基于凯恩法单缸内燃机连杆惯性力的研究

摘要

内燃机曲轴系统在工作过程中承受交变的高压动载荷,产生变化的惯性力使得连杆与其它构件连接处的轴瓦受到交变载荷作用而疲劳破坏.为了减小连杆惯性力,采用凯恩法建立单缸发动机的动力学理论模型,将某内燃机曲轴系统的相关尺寸代入,研究了连杆的惯性力的变化规律.借助MATLAB编程并绘制连杆惯性力随曲轴转动时间的变化曲线.将SolidWorks中建立好的实体模型导入ADAMS软件,并对其进行动力学分析.ADAMS仿真分析结果与利用凯恩法建立的理论模型结果基本一致,验证了凯恩法分析计算的正确性.基于凯恩法,主要分析了曲柄与连杆的长度比λ、曲轴驱动角速度ω两个因素对连杆惯性力的影响.分析结果表明:对于曲柄长度不变的情况,λ的变化会影响连杆的质量和质心加速度.λ增加,连杆质量减小,连杆质心加速度增加,但λ质量的影响更大,导致连杆惯性力减小;曲轴驱动角速度ω增加,连杆的惯性力出现振荡,并且振荡幅值会越来越大,振荡频率也增大.通过本文研究,为内燃机连杆的结构设计提供参考.