配气机构是内燃机中的重要组件，五大机构之一。在柴油机中，配气机构对其功率，动力性，燃料经济性等都有重要的影响。随着柴油机的性能要求提升，配气机构的充气效率，运动形式，工作平稳性，降噪等方面都有了更高的要求。配气机构由正时齿轮、凸轮轴、挺柱、挺杆、摇臂、摇臂轴、气阀、气阀弹簧、气阀座和气阀导管等组成。其中，气阀、气阀弹簧、气阀座以及气阀导管被称为气阀组；凸轮轴、挺柱、挺杆和摇臂称为传动组即凸轮机构。

配气机构发展至今研究越来越细，要求越来越高，目前，国外在配气机构的正时相位、摩擦应力、可变正时等方面有很多研究，国内也在这些领域进行了各种研究，吉林大学、复旦大学等高校较为领先。可变气门正时技术（VVT）是目前比较受欢迎的技术，可根据内燃机的转速和负荷，对进、排气阀的相位和升程进行调整，使得配气机构进气、扫气充分，改善整机性能。

凸轮机构是配气机构中的重要组成部分，凸轮轮廓决定了气门的运动规律，凸轮的设计可以决定内燃机的性能。根据是否采用可变气门正时，凸轮机构可以分为传统配气凸轮机构、可变气门正时升程配气凸轮机构和无凸轮驱动可变气门机构。传统配气凸轮分为顶置式和下置式，目前多采用顶置式。可变气门驱动机构分为配气相位可变气门驱动及配气相位和升程均可变气门驱动。目前的可变气门相位技术主要靠在传动端加一套由内外两个转子组成的液压机构。配气相位和升程均可变最早在1992年被本田公司使用，能够大幅度提升发动机功率和转速。电子控制技术的发展对配气机构的优化也起到了一定作用。

近几年国内外学者对于凸轮型线优化和配气机构的设计也做了大量研究。Kim的课题组研究了凸轮型线对污染物排放的控制作用，通过凸轮型线优化改善了氮氧化合物和烟雾颗粒排放^[1]。Andreatta与Pederiva在凸轮离散数据的基础上建立了运动模型，用以预测配气机构特性^[2]。Armentani等人用lms虚拟实验室软件，建立了一种汽车发动机配气机构的多体模型，以分析其共振振动特性^[3]。Vasilyev等人通过配气机构动力学研究的仿真模型，提出了改进的内燃机配气机构应力负荷估计方法^[4]。Shahriman用MATLAB对凸轮型线进行了B样条曲线优化^[5]。

国内相关研究起步较晚，但最近五年也有很大发展。闫军朝等人用UG制作了零件的三维模型，研究了配气机构部件的质量、刚度、阻尼等参数^[6]。穆以东和屈鹏研究了配气凸轮对于发动机功率的影响，用GT-POWER计算功率^[7]。方程在他的论文里用ANSYS对凸轮进行有限元分析，预估了凸轮寿命^[8]。陈安柱和许志鹏用AVL-Excite Timing Drive设计出凸轮型线的优化方案^[9]。张敬东等人采取了多项式凸轮型线，并用MATLAB优化工具箱对其进行了优化设计^[10]。罗哲通过DFT(离散傅里叶变换)对凸轮型线进行函数拟合，与实际值对比验证了有效性和准确性^[11]。李志厚等人基于Z6170ZLCZ-19柴油机模拟试验平台通过气门升程、速度、跃度等评价了凸轮型线可行性^[12]。汤双清等人将复合型法引入了优化设计^[13]。程德彬等人用AVL构建了柴油机配气机构的计算模型，通过对摇臂，推杆，气门杆等的有限元分析总结运动规律验证设计的可靠性^[14]。丁佳等人通过动态优化设计对进排气凸轮的缓冲段进行了重新优化设计^[15]。王素梅和曹金祥用等加速-等速法设计法得出凸轮工作段升程，速度，加速度随凸轮转角的变化曲线^[16]。张治国对进气工作包角，进气最大升程，排气工作包角，排气最大升程四个参数进行优化。引入正交DOE方法进行试验设计，得出最终凸轮型线^[17]。

2. 研究的基本内容与方案

2.1研究（设计）的基本内容

此次研究围绕YT3105柴油机配气凸轮型线的优化和配气机构的动力学计算，依据配气机构的动力学等理论，建立凸轮型线的函数模型和配气机构的零件及结构模型，并利用复合型法和有限元分析方法，形成可求解的数值模型，利用科学计算方法进行数值模拟计算，得到优化后的凸轮型线工作段和上升段的曲线，并对配气机构的模型进行动力学仿真。将得到的结果和现有实验效果相比较，以此来验证模型的可靠性和优化的有效性。

2.2 研究（设计）的目标

通过此次毕业设计，期望达成以下目标：

（1）、了解凸轮型线优化方法；