基于非线性动力学的曲柄连杆机构运动特性仿真.pdf

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1、基于非线性动力学的曲柄连杆机构运动特性仿真徐琛，柏祥华(海军驻南京地区航天机电系统军事代表室，江苏南京210006)摘要：在ANSYSl0／LS．DⅥ町A中，通过气缸套约束活塞，考虑活塞横向位移和各部件的弹性变形，考虑各运动副之间摩擦力，进行了刚柔耦合的运动学仿真分析。此方法能够有效考虑弹性形变对各部件运动的影响，克服了以往仿真中通过约束横向位移的方法约束活塞所带来的误差，使宏观运动描述更为精确。并且考虑了活塞与气缸套之间的间隙，因此也能描述活塞的二阶运动情况。关键词：曲柄连杆机构；刚柔耦合；活塞二阶运动

2、中图分类号：TBl32文献标志码：ADoI：10．16443／i．cnki．31．1420．2015．02．011MotionCharacteristicSimulationofCrankandConnectingRodMechanismBasedonNonlinearDynamicsXUChen，BaiXiang_hua(NavyRepresentatiVe0伍ceofAerospaceMechanicalandE1ectricalSysteminN锄jingDistrict，Nanjing210006

3、，China)氏bstract．Throughthecyl{ndersleeveco哳nedpiston，conSideringtheInternldisplacement西thepistonnndtheelasticdQ幻rmat{oK嘭￡ompo张e鞔ts．n砼athe务

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10、describelWoo硇ers冲lotion嘭thep{ston．Kqwotib：ernnk娃ndconnectingrod}”ec魏娃nis}n：rigia孬exiblecotlpling：执voo砌ers}携otiOn喀piS￡On0弓l言活塞组件、连杆组件及曲轴的运动构成了曲柄连杆机构的运动。研究各组件的运动规律主要是研究其位移、转速等参数直接的关系。而研究曲柄连杆机构的运动学与动力学主要有质点力系和虚拟样机两种方法。质点力系分析法主要是当量化曲柄连杆机构的各个组件，然后将各个当量化的质点通过刚性

11、杆连接【11。此分析法简单易懂，但由于忽略了曲柄连杆机构各部件的弹性，使得求解会产生误差，因而此方法仅用于简单的工程分析中。但随着科技的发展，为了满足发作者简介：徐琛(1981．)，男，工程师，硕士研究生。研究方向：舰船机电工程。2015，2机电设1]IemiCReSearch术交流动机cAE设计的要求，这就需要仿真计算的不断创新。本文通过ANSYS／LS．DⅥqA仿真，考虑到各部件的弹性变形和振动情况，并通过缸套来施加约束，这样更接近于实际工作情况。1TBD620柴油机曲柄连杆机构运动学计算如图l所示，

12、由内燃机动力学可以得到活塞的位移、速度、加速度随曲柄转角口的精确公式和近似公式如下[2]：活塞位移精确公式：x=R[(·一c。s口)+去c·一√f丽，]活塞位移近似公式：x=R[(·一c。s口)+{c-一c。s2口，]活塞速度的精确公式：矿：R∞掣(∥：arcs嘶sin口))cos口活塞速度的近似公式：y：R∞fsin口+兰sin2口1、2。活塞加速度的精确计算公式：⋯甜2『掣+五舄】c∥⋯inm毗，，cos口cos3∥l活塞加速度的近似计算公式：口=尺∞2(cos口+五cos2口)以TBD620活塞为例

13、，舅所示。根据以上精确公式及j41机电设备2015，2运动规律随曲柄转角的变化图，如图2～5所示。表lTBD620柴油机曲柄连杆机构参数曲柄半径／mm97．5连杆长度／mm350曲柄连杆比0．28额定转速／(r．min‘1)1860∞帕0昌。楚爱"．神O1∞Ⅻ∞O∞OⅫ，∞曲蛹转，fI／《‘)图2活塞位移曲线图．‘、i-、’——靖囊公爿ji?!近似公司：·；

14、’?jijij?j曲柄转船／(·)‰争蠢?南南!幽删j?j?j，j!