满足运动学的要求，所以研究参数对运动学的影响至关重要。

3 凸轮型线的设计

Polydyne 凸轮工作段升程曲线的表达式[4]为：