汽車(chē)發(fā)動(dòng)機氣門(mén)彈簧的最優(yōu)化設計與計算分析論文

汽車(chē)發(fā)動(dòng)機氣門(mén)彈簧的最優(yōu)化設計與計算分析論文

　　0引言

　　配氣機構是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機最重要的組成部分之一，而氣門(mén)彈簧是配氣機構氣門(mén)組的重要零件，其功用是保證氣門(mén)關(guān)閉時(shí)能緊密地與氣門(mén)座或氣門(mén)座圈貼合，并克服在氣門(mén)開(kāi)啟時(shí)配氣機構產(chǎn)生的慣性力，使傳動(dòng)件始終受凸輪控制而不相互脫離。因此，氣門(mén)彈簧應具有合適的剛度、足夠的抗疲勞強度、質(zhì)量要輕、彈力要小以及避免在工作時(shí)發(fā)生顫振現象。本文對氣門(mén)彈簧設計的變量、目標函數及約束條件進(jìn)行了分析，提出了氣門(mén)彈簧優(yōu)化設計的數學(xué)模型，并進(jìn)行實(shí)例驗證數學(xué)模型的可行性，旨在克服傳統設計方法耗費大量人力物力的缺陷，降低制造成本，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)核心竟爭力。

　　1氣門(mén)彈簧最優(yōu)化設計數學(xué)原理

　　1.1最優(yōu)化參數的確定

　　圓柱形螺旋氣門(mén)彈簧設計時(shí)，除選材料及規定熱處理要求外，主要是根據最大工作載荷、最大變形以及結構要求等來(lái)確定彈簧的鋼絲直徑d,中徑Dz、工作圈數n、節距t或螺旋升角a和高度H等。通常取彈簧鋼絲直徑d，彈簧中徑D:和彈簧工作圈數n為最優(yōu)化設計的設計變量。

　　1. 2建立最優(yōu)目標函數

　　目標函數可根據彈簧的工作特點(diǎn)和對它的專(zhuān)門(mén)要求來(lái)建立。例如，對于因工作特點(diǎn)極易導致疲勞損壞的彈簧，則應以疲勞安全系數最大作為最優(yōu)化設計的目標;對于安裝空間很緊、要求盡量減小輪廓尺寸的彈簧，則應以其外徑或高度最小，從而得到最小安裝尺寸作為最優(yōu)化設計的目標，本文以彈簧彈力最小作為最優(yōu)化設計的目標。

　　1 .3最優(yōu)化設計數學(xué)模型的確定

　　由上述得到的最優(yōu)化條件和約束條件，其數學(xué)模型可以歸結。

　　2氣門(mén)彈簧實(shí)例設計計算

　　設對江鈴某一小型柴油發(fā)動(dòng)機氣門(mén)彈簧進(jìn)行優(yōu)化，其不同工況的轉速為:怠速850 r/min;中速時(shí)2 500 r/min;高速(額定轉速)時(shí)3 600 r/min其氣門(mén)彈簧材料采用65Mn.剪切彈簧性模量G=81 340 MPa，最大變形量d =31. 17 mm，工作溫度T=126 0C，彈簧結構:2.5 mm<d<6 60="" c="(Dld)" mm.30="" n2="2.">60。對于單目標多約束的優(yōu)化設計的計算方法很多，本文以彈力最小為目標，采用遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化設計計算。

　　3結論

　　通過(guò)分析與計算可以看出，采用遺傳算法對氣門(mén)彈簧進(jìn)行最優(yōu)化設計，在保證氣門(mén)彈簧工作性能要求的同時(shí)減小了彈簧的彈簧力，如果全車(chē)都使用這種優(yōu)化后的彈簧則整臺發(fā)動(dòng)機在配氣機構上消耗的功率會(huì )減少，進(jìn)而間接地提高了發(fā)動(dòng)機的輸出功率。與傳統的彈簧設計方法相比，提高了發(fā)動(dòng)機的燃油經(jīng)濟效益，從而大大提高了市場(chǎng)競爭力。

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