凸轮型线的设计在配气机构设计中至关重要,而型线的设计主要在于工作段的设计。利用AVL EXCITE Timing Drive建立柴油机配气机构单阀系运动学模型,并在模型的基础上进行多项动力加速度凸轮型线的设计。设计单因素试验,分析了函数中各个参数对接触应力、跃度、润滑系数的影响规律。然后设计正交试验,获得满足动力学要求的参数组合,通过极差分析,得出了各参数对接触应力、跃度、润滑系数的影响显著性。研究结果表明各参数对接触应力的影响显著性顺序为c4>p>n>m;对跃度的影响显著性顺序为n>p>m>c4;对润滑系数的影响显著性顺序为c4>p>n>m。

配气机构中凸轮与从动件是一对重要的摩擦副,较易出现磨损、擦伤、劈裂等破坏。针对凸轮与从动件之间容易产生破坏的情况,通过改变气门弹簧的预紧力与刚度,以降低凸轮与从动件之间的接触应力,减少凸轮从动件间的接触破坏。利用AVL EXCITE Timing Drive建立某发动机配气机构单阀系动力学模型,对不同转速下的模型进行动力学分析。在Design Explorer中进行拉丁超立方试验设计,再通过Nelder-Mead算法对得到的试验数组进行优化,得出最佳的接触应力、弹簧预紧力与刚度的组合。试验与优化过程中,通过设置接触损失角和气门落座速度两个约束条件对优化结果进行约束,以防止弹簧预紧力与刚度的变化对机构整体的影响。优化得到的弹簧预紧力与刚度使得不同转速下最大接触应力均有所降低,且未出现飞脱现象。

基于Patir和Cheng的平均流量方程和流量因子,计入表面形貌和弹性变形等因素,以流体润滑理论为基础,建立内燃机主轴承的润滑分析计算模型;研究主轴颈和轴瓦表面形貌对主轴承最小油膜厚度、最大油膜压力、摩擦损失总功和粗糙接触压力等润滑特性的影响。结果表明,轴颈和轴瓦表面粗糙度值大小和纹理方向对主轴承润滑性能具有显著影响,随着粗糙度值的增加,最小油膜厚度增加,油膜压力减小,粗糙接触压力增加,摩擦损失总功增大;相较横向纹理和各向同性,纵向纹理有利于提高最小油膜厚度,降低粗糙接触压力和摩擦损失总功;当粗糙度值不变时,随着内燃机转速和爆发压力的增加,粗糙接触压力增加,粗糙摩擦损失功率增加,导致磨损加剧效率降低。

基于平均流量模型的广义Reynolds方程，推导考虑轴承形状误差的综合油膜厚度表达式；针对内燃机主轴承，建立其润滑分析计算模型，研究轴颈和轴瓦上的直线度误差和圆度误差对主轴承润滑性能的影响。结果表明：同种误差类型不同的素线线型影响差异较大，相较理想轴颈，都使得油膜压力增加，最小油膜厚度减小，摩擦损失功增加，其中线形峰值影响显著，线形对称性有利于改善轴颈倾斜；轴颈和轴瓦形状误差对润滑性能存在耦合的作用，其两者形状误差线形方向的差异使得部分地方油膜厚度出现增加或减小的情况：不同工况下形状误差对润滑性能的影响差异较大，随着转速的增加形状误差影响润滑性能程度加剧，最大油膜压力增加，最小油膜厚度减小，摩擦损失总功增大。