基于ADAMS的发动机曲轴系动力学仿真.

收稿日期 :2008-04-10修回日期 :2008-05-12

作者简介 :王勇 (1982- , 男 , 硕士 , 助理工程师。研究方向 :舰船监造及抗冲击技术。 E -mail:wy wetmio@126. com

文章编号 :1671-7953(2008 04-0031-04

基于 ADA M S 的发动机曲轴系动力学仿真

王勇 1

, 张昭 1

, 黄映云 2

, 刘震

2

(1. 海军驻武昌造船厂军代室 , 武汉 430064; 2. 海军工程大学动力工程学院 , 武汉 430033

摘要 :建立包括柔性曲轴、活塞组、连杆组及飞轮在内的某型发动机刚柔体混合动力学仿真模型 , 在 1500r/min 工况下 , 对发动机进行刚柔体混合动力学仿真 , 得到了发动机的曲柄销负荷、活塞销负荷及最大动态应力等仿真结果。

关键词 :发动机 ; 曲轴系 ; 刚柔混合 ; 动态仿真中图分类号 :T P391. 9; U 664. 2 文献标志码 :A

Dynamical Simulation of the Crankshaft Sy stem of

Engine Based on ADAM S

WANG Yong 1, ZHANG Zhao 1, HUANG Ying -yun 2, LIU Zhen 2

(1. N avy A utho rized Deputy A g ency in W uchang Shipyar d, Wuhan 430064, China;

2. Schoo l o f N aval A r chitectur e and Pow er, N aval U niversit y of Eng ineer ing, Wuhan 430033, China Abstract:A rigid mix ed flex ible dy namic simulation model w as built up fo r the engine cr ankshaft w hich in -cluded the crankshaft, the pisto n -co nnecting r od and the fly wheel. By using the mo del, the main dynamic pa -r ameters such as the loadings in crankpins and ma in bear ings, the maximum dy namic st ress of t he cr ankshaft and so on w ere respectively calculated under the rate o f rot ation of 1500r /min.

Key words:eng ine; crankshaft system; rigid mix ed f lex ible; dynamic simulat ion

由于曲柄连杆机构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气缸体连接 , 传统的分

析方法是在对各构件进行运动分析的基础上 , 计算出各自产生的旋转惯性力和往复惯性力 , 与气体爆发压力合成后求解出对机体的作用力以及曲轴系振动的激

振力 , 过程烦琐。借助动力学仿真软件 ADAMS, 以某型发动机曲柄连杆机构为研究对象 , 利用衬套的力元对主轴颈处的弹性支撑状况进行模拟 , 考虑惯性力、气缸压力和支撑的弹性 , 建立发动机的动力学仿真分析模型 , 分别进行刚体动力学和刚柔体混合动力学仿真分析。

1 刚体动力学仿真模型

曲轴轴系动力学仿真模型主要包括曲轴的刚、

柔性体模型 , 活塞组件、连杆组件和飞轮的刚体模型 , 以及各构件间的连接副和作用于系统上的外力。 1. 1 曲轴轴系三维模型建立

曲轴系的实体模型在 Pro /E 中建立 , 并赋予模型相应的材料和质量属性 , 利用Pro/E 和 AD -AM S 的 Mechpro, 导入到 ADAMS 中。 1. 2 边界条件

将曲轴分为单个曲柄之后 , 整个曲轴活塞连杆机构就演变为 6个如图 1所示的曲柄滑块机构

的组合。

图 1 曲柄滑块机构

其中 OA 、 AB 为曲柄、连杆 , B 为活塞 ; M 2、

M 1为连杆等效质量 , 根据零件间的实际运动关系即可简化成 ADAM S 中的运动副理想约束。

第 37卷第 4期 2008年 8月船海工程 SHIP &O CEA N ENG IN EER ING

V ol. 37 N o. 4

A ug. 2008

设定曲轴与连杆为圆柱副连接 , 活塞与基础为平动副 , 活塞与连杆之间定义为圆柱副 , 曲轴与基础为铰接副 , 曲轴与飞轮为固定幅连接。 1. 2. 1 施加气体压力及反转矩

作用于整个机构上的主动力为气体爆发压力 p , 视为分布力作用于活塞端部 , 大小为气体压力与活塞投影面积的乘积。 6缸作用的气体压力基本相同 , 只是各缸发火时刻不同导致出现峰值的时刻不同 , 发火顺序和发火间隔角见图 2

。

图 2 发火顺序和发火间隔角

则压力中可由 AKIM A 插值方法 [2]获得 , 利用样条函数 Ak isp l 可以实现该插值的计算 :

p =A kisp l(angle, ang _v, sp line (1 式中 :angle 曲轴转角 ;

ang _v 曲轴转速 ;

sp line 三维空间样条曲线。

p 由试验测得 , 该样条曲线反映的是不同转速下曲轴转角与压力之间的关系。气体爆发压力曲线见图 3