一种配气凸轮的设计方法、设备和可读存储介质与流程

本发明属于内燃机，涉及内燃机的配气凸轮，具体涉及一种配气凸轮的设计方法、设备和可读存储介质。

背景技术：

1、配气凸轮是内燃机的配气系统的主要零件，用于控制气门的开启，实现内燃机的换气过程。为了使配气机构在高速运动过程中工作平稳，振动噪声较小，要求配气凸轮全段都要有良好的光滑性，尽可能保证加速度、跃度(升程函数的三阶导数)及更高阶导数连续。

2、内燃机的配气凸轮一般需要设计缓冲段来抵消气门间隙和配气机构系统的弹性变形，并和基本段分开设计，这就导致缓冲段设计较简单，缓冲段光滑性较差。现有缓冲段在开始点、结束点和分段处容易出现跃度及更高阶导数不连续的情况，由于这些导数不连续的存在，缓冲段在工作会产生一定的冲击，时间久了会引起凸轮的过度磨损。

3、为了解决上述问题，需要一种能够设计出可保证凸轮缓冲段连续性的方法。

技术实现思路

1、有鉴于此，为了提高凸轮缓冲段的连续性，本发明提供了一种带有缓冲段的配气凸轮的设计方法、设备和可读存储介质，通过输入少量设计参数，即可直接计算得到满足设计要求的配气凸轮，而且设计出的配气凸轮可以根据要求保证缓冲段升程任意高阶导数全部连续，光滑性较好，能够减小冲击，减小凸轮的磨损。

2、为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

3、第一方面，本发明提供了一种配气凸轮的设计方法，包括以下步骤：

4、步骤一：建立配气凸轮缓冲段设计方程，确定其升程表达式；

5、该配气凸轮缓冲段由一段高次方曲线和一段直线连接组成，缓冲段的凸轮升程表达式为：

6、h(a)＝c0+c1*a+c2*a2+c3*a3+c4*a4+…+cn*an 0≤a≤ah*g

7、h(a)＝e0+e1*a 0≤a≤ah*(1-g)

8、式中h为升程，a为凸轮转角，c0、c1、c2、c3、c4、…、cn、e0、e1为待定系数，n、ah、g为相关参数，n为高次方曲线最高次数，并且为大于6的奇数，ah为缓冲段总持续角度，g为高次方角度比例，g大于0小于等于1；

9、步骤二：获取设计目标，根据设计方程确定配气凸轮缓冲段的相关参数，确保跃度曲线保持连续；

10、设计目标包括缓冲段末端升程hh、缓冲段末端速度vh、缓冲段总持续角度ah、缓冲段需要连续的最高阶导数m；相关参数由设计目标得到，缓冲段总持续角度ah直接由设计目标得到，高次方角度比例g为高次方曲线持续角度占缓冲段总持续角度的比例，在大于0小于等于1的范围内调整，高次方曲线持续角度等于ah*g，直线段持续角度等于ah*(1-g)，高次方曲线持续角度ah*g小于等于缓冲段总持续角度ah，直线段持续角度ah*(1-g)大于等于0，根据缓冲段需要连续的最高阶导数m来确定高次方曲线最高次数n，高次方曲线最高次数n等于2m+1；

11、步骤三：确定配气凸轮缓冲段的升程数值表达式，根据数值表达式得到配气凸轮型线；

12、根据设计目标、相关参数和函数连续性的要求，求解得到配气凸轮缓冲段的全部待定系数，进而得到缓冲段的升程数值表达式，并根据数值表达式得到具体的配气凸轮型线。

13、进一步地，所述步骤二中，所述步骤二中，在缓冲段总持续角度ah给定时，改变高次方角度比例g就可以得到不同的高次方曲线持续角度；

14、如果给定缓冲段需要连续的最高阶导数m的最小值，则高次方曲线最高次数n有最小值，最小值为2m+1，n可以取更大的奇数。

15、进一步地，所述步骤三中求解得到全部待定系数的具体步骤为：

16、在高次方曲线开始点，升程、速度、加速度至升程的m阶导数都等于零，可以建立m+1个方程；

17、在高次方曲线结束点，升程等于缓冲段末端升程减去缓冲段末端速度乘以直线段持续角度，速度等于缓冲段末端速度，加速度至升程的m阶导数都等于零，同样可以建立m+1个方程，共建立2m+2个方程；

18、高次方曲线待定系数c0、c1、c2、c3、c4、…、cn共有2m+2个，联立方程组可以求出所有的高次方曲线待定系数c0、c1、c2、c3、c4、…、cn。

19、更进一步地，对于有直线段的情况下，所述步骤三中求解得到全部待定系数的具体步骤还包括，在直线段开始点升程等于高次方曲线末端升程等于缓冲段末端升程减去缓冲段末端速度乘以直线段持续角度，在直线段全段，速度都等于缓冲段末端速度，可得直线段待定系数：

20、e0＝hh-vh*ah*(1-g)，e1＝vh。

21、进一步地，设计目标和相关参数有一定的限制条件，包括缓冲段末端升程hh、末端速度vh、缓冲段总持续角度ah、高次方角度比例g都大于零，高次方角度比例g小于等于1。

22、更进一步地，当hh/vh/ah大于等于1时，高次方角度比例g大于0小于等于1，当hh/vh/ah小于1时，高次方角度比例g大于1-hh/vh/ah小于等于1。

23、可选地，当hh/vh/ah小于1时，n等于7并且g/(1-hh/vh/ah)在1.769至2.250之间，n等于9且g/(1-hh/vh/ah)在1.833至2.250之间，n等于11且g/(1-hh/vh/ah)在1.833至2.111之间，n等于13且g/(1-hh/vh/ah)在1.909至2.111之间，n等于15且g/(1-hh/vh/ah)在1.909至2.111之间。

24、可选地，当hh/vh/ah小于1时，g/(1-hh/vh/ah)等于2。

25、第二方面，本发明提供了一种配气凸轮，配气凸轮为由上述设计方法生成的配气凸轮。

26、第三方面，本发明提供了一种计算机设备，计算机设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的配气凸轮的设计程序，所述配气凸轮的设计程序被所述处理器执行时实现实现上述第一方面中任一种可能的设计方法。

27、第四方面，本发明提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有配气凸轮的设计程序，所述配气凸轮的设计程序被处理器执行时实现上述第一方面中任一种可能的设计方法。

28、第五方面，本发明提供了一种计算机程序产品，当计算机读取并执行所述计算机程序产品时，使得计算机执行上述第一方面中任一种可能的设计方法。

29、本发明的有益效果是：

30、1、采用本发明提供的一种带有缓冲段的配气凸轮的设计方法，得到的配气凸轮缓冲段可以保证至少凸轮跃度曲线全部保持连续，与现有大部分技术相比，凸轮缓冲段的光滑性更好，可以减小凸轮机构运动的冲击，减小凸轮的过度磨损；

31、2、采用本发明提供的一种带有缓冲段的配气凸轮的设计方法，设计时可以通过增加高次方曲线最高次数的方法来提高缓冲段的高阶连续性，达到任意指定高阶导数的连续性要求，进一步减小凸轮运动冲击，减小凸轮磨损。

技术特征：

1.一种配气凸轮的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种配气凸轮的设计方法，其特征在于，所述步骤二中，在缓冲段总持续角度ah给定时，改变高次方角度比例g就可以得到不同的高次方曲线持续角度；

3.根据权利要求1所述的一种配气凸轮的设计方法，其特征在于，所述步骤三中求解得到全部待定系数的具体步骤为：

4.根据权利要求1或3所述的一种配气凸轮的设计方法，其特征在于，对于有直线段的情况下，所述步骤三中的得到全部待定系数的具体步骤还包括，在直线段开始点升程等于高次方曲线末端升程等于缓冲段末端升程减去缓冲段末端速度乘以直线段持续角度，在直线段全段，速度都等于缓冲段末端速度，可得直线段待定系数：

5.根据权利要求1所述的一种配气凸轮的设计方法，其特征在于，设计目标和相关参数有一定的限制条件，包括缓冲段末端升程hh、末端速度vh、缓冲段总持续角度ah、高次方角度比例g都大于零，高次方角度比例g小于等于1。

6.根据权利要求5所述的一种配气凸轮的设计方法，其特征在于，当hh/vh/ah大于等于1时，高次方角度比例g大于0小于等于1，当hh/vh/ah小于1时，高次方角度比例g大于1-hh/vh/ah小于等于1。

7.根据权利要求5所述的一种配气凸轮的设计方法，其特征在于，当hh/vh/ah小于1时，n等于7并且g/(1-hh/vh/ah)在1.769至2.250之间，n等于9且g/(1-hh/vh/ah)在1.833至2.250之间，n等于11且g/(1-hh/vh/ah)在1.833至2.111之间，n等于13且g/(1-hh/vh/ah)在1.909至2.111之间，n等于15且g/(1-hh/vh/ah)在1.909至2.111之间。

8.根据权利要求5所述的一种带有缓冲段的配气凸轮的设计方法，其特征在于，当hh/vh/ah小于1时，g/(1-hh/vh/ah)等于2。

9.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的配气凸轮的设计程序，所述配气凸轮的设计程序被所述处理器执行时实现如权利要求1-8中任一项所述的一种配气凸轮的设计方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储有配气凸轮的设计程序，所述配气凸轮的设计程序被处理器执行时实现如权利要求1-8中任一项所述的一种配气凸轮的设计方法。

技术总结
本发明公开了一种配气凸轮的设计方法、设备和可读存储介质，该方法首先确定配气凸轮缓冲段的升程表达式，然后根据设计目标确定配气凸轮缓冲段的相关参数，最后确定配气凸轮缓冲段的升程数值表达式，得到配气凸轮的全部相关参数和待定系数。本发明设计方法通过输入少量设计参数，即可直接计算得到满足设计要求的配气凸轮，而且设计出的配气凸轮可以根据要求保证缓冲段升程任意高阶导数全部连续，光滑性较好，可保证凸轮缓冲段连续性。

技术研发人员：赵海峰,孙黎明,高喆,谢普康,刘钊宾,鲍林晓,刘方圆,杜晓辉,郑站强
受保护的技术使用者：第一拖拉机股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/25