الملخص

عند دوران عمود الحدبات بسرعة عالية في محركات السيارات، فإن إستجابة صمامات دخول الهواء وخروج غازات العادم تكون مختلفة عن أوامرالحدبة. الفروقات في الإستجابة عن القيم المطلوبة تسبب العديد من المشاكل في تركيبة الحدبات مثل الإهتزازات والضوضاء. هذه الإختلافات بين المداخل والمخارج هي في الأساس ناتجة عن المرونة في المنظومة التي صممت لتكون صلبة. يتركز هذا البحث حول دراسة تأثير المرونة على إستجابة آلية حدبة محرك السيارة. تم نمذجة بنية الحدبة من عوارض مرنة تحتوي كتل مركزة. وتتكون من عقدتين وعدد 6 درجات حرية ( ثلاثة طولية وثلاثة إلتوائية عند كل عقدة). وأستخدامت طريقة العناصر المتناهية في الصغرلإستنتاج المعادلات العامة للحركة بإستخدام طريقة (جاليركن). وتم إستخدام ثلاثة نماذج ذات 4 و 8 و 10 عناصر بها 21 و 25 و 47 درجة حرية وحلها عددياً بإستخدام طريقة ( نيومارك) بالتكامل المباشر. ودراسة ثلاثة حالات لحركة الحدبة وهي الحركة التوافقية البسيطة (SHM) وقطع مكافئ (Parabolic) ودويري (Cycloidal). عند مقارنة النتائج المتحصل عليها مع النتائج بإستخدام نموذج صلب تبين أن الفروقات بين إستجابة المنظومة المرنة والمنظومة الصلبة حساس لعدد درجات حرية النموذج. كما يستخلص من هذا البحث أنه لا يمكن إهمال تأثير المرونة على كل من عمود الحدبات وتوابع الحدبات أثناء السرعات العالية. يوصى بإستكمال البحث لدراسة تأثير المرونة والتخميد والإحتكاك في الكراسي على إستجابة الحدبات.

ABSTRACT

In automobile engines, when the cam structure is running at high speed, the response of the inlet air valves and outlet gas valves will be different from the cam input command. The deviation of the system response from the desired values causes various problems in the cam structure such as vibrations and noise which can cause low cam system performance. These differences in action between input and output are basically due to the elasticity of the system which is designed as rigid. This work focuses on the effect of the elasticity on the responses of car engine cam mechanism. The cam structure was modeled as a flexible beam with concentrated mass. The proposed beam elements used in the model have two nodes and six degrees of freedom (DOF), with three translations and three rotations at each node. The finite element method was used to derive the global equations of motion using Galerkin method. Three models of 4, 8 and 10 elements consisting of 21, 25 and 47 DOF respectively were used as case studies. The derived global equations were solved numerically using Newmark direct integration method. Three different cases of cam motion were studied; simple harmonic, parabolic, and cycloidal were considered as the input signals to the system. The responses from these cases were compared with rigid system analysis. It was concluded that the effect the elasticity of both cam shaft and follower train system at high speed cannot be neglected. It also can be concluded that the flexible system response deviation from rigid system response is sensitive to the DOF of the model. In general, all models responses show higher deviation from the rigid system at cam angle that produces wide open or complete closure of the valve. It is recommended that investigations should be extended to cover the effects of elasticity, friction and damping of bearings on cam system responses.