多缸内燃机曲轴系统多体动力学分析

第24卷第4期(总第109期)机械管理开发

Vol.24No．4(SUMNo．109)MECHANICALMANAGEMENTANDDEVELOPMENT

2009年8月Aug．2009

多缸内燃机曲轴系统多体动力学分析*

王义亮

（太原理工大学机械工程学院，山西

太原

030024）

【摘要】应用Pro/Engineer建立了某四缸内燃机活塞－连杆－曲轴系统的三维实体模型，然后把模型调入ADAMS多

体动力学分析软件，建立了活塞－连杆－曲轴系统的虚拟样机模型。在此基础上，对四缸内燃机曲轴进行了多体动力学分析，得到了作用在内燃机机体上的主轴承力及活塞侧压力的准确解。研究结果表明，曲轴系统运动件的惯性力对主轴承力和活塞侧压力的影响显著，因此在计算时需要对运动件惯性力进行准确、合理地考虑。【关键词】

内燃机；曲轴系统；多体动力学；主轴承力；活塞侧压力

【中图分类号】

TK421,TK423.33,TB532【文献标识码】A【文章编号】1003-773X（2009）04-0001-03

0引言各零件的材料属性、相邻或相互作用零件之间的运动副约束、运动驱动器及外负载，并把内燃机机体定义为系统的基础件，由此建立起内燃机活塞－连杆－曲轴系统的多刚体系统动力学分析模型如图2所示：

在研究内燃机机体结构动力学问题时，首先需要知道作用在机体上的载荷的大小及其变化规律。以往由于缺乏必要的多体系统动力学分析手段，作用在机体上的载荷（比如主轴承力和活塞侧压力）的计算只能采用解析法进行简化计算[1-2]，这样对于一些结构和运动规律比较复杂的构件，其惯性力只能粗略地近似考虑或干脆忽略，由此得到的载荷自然与实际情况存在着差距，有时甚至相去甚远。没有准确的载荷就必然不可能获得准确的动力学分析结果，因此在进行内燃机机体结构动力学研究时，应用多体动力学方法计算各种载荷具有重要的意义。

本文采用Pro/Engineer建立了某四缸内燃机活塞－连杆－曲轴系统的三维实体模型，然后把模型调入

ADAMS多体动力学分析软件，对四缸内燃机曲轴进

行了多体动力学分析，得到了作用在内燃机机体上的主轴承力及活塞侧压力的准确解。

图2

四缸内燃机曲轴系统多体动力学模型

2活塞－连杆－曲轴多刚体动力学分析

活塞－连杆－曲轴系统所受外力主要包括运动质

1模型建立

应用Pro/Engineer软件建立了某四缸内燃机的活

量的惯性力（或惯性力矩）、作用在活塞顶部的缸内气体压力、作用在发动机曲轴上的负载阻力和各运动副处的摩擦阻力。在曲轴输出端施加转速为内燃机额定转速的运动驱动器，并在每个活塞顶部施加相应的气体压力；在稳定运转情况下，摩擦力和摩擦力矩对系统动力学行为的影响可以忽略不计；运动质量的惯性力（或惯性力矩）则根据各运动件的真实结构及运动规律精确计算并自动施加。

在上述运动驱动和载荷作用下，对活塞－连杆－曲轴系统进行了多缸体系统动力学分析，分析结果分述如下。

塞—连杆—曲轴系统模型，其中包括连杆、连杆盖、连杆轴瓦、连杆螺栓、活塞、活塞销、活塞环、曲轴、飞轮组等，如图1所示。

2.1

图1

四缸内燃机曲轴系统装配图

主轴承力

为了叙述方便，把图2中支承曲轴轴颈的5个主

把以上由Pro/Engineer建立的活塞－连杆－曲轴系统三维实体模型调入ADAMS，在ADAMS环境中定义

轴承按从左向右的顺序依次称为主轴承1至主轴承

5。图3和图4分别为作用在5个主轴承上的水平分力

和垂直分力。

收稿日期：2009-03-13

资金项目：山西省基础研究计划资助项目(项目编号：2008011052)

作者简介：王义亮(1969-)，男，山西静乐人，副教授、硕士研究生导师，工学博士，主要从事机械动力学、摩擦学、机械结构振动噪声分析与控制及机

械现代设计等方面的研究工作。

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