[发明专利]基于参数化柱塞运动规律的最小基圆凸轮型线设计方法

说明书

本发明公开一种基于参数化柱塞运动规律的最小基圆凸轮型线设计方法，根据柱塞运动升程曲线、泵端燃油压力特性曲线、与凸轮所匹配的滚子直径和设定的基圆半径初始值，计算得到凸轮的压力角、曲率半径与接触应力；通过逐步增大基圆半径进行迭代计算直到压力角、曲率半径与接触应力满足压力角、曲率半径与受力情况设计准则，获得满足凸轮型线设计准则的最小基圆半径；根据柱塞运动过程的升程曲线、最小基圆半径和与凸轮所匹配的滚子直径得到最终确定的凸轮型线，本发明能够快速获取适用于该凸轮升程曲线的最小凸轮基圆半径，从而能够快速得到一个完整的供油凸轮。

技术领域

本发明属于发动机设计的技术领域，具体涉及一种基于参数化柱塞运动规律的最小基圆凸轮型线设计方法。

背景技术

电控单体泵高压喷射燃油系统，作为第三代脉动式电控喷油系统，其供油规律主要受供油凸轮型线影响。在供油系统结构参数一定的条件下，其充油过程、建压过程以及喷射过程的性能表现都与供油凸轮型线的合理匹配存在直接关系。

基于供油系统对凸轮型线的需求，可以提出供油凸轮型线设计准则的数学表达式，在此约束下，可以建立凸轮机构运动规律的数学表达式，实现凸轮型线的参数化设计，进而获得凸轮型线的准确数学表达式。

同时，传统的供油凸轮型线设计方法参数繁多，且计算方程复杂，而其主要设计目的更多的是满足于动力学以及加工工艺性能，并未充分考虑到供油系统以及柴油机本身的性能要求，由此在实际设计过程中往往采用提高安全系数的方法来保证可靠性，导致凸轮轴直径过大、系统紧凑性下降。

因此供油凸轮型线的设计需借助参数化设计方法，在保证动力学和加工工艺要求的条件下，简化设计过程，同时实现最小的基圆半径求解，便能够解决传统供油凸轮型线所带来的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明基于能够快速准确的设计发动机供油凸轮型线的要求，旨在通过参数化柱塞运动规律的凸轮升程型线基础上，能够快速获取适用于该凸轮升程曲线的最小凸轮基圆半径，从而能够快速得到一个完整的供油凸轮。

实现本发明的技术方案如下：

一种基于参数化柱塞运动规律的最小基圆凸轮型线设计方法，包括以下步骤：

步骤一、根据满足柱塞运动规律设计准则的柱塞运动升程曲线、泵端燃油压力特性曲线、与凸轮所匹配的滚子直径和设定的基圆半径初始值，计算得到凸轮的压力角、曲率半径与接触应力；

步骤二、通过逐步增大基圆半径进行迭代计算直到压力角、曲率半径与接触应力满足压力角、曲率半径与受力情况设计准则，获得满足凸轮型线设计准则的最小基圆半径；

所述凸轮型线设计准则包括柱塞运动规律设计准则和压力角、曲率半径与受力情况设计准则；

步骤三、根据柱塞运动过程的升程曲线、最小基圆半径和与凸轮所匹配的滚子直径得到最终确定的凸轮型线。

进一步地，所述柱塞运动升程曲线的计算过程为：根据柱塞运动规律设计准则得到柱塞加速度表达式，对加速度表达式进行积分运算获得柱塞运动升程曲线。

进一步地，所述泵端燃油压力特性曲线通过对柱塞运动规律进行仿真计算获得。

进一步地，所述泵端燃油压力特性曲线通过试验获得。

进一步地，凸轮的压力角、曲率半径与接触应力的计算如下：

其中，θ为压力角，H为柱塞运动升程曲线；R为凸轮基圆半径，r为滚子半径，α为凸轮转角；

其中，R_c为曲率半径，ρ'和ρ”分别是ρ的一阶和二阶导数；