发动机曲柄连杆机构多体系统动力学仿真研究

摘要

在研发阶段，振声性能是发动机研发流程中的一项关键性指标。准确的预测发动机的振声特性足从根本上提高发动机的振声品质、缩短研制周期、提高市场竞争力的重要途径，而准确的激励载荷分析，是进行内燃机振声特性预测和低噪声设计的基础。在此背景下，本文针对某内燃机的激励载荷分析开展了系列研究工作。 传统的质点力系分析方法和多刚体系统动力学分析方法，由于无法考虑部件弹性和动压润滑的影响，无法满足当代对激励载荷精确分析的需求。本文在研究计及部件弹性、润滑条件影响的基础上，采用多体系统动力学方法对曲柄连杆机构动力学特性进行了仿真研究，具体内容如下： 1、以某90°夹角V8柴油机为背景，利用三维建模软件Pro/E，建立了曲柄连杆机构的三维参数化模型，在此基础上完成了该柴油机曲柄连杆机构的装配，实现了快速自动化参数建模； 2、利用多体动力学分析软件ADAMS/Engine，建立该曲柄连杆机构的多刚体系统动力学仿真模型，对机构中的主要细长构件进行柔性化，建立了机构的多柔体动力学模型。对比研究了考虑部件弹性与否对机构动态性能所产生的影响； 3、针对主轴承，建立了含油膜润滑的曲柄连杆机构动力学模型，对比分析了不同轴承间隙条件下考虑油膜润滑条件与否对仿真结果的影响； 4、总结得出了考虑多种影响因素的曲柄连杆机构动力学耦合仿真研究方案。 上述研究工作表明：计及部件柔性体和考虑油膜动力润滑后，激励载荷变化更加平缓，更真实地反映了机构工作时的实际状态。因此，耦合了关键部件柔体、动压润滑条件下的多体系统动力学建模与仿真分析的方法，是一条行之有效的技术途径，为进一步深入开展内燃机结构动力学响应分析奠定了基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1论文的研究背景与意义

1.2内燃机曲轴系多体系统动力学分析研究的概况

1.2.1曲轴系动力学计算模型

1.2.2曲轴系动力学计算方法

1.2.3曲轴动力学计算中轴承的处理方法

1.3内燃机主轴承润滑分析研究的发展概况

1.3.1国外内燃机曲轴主轴承润滑分析发展的现状

1.3.2国内内燃机曲轴主轴承润滑分析发展的现状

1.4本课题的主要研究内容

2曲柄连杆机构多刚体系统动力学仿真

2.1多刚体系统动力学分析基础

2.11多刚体系统动力学建模原理

2.1 2 ADAMS多刚体系统动力学方程

2.2 ADAMS/Engine介绍

2.3曲柄连杆机构多刚体系统动力学仿真模型的建立

2.3.1曲柄连杆机构的组成与工作原理

2.3.2曲柄连杆机构的运动与受力分析

2.3.3曲柄连杆机构多刚体动力学模型的建立

2.4多刚体系统动力学仿真结果的分析与评价

2.4.1主轴承载荷

2.4.2活塞对缸壁的侧击力

2.4.3曲轴的输出扭矩

2.5本章小结

3计及构件柔性的曲柄连杆机构系统动力学仿真

3.1曲柄连杆机构曲轴柔体模型的建立

3.1.1多柔体系统动力学理论

3.1.2曲轴柔体模型的建立

3.2曲柄连杆机构柔体动力学模型及仿真结果

3.3计及构件柔性动力学模型与刚体动力学模型仿真结果对比

3.4本章小结

4考虑油膜动力润滑的曲柄连杆机构柔体系统动力学仿真

4.1滑动轴承油膜动力润滑理论模型

4.2油膜动力润滑与柔体系统动力学耦合模型

4.3油膜动力润滑与柔体系统动力学耦合模型的仿真结果及分析

4.3.1主轴承载荷

4.3.2轴心轨迹

4.3.3最小油膜厚度

4.3.4转速对最小油膜厚度的影响

4.3.5温度对最小油膜厚度的影响

4.3.6轴承间隙对最小油膜厚度的影响

4.3.6油膜反力

4.4本章总结

5全文总结与前景展望

5.1主要工作和成果

5.2本文的主要特色

5.3前景展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢