基于adams的柴油机铝基粉锻连杆动力学仿真分析

基于adams的柴油机铝基粉锻连杆动力学仿真分析

1粉锻连皮克氏原螯虾生产结构曲线连杆机是发动机的主要运动和传力机构，对发动机的性能有重要影响。对曲柄连杆机构组件的要求是:高性能、轻量化和低成本。因此,在材料选择上,要尽量选取强度高、质量轻、易加工、价格低的材料;在产品设计中,要进行机构动力学分析、组件结构强度刚度分析和优化设计。与采用传统的碳钢等连杆材料和加工工艺相比,采用粉末烧结锻造工艺生产连杆,材料利用率高,节能环保,连杆力学性能好,生产成本低,经济效益显著,因此粉锻连杆在发动机中的应用越来越多。本文应用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,并对其运动进行了仿真,得到了机构主要运动学动力学参数的变化规律,为粉锻连杆的结构分析和优化设计提供了基础。2他构件的建模本文研究的曲柄连杆机构所属发动机为4冲程水冷直列4缸柴油机。在发动机运行过程中,连杆受到很大的燃烧气体产生的压缩载荷和自身惯性载荷的作用,产生较大的变形,故对连杆进行柔体建模,对其他构件进行刚体建模。建模过程如下:(1)在Pro/E中建立机构各组件实体模型并进行装配,得到曲柄连杆机构装配体。(2)将完成装配的曲柄连杆机构保存为Parasolid格式文件,然后导入ADAMS/View中,进行零件材料属性设定、运动副设置等前处理操作,形成机构的刚体模型。(3)在ADAMS/View中加载ADAMS/AutoFlex,对连杆划分网格、进行模态分析,生成连杆柔性体文件,建立连杆柔性体。(4)在ADAMS/View中读入连杆的模态中性文件,用柔性连杆替代原刚性连杆。最终得到的曲柄连杆机构动力学分析模型如图1所示。3表1连接设备的动态分析3.1最高转速工况在柴油机工作中,曲柄连杆机构受力比较恶劣的工况是最大转矩工况和最高转速工况。在最大转矩工况,燃烧气体的压力大,曲柄连杆机构受到最大的压缩载荷作用;在最高转速工况,曲柄连杆机构各组件产生的惯性力最大。因此,选择发动机最大转矩工况和最高转速工况作为对曲柄连杆机构进行动力学分析的工况。3.2燃油压力的施加对曲柄连杆机构进行运动仿真需要定义驱动和施加外力。定义驱动是在曲轴与地面构成的转动副上添加曲轴转速;施加外力则是将燃烧气体的压力分别施加在不同活塞的顶部。本文所用4缸柴油机的点火顺序为1-3-4-2,最大转矩为485N·m,最大转矩转速为2400r/min,最高转速为4200r/min。在最大转矩工况下,4个气缸内燃烧气体的压力变化曲线如图2所示。4连杆机械运动学的动态分析4.1a插装方式在最大转矩工况下,活塞的位移、速度和加速度随时间的变化曲线如图3所示。活塞的位移、速度和加速度随时间呈周期性变化,在发动机的一个工作循环中变化2次。活塞速度在对应于上止点后72°曲轴转角位置附近最大,最大值为16.8m/s;而活塞加速度在此位置为0,在上、下止点处最大,并且在上止点处的值高于在下止点处的值,其最大值为5250m/s2。在最高转速工况下,活塞的位移、速度和加速度随时间的变化规律与最大转矩工况的类似,但随着发动机转速的增加,活塞的最大速度和最大加速度值增大,其值分别为29.5m/s和16500m/s2。4.2最高转速工况连续压力分析在最大转矩工况下,连杆小头受力的变化曲线如图4所示。连杆小头受力主要为沿杆身方向的压缩载荷,其它方向的载荷分量相对较小。连杆小头受到的最大作用力对应于作功行程最大爆发压力出现的时刻。连杆小头受到的最大压力为84950N。在最高转速工况下,连杆小头主要受到沿杆身方向的拉伸和压缩载荷作用,这些载荷主要是由活塞往复运动的惯性力所引起。活塞在上、下止点附近的惯性力较大,并且其在上止点处的惯性力大于其在下止点处的惯性力。在上止点处,因活塞惯性力而产生的对连杆小头的最大拉力为18875N。5燃烧气体压力随对比本文建立了采用铝基粉锻连杆的柴油机曲柄连杆机构刚柔混合动力学分析模型,依据典型工况柴油机各缸燃烧气体压力的变化曲线,进行了机构运动仿真,得到了活塞