曲柄連桿機(jī)構(gòu)虛擬樣機(jī)技術(shù)研究

摘 要:本論文將利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件CATIA及其插件SIMDesigner建立6135柴油機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的虛擬樣機(jī)，該設(shè)計(jì)方法在設(shè)計(jì)初期即可對(duì)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行分析，為后期的強(qiáng)度和剛度校核以及進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)，避免了樣機(jī)試驗(yàn)的耗時(shí)和耗力，縮短了設(shè)計(jì)周期，降低了設(shè)計(jì)成本。

關(guān)鍵詞:曲柄連桿機(jī)構(gòu) 虛擬樣機(jī) 運(yùn)動(dòng)分析

中圖分類號(hào):TK423文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)04(a)-0106-02

曲柄連桿機(jī)構(gòu)作為內(nèi)燃機(jī)的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)工作循環(huán)，完成能量轉(zhuǎn)換的主要運(yùn)動(dòng)件，它承受著周期性變化的氣體力、往復(fù)慣性力和旋轉(zhuǎn)慣性力以及由這些力引起的彎曲載荷和扭轉(zhuǎn)載荷。因此，曲柄連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是否合理，工作是否可靠，將直接影響內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性、可靠性和使用壽命。

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法一次成功率很低，主要原因是:設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣基本上要等到產(chǎn)品樣機(jī)試制完成，并經(jīng)考核后才能確定，如果此時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案不合理，就必須改動(dòng)設(shè)計(jì)重新試制，因此，將造成很大的原材料浪費(fèi)，并拖延產(chǎn)品的開發(fā)時(shí)間。應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法中的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，建立研發(fā)產(chǎn)品的虛擬樣機(jī)，并對(duì)其進(jìn)行反復(fù)的驗(yàn)證和修改，可從根本上改變這一狀況，提高設(shè)計(jì)的效率、縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期、提高市場(chǎng)競爭力。

本論文將利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件CATIA及其插件SIMDesigner對(duì)6135柴油機(jī)的曲柄連機(jī)構(gòu)建立虛擬樣機(jī)，以為后期的強(qiáng)度和剛度校核做準(zhǔn)備。

1 曲柄連桿機(jī)構(gòu)主要零部件的設(shè)計(jì)

6135柴油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)要求如表1所示，根據(jù)參考文獻(xiàn)中設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)6135柴油機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)主要零部件的具體尺寸，然后利用CATIA軟件建立曲軸、連桿、活塞等主要零部件的三維實(shí)體模型，如圖1、2、3所示。

2 曲柄連桿機(jī)構(gòu)虛擬樣機(jī)的建立

在CATIA軟件中，將活塞、連桿、曲軸等主要零部件裝配在一起，組成曲柄連桿機(jī)構(gòu)。然后，利用SIMDesigner插件，在曲柄連桿機(jī)構(gòu)各主要零部件之間添加運(yùn)動(dòng)副。由于活塞是往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，故使用滑動(dòng)副;活塞與活塞銷之間、活塞銷與連桿小頭之間、連桿大頭與曲軸之間存在轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)系，因此使用轉(zhuǎn)動(dòng)副;連桿蓋和連桿體之間、飛輪與曲軸之間的相對(duì)位置不變，故使用是固定副，完成6135柴油機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)虛擬樣機(jī)的建立，如圖4所示。

3 曲柄連桿機(jī)構(gòu)虛擬樣機(jī)的運(yùn)動(dòng)

發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸以恒定轉(zhuǎn)速1800n/min運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間為一個(gè)周期，即得到活塞在缸內(nèi)運(yùn)動(dòng)的位移、速度和加速度。以3缸為例加以說明，如圖5、6所示。

從圖5中可以看出:活塞位移的最大值為137.5982mm，而發(fā)動(dòng)機(jī)要求的行程為140mm，，二者誤差為1.7%，因此，虛擬樣機(jī)的仿真結(jié)果是可以參考的。

4 結(jié)語

在該虛擬樣機(jī)的基礎(chǔ)上，通過內(nèi)燃機(jī)工作過程模擬計(jì)算得到該柴油機(jī)的示功圖，并將該示功圖轉(zhuǎn)化為作用在活塞頂部的氣體力，通過動(dòng)力學(xué)仿真，可驗(yàn)證曲柄連桿機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度，為曲柄連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)，從而使內(nèi)燃機(jī)的設(shè)計(jì)過程減少甚至摒棄復(fù)雜樣機(jī)試驗(yàn)的步驟。

參考文獻(xiàn)

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