压缩机曲轴系多体系统动力学仿真
机械系统的多体动力学建模与仿真研究
机械系统的多体动力学建模与仿真研究机械系统是将各种机械构件组合在一起，通过各种力和运动的相互作用来完成特定功能的系统。
多体动力学是研究机械系统中各个构件之间的相互作用和运动规律的学科，是机械系统设计和优化的重要工具。
本文将针对机械系统的多体动力学建模与仿真进行探讨。
一、多体动力学建模的概念与方法多体动力学建模的目的是描述机械系统中各个构件之间的相互作用规律和受力情况，以及构件的运动规律。
建模的过程主要包括以下几个步骤：确定系统中的构件、建立约束和受力模型、求解运动方程、分析系统的运动行为。
在多体动力学建模中，最关键的一步是建立约束和受力模型。
约束模型描述系统中的约束条件，包括几何约束和运动约束。
几何约束是指构件之间的相对位置关系，例如长度限制、角度限制等；运动约束是指构件之间的相对运动关系，例如某些部件必须相对静止或者具有特定的运动轨迹。
受力模型描述系统中的力学作用，包括外部作用力和内部作用力。
外部作用力可以是重力、弹簧力、摩擦力等，内部作用力可以是构件之间的约束反力、弹簧的弹力等。
求解运动方程是多体动力学建模的核心内容。
运动方程描述系统中各个构件的运动规律，包括位移、速度和加速度等。
求解运动方程的方法主要有几何法、虚功原理和拉格朗日方程等。
几何法是利用构件的几何关系推导出运动方程，适用于简单的机械系统。
虚功原理是将系统的动力学方程转化为广义坐标的变分问题，通过最小化虚功表示的系统势能来求解运动方程。
拉格朗日方程是通过系统的动能和势能构建哈密顿量，然后通过求解欧拉-拉格朗日方程来得到运动方程。
二、多体动力学仿真的方法与应用多体动力学仿真是利用计算机模拟机械系统的运动行为的过程。
仿真可以帮助工程师验证设计方案的可行性和合理性，提前发现问题并进行优化。
多体动力学仿真的方法主要有几种，包括基于解析方法的仿真和基于数值方法的仿真。
基于解析方法的仿真主要是利用建立的多体动力学模型，通过数学的推导和计算得到系统的运动规律。
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。
活塞式压缩机主运动——曲柄滚动轴承系统动力学仿真分析
的条件下 ，宜缩短Ｈ１ ，以力求降低整机的高度尺寸 。
３顶岸高虏ｈ（ ． 即第—道活塞环槽到活塞顶的距离 ） １ 越 小 ，第一 道环本 身的热 负荷也越 高。应根 ）ｈ 据热负荷及冷却状况确定ｈ ，使 第一道活塞环 的工作温 度不超过允许极 限 （ ８～ ２ ＊ 约１０ ２０Ｃ）。 ２）在 保证第 一道环工作可靠 的情况下 ，尽量缩小
１ Ｏ 信息系统工程 ｌ ０ １ １ ０ ５ １． ． ２ １２
６ 根据活塞 顶部应 力 、刚度及散 热要求来 决定 是 的，小型高速柴油机的铝活塞 ，如满 足顶部有足够的传
热截面 ，则顶部 的机械强度一般也是足够 的。热应力随
隙 △ｏ 和垂直销孔方 向的裙部 间隙 △ 。减小 △ｏ 上 可以降
低活塞头部的热负荷 ，减小 △ 可 以减弱活塞换 向时倾 上 侧摆动与敲击缸套 现象 ，从而可大大减轻缸套 的穴蚀 ， 但活塞间隙过小 ，也容易引起 活塞 的损伤和拉缸 。在销 孔轴线方 向的裙部不 承受 推力负荷 ，其间 隙 △ 稍大一 ｘ 些对活塞运行性 能的影响不很大 ，因此在设计上 ＡΒιβλιοθήκη 的 Ｘ 选择可以有较大的差别 。
４活塞环的数 日及排列 ． １ ）活塞环数 目一般为 ： 高速机 气环２ ３ ，油环 １２ ； ～道 ～道
中速机 气环３ ４ ，油环２ （ ～道 道 少数用一道 ）
２ ）油环布置：采用一ｊ油环时，油环装在销孔上方。 酋
５环槽尺寸 环槽 的轴 向高 度等于活塞环 的轴 向高 ．
度ｂ 。
１塞高度Ｈ ． １ ）活塞高度取决 于以下因素 ：
式 中 Ｄ活塞名义直径 ； ｔ 活塞环径 向厚度 ；
机械工程中的多体动力学模拟与分析
机械工程中的多体动力学模拟与分析机械工程是研究运动物体的力学现象和能量变化规律的学科。
在机械工程中，多体动力学模拟与分析是一项重要的技术和方法，用于研究机械系统的运动特性、稳定性和动力学行为。
本文将介绍多体动力学模拟与分析在机械工程中的应用，并以机械传动系统为例详细探讨其原理和方法。
一、多体动力学模拟与分析的意义机械工程领域中往往涉及到多个物体之间的相互作用和运动关系。
例如，机械传动系统中的轴、齿轮、连杆等部件之间存在着复杂的力学关系。
通过多体动力学模拟与分析，可以研究机械系统中各个部件之间的相互作用和力学特性，为设计优化和故障诊断提供理论依据。
二、多体动力学模拟与分析的原理多体动力学模拟与分析是基于力学原理的数值计算方法，通过求解物体的运动方程和力学约束方程，得到系统的运动和力学特性。
其基本原理如下：1. 运动方程的建立：根据物体的几何形状、质量分布和外力，利用力学原理（如牛顿第二定律、角动量守恒定律等），建立物体的运动方程。
2. 力学约束方程的建立：多体系统中，各个物体之间存在着一定的力学约束关系，如轴与轴之间的连接、齿轮齿面的啮合等。
通过建立这些约束方程，可以描述物体之间的运动关系。
3. 根据物体的初值条件和边界条件，求解运动方程和力学约束方程，得到物体的运动轨迹、速度、加速度等运动参数。
三、多体动力学模拟与分析的方法多体动力学模拟与分析的方法非常丰富多样，可以根据具体问题和需求选择合适的方法。
下面以机械传动系统为例，介绍常用的方法：1. 基于牛顿-欧拉方法的刚体多体动力学模拟：该方法将物体视为刚体，通过牛顿-欧拉动力学原理建立物体的运动方程和力学约束方程，通过求解微分方程组得到系统的运动和力学特性。
2. 基于拉格朗日方法的柔体多体动力学模拟：该方法将物体视为柔体，考虑物体的形变和应力分布，通过拉格朗日动力学原理建立物体的运动方程和力学约束方程，进而求解系统的运动和力学特性。
3. 基于有限元方法的多体动力学模拟：该方法将物体离散为有限数量的节点和单元，通过建立节点和单元之间的约束关系和力学方程，将多体动力学问题转化为求解大型代数方程组的问题。
基于多体动力学的机械系统仿真研究
基于多体动力学的机械系统仿真研究在现代工程领域，机械系统的仿真研究成为了一种重要的手段。
通过仿真可以更好地了解机械系统的运行原理和性能，并进行优化设计。
而基于多体动力学的机械系统仿真研究，则进一步提高了仿真的准确性和可靠性。
一、多体动力学的基本原理多体动力学是研究物体相对运动的力学学科，它是通过对物体的几何和力学性质建立数学模型，模拟物体在力的作用下的运动过程。
在机械系统中，多体动力学可以描述各个零部件之间的相对运动关系，并通过求解动力学方程得到系统的运动状态。
二、机械系统仿真的必要性在设计机械系统之前，通过仿真可以提前预测系统的性能和工作条件，从而减少设计过程中的试错和修正。
仿真还可以为系统优化提供有效的参考依据，帮助设计师快速找到问题所在，并加以改进。
三、多体动力学在机械系统仿真中的应用1. 建立机械系统的数学模型多体动力学可以通过建立机械系统的数学模型，包括各个零部件的几何形状、质量、惯性矩阵和运动关系等。
这些参数可以通过仿真软件进行输入，并通过数值计算求解系统的动力学方程。
2. 模拟机械系统的运动过程通过仿真软件，可以模拟机械系统在不同工况下的运动过程。
例如，可以模拟机械系统在高速运动时的振动情况，或者在受到外力冲击时的响应。
这些仿真结果可以提供给设计人员参考，为系统的稳定性和可靠性分析提供依据。
3. 优化设计参数在仿真过程中，可以对机械系统的设计参数进行调整，以达到最佳性能。
通过改变零部件的材料、形状、配比等参数，可以对系统的动力学性能进行优化。
仿真软件可以通过求解动力学方程，计算出系统在不同设计参数下的运动特性，并给出相应的性能指标。
四、多体动力学仿真研究的挑战与展望1. 复杂系统建模的困难对于大规模、复杂的机械系统，建立精确的数学模型需要充分考虑零部件之间的关系和约束条件。
这对建模人员的数学水平和对系统的理解能力提出了更高的要求。
2. 高精度计算的要求多体动力学仿真需要进行大量的数值计算，对计算机的性能要求较高。
压力机曲轴动力学仿真研究
压力机 曲轴进行模态分析 ，得到其柔性体文件 ，通 过建立包括柔性 曲轴在 内的曲轴系统的多体动力学 模型 ， 在系统动力学仿真软件 Ａ Ａ Ｓ中进行仿真 ＤＭ 分析 ， 得到各构件 的运动规律和构件 间的作用力 ， 为曲轴的进一步设计、分析优化提供了理论依据。
１ ．主动齿轮 ２ ．曲轴 ３ ．连杆 ４ ．滑块
ｂｎ ｄｗ ｔ ｉ ｅ ｉ ＡＤＡＭＳ ｔ ｓａ ｌ ｈ ａｍｕｔ． ｏ ｙ ｓ ｓｅ ｄ ｎ ｍｉ ｓｍｏ ｅ ｆｔ ｅｐ ｅ ｓｃ ａ ｋ ｈ ｆ ｓ ｓｅ ｔ ａ ｃｕ ｅ ｒｎ ｓ ａｔ ｈ ｅ ｔｂ ｉ ｌ ｂ ｄ ｙ ｔｍ ｙ ａ ｃ ｄ ｌｏ ｒ ｓ ｒ ｎ ｓ ａｔ ｙ ｔ ｍ ｔ ｎ ｌ ｄ ｓｃ ａ ｋ ｈ ｏ ｓ ｉ ｈ ｈ ｉ ｆ ｌ ｘ ｂ ｅ ｂ ｄ ｎ ｉｉ ａｔ ｒ ｔｔ ｉ ｔ ｅｃ ａ ｋ ｈ ｆ ｆｅ ｉ ｌ ｏ ｙ ａ ｄ ｒｇｄ ｐ ｒ ｏａ ｉ ｇｗ ｔ ｈ ｒ ｎ ｓ ａｔ Ｂ ｔ ｉａｉ ｎ ｏ ｉ ｍｏ ｅ ， ｔ ｅ ｐ ｐ ｒｐ ｅ ｅ ｔ ｈ ｖ ｍｅ ｔ ｎ ｓ ｎ ｈ ． ｙｕ ｉ ｚ ｔ ｆ ｈ ｓ ｄ ｌ ｈ ａ ｅ ｒ ｓ ｎ ｓｔ ｅ ｍｏ ｅ ｎ ｄ ｌ ｏ ｔ ａ ｌ ａ ｈ ｎ ｅ ｃ ￣ｅ ｆｐ ｅ ｓｋ ｙ ｃ ｍｐ ｎ ｎ ｓ ｌ ｙｎ ｏ ｎ ａｉｎ ｆ ｒｉ － ｅ ｔ ｔｄ ｆｃ ａ ｋ ｈ ｔｄ ｎ ｍｉ ｅ ｐ ｎ ｅ Ｒ — ｏ ｄ ｃ ａ ｇ ｕ ｓｏ ｒ ｓ ｅ ｏ ｏ ｅ ｔ ， ａ ｉｇ ａ ｆ ｕ ｄ ｔ ｏ ｎ ｄ ｐ ｈ ｓｕ ｙ ｏ ｒ ｎ ｓ ａ ｙ ａ ｃ ｒ ｓ ｏ ｓ ． ｅ ｏ ｆ
船舶柴油机曲轴轴系多体动力学仿真研究的开题报告
船舶柴油机曲轴轴系多体动力学仿真研究的开题报告一、研究背景和意义随着航运业的发展，船舶柴油机已经成为现代海洋交通运输的核心动力装置。
船舶柴油机曲轴轴系作为船舶柴油机的核心部件之一，在运转过程中承担着转动惯量大、吸收、传递和输出功率等多种重要功能。
然而船舶柴油机曲轴轴系的可靠性存在一些问题，如振动问题、疲劳问题和寿命问题等。
这些问题会给船舶带来严重的安全隐患和经济损失，因此对船舶柴油机曲轴轴系的多体动力学仿真研究成为当前工程技术领域的重要课题。
针对船舶柴油机曲轴轴系的多体动力学仿真研究，可以揭示其运行机理和振动特性，促进其结构优化，提高其性能稳定性和可靠性。
同时，该项研究还可以为船舶柴油机的设计、制造和维修提供有效的技术支持，推动船舶柴油机制造业的发展。
因此，开展船舶柴油机曲轴轴系多体动力学仿真研究具有重要的理论和实践意义。
二、研究内容和方法本研究拟采用多体动力学理论和仿真技术，针对船舶柴油机曲轴轴系的动力学特性和振动特性进行深入分析和研究。
具体研究内容包括：1. 建立船舶柴油机曲轴轴系的数学模型，包括曲轴轴承、连杆、活塞等关键部件。
2. 对建立的数学模型进行多体动力学仿真，分析船舶柴油机曲轴轴系在运行过程中的动力学特性。
3. 对船舶柴油机曲轴轴系的振动特性进行量化分析，以此揭示振动的原因和机理。
4. 提出船舶柴油机曲轴轴系的结构优化方案，为提高船舶柴油机的性能和可靠性提供技术支持。
在方法上，本研究主要采用多体动力学理论和系统仿真技术，通过建立数学模型和进行仿真模拟，对船舶柴油机曲轴轴系的动力学特性和振动特性进行研究分析，探讨其优化设计方案。
三、研究预期结果本研究预期能够建立船舶柴油机曲轴轴系的多体动力学仿真模型，分析其运行机理和振动特性，并提出有效的结构优化方案，以提高船舶柴油机的性能和可靠性。
具体预期结果包括：1. 建立船舶柴油机曲轴轴系的多体动力学仿真模型，在模拟计算中可以有效地分析和模拟曲轴轴系在运转过程中的动力学特性。
基于多体动力学的机械系统建模与仿真
基于多体动力学的机械系统建模与仿真机械系统是现代工程领域中的关键部分。
为了更好地设计和优化机械系统，工程师需要对其进行精确的建模与仿真。
在这方面，基于多体动力学的方法被广泛应用。
本文将从理论基础、建模方法和仿真技术等方面进行探讨，以帮助读者更好地理解基于多体动力学的机械系统建模与仿真。
1. 理论基础多体动力学是研究机械系统运动规律的一种理论方法。
它基于牛顿力学原理，考虑系统中的各个部分之间的相互作用，通过求解物体的运动方程来描述系统的行为。
多体动力学不仅考虑力的平衡和动量守恒，还考虑了惯性、摩擦、弹性等因素的影响。
在建模和仿真过程中，多体动力学为对不同系统进行动态分析提供了一种有效的工具。
2. 建模方法基于多体动力学的机械系统建模过程分为几个步骤。
首先，需要定义系统中各个部分的几何形状和质量分布，并确定它们之间的约束关系。
然后，将系统中的各个部分划分为刚体或弹性体，并确定它们之间的连接方式。
接下来，根据牛顿第二定律，编写每个部分的运动方程。
最后，通过求解这些方程，可以得到系统的运动情况。
3. 仿真技术基于多体动力学的机械系统仿真是将系统的运动方程数值解求解的过程。
在仿真过程中，需要选择适当的数值计算方法，如欧拉法、Verlet算法等，对系统的运动进行离散化处理。
此外，还需要确定仿真的时间步长，并考虑系统中的摩擦、碰撞等现象的影响。
通过不断迭代求解运动方程，可以模拟出系统在不同工况下的运动轨迹和动力学性能。
4. 应用领域基于多体动力学的机械系统建模与仿真广泛应用于工程领域。
例如，在机械设计中，可以通过仿真分析系统的运动情况，优化结构设计和运动机构的参数；在车辆工程中，可以研究车辆运动过程中的悬挂系统、转向系统等；在航空航天领域，可以研究飞行器的姿态稳定性和操纵性能等。
总结起来，基于多体动力学的机械系统建模与仿真是一种重要的工程手段，可以通过数值求解系统的运动方程，模拟出系统在不同工况下的运动轨迹和动力学性能。
机械系统的多体动力学分析与仿真
机械系统的多体动力学分析与仿真引言：随着科技的发展和人们对机械系统精确控制的需求不断增长，机械系统的多体动力学分析与仿真在工程领域的重要性日益凸显。
本文旨在探讨机械系统的多体动力学分析与仿真技术，以及其在不同领域的应用。
一、机械系统的多体动力学分析1. 多体动力学的基本概念多体动力学研究的是相互作用的多个物体在受外界力作用下的运动规律。
它涉及到刚体运动、连杆机构、弹性体、液体、气体等多种物体动力学现象。
2. 动力学方程的建立机械系统的多体动力学分析需要建立适当的动力学方程。
一般来说，可以利用牛顿第二定律、能量守恒定律、角动量守恒定律等原理来推导动力学方程。
3. 多体动力学模型的建立为了对机械系统的动力学行为进行研究和仿真，需要建立相应的多体动力学模型。
模型的建立涉及到物体的几何形状、质量分布、运动约束等因素。
二、机械系统的多体动力学仿真方法1. 数值方法数值方法是多体动力学仿真的主要手段之一。
常见的数值方法包括欧拉法、Runge-Kutta法、有限元法等。
这些方法基于数学模型，通过离散化的方式求解微分方程。
2. 刚体动力学仿真刚体动力学仿真是多体动力学仿真的重要方向之一。
它考虑了物体的质心运动、角速度和角加速度等因素，可以用于模拟机械系统中刚体的运动特性。
3. 柔性体动力学仿真柔性体动力学仿真是另一种常用的多体动力学仿真方法。
相比于刚体仿真，柔性体仿真考虑了物体的变形和挠曲等因素，更加逼真地模拟了机械系统的实际行为。
三、机械系统多体动力学分析与仿真的应用1. 机械设计与优化通过多体动力学分析与仿真，可以评估机械系统在不同工况下的稳定性、刚度和振动特性等，提供设计师有效的指导，优化机械系统的结构和参数。
2. 机器人动力学控制机器人是机械系统的重要应用领域之一。
多体动力学分析与仿真可以帮助研究人员分析和优化机器人的动力学性能，设计出更加灵活、高效的机器人控制算法。
3. 车辆动力学研究车辆动力学是研究车辆运动规律与性能的重要领域。
机械设计中的多体系统动力学建模与仿真
机械设计中的多体系统动力学建模与仿真机械设计是一门涉及物体结构和运动的学科，而多体系统动力学建模与仿真则是机械设计中重要的一部分。
本文将介绍多体系统动力学建模与仿真的基本概念和方法，并探讨其在机械设计中的应用。
一、多体系统动力学建模的基本概念在机械设计中，多体系统动力学建模是研究物体在运动过程中相互作用力和运动方程的一种方法。
多体系统由多个连接在一起的刚体组成，通过关节、滑动副等连接方式相互联系。
多体系统动力学建模的主要目的是通过建立物体的运动方程，预测和分析系统的运动行为。
多体系统动力学建模要考虑的主要因素包括：1. 物体的质量分布、惯性参数和几何形状；2. 物体之间的约束关系和连接方式；3. 外部施加在物体上的力和力矩。
二、多体系统动力学建模的方法1. 拉格朗日方法拉格朗日方法是一种基于能量原理的多体系统动力学建模方法。
通过定义广义坐标和拉格朗日函数，可以得到系统的运动方程。
拉格朗日方法适用于系统的运动学约束不易确定的情况，可以简化运动方程的推导过程。
2. 牛顿-欧拉方法牛顿-欧拉方法是一种基于牛顿定律和欧拉角动力学的多体系统动力学建模方法。
通过施加牛顿定律和角动力学公式，可以得到系统的运动方程。
牛顿-欧拉方法适用于系统的运动学约束已知的情况，可以较为准确地描述系统的运动行为。
3. 约束方程法约束方程法是一种通过约束方程描述系统的运动约束和连接关系的多体系统动力学建模方法。
通过约束方程对系统中的连接关系进行数学建模，可以得到系统的运动方程。
约束方程法适用于复杂的多体系统，在实际工程应用中广泛使用。
三、多体系统动力学仿真的应用多体系统动力学仿真在机械设计中具有重要的应用价值。
以下列举几个典型的应用场景：1. 机器人运动学分析与路径规划通过对机器人相关零部件进行多体系统动力学建模和仿真，可以分析机器人的运动学性能，并进行路径规划和轨迹优化，提高机器人的工作效率和稳定性。
2. 车辆悬挂系统设计多体系统动力学仿真可以帮助优化车辆悬挂系统的设计，预测系统的动态性能和悬挂刚度，提高车辆的行驶舒适性和操控稳定性。
多体动力学仿真在机械系统设计中的应用研究
多体动力学仿真在机械系统设计中的应用研究一、引言机械系统设计是一项复杂而关键的工程任务，需要深入了解系统的运动机理和力学特性，以保证系统的稳定性、可靠性和高效性。
多体动力学仿真作为一种近年来兴起的工具和方法，可以有效帮助工程师进行机械系统的设计和分析。
本文将探讨多体动力学仿真在机械系统设计中的应用研究。
二、多体动力学仿真的基本原理多体动力学仿真是通过建立机械系统的运动方程和力学模型，以数值计算的方式模拟系统运动和力学特性的一种方法。
其基本原理就是运用牛顿的力学定律，对机械系统中的各个部件进行建模，并利用数值计算方法求解系统的运动轨迹、关节力和力矩等物理量。
三、多体动力学仿真在机械系统设计中的优势1. 大范围测试：通过多体动力学仿真，可以对机械系统在不同工况下的性能进行模拟和测试，从而找到系统的薄弱环节，提前解决问题。
2. 降低成本和风险：传统的机械系统设计需要进行大量的试验和实验，耗时费力且风险高。
而多体动力学仿真可以在计算机上进行，减少了试验资源的消耗，降低了系统开发的成本和风险。
3. 设计优化：多体动力学仿真可以通过改变设计参数，分析系统的运动状况和力学特性，找到最佳的设计方案，提高系统的性能和效率。
四、多体动力学仿真在机械系统设计中的应用案例1. 车辆悬挂系统设计车辆悬挂系统是保证汽车行驶舒适性和稳定性的重要组成部分。
通过利用多体动力学仿真，可以模拟和分析悬挂系统在不同路况下的工作状态，预测悬挂系统受力和变形情况，优化悬挂系统的结构和参数，达到最佳的行驶舒适性和稳定性。
2. 机械臂设计机械臂是工业自动化生产中常见的设备，其运动轨迹和力矩的计算对系统的稳定性和效率都至关重要。
多体动力学仿真可以模拟机械臂在各种工况下的运动轨迹和关节力，帮助工程师优化机械臂的结构和动力学性能，提高工作效率和质量。
3. 风力发电机设计风力发电机的叶片设计和结构对发电效率有着直接的影响。
通过多体动力学仿真，可以模拟风力发电机叶片的运动和受力情况，分析不同设计参数对发电效率的影响，优化叶片的结构和形状，提高发电效率和性能。
机械系统的多体动力学模拟与分析
机械系统的多体动力学模拟与分析一、引言机械系统的多体动力学模拟与分析是工程学领域中的重要研究方向，它涉及了各种旋转、运动和相互作用的物体的复杂动力学行为。
多体动力学模拟与分析的应用范围广泛，包括机械设计、机器人控制、航天航空等众多领域。
本文将介绍多体动力学模拟与分析的基本概念和方法，并详细讨论其在实际工程中的应用。
二、基础理论1. 多体系统的建模：多体系统由多个物体组成，每个物体都可以有自身的运动和旋转。
为了研究系统的动力学特性，首先需要建立精确的系统模型。
通常可以采用刚体动力学理论或迭代动力学法进行建模。
2. 多体系统的运动学描述：多体系统的运动学描述涉及位置、速度和加速度等参数。
位置参数可以通过运动学链方法计算，速度和加速度参数可以通过微分和积分获得。
通过对多个物体的位置、速度和加速度的描述，可以预测系统在不同时间点的运动状态。
3. 多体系统的动力学分析：多体系统的动力学分析是研究系统受到外力作用时的运动特性。
动力学分析可以通过牛顿定律、欧拉-拉格朗日方程等方法进行。
经过动力学分析，可以得到系统在不同时间点的力、力矩和功等参数。
三、多体动力学模拟方法1. 刚体动力学模拟：刚体动力学模拟是一种常用的多体动力学模拟方法。
在此方法中，物体被近似为刚体，忽略其形变和弯曲。
然后，通过牛顿定律建立动力学方程，并采用数值方法求解，得到系统的运动轨迹。
2. 迭代动力学模拟：迭代动力学模拟方法是一种更精确的多体动力学模拟方法。
在此方法中，物体被近似为连续的质点，考虑其形变和弯曲。
然后，通过欧拉-拉格朗日方程建立动力学方程，并采用数值方法进行迭代求解。
通过迭代计算，可以得到更为准确的运动轨迹。
四、多体动力学模拟与分析的应用1. 机械设计：多体动力学模拟与分析在机械设计中起着重要的作用。
通过对机械系统的多体动力学行为的模拟和分析，可以确定系统的受力和受力方向，从而优化设计方案，提高机械系统的工作效率和稳定性。
2. 机器人控制：多体动力学模拟与分析在机器人控制中也有广泛的应用。
柴油机曲轴轴系的柔性多体动力学仿真分析_郝志勇
郝志勇(1955-)陕西绥德人,教授(收稿日期:2003-09-15)文章编号:1008-7842(2003)S0-0086-03柴油机曲轴轴系的柔性多体动力学仿真分析郝志勇1,段秀兵2,程金林2(1 浙江大学机械与能源学院,浙江杭州310027;2 天津大学机械学院,天津300072)摘 要 以曲轴有限元模型为基础,建立了包括活塞、连杆、飞轮和减振器皮带轮在内的三维实体曲轴系统多体动力学模型。
通过进行曲轴系统在发动机工作状态下的柔性多体动力学仿真计算,求出了柴油机在不同工况下的扭矩输出特性和各主轴承在一个工作循环内的载荷变化情况,分析了曲轴在实际安装和运行状态下的扭振响应特性,并将计算与实测的结果进行了比较,证明柔性多体动力学仿真分析的结果是可靠的。
关键词 柴油机,曲轴系统,多体动力学中图分类号:TK 42313 文献标志码:A1 前言NVH (N oise ,Vibration and Harshness )性能已经成为内燃机设计的一个重要指标,是否具有良好的NVH性能已是决定内燃机能否被市场接受的重要条件。
曲轴系统的动力学分析在内燃机NVH 设计中具有关键性的作用〔1〕,〔2〕。
曲轴在活塞、连杆传递的爆发压力的交变载荷作用下产生强烈的振动,并通过主轴承把能量传递给机体,产生辐射噪声。
曲轴的扭转振动不仅影响自身的强度和可靠性,并使齿轮正时发生变化而影响发动机的性能,而且对内燃机整体的振动和噪声特性也有重要的影响。
现代设计方法是降低内燃机振动噪声、提高其综合设计水平的根本途径。
内燃机的噪声级取决于它的设计和制造水平,而首先是设计水平。
用传统的经验、试凑和静态的设计方法很难在资金、时间受激烈市场竞争限制下保证低噪声内燃机的设计。
利用计算机虚拟设计手段,进行曲轴轴系为主的发动机运动件系统的多体动力学仿真分析不仅可以掌握发动机的主要机械载荷分布情况,为机体和其他固定件的分析提供依据,而且对于在设计阶段进行内燃机振动噪声预测和低噪声设计具有重要的意义。
CAE仿真技术在压缩机产品设计中的应用
文章来源：安世亚太官方订阅号（搜索：peraglobal）压缩机的结构复杂，在研发过程中常涉及到强度、刚度、散热、噪声、疲劳寿命、结构优化等多方面的工程问题。
随着现代CAE仿真技术的日趋成熟，企业完全可以将这种先进的研发手段与试验和经验相结合，形成互补，从而提升研发设计能力，有效指导新产品的研发设计，节省产品开发成本，缩短开发周期，从而大幅度提高企业的市场竞争力。
下文是CAE 仿真技术在解决压缩机产品研发过程中部分常见工程问题的简要介绍：1、压缩机的强度、刚度问题●压缩机外壳壳体强度分析●连杆、曲轴、叶轮、定子零部件校核●涡旋齿热应力分析●汽缸螺栓预紧力分析压缩机在结构设计中需要考虑不同工作状态下的应力和变形。
ANSYS软件可以帮助解决在不同的工况条件下，结构零部件的强度、刚度及稳定性校核问题。
2、压缩机的机构动力学问题●曲轴连杆机构运动仿真●涡旋压缩机动静涡盘啮合运动●螺杆压缩机螺杆转动ANSYS软件可以分析诸如往复式活塞的曲柄连杆活塞机构和涡旋压缩机动静涡盘结构的运动过程，通过输出零部件的位移、速度、加速度等运动曲线，了解机构的运动特性。
3、压缩机的疲劳耐久性问题●承受往复运动的连杆螺栓、活塞、活塞杆、叶轮等的疲劳分析●阀片的疲劳断裂分析●压缩机管路系统疲劳分析●压缩机接管焊缝疲劳分析产品的抗疲劳性能和可靠性会直接影响其在市场竞争中的成败。
ANSYS高级疲劳分析和设计软件可以分析压缩机零部件由于反复运动引起的高、低周疲劳问题及接管焊缝疲劳问题。
4、压缩机的振动、噪声问题●研究压缩机配管、支架、储液器、消声器的振动，优化结构减振●结构模态、谐响应等动力学分析●压缩机转子动平衡分析●阻尼隔振技术分析●声学-结构耦合场分析压缩机噪音主要来源于电磁噪音、流体噪音和机械噪音。
借助ANSYS软件动力学分析功能，通过合理地优化压缩机各部件，可以降低压缩机机体的振动，减少机械噪声的产生。
5、其他（流场问题）●压缩机管路流畅性分析、叶轮内部气流流场分析●压缩机电磁离合器电磁场分析●螺杆压缩机内置油分离器制冷剂速度分析压缩机中有很多进排气通道、管路、阀门等，运用ANSYS流体动力学分析软件对这些部位流体的流动效果进行分析，可以优化流道、减少流动损失、提高流动效率。
基于虚拟样机技术的L型活塞压缩机运动学与动力学仿真
ｈ ａ ｄ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｄ ａ ｏｕ ｆ ｎ ｄ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ ｐ ｉ ｓ ｔ ｏ ｎ ｃ ｏ ｍｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｏ ｒ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ ｉｎ ｆ ｉ ｔ ｅ — ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｖ ｉ ｒ ｔ ｕ ａ ｌ ｐ ｒ ｏ ｔ ｏ ｔ ｙ ｐ ｅ； Ｌ ｔ ｙ ｐ ｅ ｐ ｉ ｓ ｔ ｏ ｎ ｃ ｏ ｍｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｏ ｒ ； ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｓ ； ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
１ 引 言
虚拟 样机技术是 一种基 于产品计算机仿 真模 型 的数 字 化 产 品设 计 技 术 ，是 各 领 域 Ｃ Ａ Ｘ ／ Ｄ Ｆ Ｘ技
机 结构优化设计 和有限元分析提供 了基础 。 关键 词 ：虚拟样机 ；Ｌ 型 活塞压缩机 ；动 力学 ；仿真
中 图 分 类 号 ：Ｔ Ｈ ４ ５ ７ 文 献标 志 码 ：Ａ
Ｋｉ ｎ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ａ ｎ ｄ Ｄｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ａ ｎ Ｌ Ｔｙ ｐ ｅ Ｐ ｉ ｓ ｔ ｏ ｎ Ｃｏ ｍｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｏ ｒ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｖｉ ｒ ｔ ｕ ａ ｌ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ Ｌ ｔ ｙ ｐ ｅ ｐ ｉ ｓ ｔ ｏ ｎ ｃ ｏ ｍｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｏ ｒ ｗａ ｓ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ Ｗｏ ｒ ｋ ｓ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｖ ｉ ｒ ｔ ｕ ａ ｌ ｐ ｒ ｏ ｔ ｏ ｔ ｙ ｐ ｅ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ．
基于多体动力学的机械系统运动仿真研究
基于多体动力学的机械系统运动仿真研究在现代工程领域，机械系统的运动仿真研究是一项非常重要的任务。
通过模拟机械系统的运动情况，我们可以更好地预测和优化机械系统的性能，提高其工作效率和可靠性。
在运动仿真研究中，基于多体动力学的方法是一种常用且有效的模拟手段。
多体动力学是一种研究机械系统运动的理论和方法。
它基于牛顿力学和刚体力学理论，通过建立机械系统的动力学方程来描述系统的运动行为。
多体动力学不仅可以研究刚性机械系统的运动，还可以应用于弹性体、流体等物理系统的仿真研究。
在机械系统的仿真研究中，多体动力学方法具有很高的准确性和适用性。
多体动力学方法的核心是建立机械系统的运动方程。
这些方程描述了机械系统中各个物体的运动状态和相互作用关系。
通过求解这些方程，我们可以得到机械系统在不同时间点上的位置、速度和加速度等运动信息。
在实际应用中，为了简化计算，通常会采用数值解法对运动方程进行求解。
多体动力学的应用领域非常广泛。
例如，在机械工程领域，可以利用多体动力学方法对各种机械系统进行运动仿真研究。
通过对系统的运动特性进行模拟和分析，可以评估系统的结构设计、运动性能和工作可靠性。
在车辆工程领域，多体动力学方法可以用于模拟汽车、火车等交通工具的运动过程，优化车辆的悬挂系统、操控性能等。
除了工程领域，多体动力学方法在生物医学领域也有广泛的应用。
例如，在人体仿真研究中，可以利用多体动力学方法对人体运动过程进行模拟和分析。
通过建立人体骨骼和肌肉系统的动力学方程，可以研究人体姿态、步态等运动特性，为人体运动学和康复医学等领域提供理论和数据支持。
随着计算机技术的不断发展，多体动力学方法在机械系统运动仿真研究中的应用也越来越广泛。
借助计算机的高效计算能力和图形处理技术，可以实现复杂机械系统的实时仿真和可视化呈现。
同时，还可以通过建立虚拟实验平台，模拟机械系统的动态行为，评估系统性能，并进行性能优化。
尽管多体动力学方法在机械系统运动仿真研究中具有广泛的应用前景，但仍然存在一些挑战和局限性。
27-往复式活塞压缩机曲轴系统运动学和动力学仿真研究_孙志娟
将活塞销和曲轴柔性体模型导入后，对曲轴 运动机构中相应零部件进行柔性体替换刚性体， 即可得到曲轴系统的刚柔耦合模型[4,5]。依据曲轴 运动机构中各活塞运动相序关系，将已求出的各 缸气体压力变化规律施加在各活塞上。建立压缩 机曲轴系统的仿真模型如图5所示。
1.3 曲轴系统中活塞气体力的确定 活塞压缩机气缸内气体压力变化按实际气体 处理： k −1
1 曲轴系统的刚柔耦合模型的建立
1.1 曲轴系统三维装配模型的建立 Pro/E由是基于参数化的专业CAD类软件，其 三维建模功能强大，广泛应用于机械、工业造型 设计等产品设计领域[1]。运用PRO/E建立活塞压缩 机中曲柄、连杆以及活塞等三维零部件模型并依 据各零部件之间的装配关系进行整机的装配，装
[8] 王挺,王越超,赵忆文.多机构复合智能移动机器人的研制 [J].机器人,2004,26(4):289-294. [9] 段星光,黄强,李科杰.小型轮履腿复合式机器人设计及运 动特性分析[J].机械工程学报,2005,41(8):109-114. [10]侯忠明,姚凯,王胜军.可更换橡胶履带轮的发展与应用 [J].橡胶工业,2009,56(12):764-767. [11]郭丽峰,陈恳,等.一种轮腿式变结构移动机器人研究[J]. 制造业自动化,2009,31(10).
(b)曲柄销纵向受力图
图10 曲柄销受力曲线图
3 结束语
利用多体模型仿真，可以克服传统方法模型 简化的不足。针对曲轴运动系统多体模型，得到 系统更接近真实运行情况的运动学和动力学特 性，并在较精确动态边界条件的基础上，为各零 件进一步的动态响应分析提供了前提，也为整机 的优化设计和故障诊断提供了参考依据。 参考文献：
p × v = ξ × R ×T
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
采用多体动力学的压缩机曲轴结构优化
采用多体动力学的压缩机曲轴结构优化王枫;陈征;李花;冯健美【摘要】以小型活塞式压缩机为研究对象,提出了降低曲轴系统扭振幅值、提高曲轴强度、轻量化曲轴的优化设计方法.在考虑电机转动惯量影响的同时建立了曲轴系统多体动力学模型,利用正交试验方法从多个设计参数中筛选出影响曲轴系统扭振和强度性能的显著因子,并在显著因子和曲轴系统一个周期内的最大扭转角、峰值应力及质量下拟合了二阶响应面模型,采用非劣排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对二阶响应面拟合模型进行了优化.通过对某W型活塞式压缩机平衡重过渡圆角半径、曲轴偏心距和曲柄厚度进行优化显示,压缩机曲轴质量、自由端扭转角、峰值应力与初始值相比分别下降了11.31％、22.9％、25.10％,表明优化后曲轴系统的扭振幅值下降,质量减轻,强度提升.研究结果可为优化压缩机设计、提高曲轴的性能提供参考.%An optimization design for the crankshaft of small reciprocating compressors is proposed aiming at reducing the torsionalvibration,improving the strength and reducing the mass of the crankshaft system.A multi-body dynamic model of the crankshaft is established considering the motor moment inertia,and the orthogonal test is applied to determine the most remarkable factors affecting vibration and strength of the crankshaft system.A second-order response surface model is constructed by fitting the parameters of the selected remarkable factors,i.e.maximum torsional angular,mass and peak stress during every working cycle.All second-order analytic models are optimized with non-dominated sorting genetic algorithm.A case of W-type reciprocating compressors is investigated,where the parameters of the round radius ofthe counterweights,the eccentric distance,and the crank thickness are optimized,and the mass,the torsional angular and the peak stress are then reduced by 11.31％,22.9％ and 25.10％ respectively.The optimal results show that the crankshaft mass and torsional vibration amplitude are reduced,and the strength is improved.【期刊名称】《西安交通大学学报》【年(卷),期】2017(051)003【总页数】7页(P7-13)【关键词】活塞式压缩机;曲轴;优化设计;动力学【作者】王枫;陈征;李花;冯健美【作者单位】大连交通大学动车运用与维护工程学院,116028,辽宁大连;大连交通大学动车运用与维护工程学院,116028,辽宁大连;大连交通大学动车运用与维护工程学院,116028,辽宁大连;西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安【正文语种】中文【中图分类】TH457;TB652随着市场对低振、低噪产品需求的日益增加，压缩机的振动、噪声特性无疑是客户衡量和采购产品的重要参考依据。
基于多体动力学的机械系统建模与仿真
基于多体动力学的机械系统建模与仿真在现代工程领域，对机械系统的精确分析和优化设计至关重要。
基于多体动力学的建模与仿真技术为解决这些问题提供了强大的工具和方法。
它能够帮助工程师在设计阶段就对机械系统的性能进行预测和评估，从而减少试验次数、缩短研发周期、降低成本，并提高产品质量和可靠性。
多体动力学是研究多个物体在运动过程中的相互作用和力学行为的学科。
在机械系统中，这些物体可以是刚体、柔体或两者的组合。
通过建立数学模型来描述物体的运动、受力和约束关系，然后利用数值方法求解这些方程，就可以得到机械系统在不同工况下的动态响应。
建模是多体动力学分析的第一步。
在建模过程中，需要对机械系统的各个组成部分进行简化和抽象。
例如，对于复杂的机械结构，可以将其分解为若干个简单的几何体，并忽略一些次要的特征和细节。
同时，还需要确定物体之间的连接方式和约束条件，例如铰链、滑动副、固定连接等。
此外，还需要定义物体的质量、转动惯量、质心位置等物理参数，以及施加在系统上的外力和驱动力。
在建立好模型之后，就可以进行仿真分析了。
仿真过程通常包括以下几个步骤：首先，选择合适的数值求解方法。
常见的方法有欧拉法、龙格库塔法等。
这些方法能够将连续的运动方程离散化为一系列的代数方程，从而可以通过计算机进行求解。
然后，设置仿真参数，如仿真时间、步长、输出频率等。
接下来，运行仿真程序，得到机械系统在不同时刻的位置、速度、加速度、受力等信息。
最后，对仿真结果进行后处理和分析，例如绘制曲线、生成动画、计算性能指标等。
多体动力学的建模与仿真在很多领域都有广泛的应用。
在汽车工程中，可以用于分析车辆的悬挂系统、转向系统、传动系统等的动态性能，从而优化车辆的操控性、舒适性和稳定性。
在航空航天领域，可以用于设计飞机的机翼结构、起落架系统、发动机转子等，提高飞行器的安全性和可靠性。
在机器人领域，可以用于研究机器人的运动轨迹规划、动力学控制等问题，实现机器人的高效、精确运动。
4M12型压缩机曲轴多柔体动力学仿真分析
4M12型压缩机曲轴多柔体动力学仿真分析秦瑶;纵文斌;张伟伟;屈宗长;孙锐艳【摘要】将多柔体动力学应用到曲轴的仿真计算中,运用多体动力学仿真软件ADAMS进行多柔体动力学仿真,得到曲轴在实际工作过程中的动态载荷.利用有限元ANSYS软件对该曲轴进行瞬态响应分析,得到曲轴的应力分布云图及危险节点应力随时间变化曲线,是曲轴进行疲劳寿命分析的前提,为曲轴的设计提供理论指导.【期刊名称】《压缩机技术》【年(卷),期】2015(000)005【总页数】6页(P10-15)【关键词】曲轴;柔体;动力学仿真;有限元【作者】秦瑶;纵文斌;张伟伟;屈宗长;孙锐艳【作者单位】西安交通大学能源与动力工程学院,陕西西安710049;西安交通大学能源与动力工程学院,陕西西安710049;西安交通大学能源与动力工程学院,陕西西安710049;西安交通大学能源与动力工程学院,陕西西安710049;吉林油田勘察设计院,吉林松原138000【正文语种】中文【中图分类】TH457曲轴作为压缩机中最主要运动部件之一，其动力学特性对压缩机运行的可靠性有较大的影响。
在实际工作过程中，在周期性变化的气体力、惯性力、力矩的共同作用下，极易发生疲劳破坏，以致产生严重的后果。
目前，随着往复压缩机向着多列高速方向发展，使得曲轴的实际工作条件越来越复杂，相应的对曲轴的安全性和可靠性提出了更高的要求。
曲轴传统的研究方法多是基于简单的强度分析和静力学疲劳寿命分析，并没有考虑动力学特征，常常使得对曲轴的疲劳寿命评估造成一定的误差。
本文以4M12型往复压缩机曲轴为研究对象，运用有限元法对其进行模态分析，得到曲轴前10阶的固有频率和其对应的振型，通过ADAMS生成曲轴柔性体模型，并对其进行仿真分析，得出曲轴柔性体在对应时刻的运动状态及节点的等效应力变化，为研究曲轴的疲劳寿命提供依据，对曲轴结构设计、结构优化和工作中后期的维护工作都有着重要的意义。
由于曲轴结构比较复杂，在其实际工作过程中，承受着周期变化的交变载荷。
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上面的方程通常用整体坐标系下的矩阵形式表达为K rP=来自K x+
A
B G
K (sP
+
K uP
)
(2)
其中
A
B G
—局部坐标
B
到整体坐标
G
的转换矩阵。
变形矢量 uP 通常用模态叠加来表示
uP = ΦP ⋅q
(3)
其中 ΦP —与节点 P 的线性自由度相对应的模态矩阵的部 分；qi (i = 1,", m) 为模态坐标，m 是模态数。则柔性体的广 义坐标可表示为
第 19 卷第 4 期 2007 年 2 月
系 统 仿 真 学 报© Journal of System Simulation
Vol. 19 No. 4 Feb., 2007
压缩机曲轴系多体系统动力学仿真
刘成武，钱林方
（南京理工大学机械工程学院, 江苏 南京 210094）
摘 要：利用柔性多体动力学方法建立了往复压缩机曲轴系动力学仿真分析模型。并根据所建立
2.1 曲轴系多刚体模型建立
建立刚体仿真模型时，应该使各部件质量与设计质量一 致，因为这些部件在高速运动时产生的惯性力将对压缩机的 模拟动力响应产生很大的影响。对于刚体模型，动力学分析 需要的参数是零件的质心、质量和惯性矩。考虑到大部分零 部件的结构比较复杂，为使样机与实物的相似度更高，采用 功能强大的 CAD 软件 Pro/E 对各个零部件进行几何实体建 模并装配。算出各个刚体的质心、质量以及相对刚体质心的 转动惯量，输入到 ADAMS 中作为动力学仿真分析时的物理 特性参数。并根据其多体系统拓扑关系，添加相应的运动副 和约束，建成的曲轴系多刚体系统模型如图 4 所示。
引言
往复压缩机是一种用于压缩气体借以提高气体压力的 通用机械，其工作过程是通过曲柄连杆活塞机构以及气阀的 协调运动完成的。因此压缩机曲轴系统动力学特性对压缩机 的工作可靠性、振动、噪声等有很大的影响[1]。
由于曲轴系统的整个传动链是由一系列几何形状和刚 度、质量各不相同的零部件所组成，而且曲轴通过多个轴承 与机体连接，采用传统的曲柄连杆机构双质量模型和截断简 支梁法难以准确地确定曲轴各主轴颈的载荷以及压缩机的 动态特性。多体系统动力学是研究由柔性体及刚体所组成的 系统在空间运动过程中动力学行为的一门新兴学科，运用它 可以建立包括活塞组件、连杆组件、曲轴、飞轮在内的整个 往复压缩机曲轴系的模型，将曲轴柔性体的变形融入到多体 系统的动力学仿真中，不仅可以直接计算出各构件的运动和 相互间的作用力，同时还能准确地获得压缩机机体动态特性 分析最主要的激励—主轴承载荷和活塞导向轴承载荷，为下 一步的机体振动噪声特性研究提供可靠的边界条件[2-3]。
动与噪声控制。
运动微分采用拉格朗日方程建立，首先选择适当的广义坐标
对物体进行描述：对于刚体 i，采用质心在惯性参考系中的
笛卡尔坐标和反映刚体方位的欧拉角作为广义坐标，即 qi = [x, y, z, Ψ,θ ,ϕ]Ti ， q = [q1T , q2T ,"qnT ]T
对于柔性体，采用 将零件的运动分解为整 体(物体参考系)的刚性 运动和相对于物体参考
Abstract: Using flexible multibody system dynamic method, the rigid-flexible coupling multibody dynamic analysis model of the compressor crankshaft system was developed, and the kinematic and dynamic simulation of the K5206NM labyrinth compressor crankshaft system was processed as its object of study. Through the simulation analysis, the main bearing loads of the crankshaft and the piston-guided bearing loads were obtained, which were the principle excitations of the block dynamic analysis. The reliable boundary conditions were provided for the vibration and noise analysis of the compressor block in next work. Key words: reciprocating compressor; crankshaft system; multibody dynamics; main bearing
柔性体描述 输出结果 曲轴系统动力学仿真 输出结果 零件的运动关系和相互作用
y x
z
二
一
级
级
压
压
缩
缩
图 2 CAD 建模、FEA 和系统仿真之间的数据关系
K5206NM 迷宫压缩机曲轴系由曲轴、主轴承、连杆轴 承、连杆、活塞、活塞销、活塞导向轴承、飞轮等组成。由 电机通过联轴器驱动曲轴转动，通过曲柄连杆机构的运动来 压缩气缸内的气体(二级压缩)。对压缩机曲轴系进行拓扑分 析，得到其多体系统拓扑构型，如图 3 所示。
的模型，对 K5206NM 型往复式迷宫压缩机曲轴系的运动学、动力学特性进行了仿真。通过仿真计
算，获得了考虑曲轴柔性时的机体动态特性分析最主要的激励—主轴承载荷和活塞导向轴承载荷，
为下一步的机体振动噪声特性研究提供了可靠的边界条件。
关键词：往复压缩机；曲轴系统；多体动力学；主轴承
中图分类号：TH457
一级气缸外
-80 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1
时间 t /s
图 7 气缸内气体压力变化曲线
3 曲轴系动力学仿真分析
力 F / KN
力 F/KN
15 10 5 0 -5 -10
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 时间 t /s
图 9 二级活塞侧推力变化曲线
10
5
0
1 柔体动力学的运动微分方程
采用 ADAMS 进行曲轴系多体系统动力学分析，其系统
收稿日期：2005-12-05
修回日期：2006-10-30
作者简介 ：刘成武(1975-), 男, 安徽人, 博士生, 研究方向为结构振动与
噪声控制; 钱林方(1961-), 男, 江苏人, 教授, 博导, 研究方向为结构振
将 在 Pro/E 中 建 立 的 曲 轴 模 型 以 IGES 格 式 导 入 ANSYS，采用有限元法对曲轴进行离散化，形成曲轴的有 限元模型(如图 5)，并进行模态综合分析，产生一个包含零 件材料、节点、单元和模态信息的模态中性文件，输入 ADAMS 中建立曲轴的柔性体模型。
图 3 压缩机曲轴系多体系统拓扑构型
ζ = [x, y, z, Ψ,θ ,ϕ, qi (i = 1,", m)]T
(4)
• 883 •
第 19 卷第 4 期 2007 年 2 月
系统仿真学报
Vol. 19 No. 4 Feb., 2007
柔性体的运动方程是建立在广义坐标的基础上的，基于
拉格朗日方程的控制微分方程的形式为
Mζ+ M ζ − 12[∂∂Mζ ζ]T ζ + Kζ + fg + Dζ +[∂∂ψζ ]T λ = F (5) 其中 ζ ，ζ ，ζ —分别是柔性体的广义坐标和它们对时间的
-5
图 6 曲轴系统动力学分析模型
2.3 曲轴系的受力
作用于曲轴系的外力主要是气缸内的气体压力，它们是 一组变化规律相同而彼此相差一定相位的作用力，根据厂方 提供的气缸压力示功图求出作用在活塞上的气体压力(如图 7)，沿气缸轴线方向施加于活塞顶部。
0
气体压力 F/KN
-20
-40
二级气缸
-60
一级气缸中
H1
H2 B0 H3
H4
H5 H6 B1 H7 H8
B2
B3 H9 B4 H10 B 5 H 11
H 12 B6
H13 B0 B7
H 14 B8
图 4 曲轴系多刚体系统模型
2.2 曲轴系柔性体模型建立
由于曲轴作为往复压缩机的中枢，其柔性作用对整个压 缩机的动力学特性有着非常重要的影响，所以曲轴在工作时 产生的弹性变形必须在计算分析中予以考虑。
K sP
P
K uP
P'
K x
B
系的变形运动的相对描 G
述法，如图 1 所示。
图 1 柔性体变形点 P '的位置矢量
柔性体上节点
K rP
=
K x
+
K sP
+
KP uP
的位置为
3
个矢量和
(1)
其中
K x
—整体坐标系到柔性体局部坐标系位置矢量；
K sKP uP
—节点 —点 P
P 在局部坐标下的未变形的位置矢量； 的线性变形矢量。
导数；
M，M —分别是柔性体的质量矩阵和它们对时间的导数；
∂M ∂ζ
—质量矩阵关于柔性体广义坐标的偏导数；
K—广义刚度矩阵； fg —广义重力； D—模态阻尼矩阵； ψ —代数约束方程； λ —约束的拉格朗日乘子； F—广义的激励力。
2 曲轴系动力学模型的建立
在曲轴系建模和仿真的各个环节中要综合运用 CAD 实 体建模、有限元分析和机械系统仿真等多项技术，它们之间 的数据关系可用图 2 表示。
CAD 建模
质量参数 几何模型
有限元分析
曲轴 B1 与机体 B0 以弹簧阻尼单元(H1~H4)模拟主轴承的连 接，各个连杆(B3~B5)大头分别以转动铰链(H6~H8)与曲轴 B1 连接，小头以转动铰链(H9~H11)与活塞(B6~B8)连接，活塞 (B6~B8)又通过棱柱副(H12~H14)分别与机体 B0 连接，飞轮 B2 与曲轴 B1 固接 H5。