v型发动机曲轴连杆动力学建模与数值仿真研究

本文在考虑活塞二阶运动与曲轴在主轴承中的径向运动的基础上,对新型发动机的曲轴连杆活塞系统进行动力学建模,建立了曲轴连杆活塞系统动力学模型、曲轴主轴承间的流体动压模型,然后对整体模型进行综合求解,在确定计算流程之后,由此算法编制Fortran语言进行求解,得到活塞二阶运动的变化规律以及曲轴在主轴承中的径向运动规律。     

计及曲轴轴向运动的内燃机主轴承润滑分析

内燃机工作中,曲轴进行旋转运动的同时,还存在沿轴线方向的运动。以某四缸四行程内燃机曲轴—轴承系统为对象,基于建立的三维流体动力润滑模型,进行了计及曲轴轴向运动和曲轴受载变形导致轴颈倾斜的主轴承润滑性能研究。分析中,曲轴轴向运动规律通过内燃机台架试验实测,采用整体曲轴体单元有限元法计算主轴承负荷和曲轴变形,应用动力学法进行曲轴主轴承的润滑分析。结果表明:与不计曲轴轴向运动的影响相比,计及曲轴轴向运动时,主轴承的轴心轨迹为一条不封闭的三维空间曲线,内燃机一个工作循环中的部分时刻主轴承的最小油膜厚度、最大油膜压力、摩擦功耗和端泄流量变化显著;曲轴轴向运动对内燃机各主轴承润滑特性的影响不一定都是不利的。因此,为了更加合理、接近实际,内燃机曲轴主轴承润滑性能分析中有必要计及曲轴轴向运动的影响。     

往复式活塞压缩机曲轴系统运动学和动力学仿真研究

针对某型号四缸往复式活塞压缩机,基于有限元软件Ansys建立了曲轴和活塞销的有限元模型。在模态分析的基础上,结合ADAMS建立了曲轴运动机构的刚柔耦合多体系统动力学模型,得到了关键零部件的运动及载荷变化规律,为进一步深入研究曲轴运动系统动态响应奠定了基础,并为整机的优化设计提供了依据。     

曲轴系多柔体动力学与动力润滑耦合仿真分析

使用LMS Virtual.lab软件建立曲轴系的多体系统动力学仿真模型,对曲轴系进行刚柔耦合多体动力学仿真,得到周期内曲轴系的动态载荷,为研究主轴承液体动力润滑提供边界条件;联合主轴承油膜润滑模型和多体动力学模型进行耦合仿真,得到最小油膜厚度和最大油膜压力曲线及主轴承工作周期内的油膜最大节点压力的变化规律.结果表明:在第三缸点火后,油膜节点压力急剧增大,油膜节点最大压力区呈现出从轴瓦中心向轴瓦边缘偏移的特性.     

不同平衡率对曲轴动力学特性与疲劳强度的影响研究

以非道路高压共轨四缸柴油机为研究对象,通过曲轴模态试验模态仿真,验证了曲轴有限元模型的准确性;基于柔性多体动力学与弹性流体动力润滑理论,建立了轴系多体动力学仿真模型,研究了曲轴不同平衡率与不同平衡块数对额定转速工况下主轴承载荷与润滑特性、曲轴应力与疲劳强度的影响.研究结果表明:随着平衡率增加,曲轴质量增加,内弯矩减小,平均轴承力减小;随着平衡率增加,MB3最大轴承力增加,其余主轴承最大轴承力基本不变;相同平衡率下,8块平衡重比4块平衡重方案曲轴内弯矩小.从轻量化角度出发,直列四缸机曲轴可采用4块平衡重50％平衡率方案,但在设计过程中需考虑第4主轴承的优化.     

基于AVL Excite Designer的发动机曲轴主轴承润滑性能分析

以某型直列四缸发动机为研究对象,对曲轴主轴承进行弹性流体动压润滑分析。考虑非线性连接,采用多体动力学软件建立润滑仿真模型对曲轴主轴承进行动力学润滑计算。通过对最小油膜厚度、最大摩擦接触应力和磨损进行分析,揭示了设计中存在的隐患,为该型发动机曲轴主轴承的优化设计提供了参考依据。     

基于MATLAB和ADAMS发动机曲轴系统动力学仿真

以某直列六缸发动机曲轴系为研究对象,通过多体动力学非线性分析的方法对该轴进行了振动研究.采用三维设计软件UG对发动机曲轴系统进行了结构设计,在机械仿真软件ADAMS和MATLAB环境中搭建了发动机曲轴系统的虚拟样机模型和控制系统模型.具体分析了气缸活塞位移、速度及加速度的运动规律,以及气缸侧压力和曲轴销受力情况;同时对作用在曲轴上的转矩进行了分析.结果表明采用虚拟样机技术可提高发动机曲轴系统的设计水平和设计效率,同时对提高发动机整机性能也有一定的参考意义.     

内燃机曲轴系统疲劳寿命的协同仿真分析方法

曲轴作为内燃机的主要运动部件,其性能优劣直接影响着内燃机的可靠性与寿命.在设计阶段,曲轴的疲劳分析可为其寿命设计和评估提供重要依据.文中针对某型号4缸内燃机曲轴疲劳,建立了活塞-轴系动力学模型并进行仿真,然后把仿真结果转化为时间栽荷传递到曲轴的有限元计算模型中,最后对该有限元模型进行疲劳仿真,从而获得整个曲轴的疲劳寿命计算结果.     

多缸内燃机缸套-活塞系统摩擦学与动力学耦合问题的研究

从理论上对多缸内燃机缸套-活塞系统摩擦学与动力学的耦合问题进行了研究。在纠正了到日前为止被广泛引用的活塞二阶运动方程中的错误的基础上，给出了多缸内燃机缸套-活塞系统摩擦学与动力学耦合问题的数学模型。在该模型中，首次在计算活塞二阶运动时考虑了连杆惯性力的影响。并对影响缸套-活塞系统摩擦学行为的主要动力学因素做了深入的论述。最后讨论了缸套-活塞系统摩擦学与动力学之间的耦合作用对活塞侧推力、作用在连杆和主轴承上的力的影响进行了讨论，并据此对它们的传统计算模型作了修正。     

基于Pro-Mechanica的四缸车用高速发动机平衡系统优化设计

针时四缸车用高速发动机的平衡问题,建立了平衡系统评价模型。采用Pro-Engineer软件对运动件进行精确建模,采用Pro-Mechanica模块时曲轴、活塞、连杆、双平衡轴组成的运动系统进行精确的运动分析,得出系统惯性力及力矩的平衡情况。应用该评价模型对自主开发的486QE发动机的平衡机构进行了优化设计,快速达到平衡系统的设计目标值。     

四列氮氢气往复压缩机外力及其平衡的分析与计算

以4M50-27.3/18.5-260型氮氢气往复压缩机为研究对象,分析了作用在其曲柄连杆机构上的各作用力,从振动的角度对其受力进行分析与分类,可知往复惯性力、旋转惯性力及倾覆力矩能传到机器外部而引起压缩机的振动,属于“外力（或外力矩）”,并用Matlab软件,计算分析且绘制了压缩机列的气体力、往复惯性力、往复摩擦力和活塞力图.利用添加基础或弹性支承或者通过各列曲拐错角的合理配置的方法,对引起振动的外力进行平衡,有效减小机器的振动与噪声.     

连杆动应力及疲劳寿命分析

连杆在发动机中直接与活塞销、曲轴连杆轴颈相连接,它们之间通过弹性接触传递力。所以,活塞销、曲轴连杆轴颈决定了连杆的受力分布情况。采用有限元分析中的接触法对某型号发动机的连杆进行有限元分析,得出接触面之间的压力分布情况、连杆的应力分布情况及连杆变形情况,并对连杆的疲劳强度进行校核。     

Dynamic analysis of a reciprocating compression mechanism considering hydrodynamic forces

In this paper, a dynamic analysis of the reciprocating compression mechanism of a small refrigeration compressor is performed. In the problem formulation of the mechanism dynamics, the viscous frictional force between the piston and the cylinder wall is considered in order to determine the coupled dynamic behaviors of the piston and the crankshaft. Simultaneous solutions are obtained for the equations of motion of the reciprocating mechanism and the time-dependent Reynolds equations for the lubricating film between the piston and the cylinder wall and for the oil films on the journal bearings. The hydrodynamic forces of the journal bearings are calculated by using a finite bearing model along with the Gümbel boundary condition. A Newton-Raphson procedure is employed in solving the nonlinear equations for the piston and crankshaft. The developed computer program can be used to calculate the complete trajectories of the piston and the crankshaft as functions of the crank angle under compressor-running conditions. The results explored the effects of the radial clearance of the piston, oil viscosity, and mass and mass moment of inertia of the piston and connecting rod on the stability of the compression mechanism.     

柴油机曲柄连杆机构动力学分析

应用ADAMS软件建立了采用铝基粉锻连杆的某柴油机曲柄连杆机构动力学模型,进行了典型工况的机构运动仿真,得到了活塞运动以及连杆受力等参数的变化规律,为研究采用铝基粉锻连杆对系统性能的影响和对连杆进行优化设计提供了依据.     

Comparison of the Dynamic Behavior and Lubrication Characteristics of a Reciprocating Compressor Crankshaft in Both Finite and Short Bearing Models©

The compression force of refrigerant gas, the viscous and inertial force of the piston, and the centrifugal force of balancer weight induce rotating whirl of the crankshaft in a small reciprocating compressor. It is necessary to develop an analytical model for the accurate prediction of dynamic behavior of the compressor mechanism having coupled characteristics between the piston and crankshaft. The reciprocating compression mechanism is dynamically modeled by considering the viscous frictional force of a piston and the variation in the contact length of the piston-cylinder system, and then numerical analysis is performed for the coupled dynamic behavior of the piston and crankshaft. For the accurate predictions of the dynamic behavior and characteristics of lubrication of the crankshaft-journal bearing system, a finite bearing model is adopted. In addition, the dynamic trajectory and characteristics of lubrication of the crankshaft such as power consumption and oil leakage are compared between the finite bearing model and the short bearing approximation. The influences of the variation in the radial clearance of the journal bearings, lubricant viscosity, and mass and mass moment of inertia of the piston and connecting rod on the dynamic behavior and characteristics of lubrication such as power consumption and oil leakage are investigated.     

3W2型高压力压缩机机构动力学分析及曲轴疲劳研究

针对压缩机压力的大幅度提高所带来的压缩机核心部件曲轴的强度分析问题,对压缩机机构进行了动力学分析及曲轴疲劳研究。首先基于多刚体系统相关理论建立了曲柄连杆活塞机构多刚体模型,使用ADAMS对其进行了运动学仿真,得出了活塞某一时刻的位移、速度、加速度值,然后与活塞此刻的理论计算结果进行对比,发现两者的误差都在允许的范围内,进而对其进行了动力学仿真,得出各连杆轴颈所受到的交变载荷,为下面曲轴的疲劳分析提供基础。最后对其关键部件曲轴进行了静态特性分析,在交变载荷的作用下完成其静态强度和疲劳强度的校核。研究结果表明,从应力曲线图与应力幅值曲线图中得出其安全系数均在许用范围内,证明其强度满足设计要求。     

基于JFO边界条件的连杆衬套润滑特性理论分析

采用有限差分法求解基于JFO(Jakobsson-Floberg-Olsson)边界条件(即质量守恒边界)下的雷诺方程,推导出连杆衬套油膜压力分布、油膜厚度、油膜承载力、润滑油端泄量表达式;建立连杆衬套在贫油润滑状态下的油膜压力分布模型,分析载荷对连杆衬套轴心轨迹位置、最大油膜压力和最小油膜厚度的影响。结果表明:在不同曲轴转速下,连杆衬套的润滑特性具有相同的变化规律,且在柴油机做功行程上止点的附近区域的油膜端泄量大于供油量,导致油膜的完整性被破会,形成空穴发生边界摩擦,甚至干摩擦或者磨损;连杆衬套与活塞销的最佳相对间隙为0.025%~0.05%。     

发动机曲柄连杆机构异响故障诊断与排除

曲柄连杆机构异响故障表现较为复杂，受着诸多因素的影响，判断其异响的技术性较强，除应注意响声的不同外，还要注意特定条件下的特殊响声反映、响声的出现时机、响声的变化规律等。现对发动机中曲柄连杆机构常见的异响故障进行诊断与排除。     

A new numerical analysis for piston skirt–liner system lubrication considering the effects of connecting rod inertia

A new numerical analysis for the piston skirt is conducted to consider the effects of the connecting rod inertia on the piston skirt–liner system lubrication. The piston dynamics, the oil film and the friction loss of the system are analyzed and compared with one earlier model that has been adopted widely. The results on a gasoline engine show that the connecting rod inertia does have some influence on the system lubrication as well as the piston dynamics, especially when engine runs at high speeds.