总结与展望 54

致   谢 56

参考文献 57

  第1章  绪论

1.1 选题背景

船舶工业是现代大工业的缩影，是关系到国防安全及国民经济发展的战略性产业。船舶工业不但为水运交通、能源运输和海洋开发提供装备，而且又是海军舰船装备的主要提供者，也是国民经济和国防建设的战略性产业之一。从近十年中国造船业占世界造船市场份额的变化可以看出，中国造船业在全球市场上所占的比重正在不断上升。柴油机作为船舶系统动力的提供者，其发展与船舶工业的发展存在着重大的关系。

柴油机发展至今已经有了一百多年的历史，经过不断地改进和提高，现在已经发展到比较完善的程度。由于它的热效率高，经济性好，启动容易，适应于各类船舶，问世以后很快就被用来作为船舶推进动力。到20世纪50年代，在船舶生产中，柴油机几乎完全取代了蒸汽机。船用柴油机已经称为民用船舶、中小型舰艇和常规舰艇的主要动力。

当前，世界正面临着严峻的能源危机和环境保护问题，各个国家的发展战略均与能源和环境有关，这也是当今世界的主题。发动机是船舶的核心部件，是其动力的来源。随着社会的发展，内燃机的设计水平也在不断地提高，它的速度和功率也在不断地增大，人们对它的动力性、经济性和可靠性等指标提出了更高的要求。同时，石油等资源的逐渐减少，以及人类环境保护意识的逐渐增强，于是对发动机提出油耗小、对环境的污染小等要求。所以，提高发动机的各项指标，保证其工作的平稳性和可靠性，减少有害污染物的排放，减少各零件之间的磨损、振动，延长它们的使用寿命，是当前柴油机的主要研究方向。

配气机构是柴油机的重要组成部分，其作用是保证发动机能顺利进行换气，即定时打开气门，吸入尽量多的空气，在经历过燃烧、膨胀过程之后，再将燃烧产生的废气从排气门彻底排出。柴油机配气机构的设计是否合理，将直接影响到发动机的性能的可靠性、耐久性、经济性，并且还与其排放、振动和噪声等因素相关。另外，当柴油机工作时，配气机构的各零部件之间由于相互接触会产生弹性变形，严重的情况下还会加剧气门的振动，使气门出现反跳、弹簧并圈和落座飞脱等现象，这样会影响发动机的正常运行。

所以，设计合理的配气机构要具备以下几点要素：换气过程中要吸入尽量多的新鲜空气，更彻底地排出气缸内的废气；同时要保证柴油机运行过程中工作平稳，减少由于零部件的接触和磨损所产生的振动和噪声；要有合理的配气正时，即缓冲段的高度和包角的大小要设计合理，尽量减小油耗而获取大的功率。目前，大部分柴油机的配气机构是靠凸轮轴来驱动的，发动机气门的开启和闭合基本上都是通过凸轮机构来实现的，在凸轮的作用下，气门将会有规律地工作。

动力学计算，就是求解在各个转速下配气机构各零部件的升程、速度、加速度、相互间接触力等，就需要把配气机构简化成一个单质量或多质量系统，根据作用在系统中各组成部件上的力的关系，针对气门的运动建立微分方程，需要考虑各零部件的弹性变形，同时考虑系统中的各零部件的阻尼、刚度和集中质量等因素。这样，就能够分析在配气机构工作的过程中各零部件的真实受力和运动情况。

近年来，内燃机的转速和功率逐渐增大，对环境的污染在不断地加剧，一些排放法规的制定，提高了人们对发动机的动力性、经济性等指标的要求，这就给配气机构的设计以及其零部件的生产增加了难度，同时也给内燃机的研究人员提出了新的研究课题。因此，开展配气机构系统动力学的研究具有重要意义。