柴油機曲柄連桿機構虛擬運動仿真

1、第 1 章 緒 論1.1 虛擬樣機仿真發(fā)展簡史虛擬樣機技術是上世紀 80 年逐漸興起、基于計算機技術的一個新概念。它是建立在計算機上的原型系統(tǒng)或子系統(tǒng)模型，它在一定程度上具有與物理樣機相當?shù)墓δ苷鎸嵍?。利用虛擬樣機代替物理樣機來對其候選設計的各種特性進行測試和評價。虛擬樣機設計環(huán)境是模型、仿真和仿真者的一個集合，它主要用于引導產(chǎn)品從思想到樣機的設計，強調子系統(tǒng)的優(yōu)化與組合，而不是實際的硬件系統(tǒng)。從國內外對虛擬樣機技術的研究可以看出，虛

2、擬樣機技術的概念還處于發(fā)展的階段，在不同應用領域中存在不同定義。虛擬樣機技術不僅是計算機技術在工程領域的成功應用，更是一種全新的機械產(chǎn)品設計理念。與傳統(tǒng)的仿真分析相比，傳統(tǒng)的仿真是針對單個子系統(tǒng)的仿真，而虛擬樣機技術則是強調整體的優(yōu)化，它通過虛擬整機與虛擬環(huán)境的融合，對產(chǎn)品多種設計方案進行測試、評估，并不斷改進設計方案，直到獲得最優(yōu)的整機性能。另一方面，傳統(tǒng)的產(chǎn)品設計方法是一個串行的過程，各子系統(tǒng)的設計都是獨立的，忽略了各子系統(tǒng)之間的動

3、態(tài)交互與協(xié)同求解，因此設計的不足往往到產(chǎn)品開發(fā)的后期才被發(fā)現(xiàn)，造成嚴重浪費。運用虛擬樣機技術可以快速地建立包括控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)在內的多體動力學虛擬樣機，實現(xiàn)產(chǎn)品的并行設計，可在產(chǎn)品設計初期及時發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，把系統(tǒng)的測試分析作為整個產(chǎn)品設計過程的驅動[10]。1.2 虛擬樣機技術的應用范圍虛擬樣機技術已被廣泛應用在航空航天、汽車制造、工程機械、鐵道、造船、軍事裝備、機械電子，以及娛樂設備等各個領域。虛擬樣機技術在工程機械

4、領域可應用的方面有：履帶式和輪式車輛穩(wěn)定性、操作性能研究，液壓系統(tǒng)、牽引設備性能預測，推土機、挖掘機、林業(yè)機械等動態(tài)性能研究，零部件和發(fā)動機載荷預測與尺寸確定，駕駛員視野研究，預測挖掘機所需要的功率，工作效率研究，可靠性分析等。1.3 設計研究的主要內容對內燃機運行過程中曲柄連桿機構受力分析進行深入研究，其主要的研究內容有：第 2 章 曲柄連桿機構受力分析研究曲柄連桿機構的受力，關鍵在于分析曲柄連桿機構中各種力的作用情況，并根據(jù)這些力對

5、曲柄連桿機構的主要零件進行強度、剛度、磨損等方面的分析、計算和設計，以便達到發(fā)動機輸出轉矩及轉速的要求。2.1 曲柄連桿機構的類型及方案選擇內燃機中采用曲柄連桿機構的型式很多，按運動學觀點可分為三類，即:中心曲柄連桿機構、偏心曲柄連桿機構和主副連桿式曲柄連桿機構。1、中心曲柄連桿機構其特點是氣缸中心線通過曲軸的旋轉中心，并垂直于曲柄的回轉軸線。這種型式的曲柄連桿機構在內燃機中應用最為廣泛。一般的單列式內燃機，采用并列連桿與叉形連桿的 V

6、 形內燃機，以及對置式活塞內燃機的曲柄連桿機構都屬于這一類。2、偏心曲柄連桿機構其特點是氣缸中心線垂直于曲軸的回轉中心線，但不通過曲軸的回轉中心，氣缸中心線距離曲軸的回轉軸線具有一偏移量 e。這種曲柄連桿機構可以減小膨脹行程中活塞與氣缸壁間的最大側壓力，使活塞在膨脹行程與壓縮行程時作用在氣缸壁兩側的側壓力大小比較均勻。 3、主副連桿式曲柄連桿機構其特點是內燃機的一列氣缸用主連桿，其它各列氣缸則用副連桿，這些連桿的下端不是直接接在曲

7、柄銷上，而是通過副連桿銷裝在主連桿的大頭上，形成了“關節(jié)式”運動，所以這種機構有時也稱為“關節(jié)曲柄連桿機構” 。在關節(jié)曲柄連桿機構中，一個曲柄可以同時帶動幾套副連桿和活塞，這種結構可使內燃機長度縮短，結構緊湊，廣泛的應用于大功率的坦克和機車用 V 形內燃機。經(jīng)過比較，本設計的型式選擇為中心曲柄連桿機構。2.2 曲柄連桿機構運動學中心曲柄連桿機構簡圖如圖 2.1 所示，圖 2.1 中氣缸中心線通過曲軸中心 O，OB為曲柄，AB 為連桿，B