基于转速波动的柴油机曲柄连杆机构动力学建模与分析.pdf

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1、第5期2015年10月内燃机InternalCombustionEnginesNo．50ct．2015基于转速波动的柴油机曲柄连杆机构动力学建模与分析颜峰1’2，黄映云112，张明明1‘2(1．海军工程大学舰船动力工程军队重点实验室，湖北武汉430033；2．海军工程大学动力工程学院，湖北武汉430033)摘要：基于多体系统动力学理论，分析了采取恒定转速为边界条件的曲柄连杆机构动力学建模的弊端，解决了系统中产生过约束的问题，并给出了详细的基于转速波动的动力学建模过程。对模型进行了动力学仿真，提出了计算机

2、械效率和往复惯性力的简便方法，并求得运动和受力的相关参数，为后续仿真计算奠定了基础。关键词：曲柄连杆机构；过约束；机械效率；往复惯性力中图分类号：TK422文献标识码：A文章编号：1000—6494(2015)05—0054—05ModelingandAnalysisofTheCrankandConnectingRodMechanisminDieselEnginesBasedonSpeedFluctuationsYANFeng”，HUANGYingyun”，ZHANGMingmin91。(1．Milit

3、aryKeyLaboratoryforNavalShipPowerEngieening，NavalUniversityofEngineering，Wuhan430033；2．CollegeofPowerEngineering，NavalUniversityofEngineering，Wuhan430033)Abstract：Basedonthemulti-bodysystemdynamicstheory，analyzedthedisadvantagesofusingconstantspeedforbou

4、ndaryconditionsofinversedynamicsoftllecrankandconnectingrodmechanism，solvedsystem’Sproblemsofredundantconstraint，anddescribedmodelingprocessbasedonspeedfluctuationsindetail．Proposingasimplemethodtocalculatethemechanicalefficiencyandreciprocatinginertiafo

5、rces，relatedparameters，suchasmotionandforcewereobtainedfromayn=,iesimulation，providedthebasisforthefollowingsimulation．Keywords：crankandconnectingrodmechanism；redundantconstraint；mechanicalefficiency；reciprocatinginertiaforcesO前言柴油机曲柄连杆机构包括曲轴、连杆、活塞等主要运动部

6、件，其作用是将活塞的往复运动转化为曲轴上的旋转运动，将活塞所受的燃气压力转化为曲轴上的输出扭矩，从而实现热能一机械能的转化过程“1。曲柄连杆机构运动和受力情况复杂，以往只依赖经典动力学理论的计算方法已远远满足不了工程技术的需要。随着虚拟样机技术的发展，以经典动力学理论和现代计算机技术相结合的多体系统动力学得到了广泛的运用。美国MSC公司的ADAMS软件是集成建模、作者简介：颜峰(1991一)，男，山东泰安人，硕士研究生，主要研究方向为动力机械及热力学系统的设计、仿真与优化。收稿日期：2015—05—09

7、求解、可视化技术于一体的运动仿真软件，在柴油机的曲柄连杆机构的动力学仿真中得到了广泛运用。然而，由于模型的复杂性，如何添加合理的边界条件，尤其是曲轴转速边界条件成为了问题的难点。在以往的研究中，经常采用恒定转速驱动的动力学建模方法，改变了模型的自由度，忽略了曲轴转速波动的影响，使计算结果产生一定的误差。我们探讨了转速边界条件的添加方法，并详述了考虑转速波动的柴油机曲柄连杆机构动力学建模过程，提出了计算机械效率和往复惯性力的简便方法，为运动和受力分析提供了有力保证。1多体系统建模和动力学分析理论多体系统动

8、力学分析主要探讨力和运动的关系，其核心问题是建模和求解问题。多体系统的建第5期颜峰，等：基于转速波动的柴油机曲柄连杆机构动力学建模与分析-55·模方法，根据位置描述的不同，可分为拉格朗日方法和笛卡尔方法。在ADAMS软件中，采用的是笛卡尔方法，其以系统中每一个物体为单元，建立固定在刚体上的坐标系，刚体的位置相对于公共坐标系定义，位置坐标统一为刚体坐标系基点的笛卡尔坐标和选用欧拉参数的方位坐标耻1。若确定约束的多体系统中，其系统约束方程的维数