一种凸轮磨损寿命预测方法及装置

技术领域

本发明涉及机械自动化技术领域，尤其涉及一种凸轮磨损寿命预测方法及装置。

背景技术

配气机构的运动规律由凸轮型线所决定，凸轮型线的优劣决定着配气机构的性能，而凸轮的磨损将会导致凸轮型线的改变，使得凸轮与挺柱副间的接触状况也会发生变化，从而影响配气机构的动态性能。

在进行凸轮磨损计算时，由于采用准静态计算的方式，认为在小步长的时间内，其各项参数保持不变，此时的磨损计算与实际磨损是近似关系，而实际情况是参数是时刻变化的，为了如实计算磨损量，还应更加细致的考虑，进一步完善计算模型。

发明内容

本发明实施例提供了一种凸轮磨损寿命预测方法及装置，用于解决现有技术中对凸轮磨损计算时，未考虑凸轮的磨损将会导致凸轮型线的改变，使得凸轮与挺柱副间的接触状况也会发生变化，从而影响配气机构的动态性能的问题。

为了解决上述问题，本发明是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种凸轮磨损寿命预测方法，包括：

获取凸轮型线和凸轮的相关参数，根据所述凸轮型线和所述凸轮的相关参数建立仿真凸轮的单质量模型；

获取所述仿真凸轮的仿真步长和仿真步数；

根据所述仿真凸轮的单质量模型、仿真步长和仿真步数进行仿真凸轮的磨损计算；

根据所述磨损计算的结果输出凸轮动态磨损情况；

获取最大磨损量限值，并根据所述最大磨损量限值和所述磨损计算的结果计算并输出凸轮磨损寿命。

可选的，所述凸轮的相关参数包括以下至少一项：基圆半径、凸轮宽度、凸轮轴转速、润滑油初始粘度、润滑油粘压系数、气门弹簧预紧力、气门弹簧刚度、气门端集中质量、摇臂比、凸轮弹性模量、挺柱弹性模量、凸轮泊松比、挺柱泊松比、凸轮表面粗糙度、挺柱表面粗糙度和边界润滑油磨损系数。

可选的，根据所述磨损计算的结果输出凸轮动态磨损情况，还包括：

所述凸轮动态磨损情况包括以下至少一项：位移曲线、卷吸速度、接触力、曲率半径、磨损深度、挺柱前后升程对比和磨损前后凸轮型线对比。

可选的，获取最大磨损量限值，并根据所述最大磨损量限值和所述磨损计算的结果计算凸轮磨损寿命包括：

判断所述磨损计算的结果是否不小于最大磨损量限值；

若所述磨损计算的结果小于最大磨损量限值，则更新磨损后凸轮型线和所述凸轮的相关参数并再次进行磨损计算；

若所述磨损计算的结果不小于最大磨损量限值，则停止所述磨损计算。

可选的，获取指定磨损时长，并输出所述指定磨损时长时，对应的凸轮磨损相关参数情况；

所述凸轮磨损相关参数包括以下至少一项：气门升程、气门速度、气门加速度、接触力、最小油膜厚度、卷吸速度、累计磨损量和接触应力。

可选的，所述凸轮型线根据凸轮挺柱升程和凸轮转角的关系获得。

第二方面，本发明实施例提供了一种凸轮磨损寿命预测装置，其特征在于，包括：

建模模块，用于获取凸轮型线和凸轮的相关参数，根据所述凸轮型线和所述凸轮的相关参数建立仿真凸轮的单质量模型；

获取模块，用于获取所述仿真凸轮的仿真步长和仿真步数；

第一计算模块，用于根据所述仿真凸轮的单质量模型、仿真步长和仿真步数进行仿真凸轮的磨损计算；

第一输出模块，用于根据所述磨损计算的结果输出凸轮动态磨损情况；

第二计算模块，用于获取最大磨损量限值，并根据所述最大磨损量限值和所述磨损计算的结果计算并输出凸轮磨损寿命。

可选的，所述凸轮的相关参数包括以下至少一项：基圆半径、凸轮宽度、凸轮轴转速、润滑油初始粘度、润滑油粘压系数、气门弹簧预紧力、气门弹簧刚度、气门端集中质量、摇臂比、凸轮弹性模量、挺柱弹性模量、凸轮泊松比、挺柱泊松比、凸轮表面粗糙度、挺柱表面粗糙度和边界润滑油磨损系数。

可选的，所述第一输出模块，还包括：

所述凸轮动态磨损情况包括以下至少一项：位移曲线、卷吸速度、接触力、曲率半径、磨损深度、挺柱前后升程对比和磨损前后凸轮型线对比。

可选的，所述第二计算模块，包括：

判断子模块，用于判断所述磨损计算的结果是否不小于最大磨损量限值；

第一处理子模块，用于若所述磨损计算的结果小于最大磨损量限值，则更新磨损后凸轮型线和所述凸轮的相关参数并再次进行磨损计算；

第二处理子模块，用于若所述磨损计算的结果不小于最大磨损量限值，则停止所述磨损计算。

可选的，第二输出模块，用于获取指定磨损时长，并输出所述指定磨损时长时，对应的凸轮磨损相关参数情况；

所述凸轮磨损相关参数包括以下至少一项：气门升程、气门速度、气门加速度、接触力、最小油膜厚度、卷吸速度、累计磨损量和接触应力。

可选的，所述凸轮型线根据凸轮挺柱升程和凸轮转角的关系获得。

第三方面，本发明实施例提供了一种终端，其特征在于，包括：处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序，所述程序被所述处理器执行时实现如第一方面所述的凸轮磨损寿命预测方法的步骤。

第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述的凸轮磨损寿命预测方法的步骤。

本发明实施例中，通过软件编程对配气凸轮的磨损进行数值计算，仿真其磨损过程，对凸轮的磨损深度进行仿真计算，模拟了凸轮的动态磨损过程，预测凸轮磨损寿命；根据磨损后变化的凸轮型线，通过对配气机构的运动学、动力学计算，得到不同磨损量时配气机构的动态性能改变情况，分析凸轮磨损对配气机构动态性能的影响，为工程应用提供依据。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例提供的一种凸轮磨损寿命预测方法流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种凸轮磨损寿命预测方法主界面示意图；

图3为本发明实施例提供的一种凸轮磨损寿命预测方法输入参数界面示意图；

图4为本发明实施例提供的一种凸轮磨损寿命预测方法计算结果输出界面示意图；

图5为本发明实施例提供的一种凸轮磨损寿命预测方法中挺柱升程曲线示意图；

图6为本发明实施例提供的一种凸轮磨损寿命预测方法中凸轮型线示意图；

图7为本发明实施例提供的一种凸轮磨损寿命预测方法中凸轮各点单次磨损深度示意图；

图8为本发明实施例提供的一种凸轮磨损寿命预测方法中凸轮不同磨损时间后挺柱升程示意图；

图9为本发明实施例提供的一种凸轮磨损寿命预测方法中凸轮磨损时间动态程序流程图；

图10为本发明实施例提供的一种凸轮磨损寿命预测装置结构示意图；

图11为本发明实施例提供的一种终端的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1-3，本发明实施例提供了一种凸轮磨损寿命预测方法，包括：

步骤11：获取凸轮型线和凸轮的相关参数，根据所述凸轮型线和所述凸轮的相关参数建立仿真凸轮的单质量模型；

步骤12：获取所述仿真凸轮的仿真步长和仿真步数；

步骤13：据所述仿真凸轮的单质量模型、仿真步长和仿真步数进行仿真凸轮的磨损计算；

步骤14：根据所述磨损计算的结果输出凸轮动态磨损情况；

步骤15：获取最大磨损量限值，并根据所述最大磨损量限值和所述磨损计算的结果计算并输出凸轮磨损寿命。

本发明实施例中，在步骤11中，通过编写程序，将挺柱升程与凸轮转角的关系曲线转化为凸轮型线，初始凸轮型线为系统预置，并要将挺柱升程与转角关系的数据放到相应文件夹的txt文件中，以供后续程序进行读取计算；请参考图2和图3，点击图2中的初始参数输入按键，即可跳转到图3的界面，对凸轮的相关参数进行输入，所述凸轮的相关参数包括以下至少一项：基圆半径、凸轮宽度、凸轮轴转速、润滑油初始粘度、润滑油粘压系数、气门弹簧预紧力、气门弹簧刚度、气门端集中质量、摇臂比、凸轮弹性模量、挺柱弹性模量、凸轮泊松比、挺柱泊松比、凸轮表面粗糙度、挺柱表面粗糙度和边界润滑油磨损系数；点击图3中的确定按钮，使数据输入到程序当中，界面会自动跳转到图2中的主界面，此时程序已将基本参数读取；在步骤12、步骤13中，我们在图2中的主界面输入计算所需的仿真步长与仿真步数，进行仿真时，将连续的凸轮动态磨损过程用若干个准静态模型所代替，将连续的凸轮磨损过程分为若干步，并认为凸轮挺柱摩擦副间的状态参数在一个磨损步长内是保持不变的；每次凸轮磨损后的型线的改变情况通过挺柱升程的变化来得到，即磨损前凸轮转角对应的挺柱升程减去每个转角下计算的磨损深度，得到的即为磨损后的挺柱升程规律，通过选用合适的仿真步长，可对磨损过程进行比较准确的模拟计算，本发明实施例中，设置仿真步长为60min，设置仿真步数为2000步，输入完成后点击图2主界面中的磨损计算按钮，即可开始凸轮动态磨损计算，界面会显示进度条，以便于实时观察计算进度，且右下角中的程序运行状态也会显示进度完成状况百分比；在步骤14中，所述磨损计算的结果以曲线的形式输出凸轮动态磨损情况，所述曲线展示在图2中；在步骤15中，在图2主界面中的寿命计算栏输入用户预设的最大磨损量限值，点击寿命计算按钮，即可进行凸轮磨损寿命计算，所述凸轮磨损寿命计算结束后，会在对应的文本框中显示所述凸轮磨损寿命的寿命值。

本发明实施例中，通过软件编程对配气凸轮的磨损进行数值计算，仿真其磨损过程，对凸轮的磨损深度进行仿真计算，模拟了凸轮的动态磨损过程，预测凸轮磨损寿，为工程应用提供依据。

本发明实施例中，可选的，所述凸轮的相关参数包括以下至少一项：基圆半径、凸轮宽度、凸轮轴转速、润滑油初始粘度、润滑油粘压系数、气门弹簧预紧力、气门弹簧刚度、气门端集中质量、摇臂比、凸轮弹性模量、挺柱弹性模量、凸轮泊松比、挺柱泊松比、凸轮表面粗糙度、挺柱表面粗糙度和边界润滑油磨损系数。

本发明实施例中，可选的，根据所述磨损计算的结果输出凸轮动态磨损情况，还包括：

所述凸轮动态磨损情况包括以下至少一项：位移曲线、卷吸速度、接触力、曲率半径、磨损深度、挺柱前后升程对比和磨损前后凸轮型线对比。

请参考图2，本发明实施例中，通过对主界面中绘制曲线栏中凸轮动态磨损情况进行选取，择一选择需要显示的凸轮动态磨损情况的曲线。

本发明实施例中，可选的，获取最大磨损量限值，并根据所述最大磨损量限值和所述磨损计算的结果计算凸轮磨损寿命包括：

判断所述磨损计算的结果是否不小于最大磨损量限值；

若所述磨损计算的结果小于最大磨损量限值，则更新磨损后凸轮型线和所述凸轮的相关参数并再次进行磨损计算；

若所述磨损计算的结果不小于最大磨损量限值，则停止所述磨损计算。

本发明实施例中，通过判断当前仿真步数的所述磨损计算的结果是否不小于最大磨损量限值从而计算所述凸轮磨损寿命。

本发明实施例中，可选的，获取指定磨损时长，并输出所述指定磨损时长时，对应的凸轮磨损相关参数情况；

所述凸轮磨损相关参数包括以下至少一项：气门升程、气门速度、气门加速度、接触力、最小油膜厚度、卷吸速度、累计磨损量和接触应力。

请参考图4，本发明实施例中，在完成所述凸轮磨损寿命计算后，点击结果输出按钮，会弹出结果输出对话框，如图4所示，输入所要获得的数据的磨损时长，并勾选所述凸轮磨损相关参数的勾选框，点击确定按钮，即可针对指定磨损时长中对应的凸轮磨损相关参数进行分析，并将相应的计算结果输出到程序文件夹中的对应txt文件中。

本发明实施例中，可选的，所述凸轮型线根据凸轮挺柱升程和凸轮转角的关系获得。

请参考图5和图6，本发明实施例中，应用Matlab编写程序将挺柱升程与凸轮转角的关系曲线转化为凸轮型线。

请参考图7和图8，本发明实施例中，设置仿真步长为60min，仿真计算步数设置为2000步，运行程序计算可得到凸轮不同转角下时在各接触点的单次磨损量如图7所示，从图中可以看出，初始状态下未磨损的配气凸轮在发动机标定工况下运行时，桃尖区域由于润滑状态良好，油膜厚度较厚，并没有出现磨损，磨损主要出现在凸轮桃尖两侧的工作段，凸轮的最大磨损点出现在桃尖两侧，位于凸轮转角170°和190°处；不同磨损时间后的挺柱升程如图8所示，如图所示分别为未磨损状态、磨损500小时、磨损1000小时、磨损1500小时和磨损2000小时后配气机构的挺柱升程随凸轮转角变化的曲线，由图可见随着配气机构工作时间的增加，凸轮的磨损量不断累积，使得挺柱升程也随之不断降低，磨损时间越长，凸轮工作段挺柱升程的降低越明显；通过磨损量达到某一限值来计算凸轮的磨损寿命，根据需求输入最大磨损量限值可进行磨损寿命预测；一般凸轮磨损量达到1mm至1.5mm时，就要进行修补维修，或者更换新产品；本发明实施例中以最大磨损量达到1.5mm为限值来计算其凸轮磨损寿命，所述磨损计算的结果达到限值计算程序循环停止，输入仿真步长为60min，经过4377次循环后程序停止，得到磨损寿命为4377小时；最大磨损位置为凸轮转角160°和201°处，磨损量为1.5mm；凸轮转角180°处的磨损量为1.073mm。

请参考图9，本发明实施例中，凸轮磨损时间动态程序为获取凸轮型线和凸轮的相关参数，根据所述凸轮型线和所述凸轮的相关参数建立仿真凸轮的单质量模型；通过所述单质量模型计算凸轮接触力和接触载荷，并通过凸轮的转速等运动参数获得凸轮的润滑状态，从而计算磨损系数；将所述接触载荷、所述磨损系数和所述运动参数输入基于Archard粘着磨损模型，对凸轮的磨损深度进行仿真计算；判断所述磨损计算的结果是否不小于最大磨损量限值；若所述磨损计算的结果小于最大磨损量限值，则更新磨损后凸轮型线和所述凸轮的相关参数并再次进行磨损计算；若所述磨损计算的结果不小于最大磨损量限值，则停止所述磨损计算。

本发明实施例中，通过软件编程对配气凸轮的磨损进行数值计算，仿真其磨损过程，对凸轮的磨损深度进行仿真计算，模拟了凸轮的动态磨损过程，预测凸轮磨损寿命；根据磨损后变化的凸轮型线，通过对配气机构的运动学、动力学计算，得到不同磨损量时配气机构的动态性能改变情况，分析凸轮磨损对配气机构动态性能的影响，为工程应用提供依据。

请参考图10，本发明实施例提供了一种凸轮磨损寿命预测装置，其特征在于，包括：

建模模块101，用于获取凸轮型线和凸轮的相关参数，根据所述凸轮型线和所述凸轮的相关参数建立仿真凸轮的单质量模型；

获取模块102，用于获取所述仿真凸轮的仿真步长和仿真步数；

第一计算模块103，用于根据所述仿真凸轮的单质量模型、仿真步长和仿真步数进行仿真凸轮的磨损计算；

第一输出模块104，用于根据所述磨损计算的结果输出凸轮动态磨损情况；

第二计算模块105，用于获取最大磨损量限值，并根据所述最大磨损量限值和所述磨损计算的结果计算并输出凸轮磨损寿命。

本发明实施例中，可选的，所述凸轮的相关参数包括以下至少一项：基圆半径、凸轮宽度、凸轮轴转速、润滑油初始粘度、润滑油粘压系数、气门弹簧预紧力、气门弹簧刚度、气门端集中质量、摇臂比、凸轮弹性模量、挺柱弹性模量、凸轮泊松比、挺柱泊松比、凸轮表面粗糙度、挺柱表面粗糙度和边界润滑油磨损系数。

本发明实施例中，可选的，所述第一输出模块，还包括：

所述凸轮动态磨损情况包括以下至少一项：位移曲线、卷吸速度、接触力、曲率半径、磨损深度、挺柱前后升程对比和磨损前后凸轮型线对比。

本发明实施例中，可选的，所述第二计算模块，包括：

判断子模块，用于判断所述磨损计算的结果是否不小于最大磨损量限值；

第一处理子模块，用于若所述磨损计算的结果小于最大磨损量限值，则更新磨损后凸轮型线和所述凸轮的相关参数并再次进行磨损计算；

第二处理子模块，用于若所述磨损计算的结果不小于最大磨损量限值，则停止所述磨损计算。

本发明实施例中，可选的，第二输出模块，用于获取指定磨损时长，并输出所述指定磨损时长时，对应的凸轮磨损相关参数情况；

所述凸轮磨损相关参数包括以下至少一项：气门升程、气门速度、气门加速度、接触力、最小油膜厚度、卷吸速度、累计磨损量和接触应力。

本发明实施例中，可选的，所述凸轮型线根据凸轮挺柱升程和凸轮转角的关系获得。

本发明实施例提供的凸轮磨损寿命预测装置能够实现图1的方法实施例中凸轮磨损寿命预测方法实现的各个过程，为避免重复，这里不再赘述。

请参考图11，本发明实施例还提供一种终端110，包括处理器111，存储器112，存储在存储器112上并可在所述处理器111上运行的计算机程序，该计算机程序被处理器111执行时实现上述凸轮磨损寿命预测方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述凸轮磨损寿命预测方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。其中，所述的计算机可读存储介质，如只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)、磁碟或者光盘等。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者终端等)执行本发明各个实施例所述的方法。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。