柴油机曲轴系多体动力学仿真分析.pdf.pdf

第卷第期年月科学技术与工程. . .
—◎...
动力技术
柴油机曲轴系多体动力学仿真分析
邢正双雷基林毕玉华申立中
昆明理工大学,交通工程学院,昆明
摘要基于虚拟样机技术,结合有限元法和多体系统仿真方法,对柴油机曲轴系进行多体动力学仿真分析。
首先建立了包括曲轴柔性体以及活塞连杆组等刚性体在内的三维实体曲轴系多体动力学模型,通过进行曲轴系统在发动机真
实工况下的柔性多体动力学仿真计算,得到柴油机主轴承载荷和活塞侧推力等数据。研究结果表明,柔性多体动力学仿真分
析结果与实际情况基本相符,可以很好的描述曲轴系动力学特性,从而为内燃机整机振动、噪声分析提供可靠的边界条件。
关键词柴油机曲轴系多体动力学仿真
中图法分类号; 文献标志码
,性能已经机振动噪声预测和低噪声设计具有重要意义。
成为内燃机设计的一个重要指标,是否具有良好的
性能已是决定内燃机能否被市场接收的重要柔体动力学的运动微分方程
条件。曲轴系统的动力学分析在内燃机柴油机
设计中具有关键性的作用¨。曲轴系由曲柔性体的广义坐标描述采用相对描述法,如图
轴、活塞、连杆、飞轮及皮带轮等共同构成,是柴油机所示。柔性体上节点的位置为个矢量和
核心部分之一,其动力学特性对柴油机的工作性能、
振动和噪声有决定性的影响,是进行柴油机振动及式中一整体坐标系到柔性体局部坐标系位置
噪声预测时考虑的重要激励源。因此对于曲轴系进矢量;
行多体动力学仿真分析对于后续整机振动噪声分析
具有非常重要的意义。然而,采用传统方法很难
准确地计算出曲轴各轴颈的载荷、活塞对汽缸体的
侧压力和曲轴的输出特性。文中利用有限元分析软
件生成曲轴柔性体,结合机械系统多体动力学仿真
软件建立曲轴系柔性多体动力学模型,并
进行仿真计算,得到各构件激励力,为机体和其他固
件的分析提供依据,而且对于在设计阶段进行内燃
图柔性体变形点的位置矢量
一节点在局部坐标系下的未变形的位置
年月日收到国家自然科学基金资助矢量;
第一作者简介:邢正双一,男,硕士研究生,山东烟台市人,研一点的线性变形矢量。
究方向:内燃机现代设计.—:.。
式通常采用整体坐标系下的矩阵形式表达
期邢正双,等:柴油机曲轴系多体动力学仿真分析
/
式中。一局部坐标到整体坐标的转换曲轴系动力学模型的建立
矩阵。‘
变形矢量“通常用模态叠加来表示. 曲轴系多刚体模型
咖内燃机曲轴系包括活塞组、连杆组和飞轮组等
式中。一与节点的线性自由度相对应的模组成。在此,不考虑活塞组件、连杆组件等变形而将
态矩阵的部分;模态坐标,,是柔性体的其建为刚体。活塞组件刚体模型由活塞、活塞环活
广义坐标, 是模态数。塞销等零件装配而成。连杆组件刚体模型由连杆
因此,柔性体的广义坐标可以表示为盖、连杆衬套和连杆螺栓等零件装配而成。在
咖,⋯, 中装配好曲轴系各零件后,将整个曲轴系三维模型
柔性体的运动方程是建立在广义坐标的基础上的, 导人中生成相应实体模型。建立的刚性曲
基于拉格朗方程的控制微分方程的形式为轴系统动力学模型如图所示。
蟾一吉警】

式其中, , 一分别是柔性体的广义坐标和
它们对时间的导数; 为柔性体的质量矩阵; 为
柔性体质量矩阵的