双对置发动机曲柄连杆机构的运动学仿真

双对置发动机曲柄连杆机构的运动学仿真

摘要:双对置柴油发动机以其节能、高效的特性受到汽车工业的青睐。为了更好地研究其性能,本文以ADAMS软件作为虚拟样机设计平台,对双对置发动机的曲柄连杆机构进行建模与运动学仿真。

关键词:双对置发动机ADAMS 运动学仿真

随着科学技术的发展,发动机在人们生活中的地位日趋重要。在工业生产、交通运输等领域,发动机作为重要的动力能源被广泛应用。目前,在全球污染日趋严重和资源紧缺的局势下,我们急需一种节能高效的发动机。在2008年的美国工程汽车工程学会年会上,双对置发动机以其对置活塞对置气缸的特殊构造和高效节能的特性引起了汽车工业的高度重视[1]。

本文对双对置发动机的主要运动机构——曲柄连杆机构运动进行分析与仿真。曲柄连杆机构是发动机的重要组成部分,是发动机完成能量转换、产生并传递动力的机构。在发动机产品研究中,曲柄连杆机构运动学仿真分析是必需的。对其运动特性的研究,分析各个运动部件的运动规律,可以为发动机曲柄连杆机构优化设计奠定基础[2]。为了更好地研究双对置发动机的性能,我们首先对其曲柄连杆机构进行分析与仿真。

为缩短开发周期、节省成本,我们利用虚拟样机技术进行研究。目前,ADAMS软件是由美国机械动力公司(Mechanical Dynamic Inc)

开发的虚拟样机分析软件,是最优秀和最权威的机械系统动态仿真软件[3]。ADAMS软件支持并行工程环境,将为我们节省大量的时间和经费。利用ADAMS软件建立参数化模型可以进行设计研究、实验设计和优化分析。

本文以某柴油机的相关参数为参考,以ADAMS软件作为平台,建立双对置发动机曲柄连杆机构模型,并进行相关的运动学理论分析和计算机仿真。

1 曲柄连杆机构运动学原理分析

双对置发动机采用的是中心曲柄连杆机构,如图1所示,O为曲轴中心,OB为曲柄(长r),B为连杆大头孔中心,AB为连杆(长l),A为连杆小头孔中心。

在发动机工作过程中,曲柄做旋转运动,活塞沿气缸中心线做往复运动,连杆AB做复合平面运动。在分析过程中,我们通常将连杆简化为分别集中于连杆大头和小头的两个集中质量,故我们只需分析其旋转和往复运动[4](如图1)。

活塞做往复运动时,速度和加速度是变化的。其速度和加速度的数值以及变化规律对曲柄连杆机构及发动机整体影响较大,因此研究曲柄连杆机构运动规律的主要任务是研究活塞的运动规律。

1.1 活塞位移

双对置发动机左右两缸结构对称,故其运动曲线幅值相同,仅存在相位差。因此,我们仅对其右缸运动进行分析。通过理论计算得到其右缸两活塞的运动规律:其内活塞的活塞行程为90mm,速度最大值为16545.34mm/s,最大正加速度和最大负加速度分别为4.2377e6mm/s2、-7.1701e6mm/s2;其外活塞的活塞行程为80mm,速度最大值为14300.5mm/s,最大正加速度和最大负p双对置发动机右缸的活塞进行运动学仿真,仿真结果显示:内活塞的活塞行程为90mm,速度最大值为16545mm/s,最大正加速度和最大负加速度分别为4.237 5e6mm/s2、-7.1702e6mm/s2;其外活塞的活塞行程为80mm,速度最大值为14300mm/s,最大正加速度和最大负加速度分别为 4.609e6mm/s2、-5.5318e6mm/s2。由于篇幅有限,在此仅给出内活塞位移、速度、加速度与时间关系的仿真曲线(如图3)。

3 结语

本文在ADAMS软件中建立双对置发动机曲柄连杆机构模型,并对其内活塞进行运动学仿真。仿真结果与上述理论计算值吻合较好,因而,该模型具有很高的实用价值。本文对双对置发动机模型的运动学仿真分析,为发动机曲柄连杆机构优化设计及动力学分析的研究奠定了基础。

参考文献

[1] 张然治.FEV公司推出OPOC发动机.VEHICLE ENGINE,2006,4(2)．

[2] 童宝宏,桂长林,陈华,等.内燃机曲柄连杆机构的建模与仿真[J].计算机仿真,2007,12．

[3] 李增刚．ADAMS入门详解与实例[M]．国防工业出版社,2008．

[4] 葛正浩.ADAMS2007虚拟样机技术[M]．化学工业出版社,2010．