内燃机曲轴系多体动力学研究.pdf

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1、InternalCombustionEngine&Parts·11·内燃机曲轴系多体动力学研究陈思旭；乔梓航；朱一鑫（海军工程大学，武汉430033）摘要：针对发动机的曲轴轴系系统，可以建立其三维的实体多体动力学模型用于研究，并且能够应用多体动力学的分析法对模型进行模拟分析，获取相关的载荷参数，为内燃机震动及噪音的产生及消除提供内容支持。本文简要概述了内燃机的曲轴以及多体动力学，并指出关于内燃曲轴系的多体动力学分析的模型建立以及边界条件，以更好地进行研究。关键词：内燃机；曲轴系；多体动力学0引言运动学所需要的零件质量等参数。

2、内燃机是主要的动力机械，广泛应用在汽车、轮船等运3.2曲轴轴系多动力学模型构建输工具。随着科技发展，对内燃机的研究层面也多种多样，将CAD软件构建其的三维模型导入至机械系统仿真一方面要进行节能减排，同时也要进行噪音及震动的控制。软件ADAMS系统中，从而获得曲轴轴系多动力学分析模1内燃机曲轴的简要概述型。与此同时的多体动力学分析模型所应用到的全部组件曲轴是发动机中最为重要的一个构件，曲轴承担着来都是刚体，因此而得到的多刚体系统模型。自于连杆的压力，并且将这种里转变为转矩通过轴输出并3.3柔性体曲轴的多体力学模型构建使发动机中

3、的其他部件能够运作。内燃机曲轴会收到旋转曲轴是内燃机的核心，曲轴在周期性变化的力与力矩离心力、周期变化气体惯力以及往复惯力的同时作用，使的协同作用下不间断运转，由于长时间的运作，会有极大内燃机曲轴受到弯曲扭转载荷的作用。因此对于内燃机曲的可能在曲轴扭转的过程中，产生噪音以及震动，对行车轴的要求是要具备一定的强度、刚度。造成一定的影响。因此，作为曲轴部分的重点，是弹性体而为了能够降低曲轴运动时所生产出的离心力，曲轴的不是刚性体，为了能够更为高效、准确、真实地计算曲轴对中部在一般情况下都会制作成中空式。在每一个曲轴中部于内燃机内

4、部载荷的影响力，需要对其进行柔化处理，改的外层都会有油孔，油孔用作机油的出入，以使轴颈表面变其性质。更为光滑，降低磨损及阻力。为了能够降低应力集中，轴颈以Pro/E软件为基础，建立起曲轴模型，再将此曲轴[1]及曲柄连接处都要应用摩擦较小的圆弧进行链接。模型导入至ANSYS有限元分析软件中，之后对曲轴进行2多体动力学分析的相关概念离散化处理，经过此处理方式对曲轴进行离散分化，并构多体动力学是用于研究多体系统运动规律的学科。其建起曲轴的有限单元模型，并对模型进行模态综合分析，研究内容包括刚体系统动力学以及柔性系统动力学。分析结果

5、得出一个中性文件，文件中包含曲轴材料、节点、在经典力学的原则上是可以用于建立任意一个微分单元以及模态信息，之后将曲轴的构建，即ANSYS分析后方程，但是伴随着系统内分体以及自由度的提升，分体之得出的MNF模态中性文件，通过有限元软件柔化加工后间相互约束的方式变得更为复杂，多体方程的推导过程也导入至ADAMS刚体模型之中，从而以柔化曲轴替换刚性随之难度增加。在计算机技术高速发展的时代，传统经典曲轴，建立起柔性曲轴的多体动力学模型。力学要与多体力学系统之间进行相互互补，共同发展，形3.4模型边界建立条件成多体系统动力学新分支，才

6、能追随时代发展步伐。曲柄连杆机构的多体系统仿真模型之中含有两种边多体系统动力学分析，覆盖了建模及求解两个研究层界，第一种边界是用以限制模型中各个元件之间的相对运面，建模阶段包括以几何模型转型成物理模型的，二者之动的运动约束边界条件，另一种边界则是内燃机的工作状间相互转化的两个过程，求解层次则是为满足动力学、特况边界条件。[2]征等分析，而进行的数据运算。内燃机的约束边界条件，是对内燃机各个不见之间运3关于内燃曲轴系的多体动力学分析动自由度的限制，使模拟部件实现与真实机构完全相同的3.1内燃机曲轴轴系三维CAD的建立运动规律而

7、增设的一种约束。其约束的条件主要包括，限内燃机的曲柄连杆包括活塞、连杆以及飞轮三部分，制了活塞只能沿着缸筒进行直线运动的移动，限制了曲轴活塞部分包括活塞、气环、油环等，主要用于承受燃烧压只能发生环绕周线进行螺旋移动、限制了连杆头只能作用力，并对压力进行传导，只是连杆推动曲轴旋转。连杆部分在围绕曲轴进行轴线旋转运动。包括连杆、杆头等，将活塞手里传达给曲轴，并将活塞运动3.5内燃机的工作状况边界条件转变成为曲轴旋转运动。飞轮的部分包括曲轴和飞轮，曲内燃机的工作状况边界条件指的是在模拟内燃机的轴将活塞连杆传递的气体转化成为转矩，用

8、来驱使传动系实际工作状况下，气体压力的载荷与曲轴运动的转速，这统及内燃机及辅助装置运转。两种因素的两个边界条件。在对缸内气体压力进行边界条在动力学计算中零部件的质量、转动惯量等参数可以件实施时，要根据内燃机的发货顺序调整活塞的压力相有三维CAD计算。在进行曲柄连杆分析时，要利用CAD位。我