消除冗余的柴油机曲柄连杆机构优化方法.pdfVIP

该文提出了一种消除冗余 (所谓冗余就是过约束 )的建模方法。通过应用Pro／ENGINEER软件进行曲柄 滑块机构的运动和受力分析，对活塞使用了合理的运动连接方式，从而消除了在普通方法中机构连接存在的冗 余，避免受力分析的错误。 消除冗余的柴油机 曲柄连杆机构 优化方法 口上海交通大学 华昊 口江苏常工投资集团有限公司 梁文 一 、 前言 装成运动链 ：1)曲轴通过若干滑动轴承 合。机体缸孔是普通的圆柱孔，但活塞 常工集团扬动公司在开发新型高 支承于机体主轴承孔上；2)曲轴一端由 与缸孔配合的裙部型面则结构复杂 ，活 强化轻型车用柴油机的过程中，整机及 止推片限位防止其轴向窜动：3)活塞由 塞裙部形状实际上是椭圆形，长轴垂直 关键零部件在结构强度、刚度计算方 机体气缸孔支承并可沿缸孔上下滑动； 于曲轴中心 (即沿图l中蹦 方向j，而 面面临着巨大挑 战，新机型的排量仅 4)活塞销支承于活塞的两段销孔上形成 且在短轴方向即活塞销孔两端附近裙部 2．16L，而最大功率在转速为2800rpm时 滑动轴承配合 ；5)利用活塞销孔内的卡 表面则下沉，从而与缸孑L之间有很大的 可达75kw，比老机型提升了80％之多。 圈来防止活塞销轴向窜动；6)连杆将曲 间隙(气缸密封完全依靠活塞环)。 为确保整机运行可靠，应该对其结构体 轴的曲柄销部分与活塞销连接在一起， 曲柄连杆机构 的主要参数如下： 进行力学有限元分析。作为有限元分析 连杆大头孔与曲柄销形成滑动轴承配 曲柄半径47．5mm，连杆长度150mT)I，机 的输入 ，需要事先准确求解柴油机曲柄 合 i7)连杆小头孑L与活塞销形成滑动轴 体缸孔中心与曲轴中心无偏置。 连杆机构 (一种典型的曲柄滑块机构 ) 承配合；8)连杆大头 由曲柄销的止推面 2．机构 自由度分析 在一个工作循环中各曲轴转角下的受力 限位防止其轴向窜动。 根据机械原理的基本理论 ，一个 情况。传统的分析方法是采用解析法或 在这些零件及它们的配合中，尤 零件在 空间内有六个 自由度 ，即三个 图解法 ，人工计算量大、耗时、易出错 其需要注意的是活塞与机体缸孔的配 方向的移动和三个方 向的旋转。而一 和不直观 ，随着计算机硬件和三维CAD／ 个机构的自由度则由下述公式 CAE软件的发展，现在可以利用软件工 得到：F=6×II--∑崔。其中， 具进行机构建模与分析 ，从而能够快 F是机构的自由度 ； 是独立的 Z 速、精确、直观地反映机构的运动和受 运动零件数 (软件 中称为 “主 力情况。但是在软件应用中仍然需要注 体” )；历是所有运动副 (软 意一些细节，否则结果会出现异常。下 件中称为 “约束” )的数 目： 面笔者运用Pr0／ENGINEER软件进行建模 是第j个运动副限制的自由度 与分析，并提出了一种消除冗余 (所谓 的数 目。 冗余就是过约束 )的新建模方法。 上述公式适用于各运动 副中不存在冗余的情况 ，若存 二、曲柄连杆机构简介及分析 在冗余 ，则机构 自由度在上述 1．曲柄连杆机构简介 计算的基础上还需加上冗余的 如图1所示 ，柴油机曲柄连杆机构 裙部局部下陷