多缸内燃机曲轴系统多体动力学分析
机械设计中的多体动力学分析与优化
机械设计中的多体动力学分析与优化机械设计是一门涉及力学、动力学、材料科学等多学科交叉的工程学科，在设计过程中，多体动力学分析与优化是非常重要的环节。
通过对机械系统中各个动力学特性进行研究和优化，能够有效提高机械设备的性能和可靠性。
本文将对机械设计中的多体动力学分析与优化进行探讨。
一、多体动力学分析的概念与方法1. 多体动力学的概念多体动力学是研究多个刚体或刚性物体以及它们之间的相互作用关系的力学学科。
在机械设计中，多体动力学研究的对象主要是机械系统中的各个零件或组件。
通过对这些零件或组件之间的相互作用关系进行研究，可以得到机械系统的运动、力学特性等重要参数。
2. 多体动力学分析的方法多体动力学分析主要包括系统建模、运动学分析和动力学分析三个步骤。
系统建模是将机械系统中的各个零件或组件抽象为刚体或刚性物体，并建立它们之间的相对位置和连接关系。
这一步骤可以通过计算机辅助设计软件进行。
运动学分析是根据系统建模的结果，研究刚体或刚性物体的运动规律、位移、速度和加速度等参数。
这些参数可以通过运动学方程进行计算。
动力学分析是在运动学分析的基础上，进一步研究刚体或刚性物体受到的外力和力矩以及它们之间的相互作用关系。
通过分析这些力和力矩的作用，可以得到系统的力学特性，如力的大小、方向和作用点等。
二、多体动力学分析的应用1. 机械系统的设计与优化多体动力学分析可以帮助工程师了解机械系统中各个零件或组件之间的相互作用关系，进而优化机械系统的设计。
通过对系统的运动学和动力学参数进行研究，可以确定合理的结构布局和零件尺寸，提高系统的运行效率和可靠性。
2. 动态特性的研究机械系统在工作过程中会受到各种外界干扰，如振动、冲击等。
通过多体动力学分析，可以研究系统在不同工况下的动态特性，如共振频率、振动幅值等。
这对于减少系统的振动和噪声，提高系统的稳定性和安全性具有重要意义。
3. 转矩与动力输出的优化在机械系统中，转矩与动力输出是重要的技术指标。
内燃机多连杆机构的多体动力学分析
Ｋ ｙ ｏｄ ：ｆ ｘ ｌ ｂｄ ； ｇ ｏｙ ｄｎ ｉ ｎ ｙｉ；ｉｉ ｌ ｅｔ ｅｗ ｒｓ ｌ ｉ ｅ ｏｙ ｒ ｄｂｄ ； ｙ ａ ｃ ａａ ｓ ｆ ｔ ｅ ｍ ｎ ｅｂ ｉ ｉ ｍ ｓ ｌ ｓ ｎｅ ｅ
机 械 系统一般 由若 干个 构 件 组 成 ， 过 几何 约 束 通
易 产生共 振 ， 时对 系 统 的动 态特性 影 响很大 ． 此 因此 必
联结起来完成预期动作 ， 因此也可以把整个机械系统 叫作多体系统． 若将 系统 中每个物体都看作是不变形 的刚性体则该系统为多刚体 系统 ； 若系统中有一些物 体必须考虑其变形 ， 则为多柔体系统或柔性多体系统．
ｂ ｄ ｅ ｔ ｏ ｏ ｉｓｍｅｈ ｄ，ｔ ｅ ｉ ｌ ｏ ｉｓ ｍｅｈ ｄ ｈ ｄ ｍｏ ｅ ａ ｃ ｒｔ ｉ ｌｔ ｎ ｄ ｔ ｏ ｓ ｏ ｔｅ ｄ ｎ ｉ ｃｉｎ ｏ ｈｅ ｆ ｘｂ ｅ ｂ ｄ ｅ ｔ ｏ ａ ｒ ｃ ｕ ａｅ ｓｍｕ ａｉ ａａ ｔ ｈ ｗ ｈ ｙ ａ ｃ ａ ｔ ｆ ｌ ｏ ｍ ｏ ｍｏ ｉ ｇｐａｔ ｄ ｖ ｒｅｙ ｏ ｙ ａ ｃ ａ ａ ｅｅｓｉ ｃｕ ｕ ｎ ｎ ｒ ｃ ｓ ． Ｉ ｈ ｓｔ ｅｂ ｕ ｄ ｒ ｏ ｄｔｏ ｌｓ ｒ ｖｎ ｒｓａ ａｉｔ ｆｄ ｎ ｍｉｓｐ ｍ ｔｒ ｎ ａ ｔ ａ ｒ ｎ ｉ ｇｐ ｏ ｅ ｓ ｔ ａ ｈ ｏ ｎ ａｙ ｃ ｎ ｉ ｎ ｃｏ ｅ ｎ ｒ ｌ ｉ ｔ ｈ ｃｕ ｎ ｓ ｏ ｔ ｅ ａ ｔ ａ ｏ ｅ ，ｗｈｃ ｍｐｏ ｅ ｈ ｉ ｌｔ ｎ ｐ ｅ ｉｉｎ ｏ ｃ ａ ｉｍ ｙ ｔｍ ． ｌ ｉｈ ｉ ｒ ｖ ｓ ｔｅ ｓｍｕ ａｉ ｒｃｓｏ ｆｍｅ ｈ ｎ ｓ ｓ ｓｅ ｏ
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第４ ０卷
第 ６期
天
津
大
内燃机曲轴停缸扭振特性多体动力学分析
模 拟有 线 性 弹簧 阻尼 、 线 性 弹 簧 阻 尼 、 体 有 限元 非 流
等 模 型 。对 弹簧 阻尼 模 型 中曲轴 轴颈 常采 用单 排 、 双
排 和 三 排 弹 簧 阻 尼 支 撑 。 图 １所 示 为 三 排 弹 簧 阻 尼 。 本 文 研 究 曲 轴 的扭 转 振 动 ，主 要 是 一 阶 扭转 振
度 。 但 遇 见 复 杂 轴 系 时 ， 要 对 其 进 行 阶 梯 轴 系 的 简 还
化 过 程 。 由 于 理 论 与 计 算 机 技 术 的 发 展 ， 出 现 了 一 又 种 结 合 有 限 元 法 （ Ｅ ） 多 体 系 统 仿 真 （ Ｓ） 法 对 Ｆ Ｍ 的 ＭＳ 方 汽 车发动机 曲轴进 行扭转 振 动分析 的方法 。
分析 。建 立 了包括 柔 性 体 曲轴 在 内的 内燃机 曲轴 系统 的 多体 动 力 学模 型 ， 由此 模 型 对 发动 机 采 用停 缸 系统 时的 扭 振 特 并 性 进 行 模 拟 ， 析 了计 算结 果 ， 出 了较 好 的停 缸 方 案 。 分 提
关键词 ： 内燃机 曲轴 扭振 多体 动 力 学 停 缸
主 轴 承 是 发 动 机 曲 轴 系 统 动 力 学 分 析 中 重 要 的 环 节 ， 有 很 多 论 文 对 油 膜 进 行 研 究 ｎ 对 主 轴 承 的 已 ．。
称 为 分 布 参 数 系 统 或 连 续 系 统 。 由 于 大 多 数 机 械 轴 系 均 为 圆 直 轴 ， 连 续 分 布 系 统 模 型 进 行 轴 系 的 振 动 计 用 算 ， 直 接 根 据 轴 系 的 几 何 形 状 建 立 更 准 确 和 直 观 的 可 阶 梯 轴 连 续 体 模 型 ，不 仅 模 型 与 实 际 情 况 更 加 吻 合 ，
曲轴强度的传统方法与多体动力学方法
曲轴强度的曲轴强度的经典经典经典方法与方法与方法与弹性多体动力学方法弹性多体动力学方法弹性多体动力学方法李一民1，郝志勇1，曾小春2（浙江大学发动机振动噪声实验室，江铃汽车股份有限公司）摘要摘要：：本文采用AVL 公司的Designer 和Excite Power Unit 软件，通过计算某柴油机曲轴的疲劳安全系数，比较了Designer 中曲轴强度的FVV 方法和Excite 中多体动力学仿真与有限元耦合计算的方法，计算结果情况表明后者的计算方法更为精确，与实际情况更加吻合。
关键词关键词：：曲轴；FVV ；动应力；疲劳安全系数主要软件：Excite Designer, Excite Power Unit1 前言曲轴是内燃机当中结构比较复杂，受载较大的部件，其中疲劳失效往往是其失效的主要原因。
曲轴的应力集中现象比较严重，特别是在曲轴主轴颈、连杆轴颈的圆角过渡部位尤为突出，曲轴的疲劳破坏也往往出现在这些地方。
随着柴油机强化程度的提高，对曲轴的强度要求也越来越高，因此，曲轴的疲劳性能研究显得非常必要。
传统的曲轴强度计算是通过曲轴的形状系数和经验公式来计算的，已无法满足现代内燃机设计的要求。
本文建立了某一柴油机轴系的集总参数模型与多体动力学非线性模型，通过计算其强度和疲劳安全系数，比较了Designer 中曲轴强度计算的FVV 方法和Excite Power Unit 中多体动力学仿真与有限元耦合计算的方法。
2 确定曲轴疲劳安全系数的FVV 方法在曲轴设计的早期方法当中，较为粗略的设计往往只考虑弯矩的影响，而忽略了扭转应力的影响；随后的设计方法当中逐渐加入扭转应力的影响，但也只是根据经验粗略的取一个动荷系数（只针对扭转应力）；在更为精确的计算方法当，应该考虑到扭振对扭转应力的确定性影响。
本节当中，是用Designer 中的常应力比FVV 方法绘制曲轴的Smith 图，从而计算其疲劳安全系数的，采用的载荷是静态的弯矩和轴承力以及动态扭矩，后者可更为精确地计算扭转应力。
内燃机曲轴系多体动力学分析
构的实体模型。通过软件提供的功能 ， 赋予各构件密 度， 可精确计算得到建立曲柄连杆机构运动学所需要 的零件 质量 、 质心位 置及转 动惯量 等参 数 。曲轴 轴系
三维 Ｃ Ｄ模 型如 图 Ｉ Ａ 所示 。
Ａ ｎ ｙ ｉ ｆ ｃ ａ ｋｓ ａ ｔｓ ｓ ｅ ｎ ｉ ｅ ｎａ ｏ ｂｕ ｔｏ ｅ ｉ ｅ ａｌｓｓ ｏ ｒ ｎ ｈ ｆ ｙ ｔ ｍ ｉ ｎｔ ｒ ｌｃ ｍ ｓ ｎ ｎｇ ｎ ｓ ｉ
ｂａ ｅ ｓ ｄ ｏｎ ｍｕｌ ．ｂ ｙ ｓ ｓｅ ｙ ｍｉｓ ｉ ｔ ． ｏｄ ｙ ｔｍ ｄ ｎａ ｃ Ｄｅ ｇ Ｘｉｏ ｘ ａ ｎ ａ － ｉｏ，Ｚ ａ ｇ Ｂａ －ｃ ｅ ｇ ｈ ｎ ｏ ｈ ｎ
一
２０ ０
０
２０ ０
４０ ０
６０ ０
８０ ０
曲轴 转 角 （ ）
图 ４ 某型柴油机气 体压力示功 图
振动和噪声 。所以曲轴作为曲轴系的关键部件是弹 性体而非刚体 ， 为更真实地计算其对 内燃机 内部激励 载荷 的影 响 ， 对其 进行 柔性化 处理 。 需要 将在 Ｐ ／ ｍ Ｅ软件建立 的曲轴模型导人有 限元分 析软件 Ａ Ｓ Ｓ中， ＮＹ 通过对 曲轴进行离散化处理建立 曲轴的有限元模型 ， 进行模态综合分析 ， 产生一个包 括曲轴的材料 、 节点、 单元和模态信息的模态中性文 件， 将通 过 有 限元软 件柔 性 化处理 过 的 曲轴构 件 （ Ｎ 模态中性文件） Ｍ Ｆ 导人 Ａ Ａ Ｓ刚体模型中， ＤＭ 并 替代刚性 曲轴 ， 建立 曲轴 为柔性体 的多体动力学模 型。曲轴 的柔性化模型如图 ３ 所示 。
０ ￣０ ０ ０ ０
主轴承力作用下的多缸内燃机机体结构动力响应分析
Ｐ （）的方 向沿 连 杆 中心线 方 向 ， 大 小为 ｆ 其
Ｐｔ一 １—ｓ ａ４２ ｃ） ｉ ｐ （ 三 ｎ ｌＤ ｓ — Ｌ 号
式 中 ： ｆ 为 作 用 在 轴 承上 的力 ； ｆ Ｐ（） Ｐ （）为 由连 杆 通 过 曲轴 传 递 到轴 承上 的力 ； ｆ 为 由连 杆 大 端 的代 替 质 Ｐ （） 量 及 曲柄本 身 的 不平 衡质 量 产 生 的离 心 喷性 力 。
应 都 具 有 与 单 缸 内燃 机 不 同 的 特 点 。 外 ， 目前 为 此 到
中图分类 号 ： ＴＫ４ １ Ｔ ５ ２ ２ ； Ｂ ３ 文献标识码 ： Ａ
引 言
内燃 机 机 体 的结 构 振 动 在 很 大程 度 上 影 响 着 内 燃 机 的 工作 性 能 。 长期 以来 ， 国内外 对 内燃 机 机 体 的结
下产生 的结构动力响应则另文 阐述。
１ 主 轴 承 力 的 计 算
了 比较 深 入 细致 的分 析 研 究 ， 机 体 的 噪声 辐 射 以及 对 机 体 结 构振 动对 内燃机 缸 套一 活塞 系 统 摩擦 学 行 为 的
影 响 也进 行 了进 一 步 的讨 论 。 内燃 机 的激 振 源 主要 来 自两个 方 面 ， 作用 在 曲 即
Ｐ （）方 向沿 曲柄 半 径方 向 向外 ， 大小 为 ￡ 其
作 用 在 各 主 轴 承 上 的 激 励 力 由 事 先 编 制 的
构 动 力 学 特 性 做 了 大 量 的研 究 工 作 。 。 川］ 以往 对 内燃 机 机 体 结 构 动 力 学 方 面 的 研 究 主 要 是 针 对 单 缸 内 燃
机械设计中的多体系统动力学分析
机械设计中的多体系统动力学分析在机械设计领域中，多体系统动力学（Multibody System Dynamics）的分析是一项重要而又复杂的任务。
多体系统动力学研究的是由多个刚体或者弹性体组成的系统的运动和力学行为。
这个领域的研究对于机械系统的设计、优化和控制有着重要的意义。
多体系统动力学分析的核心是建立系统的运动方程。
在机械系统中，各个刚体之间通过关节连接，形成一个复杂的运动链条。
通过建立刚体之间的运动关系，可以得到系统的整体运动方程。
这个过程需要考虑到刚体的运动约束和力学性质，以及外加的各种载荷和约束条件。
在研究多体系统动力学时，常用的方法包括拉格朗日力学和牛顿-欧拉法。
拉格朗日力学是一种基于拉格朗日方程的方法，通过建立系统的广义坐标、广义速度和广义力的关系，推导出系统的运动方程。
牛顿-欧拉法则是一种基于牛顿定律和欧拉动力学原理的方法，通过考虑刚体的质量、惯性和外力，推导出系统的运动方程。
这两种方法在不同的问题和系统中都有广泛的应用。
多体系统动力学分析在机械设计中具有重要的应用价值。
首先，它可以帮助设计师理解系统的运动行为和力学特性。
通过分析系统的运动方程，可以预测系统的运动轨迹、速度、加速度和力学响应等。
这样可以帮助设计师合理选择零件尺寸和材料，优化系统的性能和可靠性。
其次，多体系统动力学分析可以用于系统的优化设计。
通过改变系统的结构、几何参数或者运动约束，可以优化系统的动力学性能。
例如，在机械振动领域中，可以通过优化系统的结构和约束条件，来减小系统的振动幅值和频率。
这对于减小振动噪声和延长系统寿命有着重要的意义。
此外，多体系统动力学分析还可以用于机械系统的控制。
通过对系统的运动方程进行求解和仿真，可以设计和调试系统的控制算法和策略。
这对于实现机械系统的精确运动和稳定控制至关重要。
然而，多体系统动力学分析也面临着一些挑战和困难。
由于系统的结构复杂，运动方程常常是非线性的，求解和仿真过程需要大量的计算和时间。
发动机曲轴系多体系统动力学仿真研究
０ 引 言
２ １ 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 ． Ｃ ＡＤＡ ＭＳ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 。
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２０ ０ ８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 Ｃ ＡＤ 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
２ ２ 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
２ ２ １ 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 。
多体系统的动力学分析与控制方法研究
多体系统的动力学分析与控制方法研究摘要：多体系统是由多个物体相互连接而成的复杂系统，其动力学行为对于许多工程领域具有重要的意义。
本文将深入探讨多体系统的动力学分析与控制方法的研究进展，并对未来的发展方向进行展望。
一、介绍多体系统是由多个质点或刚体组成的系统，通过杆、弹簧、绳索等物体相互连接而成。
多体系统的运动受到各个物体之间的约束和外力的作用影响。
多体系统的动力学分析和控制方法研究对于机械、土木、航空航天等领域的工程设计和优化具有重要意义。
二、多体系统的动力学分析多体系统的动力学分析是研究多个物体在相互作用力的作用下所受到的力学约束和运动规律。
通过建立多体系统的运动学和动力学方程，可以对多体系统的运动进行深入分析。
在多体系统的动力学分析中，涉及到刚体运动学、刚体动力学、力学约束等方面的研究。
三、多体系统的控制方法在许多工程领域，为了保证多体系统能够按照既定的轨迹和速度进行运动，需要对多体系统进行控制。
多体系统的控制方法研究主要包括建立控制方程、选择合适的控制策略和设计控制器等方面。
常用的多体系统控制方法包括PD控制、模糊控制、自适应控制等。
四、多体系统动力学分析与控制方法的应用多体系统的动力学分析和控制方法在许多工程领域具有广泛的应用。
在机器人领域，多体系统动力学分析可以帮助实现机器人的运动规划和轨迹控制；在航空航天领域，多体系统控制方法可以用于设计和控制飞行器的姿态和轨迹；在汽车工程领域，多体系统动力学分析可以用于研究车辆的悬挂系统和行驶稳定性等。
五、多体系统动力学分析与控制方法的挑战和发展方向虽然多体系统的动力学分析和控制方法已经取得了一定的研究进展，但仍然存在一些挑战和待解决的问题。
例如，在大规模多体系统的动力学分析方面，如何有效地降低计算复杂度是一个重要的挑战；在多体系统的非线性控制方面，如何设计更加鲁棒和高效的控制方法也是一个重要的发展方向。
未来的研究可以侧重于模型简化和优化算法设计等方面。
机械设计中的多体系统动力学分析与优化
机械设计中的多体系统动力学分析与优化随着科技的进步和工程的发展，机械设计的复杂性也日益提高。
在许多机械系统中，多个刚体或刚体组件的相对运动对系统性能、寿命和稳定性产生重要影响。
因此，对多体系统的动力学行为进行分析和优化变得至关重要。
本文将探讨机械设计中的多体系统动力学分析与优化的关键问题，并提出一些解决方案。
一、多体系统的动力学分析多体系统是由相互关联的刚体或刚体组件构成的机械系统。
在进行动力学分析时，我们需要考虑以下几个方面：1. 刚体模型建立：基于机械系统的几何形状和运动特性，我们可以建立相应的刚体模型。
刚体模型可以是简单的几何形体，也可以是更为复杂的三维模型。
2. 运动学分析：通过解析几何和运动学方程，我们可以获得每个刚体的位置、速度和加速度等参数。
这些参数对于后续的动力学分析至关重要。
3. 动力学分析：根据牛顿定律和欧拉动力学方程，我们可以建立多体系统的动力学方程。
通过求解这些方程，我们可以得到刚体受力和受力矩的值，从而了解系统的受力情况。
4. 约束分析：在多体系统中，可能存在一些约束条件，如接触约束、几何约束和运动学约束等。
通过分析约束，我们可以确定系统自由度，并简化动力学模型。
5. 仿真与分析：利用计算机仿真技术，我们可以对多体系统进行动力学分析。
通过分析仿真结果，我们可以得出系统的运动规律、振动频率和应力分布等信息。
二、多体系统的优化在进行机械设计时，我们经常需要优化多体系统的性能和功能。
多体系统的优化可以包括以下几个方面：1. 尺寸优化：通过改变刚体的尺寸和形状，我们可以改善多体系统的性能。
如增加结构的刚度、降低质量、减小空间占用等。
2. 材料优化：选择合适的材料可以显著改善多体系统的性能。
通过选择耐磨材料、高强度材料或轻质材料等，我们可以提高系统的寿命、强度和效率。
3. 运动学优化：通过调整多体系统的运动规律，我们可以优化系统的性能。
如调整连杆机构的运动曲线、改变驱动方式等。
4. 控制策略优化：合理的控制策略可以改善多体系统的动力学性能。
11_柴油机曲轴多体动力学仿真分析_潍柴_张鹏伟等
柴油机曲轴多体动力学仿真分析张鹏伟罗国良李京鲁（潍柴动力杭州分公司杭州学院路50号310012）摘要：通过有限元子结构和多体动力学方法，建立了机体、曲轴多体动力学模型。
在A VL Excite Power Unit仿真平台上，对模型进行多体动力学仿真求解，由仿真计算得到了，曲轴前后端振动特性、轴承负荷及曲轴工作动态应力。
关键词：：曲轴多体动力学关键词主要软件：：A VL Excite Power Unit主要软件1 前言多体动力学是研究柔性体和刚性体组成的系统在空间运动过程中动力学行为的一门学科。
传统的曲轴分析是在对各个构件进行分析的基础上，计算出各自产生的旋转惯性力和往复惯性力，与爆发压力合成后求解出对机体的作用力以及曲轴系振动，在这个计算过程中往往需要对模型进行大量的简化。
A VL EXCITE PU软件是一种建模高效的多体动力学软件，是内燃机详细设计过程中不可或缺的动力学分析软件，能有效的分析各个结构件的动力学响应特性。
2机体、曲轴仿真模型建立本计算采用多体动力学方法进行内燃机工作过程动力学仿真，将曲轴和机体模型分别定义为弹性体，计算中同时考虑了机体和曲轴的弹性变形相互作用，在曲轴多体动力学计算中，机体对曲轴起支撑的作用，机体网格采用4节点4面体单元，轴瓦采用8节点6面体单元，节点个数为26934，单元个数为79125，机体计算网格模型如图1所示；计算分析对象是曲轴，因此飞轮、曲轴轴颈及圆角处采用8节点6面体单元，曲柄臂采用4节点4面体单元，总单元数为309909，节点数为177301，曲轴整体计算模型如图2所示。
A VL Excite Power Unit 曲轴系多体动力学仿真模型如图3所示。
图1 机体计算网格模型图2 曲轴计算网格模型图3 曲轴多体动力学仿真模型3 计算结果3.13.1 机体模态计算结果机体模态计算结果此多体动力学计算过程中对机体提取了20阶模态进行计算，此处给出机体前二阶模态如图4、5所示。
内燃机曲轴扭振多体动力学分析
ａ ｓ ｍｂ ｙ ｉ ｃｕ ｉ ｇ ｆ ｘ ｂｅ ｃ ａ ｋ ｈ ｆ ｉ ｅ ｔｂ ｉｈ ｄ Ａｃ ｏ ｄ ｎ ｏ ｔ ｅ ｒ ｓ ｈ ｆｔ ｅ ｔ ｓ ｏ ｅ ｅ — ｓ ｅ ｌ ｎ ｌ ｄ ｎ ｅ ｉ ｌ ｒ ｎ ｓ ａ ｔ ｓ ｓａ ｌ ｅ ． ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ ｅ ｕ ｓｏ ｅ ｔ ｆｔ ｎ ｌ ｓ ｈ ｈ ｈ
ｇｎｅ，ｈ ｓａ ｔ ｌ ｎ ｌｚ ｈ ｈ ｒ ｃｅ ｉｔ ｓｏ ｈ ｏ ｓｏ ａ ｉ ｒ ｔｏ ｆａ ｏ ｔ ｅ ｅ ｇｎ ｒ ｎ ｓ ａ ｔ ｉ ｔ ｉ ｒｉ ｅ ａ ａ ｙ ｅ ｔ ｅ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓｉ ｆｔ ｅ ｔｒｉ ｎ ｌｖｂ ａｉｎ ｏ ｕｔｍｏ ｉ ｎ ｉ ｅ ｃ ａ ｋ ｈ ｆ． ｃ ｃ ｖ
第２ ８卷 第 ４期
２１ ０ ０年 ８月
江
西
科
学
Ｖｏ ． １ ２８ Ｎｏ． ４ Ａｕ ． ０１ ｇ２ ０
Ｊ ＡＮＧＸＩ Ｓ ＥＮＣＥ Ｉ ＣＩ
文 章 编 号 ：０ １ ３ ７ （０ ０ ０ ０ ０ —０ １０ — ６９ ２ １ ）４— ５ １ ４
内燃 机 曲Байду номын сангаас 扭 振 多 体 动 力 学 分 析
Ａｂｔａ ｔＢ ｓ ｇｍ ｌ—ｏ ｙｓｓ ｍ ｓ ｌｔ ｎ（ ｓ ）ｍ ｔｏ ，ｃｍｂｎ ｄｗ ｔ ｆ ｉ ｌ ｎ — ｓ ｃ ： ｙｕｉ ｕｔｂ ｄ ｙｔ ｉ ａ ｏ Ｍ ｓ ｅｈｄ ｏ ｉｅ ｉ ｉ ｔ ｅｅ ｔａ ｒ ｎ ｉ ｅ ｍｕ ｉ ｈ ｎ ｅ ｍｅ ｎ ｌｓ Ｆ Ａ） ｔｅｔｒ ｏ ａ ｖ ｒｔ ｎ ｏ ｕｏ ｏｉ ｎ ｉｅ ｃａ ｋｈｆ ｉ ａ ａ ｚｄ ｉ ｈｓｐｐ ｒ ａ ｉ Ｅ ， ｏｓ ｎ ｌ ｉ ａｉ ｆａ ｔ ｔ ｅ ｅ ｇ ｒｎ ｓａ ｓ ｎ ｌ ｅ ｎ ｔｉ ａ ｅ， ｙ ｓ（ ｈ ｉ ｂ ｏ ｍ ｖ ｎ ｔ ｙ
内燃机曲轴动力学响应及受力分析
浙江理工大学机械与自动控制学院毕业设计诚信声明我谨在此保证：本人所做的毕业设计，凡引用他人的研究成果均已在参考文献或注释中列出。
设计说明书与图纸均由本人独立完成，没有抄袭、剽窃他人已经发表或未发表的研究成果行为。
如出现以上违反知识产权的情况，本人愿意承担相应的责任。
声明人（签名）：年月日摘要按照产品的传统设计方法，为获得较好的设计方案，在产品定型生产之前必须制造物理样机，并对物理样机进行试验测试，如不满足性能要求，就必须对原设计方案进行修改和优化。
这种传统的设计方法需要耗费大量的人力和财力。
本文采用现代设计方法，在测录载荷数据的基础上，对各零部件进行多体动力学仿真分析，根据仿真结果用有限元方法分析零部件的应力分布，在此基础上预测零部件的疲劳寿命。
这样做一般只需要一次实物模型的疲劳试验就可基本完成设计任务，大大缩短了设计周期，节省了开发费用。
内燃机是各类汽车、工程机械的主要配套动力。
作为内燃机的主要受力零部件，曲轴的动力学特性涉及到整机NVH，疲劳强度等重要指标。
对曲轴进行动力学分析是内燃机设计中所需要进行的重要工作，具有重要工程意义。
本文以S195柴油机曲轴为对象，着重完成了以下主要设计工作：1)采用Pro/E进行曲轴的CAD模型建立；2)采用Altair Hyperworks进行曲轴的网格划分；3)采用ABAQUS进行曲轴模型的动静缩减；4)采用AVL Excite进行动力学分析；5)采用ABAQUS进行应力恢复；6)结果提取、整理和疲劳分析。
关键词：柴油机曲轴；动力学仿真；疲劳；有限元；HyperMesh；AVL ExciteAbstractIn accordance with the traditional method of mechanical design, the physical prototype has to been manufactured and testing before producing the mechanical products. The original prototype has to been modified and optimized to obtain a better design if it does not meet the requirements of actual performance. It’s obviously that the traditional design method will take a lot of labor and finance. The article takes the modern method of multi-body dynamics simulation for various mechanical parts on the basis of recorded load date, obtains the stress distribution of parts with the finite element analysis. The article predicts the fatigue life of the mechanical parts. With the method of multi-body dynamics simulation, one prototype will meet the basic task of mechanical design. It will greatly reducing the design cycle, saving costs of design. Diesel engine is the main power source of automobiles, engineering machinery. As the main bearing components of diesel engine, the dynamic features of crankshaft are crucial to the machine NVH, fatigue evaluation and other important indicators. Hence, it has important engineering significance to do the work of dynamic analysis of crankshaft. The contents of the design are listed as followers:1)The CAD modeling of the crankshaft with Pro/E software;2)Meshing of the CAD model of the crankshaft with Altair Hyperworks;3)Condensation of the model of the crankshaft with ABAQUS;4)Dynamic analysis of the model of the crankshaft with A VL Excite Software;5)The stress analysis with ABAQUS;6)The fatigue analysis and results.Key words:Crankshaft; Dynamics simulation; Fatigue; FEA; HyperMesh; A VLExcite目录摘要Abstract第一章绪论 (1)1.1背景概述与研究意义 (1)1.2内燃机动力学仿真研究综述 (1)1.3本文工作任务、工作目标和内容 (2)1.3.1工作任务 (2)1.3.2工作目标 (2)1.3.3设计内容 (3)第二章S195柴油机曲轴的几何建模和仿真参数准备 (4)2.1 S195柴油机简介 (4)2.2 S195柴油机主要特性参数 (4)2.3 S195柴油机的CAD建模 (4)2.3.1 Pro /Engineer软件简介 (4)2.3.2曲轴CAD建模简述 (5)第三章曲轴动力学建模的前处理 (6)3.1前处理主要内容的概述 (6)3.1.1有限元网格划分 (6)3.1.2有限元动静缩减 (6)3.2 曲轴飞轮组网格划分 (7)3.2.1 HyperMesh软件简介 (7)3.2.2划分过程简介 (7)3.3动静缩减 (9)第四章动力学仿真Excite模型的建立 (11)4.1 Exite软件的简介及应用 (11)4.2 Excite建模过程概述 (12)4.2.1定义发动机轴系参数 (12)4.2.2定义体单元和连接单元，定义力学耦合关系 (13)4.2.3定义外载工况 (18)4.3模型的仿真控制设置 (20)第五章S195柴油机动力学仿真结果分析及应用 (22)5.1典型工况的动力学特性 (22)5.2静应力分析和疲劳分析 (24)第六章总结 (30)参考文献 (31)致谢 (32)附录清单 (33)浙江理工大学本科毕业论文第一章绪论1.1背景概述与研究意义按照产品的传统设计方法，为获得较好的设计方案，在产品定型生产前必须制造虚拟样机，并对虚拟样机进行试验测试，如不能满足性能要求，就必须对原设计方案进行修改和优化。
多缸柴油机研究报告
多缸柴油机研究报告
多缸柴油机是一种将能量转化为动力的内燃机，它可以通过多个缸体的工作来提高发动机的效率和功率。
本研究报告旨在介绍多缸柴油机的结构和原理，以及其在汽车、船舶等领域的应用。
首先，本报告对多缸柴油机的结构做了详细的介绍，包括缸体、活塞、连杆、曲轴等组成部分的作用和特点。
同时，还介绍了不同缸数的多缸柴油机的优缺点和适用场景。
其次，本报告详细阐述了多缸柴油机的工作原理，包括进气、压缩、燃烧和排气四个阶段的过程和条件。
同时，还介绍了如何通过调整燃油喷射和气门控制来优化发动机的性能和经济性。
最后，本报告介绍了多缸柴油机在汽车、船舶等领域的应用情况和发展趋势。
随着环保和经济性的要求越来越高，多缸柴油机也在不断升级和改进，以适应市场需求和技术发展。
综上所述，本研究报告以多缸柴油机为研究对象，深入探讨了其结构、原理和应用，为相关领域的研究和发展提供了有价值的参考和借鉴。
- 1 -。
内燃机动力学曲柄连杆机构动力学多体动力学
综合
mj mp m1
对于中心（或偏心式） 曲柄连杆机构，实际系 统可用
集中于活塞销中心的往 复运动质量mj 和集中于曲柄销中心的旋 转质量mr 来代替，即：
, mr mk m2
12
中心式曲柄连杆机构的 作用力和力矩
气缸内的气体压力p
内燃机中的基本作用力 曲柄连杆机构运动时 产生的惯性力
垂直于气缸中心线的 力N’
P'
K ''cos
Kcos
P
cos
cos
P
N ' K ''sin Ksin P sin N
cos
23
曲柄连杆机构中 力的作用效果
缸壁侧推力N和传递到曲轴中 心的力N’产生了一个力偶矩 MN1（倾覆力矩），大小为
M N1 -NA
-Ptan (Lcos Rcos )
各 力 的 对 比 关 系 图
16
离心惯性力
mr mk m2
大小：为定值
方向：
Pr mr Rω2
总是沿着曲柄半径方向向外
17
中心式曲柄连杆机构中 力的传递及作用效果分析
活塞销处的总作用力
P Pg Pj
总作用力的传递
K P
cos N P tan
18
λ的大小对活塞位移曲线的影响
传至发动机体外
27
传递给主轴承上的往复惯性力P’j以自 由力的形式出现，通过轴承传至机体 ，作用在发动机的安装支架上
是引起内燃机垂直振动的主要激励力 之一
28
集中于曲柄销中心作旋转运动的旋转质量 mr中所产生的旋转惯性力Pr也通过轴承传 至机体，作用在发动机的安装支架上
分解成平行于气缸中心 线的分量PrV（引起垂直 振动）和垂直于气缸中 心线的分量PrH （引起横 向振动）
内燃机曲轴轴系多体动力学分析
内燃机曲轴轴系多体动力学分析
王才峄;俞小莉;周迅;祝盛
【期刊名称】《现代机械》
【年(卷),期】2006(000)006
【摘要】基于虚拟样机技术,采用结合有限元法(FEM)的多体系统仿真(MSS)方法对汽车发动机曲轴进行扭转振动分析.建立了包括柔性体曲轴在内的内燃机曲轴系统的多体动力学模型.根据多体动力学进行模拟仿真计算,将计算值与实测值进行对比分析,发现仿真结果与实测结果吻合较好.并由此模型对发动机采用停缸系统时的扭振特性进行模拟,分析了计算结果,提出了较好的停缸方案.
【总页数】4页(P7-9,80)
【作者】王才峄;俞小莉;周迅;祝盛
【作者单位】浙江大学,浙江,杭州,310027;浙江大学,浙江,杭州,310027;浙江大学,浙江,杭州,310027;浙江大学,浙江,杭州,310027
【正文语种】中文
【中图分类】TP3
【相关文献】
1.多缸内燃机曲轴系统多体动力学分析 [J], 王义亮
2.内燃机曲轴系多体动力学分析 [J], 邓晓晓;张保成
3.WP7柴油机曲轴系的多体动力学分析 [J], 段晓霞;苏铁熊
4.内燃机曲轴系多体动力学研究 [J], 陈思旭;乔梓航;朱一鑫
5.内燃机曲轴系振动响应的多体系统动力学分析方法 [J], 覃文洁
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基于多体动力学方法的发动机曲轴系全局振动研究
基于多体动力学方法的发动机曲轴系全局振动研究佚名【摘要】采用结合有限元法(FEM)的多体动力学方法,建立了某三缸机的动力学仿真模型及主轴承弹性液力润滑(EHD)轴承模型,并对曲轴系和发动机机体组合结构进行了约束模态分析,计算得到了曲轴系弯曲及扭转振动的强迫共振频率及振型,重点分析了振动形式较为复杂的弯曲振动和轴系整体振动,探究了轴系共振产生的原因,并进行试验验证.结果表明,引起曲轴系扭转共振的原因是其扭转自由模态,引起弯曲共振和整体振动的是其约束模态及轴系机体组合结构的刚体模态,且轴承约束对扭转模态影响微小,该计算体系与研究结论为发动机曲轴系振动的预测与控制提供了建议和参考.【期刊名称】《车用发动机》【年(卷),期】2018(000)006【总页数】8页(P1-8)【关键词】多体动力学;弯曲振动;约束模态;曲轴;有限元法【正文语种】中文【中图分类】TK413.31曲轴系作为发动机的动力输出轴，同时又承受着缸内燃烧压力的激励，其强度与振动噪声问题一直以来都是发动机设计工作者关注的重中之重，曲轴系能否平稳可靠地运转直接决定了发动机的动力性、经济性及NVH性能的好坏。
其中，由于其结构的特殊性，曲轴系的振动问题在设计过程中必须严格加以控制。
曲轴系的全局振动包括过曲轴轴线的两个垂直平面(xy和xz平面)内的弯曲振动、绕轴线(x轴)的扭转振动、沿轴线(x轴)的纵向振动及整个轴系在弹性约束下的刚体振动，其中曲轴系纵振常耦合于弯振扭振中，一般不会单独出现，因此纵振在文中不作单独探究。
目前，关于曲轴系扭振的研究较为全面[1-6]，涵盖理论模型计算[1-3]、有限元计算[4-6]及测试试验[6]等各个方面，取得了丰富的有指导意义的结果。
相比于扭振，曲轴系弯曲振动的形式则更为复杂，其共振激励源不单是缸内燃烧压力激励，曲轴1阶旋转偏心是弯曲共振的另一重要激励。
曲轴特殊的结构形式使其弯曲刚度较小，固有频率较低，在发动机工作转速范围内极易发生弯曲共振，共振严重时会导致轴承油膜形成困难、曲轴磨损加剧甚至曲轴断裂。
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虑或干脆忽略，由此得到的载荷自然与实际情况存在
着差距。有时甚至相去甚远。没有准确的载荷就必然不
可能获得准确的动力学分析结果．因此在进行内燃机
机体结构动力学研究时，应用多体动力学方法计算各
种载荷具有重要的意义。
本文采用Ｐｒｏ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒ建立了某四缸内燃机活
塞一连杆一曲轴系统的三维实体模型．然后把模型调入
别为２ ６９６．１５ Ｎ和一ｌ ２７１．４３ Ｎ。总体上各主轴承水
平方向上的受力比垂直方向的受力要偏大些。最大值 都达到１８ ０００ Ｎ以上，比垂直方向受力最大的主轴 承３（７ １２３ Ｎ）还大的多。同时，垂直方向上的受力比
较平稳，最大值和最小值相差不大。 从以上分析结果可见．各主轴承力在水平方向和
动［Ｓｌ。因此，在对内燃机曲轴一飞轮组进行设计时，需要
在模态分析基础上对其动力学特性进行优化，以保证 内燃机获得良好的动力学性能。 ３ 结论
通过对曲轴一飞轮组的结构模态分析，可以得到 以下主要结论：
１１曲轴一飞轮组的结构振动模态在低频段为整 体、同步的简单弯曲、扭转振动模态，在高频段为各部 分不同步的弯曲、扭转或弯扭组合振动以及复杂的局 部振动。
（Ｔａｉｙｕａｎ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｃｏ．Ｌｔｄ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３０００９，Ｃｈｉｎａ） ［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｓｏｌｉｄ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｃｒａｎｋｓｈａｆｔ／ｆｌｙｗｈｅｅｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｏｆ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ４－ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｅｎｇｉｎｅ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ Ｐｒｏ／ｅｎｇｉｎｅｅｒ ｓｏｆｔｗａｒｅ．ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｗｈｉｃｈ，ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｍｏｄａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ＡＮＳＹＳ ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｉｔ ｉｓ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄ ｔｈａｔ：１、Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｍｏｄｅｓ ｏｆ ｃｒａｎｋｓｈａｆｔ／ｆｌｙｗｈｅｅｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｌＯＷ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｒａｎｇｅ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔ ｔｈｅ ｔｏｒｓｉｏｎａｌ ｏｒ ｂｅｎｄｉｎｇ ｍｏｄｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ；ｗｈｉｌｅ ｉｎ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｒａｎｇｅ，ｔｈｅ ｍｏｄｅｓ ｓｈｏｗ ｐｒｉｍａｒｉｌｙ ｔｈｅ ｌｏｃａｌ ａｎｄ ｏｕｔ ｏｆ ｓｔｅｐ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｏｓｉｔｉｏｎ～２１ Ｔｈｅ ｃｒａｎｋｓｈａｆｔ／ｆｌｙｗｈｅｅｌ ｍｏｄｅｓ ｈａｖｉｎｇ ｔｏｒｓｉｏｎａｌ ｏｒ ｂｅｎｄｉｎｇ ｍｏｄｅ ｓｈａｐｅ ｉｓ ｖｅｒｙ ｐｏｓｓｉｂｌｅ ｔｏ ｂｅ ｅｘｃｉｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｆｏｒｃｅｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ－ｒｏｄｓ，ＳＯ ｉｔ ｉｓ ｅｓｓｅｎｔｉａｌ ｔｏ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｔｈｅ ｃｒａｎｋｓｈａｆｔ／ｆｌｙｗｈｅｅｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ．
第２４卷第４期（总第１０９期） Ｖ０１．２４ Ｎｏ．４ ｆＳＵＭ Ｎｏ．１０９１
机械管理开发
ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ ＡＮＤ ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ
２００９年８月 Ａｕｇ．２００９
多缸内燃机曲轴系统多体动力学分析冰
王义亮
（太原理Ｔ大学机械Ｔ程学院，山西太原０３００２４）
【摘要】应用Ｐｍ，Ｅｎ西ｎｅｅｒ建立了某四缸内燃机活塞一连杆一曲轴系统的三维实体模型，然后把模型调入ＡＤＡＭＳ多 体动力学分析软件，建立了活塞一连杆一曲轴系统的虚拟样机模型。在此基础上．对四缸内燃机曲轴进行了多体动力 学分析。得到了作用在内燃机机体上的主轴承力及活塞侧压力的准确解。研究结果表明，曲轴系统运动件的惯性力 对主轴承力和活塞侧压力的影响显著，因此在计算时需要对运动件惯性力进行准确、合理地考虑。
（或惯性力矩）则根据各运动件的真实结构及运动规律
精确计算并自动施加。
在上述运动驱动和载荷作用下，对活塞一连杆一曲
轴系统进行了多缸体系统动力学分析．分析结果分述
如下。
２．１ 主轴承力
为了叙述方便，把图２中支承曲轴轴颈的５个主
图ｌ 四缸内燃机曲轴系统装配图
把以上由Ｐｒｏ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒ建立的活塞一连杆一曲轴系 统三维实体模型调人ＡＤＡＭＳ．在ＡＤＡＭＳ环境中定义
著的差别，表明活塞一连杆一曲轴系统各运动件的惯性
力对主轴承力和活塞侧压力的影响比较显著。计算时 须对惯性力进行尽可能准确、合理地考虑。
２）通过多体动力学分析来求解主轴承力和活塞
侧压力．不仅因可以准确考虑各运动件的惯性力而得
到紧接真实情况的结果，而且可以提高分析效率和结
果的可靠性。
（下转第４页）
万方数据
２１以弯曲、扭转及弯扭组合为主要特征的益轴一 飞轮组各阶振动模态极易被作用在曲柄销上的连杆冲 击力所激发。因此，在对内燃机曲轴一飞轮组进行设计 时．需要在模态分析基础上对其动力学特性进行优化， 以保证内燃机获得良好的动力学性能。
参考文献 『１１王义亮，谢友柏．四缸内燃机机体结构模态分析【Ｊ】．内燃机
·
１·
万方数据
第２４卷第４期（总第１０９期）
机械管理开发
２００９年８月
＊主轴承１ 十主轴承２：２ Ｏ
０
ｍ， Ｏ
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碥。－飞≯．汹“。≮≯．瀚ｏ．ｏ
Ｎ／ｋＲ烈匠祆）（雹嚼霹州雄 Ｊ加彤 咖咖咖咖咖咖。Ｋ咖虻咖咖
时间／（ｔ／ｓ）
图３各主轴承力在水平方向的分力
Ｚ
、、 Ｃ工－
——主轴承１ ＊主轴承２ 十主轴承３
、△簿饿蜉．卜△粥瓠Ⅲ． Ｒ ８．００Ｅ＋０
杈６．００Ｅ＋０ 匠４．００Ｅ＋０ 恹２．００Ｅ＋０
艇０．００Ｅ＋０ 窨．２．００Ｅ＋０
髓４．００Ｅ＋０
暴６．００Ｅ＊０
制‘８．００Ｅ＋０
时向／ｆ ｔ／Ｒ１
施
图４备主轴承力在垂直方向的分力
从图３中可以看出。作用在主轴承３上的水平方
向分力的幅值是所有的５个轴承中受力最大的。同时。
十分重要的意义。通过曲轴系统多体动力学分析得到各
缸套所受活塞侧压力如图５所示，从图中可以看出。各 个活塞对气缸套的侧压力趋势是一样。只是相差一个相
位差，它们的绝对值的最大值都为４ ８３９．３４ Ｎ。
塞４
，．、
冬
‰
∑ Ｒ
］扇属Ａ蕊
．
幽
暮 窨
艄
驴‘矿‘驴‘影矗＆
！｝ｇ
碰
图５各缸活塞侧压力
与解析法计算结果１４Ｉ相对比可以发现。图５所示 曲线与解析法计算结果在总体趋势上大体相似接近，
ｅｎｇｉｎｅ ｎｏｉｓｅ［Ｊ［．ＳＡＥ Ｐｒｅｐｒｉｎｔｓ ｆｌ ２４４ Ｍａｙ １３—１６ １９９１ Ｐｕｂｌ
ｂｙ ＳＡＥ Ｐ １５５—１６０。０５６０—６１６０．
Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｍｏｄａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｃｒａｎｋｓｈａｆｔ／ｆｌｙｗｈｅｅｌ
ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｏｆ ａ ４一ｃｙｌｉｎｄｅｒ ＩＣ Ｅｎｇｉｎｅ ＸＩＥ Ｇｕｉ－ｊｉｌｎ
第２４卷第４期（总第１０９期）
机械管理开发
２００９年８月
图５第８阶模态振型 图６第１３阶模态振型
型。从表１和图３～图７可
以看出，在低频段，曲轴一 飞轮组的模态振型表现 为简单的整体弯曲或整 体扭转振动，第１～７阶模
态属于此类．对应的频率
范嗣为２＿＝！哩？。，２套烹
烈ｔｌｅａｔ；段Ｉ＝１１－，曲轴一飞轮组的模
【关键词】 内燃机；曲轴系统；多体动力学；主轴承力；活塞侧压力 Ｉ中图分类号】ＴＫ４２１，ＴＫ４２３．３３，ＴＢ５３２ 【文献标识码】Ａ
【文章编号】 １００３—７７３Ｘ（２００９）０４—０００１－０３
０引 言
各零件的材料属性、相邻或相互作用零件之间的运动
在研究内燃机机体结构动力学问题时．首先需要 副约束、运动驱动器及外负载，并把内燃机机体定义为
轴承按从左向右的顺序依次称为主轴承１至主轴承 ５。图３和图４分别为作用在５个主轴承上的水平分力 和垂直分力。
收稿日期：２００９—０３—１３
资金项目：山西省基础研究计划资助项目（项目编号：２００８０１１０５２）
作者简介：王义亮（１９６９一），男，山西静乐人，副教授、硕士研究生导师。工学博士，主要从事机械动力学、摩擦学、机械结构振动噪声分析与控制及机 械现代设计等方面的研究工作。
图７第一１４…阶 一模 。态 。。 振。 型
态振型要比低频段复杂得多。主要表现为曲轴与飞轮 不同位置处不同步的弯曲、扭转或弯扭组合振动以及 复杂的局部振动，第８～１６阶模态属于此类，对应的频
率范围为ｌ ２１９～２ ５９９ Ｈｚ。 值得指出的是。曲轴一飞轮组的各阶模态振型分
别包含有弯曲、扭转或弯扭组合振动，考虑到作用在曲 柄销上的连杆力是具有宽频带激振作用的冲击力，这 种冲击力很容易激发曲轴的弯曲、扭转及弯扭组合振
别．说明各运动件惯性力的近似考虑会对主轴承力的
计算结果产生不可忽视的误差。 ２．２各缸活塞侧压力的受力分析
活塞在做往复运动的同时．要对气缸套产生大小和
作用位置都随时间变化的侧压力．此侧压力不仅激发机
体的结构振动及产生噪声辐射，而且与缸套穴蚀现象之 间也存在着密不可分的关系。因此，精确地计算出作用
各个气缸套上的活塞侧压力对内燃机的设计同样具有
塞侧压力的变化规律。由于考虑了各运动件的真实结
构及运动规律。所得结果比传统上的解析法计算结果 更加准确。为进一步研究多缸内燃机机体的结构动力
学问题提供了科学的依据。分析结果表明：
１）尽管应用多体动力学分析方法得到的各主轴 承力及各缸活塞侧压力均与用解析法所得结果在总体
趋势上大体相似．但曲线形状和峰值大小均存在着显