一种船用柴油机供油凸轮升程曲线设计方法与流程

本发明属于计算机软件设计和机械设计技术领域，具体涉及多项式函数凸轮升程曲线设计。

背景技术：

目前国内供油凸轮正向设计多是针对某一种供油特性或者某一类函数类型，并且计算过程比较繁琐，可移植性比较差，此外，在目前的设计条件下，凸轮设计对设计人员的设计能力要求较高，设计人员需要同时具备较高的凸轮设计技术和一定的编程能力，设计人员为了寻找一种可靠的凸轮型线往往需要经过多次繁琐的计算、筛选、校核过程，耗费大量的时间和精力，效率低下，出错率也比较高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种船用柴油机供油凸轮升程曲线设计方法，利用matlab软件强大的计算能力，并利用matlabgui编程使凸轮型线的设计过程更加便捷、高效。

本发明的技术方案如下：

一种船用柴油机供油凸轮升程曲线设计方法，采用多项式函数组合，设计过程分为四个步骤，参见图1，步骤1：确定分段数及各分段函数的形式；步骤2：输入凸轮的主要设计参数；步骤3：确定边界条件；步骤4：输出凸轮的设计曲线。

根据本发明描述的设计方法，步骤1主要是选择凸轮升程型线由几段曲线构成，然后再确定每段函数的形式，即多项式每一项的阶次，由各段函数共同组成一条完整的凸轮升程曲线。

步骤2主要是输入凸轮的主要设计参数，包括各分段点处的横坐标值、凸轮的最大升程值、达到预行程时的凸轮转角与预行程、达到有效行程时的凸轮转角与有效行程和凸轮转速。

步骤3主要是对起点、终点控制，升程点连续性控制，速度和加速度连续性控制，具体来说是：起点升程为0，速度为0；终点升程为最大升程，速度为0；各个分段点处升程曲线连续过渡；各个分段点处速度曲线连续过渡；根据设计要求有选择的控制加速度在各个分段点处的连续性。

步骤4借助matlab的计算功能及曲线图显示功能，并利用图形用户界面gui编程，最终输出凸轮升程曲线、速度曲线和加速度曲线，形象直观地显示在凸轮设计主界面。

本发明的优点如下：

1、参数自动检测，参见图2。

用户所有的输入错误，系统都会智能地给出提示，如：

(1)输入参数不规范：如输入参数中带有标点、字母、空格等非数值参数。

(2)输入参数不合理：如输入参数中各分段点大小顺序不合理、

(3)不符合前文所述的相关原则等。

2、设计界面友好、凸轮设计过程方便快捷，能大大降低对凸轮设计人员的技能要求，凸轮设计人员只需要具备基本的凸轮设计技术即可完成对燃油喷射系统供油凸轮型线的设计。

3、借助matlab强大的计算能力和图形用户界面编程，使得凸轮设计人员无需再进行过去反复多次繁琐的计算和校对，节省了大量的时间，提高了效率和准确性。

附图说明

图1是多项式函数凸轮升程曲线设计流程；

图2参数自动检测；

图3选择分段数和每段多项式保留项；

图4输入设计参数；

图5分段点连续性控制；

图6凸轮曲线输出；

图7凸轮升程曲线设计主界面。

具体实施方式

以下结合附图和实施例进一步详细说明本发明的内容。

实施例：

1.建立数学模型

设计选择5段函数，每段所选的多项式分别为：

y1(x)＝c11x⁶+c13x⁴+c15x²+c16x+c17(1-1)

y2(x)＝c24x³+c25x²+c26x+c27(1-2)

y3(x)＝c36x+c37(1-3)

y4(x)＝c44x³+c45x²+c46x+c47(1-4)

y5(x)＝c51x⁶+c53x⁴+c54x³+c56x+c57(1-5)

2.设计输入参数

a)分段点横坐标分别为x0＝0、xa＝17、xb＝19、xc＝27、xd＝30、xe＝45；

b)凸轮最大升程h＝30；

c)达到预行程时的凸轮转角a＝18，预行程hp＝8；

d)达到有效行程时的凸轮转角b＝28，有效行程he＝11.5；

e)凸轮转速n＝650。

3.边界条件控制

5段多项式函数共计20个待解参数，所选边界条件为起点的升程、速度和加速度都为0；终点的升程为h＝30，终点速度和加速度都为0；各段函数分段点处的升程、速度和加速度全部连续，20个有效方程如下：

a)预行程控制方程：y2(a)＝hp；

b)有效行程控制的方程：y4(b)＝he；

c)x0处升程、速度、加速度控制方程分别为：y1(x0)＝0；y1′(x0)＝0；y1″(x0)＝0；

d)xa处升程、速度、加速度连续控制方程分别为：y1(xa)＝y2(xa)；y1′(xa)＝y2′(xa)；y1″(xa)＝y2″(xa)；

e)xb处升程、速度、加速度连续控制方程分别为：y2(xb)＝y3(xb)；y2′(xb)＝y3′(xb)；y2″(xb)＝y3″(xb)；

f)xc处升程、速度、加速度连续控制方程分别为：y3(xc)＝y4(xc)；y3′(xc)＝y4′(xc)；y3″(xc)＝y4″(xc)；

g)xd处升程、速度、加速度连续控制方程分别为：y4(xd)＝y5(xd)；y4′(xd)＝y5′(xd)；y4″(xd)＝y5″(xd)；

h)xe处升程、速度、加速度控制方程分别为：y5(xe)＝h；y5′(xe)＝0；y5″(xe)＝0

4.方程组求解

采用matlab中solve函数求解得式如下：

y1(x)＝-1.73×10^-7x⁶+1.32×10^-4x⁴

y2(x)＝-0.0021x³+0.121x²-1.148x+1.85

y3(x)＝1.15x-12.71

y4(x)＝-0.0014x³+0.1124x²-1.883x+14.6

y5(x)＝1.25×10^-8x⁶-1.29×10^-4x⁴+0.0059x³-2.754x+39.94

5.利用gui设计主界面简化设计过程如下：

(1)选择分段数和每段多项式的保留项，如图3所示。

(2)输入设计参数，如图4所示。

(3)起点、终点控制以及分段点升程、速度和加速度连续性控制，如图5所示。

(4)凸轮曲线输出，如图6所示。

(5)设计主界面如图7所示。

本方法设计的凸轮升程-角度曲线、速度-角度曲线和加速度-角度曲线能输出显示和并对输出精度进行控制以及可将数据导出为excel电子表格形式。

本设计方法的升程曲线由分段多项式函数光滑连接，利用matlab的计算能力进行分段多项式函数的求解计算，再利用gui语言编程辅助设计，将设计过程集成到一个可视化界面中，使得整个设计过程变得直观方便、快捷、高效。