发动机曲柄连杆机构动力学仿真分析平台研究

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发动机曲柄连杆机构动力学仿真分析平台研究

ｔｅｐｏｅｕｒｎｌｂｓｄｆｒｒｆｒｃｒｔｅｆｔｅｔｙｏｕｉｎｈａｏｍｆｓｍｕａｉｎａａｙｉｆｄｉｉｈｒｃｄｅａｄｗｉｅｕｅｏｅｅｅｅｆｈｕｒｈｒｓｕｄｆｂｌｇｔｅｐｌｔｒｏｉｌｔｏｎｌｓｓｏｇ— ｌｏｄｉｆｔｚｄｅｇｎｓｗｉ．ｉｅｎｉｅｔｈ
ｉｎｌｓｎｖｒｉｏｅｏｅｅｇｎｉｕｄｔｎｈｅｓｕａｏｘｍｌａｓｖｌａｓｅｒｔｎｌｙｏｎａａｉｏｉａｏｎｉｆｈｎｅｗｔｆｎａｏ．Ｔｉｌｔｎｅａｐｅｌｏａｄｔｉａｔｆｇｙｓｂｔｎｓｔｉｈｏｉｍｉｉｅｔａｏｉｈ
（．同济大学汽车学院，１上海２１０２０８４；．长沙中联重工科技发展股份有限公司，湖南长沙４００）１２５
摘要：研究发动机结构问题时，更广泛地对各种类型发动机曲柄连杆机构进行快速准确的运动学和动力学性能分析，在为提
第２卷第１期７１
文章编号：０６— ３８２１）１— ２８—０１０９４（００ｌ０７５
计
算
机
仿
真
２０１０年１月１
发动机曲柄连杆机构动力学仿真分析平台研究
杜爱民杜玉彪楼狄明，晓东，，黄
ｏａｋａｄＣｏｎｅｔｏｅｈｎｓｆＣｒｎｎｎｃｉｎＭｃａｉｍ

发动机曲柄连杆机构多体系统动力学仿真研究的开题报告

发动机曲柄连杆机构多体系统动力学仿真研究的开题报告一、研究背景与意义随着汽车工业的发展，对于发动机的性能安全与经济性能有越来越高的要求。

发动机曲轴连杆机构是发动机的核心部件之一，它是将活塞的上下往复运动转变为旋转运动的关键。

因此，深入研究发动机曲轴连杆机构多体系统动力学特性，对于提高发动机的性能和可靠性具有重要的实用价值和理论意义。

当前，对于发动机曲轴连杆机构的多体系统动力学研究已经有了一定的基础，包括研究方法、仿真软件和实验设备的不断发展。

但是，目前存在一些问题如下：1.现有的研究方法普遍忽略了发动机曲轴连杆件之间的质量分布和相互作用，并且曲轴的弯曲和扭转也没有得到充分考虑，缺乏针对复杂工况下发动机曲轴连杆机构多体系统的优化设计理论。

2.现有仿真软件的建模和计算精度有限，不能充分反映发动机曲轴连杆机构的动力学特性，如曲轴的弯挠、摩擦、磨损等。

基于此，开展发动机曲轴连杆机构多体系统动力学研究，建立准确合理的发动机曲轴连杆机构模型，可以为发动机的优化设计提供科学依据和理论基础，进而推动发动机领域的发展。

二、研究目标与内容本研究的主要目标是建立准确的发动机曲轴连杆机构多体系统动力学模型，研究发动机曲轴连杆机构在复杂工况下的特性，以此为基础进行优化设计。

本研究的具体内容包括：1.建立发动机曲轴连杆机构多体系统动力学模型，考虑曲轴的弯曲、扭转、转轴偏移和曲轴连杆件之间的相互作用。

2.开发仿真软件，实现对于发动机曲轴连杆机构的动力学特性进行分析和计算，并对比分析不同工况下发动机曲轴连杆机构的性能。

3.针对不同工况下，优化设计发动机曲轴连杆机构的结构，提高发动机的性能和可靠性。

三、研究方法本研究采用多学科交叉的研究方法。

主要包括：1.理论方法：应用多体系统动力学理论，建立发动机曲轴连杆机构多体系统动力学模型。

2.仿真方法：通过开发相应的仿真软件，对发动机曲轴连杆机构的动力学特性进行分析和计算，同时进行实验数据验证和比对。

发动机曲柄连杆机构运动及动力特性分析与仿真

状况。
第一种情况：当
时，活塞加速度在曲
４
轴转动一圈的范围内有两个极值：在，０处，＝。即上止点处，塞加速度极大值为：活
作者简介：李鹏（９６）男，在读硕士，主要研究方向为内燃机动态设计。１８－
（５）
结合（）分析：速度１对曲轴转角作一次４式，
Ｖａ≈＋ｃ／＋２，其所在位置（表示，ｘＲｏ１２ｘｖ）ｍ
图１曲柄连杆机构简图
、．
ｘ＝ａｃｃｏｓ— ｒ
／＋—２ — ８ —１１２
—
发动机曲柄连杆机构由活塞组、连杆组和曲轴组三大部分组成。１图是正置式曲柄连杆机构运
机电技术
２１年６０１月
ａ＝Ｒｏ（＋２ｃ１）
Байду номын сангаас
（）６
，
一
（）＋
（）８
在，＝１０处，即下止点处，活塞加速度极小值８。
１连杆运动学分析．２
为：ａ，Ｒｏ（一＝一ｃ１）
１
（）７
＝・Ｄ（）９
速度近似式代入，可得曲柄连杆机构的往复惯性
力为：
＝ｍ，ｃ（Ｓ￣ｃｓａ－ＲｏＣＯ＋２ｏ２）Ｏ
一
４
结合（）分析：活塞加速度极值的大小及位５式置有两种情况：
１
动和动力分析简图，其中活塞组和连杆小端沿气缸中心线做往复直线运动，曲轴组和连杆大端作回转运动。运动过程中，各部件的速度和加速度

基于Workbench仿真的内燃机曲柄连杆机构动力学分析

基于Workbench的仿真内燃机曲柄连杆机构动力学分析（机械与动力工程学院南京 211816）摘要：本文以S195 内燃机为例，对单缸内燃机的曲柄连杆机构简化模型进行了有限元分析。

根据力学分析结果和强度要求设计内燃机曲柄连杆机构结构，并应用UG软件建立该机构三维数字化虚拟装配模型，结合有限元理论及其分析软件ANSYS Workbench，模拟分析了曲柄连杆机构装配体动力学分析，结果表明，数字化模型结合装配体有限元分析，可解决曲柄连杆机构结构强度评价问题，有助于缩短汽油机开发周期和减少成本。

关键词：曲柄连杆，有限元分析，Workbench，动力学仿真。

Dynamic analysis of the crank connecting rod mechanismbased on Workbench simulation(Nanjing Technology of University, mechanical and power engineering,Yin Zhenhua, Nanjing, 211816)AbstractBased on the S195 diesel engine as an example, the crank connecting rod mechanism of single cylinder diesel engine was analyzed in finite element analysis. According to the mechanical analysis results and strength requirements, the structure of the engine crank connecting rod mechanism is designed, and the 3D digital virtual assembly model of the mechanism is established. Combined with the finite element theory and the analysis software ANSYS Workbench. The results show that the numerical model combined with the finite element analysis can solve the problem of structural strength evaluation of the crank link mechanism, which helps to shorten the development cycle and reduce the cost.Key words: crank connecting rod, finite element analysis, Workbench, dynamic simulation.0．引言随着发动机强化指标的不断提高，曲柄连杆机构的工作条件更加复杂[1-2]。

曲柄连杆机构运动学仿真

课程设计任务书目录1 绪论 (1)1.1CATIA V5软件介绍 (1)1.2ADAMS软件介绍 (1)1.3S IM D ESIGNER软件介绍 (2)1.4本次课程设计的主要内容及目的 (2)2 曲柄连杆机构的建模 (3)2.1活塞的建模 (3)2.2活塞销的建模 (5)2.3连杆的建模 (5)2.4曲轴的建模 (6)2.5汽缸体的建模 (8)3 曲柄连杆机构的装配 (10)3.1将各部件导入CATIA装配模块并利用约束命令确定位置关系 (10)4 曲柄连杆机构导入ADAMS (14)4.1曲柄连杆机构各个零部件之间运动副分析 (14)4.2曲柄连杆机构各个零部件之间运动副建立 (14)4.3曲柄连杆机构导入ADAMS (16)5 曲柄连杆机构的运动学分析 (17)结束语 (21)参考文献 (22)1 绪论1.1 CATIA V5软件介绍CATIA V5(Computer-graphics Aided Three-dimensional Interactive Application)是法国Dassault公司于1975年开发的一套完整的3D CAD/CAM/CAE一体化软件。

它的内容涵盖了产品概念设计、工业设计、三维建模、分析计算、动态模拟与仿真、工程图的生成、生产加工成产品的全过程，其中还包括了大量的电缆和管道布线、各种模具设计与分析、人机交换等实用模块。

CATIA V5不但能保证企业内部设计部门之间的协同设计功能而且还可以提供企业整个集成的设计流程和端对端的解决方案。

CATIA V5大量应用于航空航天、汽车及摩托车行业、机械、电子、家电与3C产业、NC加工等领域。

由于其功能的强大而完美，CATIA V5已经成为三维CAD/CAM领域的一面旗帜和争相遵从的标准，特别是在航空航天、汽车及摩托车领域。

法国的幻影2000系列战斗机就是使用CATIA V5进行设计的一个典范；波音777客机则使用CATIA V5实现了无图纸设计。

船舶柴油机曲柄连杆机构的运动仿真与动力分析

船舶柴油机曲柄连杆机构的运动仿真与动⼒分析船舶柴油机曲柄连杆机构的运动仿真与动⼒分析第⼀章绪论1.1课题来源及意义当今全球经济⽇益繁荣，国国之间外贸联系⽇益紧密，90%的进出⼝是靠船舶运输的。

柴油机有以下突出优点，a.经济性好b.功率范围宽⼴c.尺⼨⼩，重量轻d.机动性好 e.可靠性⾼，寿命长，维修⽅便]1[。

因此船舶的动⼒和电⼒系统绝⼤部分情况依赖柴油机，所以研究船舶柴油机有很⼤的必要性。

在⼤多数情况下，⼤型低速长⾏程⼗字头⼆冲程柴油机作为主机，带动轴系，最终推动螺旋桨产⽣动⼒推进船舶前进；中速四冲程筒形柴油机作为发电机组的原动机，带动发电机发电供全船照明和动⼒⽤电。

⽆论四冲程还是⼆冲程柴油机的核⼼都是曲柄连杆机构。

曲柄连杆机构是柴油机主要运动部件，能将活塞的往复运动转换成回转运动，并产⽣动⼒，驱动外部设备。

曲柄连杆机构运动和受⼒都⽐较复杂，因此⽆论是设计⼈员在设计过程中，还是轮机员在⽇常维修保养中都⾮常关⼼它的性能。

本⽂以船⽤柴油机曲柄连杆为例，对曲柄连杆机构进⾏运动和动⼒分析，⽤机械系统动⼒学⾃动分析软件ADAMS（Auto Dynamic Analysis of Mechanical Systems）为⼯具，对⼆冲程柴油机进⾏运动仿真及分析，使对柴油机⼯作原理有更为深刻的理解，⽅便轮机⼈员在⽇常⼯作中管理主机和发电柴油机。

1.2国内外研究状况1.2. 1 机构动⼒学分析⽅法研究现状当前，国内外对柴油机⼯作机构动⼒分析⽅法较多，且都⽐较完善和成熟。

曲柄连杆机构运动学分析就是研究曲柄和连杆，连杆和活塞的相对运动即位移、速度和加速度随着时间的变化规律。

动⼒学则是研究受⼒情况。

柴油机曲柄连杆机构的动⼒学分析包括⽓体⼒，惯性⼒，轴承⼒，曲轴扭矩等的分析。

传统柴油机主要⼯作机构的运动及动⼒分析的⽅法主要包括图解法、解析法以及复数向量法]2[。

（1）图解法形象直观，机构各组成部件的速度、位移、加速度、所受⼒的⼤⼩以及改变趋势通过图解形式⼀⽬了然。

基于ProE的连杆机及运动仿真分析

基于PRO/E的连杆机构设计及远动仿真分析摘要连杆机构是机械中常见的一种机构，是往复式内燃机的主要工作机构。

曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要远动零件。

虚拟装配与远动仿真是根据产品的形状特征.精度特性，利用计算计图形学和仿真技术，在计算机上模仿产品的实际装配过程.仿真模拟机器的远动过程。

通过对曲柄连杆机构进行有关运动学和理论分析与计算机仿真分析，利用PRO/E软件的装配功能，将曲柄连杆机构的各组成零件装配成活塞组件.连杆组件和曲柄组件，从而完成内燃机曲柄连杆机构的虚拟装配与运动仿真。

在内燃机的开发设计阶段应用这种方法可以大大缩短产品的开发周期，减少样机实验次数，快速的对市场做出反应，降低产品的成本，提高企业的竞争力。

关键词：曲柄连杆机构：虚拟装配：运动仿真；装配功能Based on Pro/E internal combustion engine connecting rod assembly and motion simulation of the virtualAbstractThe crank is a common machinery, reciprocating internal engine is the main working body. Crank the engine duty to achieve of the main moving parts of energy. Virtual and motion simulation based on tee shape of product precision features the use of computer graphics and simulation technology, the product on the computer to imitate the actual assembly process the movement of the machine Crank through the relevant kinematics and dynamics of the theoretical analysis and computer simulation analysis, the use of Pro/E, assembly features, the crank assembly of the constituent parts into a piston, connecting rod assemblies and crankshaft components, to complete the internet combustion engine connecting rod assembly and motion simulation of the virtual. The development of internal combustion engine design using this method can greatly shorten the product development cycle and reduce prototype test times, respond quickly to market, lower product costs and improve the competitiveness of enterprises.Keywords: crank Vrtual assembly; Motion simulation；assembly features目录1绪论 (5)1.1本课题研究的目的和意义 (6)1.2国内外的研究现状及发展趋势 (7)2设计的方案 (9)2.1研究的基本内容 (9)2.1.1连杆机构的结构设计 (9)1手压抽水机的结构特点 (9)2手压抽水机的设计 (9)3连杆机构的装配 (13)3.1手压抽水机的装配 (13)3.2伺服电动机定义 (22)3.3运动分析定义 (23)4本文总结 (24)5参考文献 (25)6致谢 (26)1绪论1.1本课题研究的目的和意义基于虚拟现实的产品虚拟拆装技术在新产品开发、产品的维护以及操作培训方面具有独特的作用。

发动机曲柄连杆机构多体动力学建模的若干问题

模型导入 ADAM S时 ,在传递过程中若出现零件丢失或不能导入的情况 ,可从以下几个方面入手 : ①确定零件单位是否一致 ; ②应将各零件模型建在同一工作目录并保留一定数量的版本 ; ③Pro / E 建立零件时最好使用默认模板 ; ④若工作目录下可生成 3种文件 : transfer to view (记录模型传递过程中刚体物理信息 ) ;
在 ADAM S 2005 以前的版本要用“Move”将柔性体移到与要替代的刚体相重合的位置上 ,建立约束和运动副后 ,删除刚体 ,但 ADAM S 2005 新开发了一工具 ,可直接将柔性体替换为刚性体 ,也可将柔性体替换为柔性体 ,替换后刚性体或柔性体上的运动副、载荷等会自动转移到柔性体上 ,刚性体或柔性体上的 M arker点会转移到柔性体上与 M arker点最近的节点上 [ 5 ] ,方便了柔性体的导入。故建立准确的界面点 , 即可连接零件 ,而不会产生偏心力矩 ,从而提高了仿真精度。
将模态中性文件读入 ADAM S /V iew后 ,系统将其原点放在整体惯性坐标系的原点上 ,且与其他零件没有任何关系 ,其位置不一定是所要的位置 ,定义运动副和载荷也不方便 ,同时考虑到一些约束、力、力矩及柔性连接不可直接加到柔性体上 ,则需要通过创建虚构件 (Dummy Part)以建立柔性体与其他件之间的连接关系。
定义刚体时 ,利用 Pro / E灵活的装配功能可将相互没有运动的零件组成一个装配体 ,以方便刚体的定义 ,如 :将气环、油环、活塞销挡圈、活塞组成一个装配体 ,连杆和连杆盖组成一个装配体 ,选择定义刚体时 , 将活塞装配体、连杆装配体、曲轴和飞轮分别选为一个刚体 ,可大大减少运动副施加 , 提高求解速度、仿真效率。

发动机曲柄连杆机构建模与仿真共3篇

发动机曲柄连杆机构建模与仿真共3篇发动机曲柄连杆机构建模与仿真1发动机是现代汽车的核心部件，而发动机的曲柄连杆机构是其重要组成部分。

曲柄连杆机构是将活塞的往复直线运动转化为曲柄的旋转运动，并将曲柄的旋转运动传递到汽车的传动系统，驱动汽车前进。

因此，对曲柄连杆机构的建模与仿真研究具有非常重要的意义。

建模是对一个系统或过程的抽象和简化，建立数学模型并用计算机仿真求解。

而曲柄连杆机构建模与仿真，是指在计算机软件的帮助下将传统的手工绘图、计算曲柄连杆运动轨迹的工作转化为计算机模型建立、仿真分析的过程。

这种方法的好处是可以大大提高计算效率，同时可以方便的进行参数化分析，探究系统的适用性以及其内部机制。

曲柄连杆机构建模的第一步是建立坐标系。

我们需要确定一个参考点，通常是发动机曲轴中心线。

接着，我们需要定义每个零件的位置，通过坐标系来描述。

例如，对于一个柄头与曲轴的配合，我们需要确定其位置和姿态。

曲柄连杆机构的建模需要包括曲轴、连杆和活塞。

在建模时，我们需要确定曲轴的几何尺寸和转动轴线的位置，这样才能计算出曲轴相对坐标系的位置和姿态。

对于连杆，我们需要定义其长度、部位的尺寸和材料以及其他参数，同时也需要考虑连杆的固定方式。

活塞建模需要考虑它的直径、长度以及密封件等参数。

建模完成后，我们需要用计算机软件来进行仿真分析。

在仿真分析时，需要输入相关的工作参数(如发动机的工况、所加载的载荷等)，以获取系统在不同参数下的性能表现。

仿真分析主要包括如下几方面：(1) 运动学分析：通过对曲柄连杆机构中每个零件的几何形状和位置关系的分析，得出其运动轨迹，进而分析每个零件的运动状态。

(2) 动力学分析：通过对曲柄连杆机构在不同载荷下的工作性能的分析，得出曲轴、连杆及柄头的最大受力情况，从而进一步分析系统劳动寿命等相关参数。

(3) 模态分析：通过对曲柄连杆机构在工作条件下的振动模态进行分析，探究系统在不同频率下的振动特性以及如何减少或消除系统中的振动问题。

发动机曲轴系多体系统动力学仿真研究

０引言
２１多刚体模型建立．
曲轴系是内燃机中最重要且受载荷情况最复杂的部分，因此对其动力学分析不仅模型导人机械系统仿真所软件ＭＳ．ＣＡＤＡＭＳ中形成曲轴系的刚体模型，并完成质量、质心位置和转动惯量等参数的计算工作。
维普资讯
２００８年第３期
王晓，等：发动机曲轴系多体系统动力学仿真研究
・４・３
多体系统动力学仿真模型，见图２。
３施加约束和作用力
一
图４表明：活塞对第１缸和第４缸的侧击力基本
结合机械系统动力学仿真软件ＡＤＡＭＳ建立曲轴系
的多体系统动力学模型，计算出各构件的激励力，为
后续进行的振动噪声分析提供数据参考。
１曲轴系ＣＡＤ实体建模
图１某柴油机曲轴系ＣＡＤ三维实俸模型
免在这些位置布置油槽或油孔。
内燃机曲柄连杆机构包括活塞组、连杆组和曲轴
２２多体系统动力学模型的建立．
飞轮组３大部分。活塞组的主要构件包括活塞体、气环、油环、活塞销、卡簧等；连杆组的主要构件包括
２２１关键部件有限元模型的建立．．曲轴作为曲轴系的关键部件是弹性体而非刚体，为了更真实地计算其对内燃机内部激励载荷的影响，需要对其进行柔性化处理。

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［1 ］
采用数字化的虚拟样机技进行设计和功能上的仿真和验证，术可以把整个设计过程数字化，减少物理样机的数量从而缩短开发周期降低成本。发动机仿真分析平台是对数字化的虚拟样机采用计算机仿真分析手段，在发动机数字模型的基础上进行功能仿真分析和校核，从而大大地减少物理试验的时间和次数，提高设计开发效率。搭建现代化发动机仿真分析平台可以将设计经验和成功的方案保存为数字化方案，形对于提高生产质量、缩短市场反馈时间成可重用的知识库，以及后续发动机机型的开发研究，都具有非常重要的价值。
。曲柄连杆机构多体系统动力学分析
搭建动力学仿平台是发动机仿真分析平台的重要组成部分，真分析平台可以对各种机型的曲柄连杆机构进行统一化系从而更有效地进行数字化发动机整机的统化的动力学分析，设计与改进。
［2 ］本文以动力学仿真分析软件 MSC． ADAMS 为基础，建
立了发动机曲柄连杆机构动力学仿真分析平台的内部流程，
— 279 —
拉格朗日方程可得多柔体系统动力学方程：
{
d T T + · － dt ξ ξ C （ ξ， t） = 0
( )
C λ = Q [ ξ ]
T
（ 4）
Q = － kξ + Q F ，式中，其中 Q F 为作用于柔性体上，除了变形引起的弹性力以外的全部主动力所对应的广义力；－ Kξ 为弹性力对应的广义力； C 表示约束方程； λ 表示拉格朗日乘子； ξ 为广义坐标。
图3 曲柄连杆机构三维实体装配模型
本文对曲轴进行柔性化处理，其它零部件在系统中的作用只是传递气体爆发压力和由运动产生的惯性力，仍建为刚体模型。曲轴材料为 42CrMo 合金钢，弹性模量 2． 12E5MPa，
3 泊松比为 0． 3 ，密度 7． 8E － 6 kg / mm ，文中采用 MSC． Patran
{
d K K － + dt · q i qi ψi = 0
( )
n
∑ q λ
i =1 i
ψ i
= Fi
（ 2）
（ i = 1， 2， …， m）
对曲轴进行十节点四面体单元的自动网格划分，并对轴颈圆角及油孔等应力集中部位进行网格细化型见图 5 。利用 MSC． Nastran 对该曲轴有限元模型进行模态分析，生成整轴的 MNF 模态中性文件，此时 MNF 文件已包含了柔性体的质量、转动惯量、固有频率及振型等信息，将此文件导入到 ADAMS / Flex 中，替换原模型中的刚体曲轴，然后重新建立柔性体曲轴与其它刚体间的相互连接关系，形成多柔体模型。
Research of Platform of Dynamics Analysis of Crank and Connection Mechanism
DU Ai － min1 ，DU Yu － biao1 ，LOU Di － ming1 ，Huang Xiao － dong2
（（ 1． School of Automobile，Tongji University，Shanghai 201804 ，China； 2． Zoomlion Heavy Industry Science ＆ Technology Development Co．，Ltd，Changsha Hunan 410205 ，China） ABSTRACT： In order to make the kinematics and dynamics analysis of crank and connection mechanism of diversified engines more quickly and conveniently， an idea of building the platform of dynamics analysis was presented in the paper． And the commonly procedure and theory of dynamics analysis based on MSC． ADAMS was also described． The dynamical results of the crank and connection mechanism of a practical engine were obtained by means of multi － body and flexible body system simulation． The results provide the optimized design of the mechanism itself and the following analysis on vibration noise of the engine with foundation． The simulation example also validates the rationality of the procedure and will be used for referece for the further study of building the platform of simulation analysis of digitized engines with ． KEYWORDS： Paltform of simulation analysis； Crank and connection mechanism； Dynamics analysis； Multi － body； Flexible body
2
曲柄连杆机构动力学仿真分析平台搭建思路
随着现代 CAE 技术的日益进步，基于当前有限元分析
PATRAN、 NASTRAN 和动力学仿真分析软件软件 ANSYS、 ADAMS、 SIMPACK 以及仿真管理软件 MSC． SimManager，结 PC 机等硬件设施，合工作站、可以搭建曲柄连杆机构的动力学仿真分析平台。搭建动力学仿真分析平台的关键技术难点在于建立动力学仿真分析的通用流程；依流程创建前后处理软件间的接口；分析结果的输出调用及报告文件的生成与管理等。本文只对平台的第一部分内容即通用流程的建立作深入分析与实际机型算例的验证。后续内容需要结合以虚拟产品开发基于 B/S 方式架构的企业级仿真管理平台软件为主轴， MSC． SimManager 来对产品开发中的各种结果数据、分析流程以及人员分配等进行高效的管理。如图 1 所示，对于动力学仿真分析平台按照分析流程要求依次输入曲柄连杆机构的三维实体尺寸、材料属性，施加相应约束以及气缸爆发压曲轴转速等计算条件，便可得到对应的运动学和动力学力、分析输出结果。
T q =［ X， Y， Z， ψ，， θ］［5 ］
。对于曲
，得到了相应的运动学和动力学分
柄连杆机构多刚体系统动力学分析，首先需要通过大型的三维 CAD 建模软件结合输入的模型尺寸参数，建立曲柄连杆机构各部件的几何模型，并按照实际情况完成三维装配。然后将装配好的几何模型导入到动力学分析软件中，并根据实际情况施加各种约束建立机构的动力学仿真模型。 ADAMS 软件对导入进的装配模型默认为刚体模型，所以对此模型施加气缸燃气爆发压力和曲轴转速等计算条件，所进行的计算分析便为多刚体系统动力学分析。分析结果可以得到零部件的载荷以及零部件间的运动关系和相互作用。由于实际中曲轴等关键部件在交变载荷的作用下有弯曲和扭转变形，即并非刚体模型，所以为更全面准确地获得分析结果，需要对曲轴飞轮等主要零部件进行柔性化处理。一般用有限元法对曲轴进行模态综合分析，得到一个包含曲轴材料、节点、单元和模态信息的 MNF 模态中性文件
第 27 卷
第 11 期
计
算
机
仿
真
2010 年 11 月
文章编号： 1006 － 9348 （ 2010 ） 11 － 0278 － 05
发动机曲柄连杆机构动力学仿真分析平台研究
1 1 1 2 杜爱民，杜玉彪，楼狄明，黄晓东
（ 1．同济大学汽车学院，上海 201804 ； 2．长沙中联重工科技发展股份有限公司，湖南长沙 410205 ）摘要：在研究发动机结构问题时，为更广泛地对各种类型发动机曲柄连杆机构进行快速准确的运动学和动力学性能分析，提出了搭建曲柄连杆机构动力学仿真分析平台，基于机械系统仿真分析软件 MSC． ADAMS 的动力学分析原理，并采用平台流得到了零部件的运动学和动力学优化结果，为程实现了对某发动机曲柄连杆机构的多刚体和多柔体系统动力学仿真分析，机构的优化设计以及后续整机振动噪声的分析预测提供了依据，同时也验证了仿真分析流程的合理性，为建立数字化发动机的整机仿真分析平台提供了借鉴。关键词：仿真分析平台；曲柄连杆机构；动力学分析；多刚体；多柔体中图分类号： TP391． 9 文献标识码： B
收稿日期： 2009 － 08 － 24 修回日期 2009 － 09 － 23
并以此对某发动机的曲柄连杆机构进行了多体系统动力学
— 278 —
分析，验证了平台的可操作性，得到了活塞速度、曲轴转速、曲柄销受力及曲轴应力分布等分析结果，为后续研究提供了依据。
NASTRAN 等 CAE 分析软件结合材模型。其次运用 ANSYS、料属性等输入参数对曲轴进行模态分析，将得到的 MNF 文件导入到 ADAMS 中替代对应的刚体模型得到多柔体动力学模型。对此模型施加燃气爆发压力等计算条件进行多柔体动力学分析，同样可以得到零部件的运动学和动力学分析结果。最后通过对于动力学仿真分析所得到的输出结果进行理论分析和实验验证，如果结果是合理的，那么就可以结束动力学分析过程，将所得分析数据结果作为进行下一步零部件结构强度和可靠性等分析的输入条件；如果经过理论分析或实验验证发现结果并不合理，那么就要返回平台流程的初始输入，对机构本身的几何模型进行结构优化改进，具体优化方法的技术要求是使得曲轴转速不均匀度、活塞对气缸侧推力、曲柄销受力以及轴颈圆角处最大应力等在机构材料强度及性能要求的允许范围以内。

发动机曲柄连杆机构动力学仿真分析平台研究

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