三维实体造型法在柴油机平衡和曲轴动平衡计算分析中的应用
柴油机机体三维建模及有限元模态分析
４ 分析与结论
社，２００１．
（ 编辑 立 明）
应用有限 元模态分析和 模态实验结果 比较，两者得到
!!!!!!!!!! 作者简介：刘玉梅（ １９６７－ ）女，硕士，副教授，研究方向为机械设计制
ｓｏｌｉｄ９２ 单元通过 １０ 个节点来定义，每个节点有 ３ 个沿着 和实验分析是有效的。
Ｘ、Ｙ 和 Ｚ 方向平移的自由度，它具有二次迭代的特性，适 用于划分不规则网格的模型，例如由各种 ＣＡＤ／ＣＡＭ 导 入的模型。
由于发动机机体实体模型中包含许多圆孔和直角轮 廓，为了兼顾计算时间和计算精度的要求，对网格划分的 数量和单元形状进行了控制：在 Ｍｅｓｈｔｏｏｌ 中用 ｓｉｚｅｃｏｎｔｒｏｌ 命令 对 机 械 臂 的 每 条 线 进 行 单 元 数 量 指 定 ；在 Ｍｅｓｈ
和振型；其次，通过理论模态与实验模态参数的对比，验证了结果的有效性，并分析了机体模态的规律，为该类型发动机
的机体结构优化提供了一定的参考依据。
关键词：发动机机体；动态特性；有限元；理论模态分析
中图分类号：ＴＫ４３２
文献标识码：Ａ
文章编号：１００２－ ２３３（３ ２００７）０１－ ００８９－ ０２
３Ｄ Ｍｏｄｅｌ ａｎｄ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｃｈａｒ ａｃｔｅｒ ｉｓｔｉｃ ＦＥＡ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅ Ｂｌｏｃｋ ＬＩＵ Ｙｕ－ ｍｅｉ， ＹＵＡＮ Ｗｅｎ－ ｈｕａ
１前言 发动机的机体是发动机的主体结构［ １］，承受着极为复
杂的载荷，其动态特性直接影响发动机的整体性能；而 且，随着人们对环境要求的提高，发动机的振动和噪声问 题也备受重视。对发动机的机体进行模态分析有助于识 别机体的动态特性，得到的相关数据对机体结构的优化 改进设计以及减振降噪都具有一定的指导意义。
柴油机曲轴模态的三维有限元分析
摘
要
对 Ｘ １５ － １型柴油机 曲轴在 自由模态下 的固有频率特性进行 了有 限元 分析 ， ２０Ｃ 所计算的模态包含 了扭转振 动、 曲 弯
振动和纵 向振动。对 Ｘ １ ５ － １型柴油机 曲轴而言 ， 三阶非零模 态可 能引起 曲轴的共振 。计算结果 较为真 实地反 映 了柴 ２０Ｃ 前 油机 曲轴 的固有频率特性 ， 可为动态响应分析和结构动力修改提供 了进 一步分析 的动力学模型。 关键词 柴油机 曲轴 模态分析 有 限元分析
中图法分类号 Ｔ ４２３； Ｋ２ ．
文献标志码
Ａ
柴油 机 曲轴 部 件 系 统 在 周 期 性 变 化 的动 载荷
下有 可能 在发 动机 高 速旋 转 时 发 生 强 烈共 振 ， 动应 力 急剧增 大 ， 使 曲 轴 过早 地 出现 疲 劳破 坏 。普通 致 的静力设 计和 经验 设 计 方法 由于 与 实 际偏 离 太 大 ， 已不 能满 足要求 。因 此 ， 态设 计 和计 算 机 模 拟 就 动
２ 模态结果分析
通常采用弹性绳将曲轴悬挂起来， 使其处于 自由状
态； 在有限元分析时， 为模拟该 自由状态 ， 不附加任何 约束与力来计算曲轴的自由模态。一般来说， 引起发
动机共振的， 主要是较低的阶次频率。因此 ， 在利用
Ａ ＳＳ Ｎ Ｙ 求解 ， 以及扩展模态时， 只需扩展并提取 曲轴 的前 ２ ０阶谐次。三维结构在元约束边界条件下的模 态分析， 出来的前 ６阶模态接近于０ 是所谓的刚 计算 ， 体模态。因此， 真正有意义的模态应该是从第七阶开 始的模态。利用 Ａ Ｓ Ｓ中的 Ｂｏｋ ａｃ ｓ ＮＹ ｌ ｎｚ 法计算 了 ｃＬ ｏ 曲轴的２ 阶谐次并提取 了曲轴的前七阶非零模态。 ０
基于三维有限元分析的柴油机曲轴优化设计
Ｄｅ ｉ ｎ Ｏｐ ｉ ｚ ｔ ｎ ｏ ｅ ｅ ｇｎ ａ ｋ ｈ ｆ ａ ｅ ｎ ３－ Ｄ ＥＡ ｓｇ ｔ ｍｉａ ｉ ｆＤｉｓ ｌ ｏ Ｅｎ ｉ ｅ Ｃｒ ｎ ｓ ａ ｔ Ｂ ｓ ｄ ｏ — Ｆ ｓ
ＨＵ ｎ— ｐ ｎ ｔ ， Ｌ ｏ—ｘ￣ ｇ 。 Ｈ ｕ Ｙｕ ｉ ｇ ＩＧｕ ｉ ＇ Ｕ Ｙ —ｐｎ１ Ｍ Ｏ Ｈ ａ ｏ ｇ。Ａ Ｇ Ｊ —ｃ ｉ Ｇ Ｏ Ｙ Ｊ ｉｇ。 Ａ ｕ —ｙｎｔＴ Ｎ ｎ ｈ 。 Ａ ａ３ ｉ ｓ １
应 力场 数值 模拟。通过对圆角疲劳强度校核结 果的对 比分析 ， 出了各结构 措施对 ６ ６ 得 １０柴油机 曲轴 的影响情 况 ，
为该 曲轴的改进设计提供 了依据 。
关键词 ： 曲轴 ； 限 元 分 析 ； 化 设 计 有 优 中 图分 类 号 ： Ｉ ２ ＴＫ ２ ４ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ０ ４４ ２ｏ ）２—０２ —０ １０ —６９ （ｏ ６ｏ ０６ ４
（ ． ｈｎ ｏｇＵ ｉ ｒｔ， ｉａ ５ ０ １ ｈ ａ ２ ＬａｃｅｇＵ ｉ ｒ ｔ，Ｌａｃ ｅｇ ５ ０ ９ ｈ ａ １ Ｓ ａｄｎ ｎ ｅ ｉ Ｊ ｎ２０ ６ ，Ｃ ｉ ； ．ｉ ｈｎ ｎｖｓ ｙ ｉ ｈｎ ２ ５ ，Ｃ ｉ ； ｖ ｓｙ ｎ ｎ ｏ ｅｉ ｏ ２ ｎ
３ Ｗｅ ｈｉ ｏ ｅ ｏ ， ｔ ， ｉｎ ６ ０ ｌ ｈ ａ ． ｉ ａ Ｐｗ ｒ ． Ｌｄ Ｗｅａｇ２ ｌ０ ，Ｃ ｉ ） ｃ Ｃ ｆ ｎ
０ 引言
曲轴 是 在 周 期性 变 化 的 气 体 压 力 、 复 惯 性 力 往 和旋 转运 动质 量 的离 心 力 以及 它们 的 力矩 （ 矩 和 弯 扭 矩 ） 同作用 下工 作 的 ， 共 这就 使 曲轴 处 于 既 弯 曲 又 扭 转 的循 环 交 变 应 力 状 态 。据 统 计 分 析 表 明 ： 曲轴 损 坏 型式 中 ，０ ８ ％左 右是 弯 曲疲 劳 破 坏… 。因此 ， 曲 轴 结构 强度 研 究 的重点 是 弯 曲疲 劳 强 度 。笔 者 针对 潍 坊 柴 油 机 厂 ６６ 用 柴 油 机 最 大爆 发 压 力 由 １ １０船 １ Ｍａ Ｐ 提高 到 １ Ｐ ３Ｍ ａ的情 况 ， 用 有 限元 分 析 软 件 对 利
舰艇柴油机曲轴的三位实体建模与研究
舰艇柴油机曲轴的三位实体建模与研究舰艇的核心是其柴油发动机，而曲轴则是舰艇柴油机中非常重要的部件，良好的柴油机曲轴设计和建模，对柴油机曲轴的加工过程和设计研究有很好的支撑作用，目前的三维实体建模，主要是针对于CAD-CAE-CAM 整体思想来完成的，但从目前的研究来看，我们的曲轴的设计还是基于模型化的设计较多，没有完成相应的实际公开光的建模过程，因此，有必要针对于舰艇的曲轴进行参数化的建模设计研究，可以完善舰艇曲轴的参数化设计和建模，也可以为未来的曲轴设计提供必要的思路。
关键词：舰艇；曲轴；建模1 绪论1.1研究意义与目的舰艇的核心是其柴油发动机，而曲轴则是舰艇柴油机中非常重要的部件，良好的柴油机曲轴设计和建模，对柴油机曲轴的加工过程和设计研究有很好的支撑作用，目前的三维实体建模，主要是针对于CAD-CAE-CAM整体思想来完成的，但从目前的研究来看，我们的曲轴的设计还是基于模型化的设计较多，没有完成相应的实际公开光的建模过程，因此，有必要针对于舰艇的曲轴进行参数化的建模设计研究，可以完善舰艇曲轴的参数化设计和建模，也可以为未来的曲轴设计提供必要的思路。
1.2技术现状目前的曲轴建模，主要是hi根据机械系统仿真技术来完成的，在现在的工程软件中，曲轴的零件模块对活塞组、连杆、曲轴等进行了三维建模来完成的，并且运用当中的装配和数字化装配模块进行装配和运动模拟。
前人的研究分析了曲柄连杆机构的实际工况,获得了曲柄连杆机构工作负载。
通过理论分析和实际建模的结合，可以建立了活塞的运动规律，得到曲轴的位移方程、运动速度方程和运动加速度方程，可以获得曲柄连杆机构的动力学特性和规律，最后得到曲柄连杆机构各部件的受力大小和连杆轴端的受力分布。
另一种研究方式，是通过结构静力分析和动态仿真,对曲轴进行了疲劳分析和优化设计。
首先利用三维建模软件UG建立了曲轴模型,并生成了ADAMS动力学仿真所需要的曲柄连杆机构装配模型。
其次,利用Hypermesh对曲轴划分网格,得到曲轴的有限元模型。
柴油机整体曲轴的三维有限元静强度分析
譬。
黧．墨凰，柴油机整体曲轴的三维有限元静强度分析封海宝尤固红(中国船舶科学研究中心，江苏无锡214082)脯要]曲轴是内燃杌中的重要零件之一，是承受冲击载荷传递动力的关键零件，其强度和刚度对柴油机的工作巨能和寿命有决定性的影响。
本文采用有限单元法，对16v柴油机曲轴进行了符合实际情况的三维建模，研究了整体曲轴的变形和应力状态，校核了曲轴在交变栽荷下的疲劳强度，对提高柴油机曲轴强度计算的分析效率和分析结果具有一定的参考价值。
饫短闶】有限元法；自动网格划分；计算模型；疲劳强度校核1概述曲轴是内燃机中的重要零件之一，是承受冲击载荷传递动力的关键零件，其强f妾和刚度对躬由机的工作性能和寿命有决定性的影响。
曲轴的几何形状复杂，应力集中现象严重，特别是在曲轴主、连轴颈的圆角过渡部位的应力集中现象更加的突出。
随着柴油机强化程度的提高，对于曲轴强匪的要求也是越来越高。
从60年代起，有限元法随着计算机科学的发展，在包括躬由机在内的几乎所有工程领域得到愈来愈广泛的运用。
有限元技术的应用提高了柴油机零部件设计的可靠性，缩短了设计周期，大大推动了柴油机工!哑的发展。
近几年来，随着计算机软硬件水平的提高，躬由机曲轴有限元技术又取得了许多新的进展。
2计算模型的建立21几何模型的建立进行曲轴有限元分析，首先要建立相应的有限元模型。
对于使用有限元软件，—般是先建立实体模型，然后通过网格划分来生成有限元模型。
本文采用PR0，E建立曲轴的实体模型。
如下图为P R0／E中建立的模型(图1)，该模型优点在于省去了部分倒角和圆角以及油孔，增加了模型的可分析性，避免计算时耗费大量的计算时间和资源。
图l曲轴实体模型22A N s Y s中有限元模型的建立通过P R O／E与A N SY S软件的接口可以直接将PR o／E中的实体，模型导入A N S Y S中，定义曲轴的材料和属性，柴油机曲轴的材料是42C rM o，材料特性如下：弹性模量E：2．1E14(N／m3)；泊松比¨：03；质量密度：7B E3(kg，m3)；a b：950M pa；a。
基于UG的6110柴油机活塞三维实体设计
摘要CA6110柴油机是我国应用最早的柴油机之一，且使用范围在客车，同时也是无锡一汽柴油机厂在原有的1252-01基础上专研，通过自主创新的一款新产品。
同时CA6110柴油机活塞是当前内燃机主要的零件之一，活塞主要经受着周期性，使得活塞机械负荷交变时会出现明显的热负荷性能的作用，CA6110柴油机活塞一般在高温以及高速和高负荷使用情况下，会出现润滑交变不良以及冷却情况下，导致CA6110柴油机容易出现故障。
因此，本文研究重点是以CA6110 柴油机的活塞设计，考虑到活塞的缸套与活塞组的整体设计过程，首先本文CA6110柴油机活塞组成的构造进行常规分析，其次对CA6110柴油机的缸套、活塞、活塞环等进行设计计算，最后应用UG建模的方法，以此实现CA6110柴油机活塞的三维实体设计的功能。
关键词：6110柴油机；活塞；设计；三维实体模型AbstractCA6110 Diesel Engine is one of the earliest applications, and using a range of passenger cars, but also the FAW Wuxi Diesel Engine Factory specializes in the original 1252-01, based on independent innovation through a new product. Meanwhile CA6110 diesel engine piston internal combustion engine is one of the main parts, the main piston is subjected to cyclical, mechanical loads so that the piston will be significant effects of alternating thermal load performance when, CA6110 diesel engine piston is generally at a high temperature and high-speed and high-load usage next, there will be alternating poor lubrication and cooling conditions, resulting in CA6110 diesel prone to failure. Therefore, this study is focused on the design of the piston CA6110 diesel engine, taking into account the overall design of the cylinder liner piston and piston assembly, the first structure of this article CA6110 Piston composition routine analysis, Secondly CA6110 diesel engine cylinder, piston, ring design calculations, method of final application UG modeling, in order to achieve three-dimensional solid CA6110 diesel engine piston design features.Key Words: 6110 diesel engine; piston; design; three-dimensional solid model目录第1章绪论............................ 错误!未定义书签。
三维数值模拟在燃烧工程中的应用探究
三维数值模拟在燃烧工程中的应用探究燃烧工程是涉及到化学、物理、材料等多个学科的交叉领域，具有广泛的应用。
三维数值模拟是燃烧工程中的一项重要技术，在提高燃烧效率、降低污染排放、改进设计等方面发挥了重要作用。
本文旨在探究三维数值模拟在燃烧工程中的应用现状和发展趋势。
一、三维数值模拟的基本原理三维数值模拟是以计算机为工具，通过大量复杂的数学计算和算法实现对燃烧工程中复杂流动场、传热场、化学反应等现象进行模拟和预测的一种方法。
其中，Navier-Stokes方程是数值模拟的基本方程，它描述了流体的运动规律。
通过对该方程进行离散化处理，得到矩阵方程组，再通过迭代等方法求解，可以得到流场、温度、浓度等物理量的数值解。
二、三维数值模拟在燃烧工程中的应用1、燃烧过程优化三维数值模拟可以模拟燃料在燃烧室中的运动、热传递和氧气的消耗规律等，以评估燃烧过程的效率和可靠性，在燃烧室布局、燃烧器设计、燃料配比等方面提供有效的优化方案。
例如，在火电厂中，通过对锅炉内部三维流场的模拟，发现优化燃料喷入位置可以提高燃烧效率，减少污染物的排放。
2、减少污染物排放燃烧过程不可避免地产生大量的排放物，如二氧化碳、氮氧化物、硫化物等。
三维数值模拟可以模拟燃烧过程中污染物的生成和输运过程，以预测和减少污染物排放。
例如，在某些重工业场所的燃烧过程中，通过调整燃烧器内部的氧气含量和温度分布，可以使氮氧化物的排放量降低20%以上。
3、优化燃气轮机设计燃气轮机的性能和效率直接影响到电力产生的成本和可靠性。
利用三维数值模拟可以模拟燃气轮机内部流体的运动、传热和化学反应等，并对叶轮、内部通道、燃气喷口等元件进行优化设计。
例如，在研发大型燃气轮机时，通过三维模拟，可以模拟流场，减少内部部件的风阻，提高效率。
三、三维数值模拟在燃烧工程中的发展趋势1、多物理场耦合当前的燃烧工程存在着多物理场相互作用的问题，如燃料和空气的相互作用、化学反应的影响等。
未来的研究应该着眼于多物理场的耦合问题，以提高燃烧效率和降低污染物排放。
柴油机进气道的三维实体造型及流场数值模拟
216
EME
3.1 气道性能评价方法
在内燃机中常采用稳流试验方法评价气道性能，假定气道及缸内气体流动是稳定的气流运 动，而在实际发动机的进排气过程中，由于活塞和气门均做变速运动，流过气道的气流实际上是 不稳定流动，两者间不存在相似性，但它可作为不同气道间性能相互比较的方法，为评价气道流 动阻力以及产生进气涡流的能力，常用无因次流量系数和无因次涡流比对气道性能进行评价。
（8）
4 四气门柴油机进气道 CFD
进气道及气缸内气体流动是三维、非定常、伴随有传热和摩擦等现象的可压缩气体流动，随 着非结构化 CFD 计算方法的成熟，可以分析从气道到缸内的流动，将三维气道 CAD 几何模型输入 CFD 软件中可建立气道内气体流动数学模型并计算，计算精度可达 5%之内。对于双进气道 CFD 的任务是：计算气道内的三维流动，分析两进气道的干涉情况，以及气道及气缸内气体流动特性， 提供给缸内研究。通过模拟计算，可以获得气道及气缸内压力、流速、湍动能等参数的分布规律， 并建立气道形状与其流通特性的关系，为设计与改进的依据。
218
EME
体作刚体旋转。在稳定流动下，ωR 为定值。则有
Mt
=
π ( 4
B2 ρvz )
B2 8
ωR
引入
m&
=
π 4
B 2 ρvz
得：
（6）
ωR
=
8M t m& B2
（7）
因此，根据测量（或计算）所得的扭矩值，再利用（7）式换算出ωR 值，
代入（3）式即得无因次涡流比：
SR = 8M t m& Bv0
EME
四气门柴油机进气道的三维实体造型及流场数值模拟
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3 柴油机的平衡计算分析
311 整机平衡方案分析
本例 295 柴油机的平衡方案为 : 一阶往复惯性力 、 离心力 、 和二阶往复惯性力矩自身平衡 。离心力矩通 过在曲柄相对延长线上增设平衡重而完全平衡 。一阶 往复惯性力矩的平衡 , 采用在曲柄相对延长线上增设 附加平衡重平衡一小部分 , 这是由于活塞在下止点时 活塞底部与曲轴平衡块不能产生干涉 , 平衡块扇形的 形状大小受到制约 ,故附加平衡重取得比较小 ,一阶往 复惯性力矩平衡量不大 。而对于二阶往复惯性力 , 不 增设平衡机构平衡 。
312 柴油机的平衡计算
为轴对称体 ,可分别对平键槽 ( 图 3a ) 和剩下部分实体 造型 ( 图 3b) ,然后对两者进行差集运算 ( Subtract ) 。造 型步骤如图 3 所示 。 ( 2) 曲拐的三维实体造型 。曲拐可看作是由左 、 右 曲柄臂 、 连杆轴颈 、 减重孔 、 油孔搭子所组成 ,因此可以 先分开制作各个组成部分 , 然后再将各个组成部分组 合在一起得到整个曲拐 。其造型过程大致如下 :a 、 作 出曲柄臂的外廓平面图 ,沿轴向进行拉伸后 ,得到曲柄 臂基体 ;b 、 在曲柄臂基体上端切边 。在基体外侧作一 相应尺寸三角形 , 旋转 360 度后得到的旋转体与基体
2000 年 ( 第 29 卷) 第 6 期 小 型 内 燃 机 No16 (Vol129) 2000
・ 技术应用・
三维实体造型法在柴油机平衡和曲轴动平衡 计算分析中的应用
江苏理工大学 尹必峰 刘胜吉 常柴集团东青柴油机厂 潘文东
小 型 内 燃 机 No16 (Vol129) 2000 12
基本实心体模型 , 再通过实体编辑即布尔运算 ( Bool2 ran) 构造出复杂的组合体 。一般基本实心体有长方 体、 圆柱体 、 圆锥体 、 球体 、 楔形体以及圆环体等 。此 外 ,还可通过将平面图形拉伸 ( Extrude ) 或将平面图形 绕固定轴旋转 ( Revolve) 的方法获得基本实心体 。而实 体的编辑运算有并集 (Union) 、 差集 ( Subtract ) 、 交集 ( In2 tersect) 三种 。并集运算就是把两个实心体合并起来 , 而重叠部分不再重复计算 。差集运算是从一个主实体 中减去另一实体在主实体的重叠部分 。交集运算的结 果是只留下两个实体的相交重叠部分 。实体的布尔运 算原理简图如图 1 所示 。另外利用实体模型可以解决 许多与图形有关的问题 , 除了能计算实体的质量 、 体 积、 表面积 、 质心 、 惯性矩等物理特性外 ,还可以顺利进 行实体的消隐 、 剖切 、 有限元网格划分 、 数控刀具轨迹 仿真 、 装配干涉检查等方面的工作 。
Δ R = R + K = - 272158N 由此可得到单个曲拐的不平衡质量 ( 质心距为 r) 为:
( 下转第 21 页)
2000 年 ( 第 29 卷) 第 6 期 HG- 11 发动机燃烧分析系统的研制 21
数。同时还得到了衡量进、 排气道阻力大小的参数 — 有 效流通截面积和流量系数。为改善换气过程 ,提高气缸 充气效率 ,减少换气损失、 提供了可靠的第一手信息。 ( 4) 选择了合适的通道数 本系统共有 8 个通道 ,其中有两个作为备用通道。 合理的通道数解决了通道数过大使成本提高以及通道数 过小不能满足工作要求的问题 ,提高了本系统的经济性。 ( 5) 采用了多种采样方式并存 本系统采用了多种采样方式并存。其中 ,有 8 通道 同时采样 ,单通道轮流循环采样 ,以及上止点启动采样 和非上止点启动采样等几种灵活多样方式 ,这在一定程 度上提高了系统的应用性 ,扩大了适用范围。
( 镇江 212013)
摘要 本文通过目前最常用的三维作图软件 (AutoCAD) 对 295 直喷式柴油机曲轴进行三维实体造型 ,讲 述了三维实体造型法的一般原理和方法 ,大大简化了柴油机平衡和曲轴动平衡计算分析的过程 ,提高了 计算精度和设计效率 。 关键词 柴油机 曲轴 三维实体造型 动平衡
图2 曲轴完整造型图
图3 左端造型图
图4 曲拐造型图 表2 柴油机平衡计算有关数据 缸径 缸心距 角速度 连杆组 质量 连杆大 头质量
D :95mm a :124mm
( 1) 单个曲拐离心力 :
r :5715mm
曲柄半径 转速 活塞组 质量 连杆小 头质量 球墨铸 铁密度
ω = - 3784180N R = ml
表1 曲轴的部分计算参数 体积 单个曲拐 ( 左) 质量 偏心距 整根曲轴 质量 体积
V :10960271397mm m :81001kg l : - 101784mm V :31328761712mm m :221871kg
3 3
其中偏心距的负号指质心偏心位于平衡块一侧 。 曲轴实体质量实际称重为 221583kg , 与计算结果非常 接近 ,其误差有两部分 : 一是造型与实物 ( 含尺寸公差) 的差异 ,二是实体密度的差异 。上述结果表明三维造 型精度是较高的 ,能满足工程实用的要求 。
图1 三维立体的布尔运算简图
212 曲轴的三维造型
本文以 295 直喷式柴油机曲轴为例介绍利用实体 三维造型一般过程 。步骤如下 : 21211 进行曲轴的三维实体造型 整根曲轴可以认为由四部分 — — — 左端 ( 自由端及 左边主轴颈) 、 曲拐 、 主轴颈 、 右端 ( 右边主轴颈及功率 输出端) 组装而成 ( 如图 2 所示) 。
汉字操作等明显优势。某些指标不亚于目前国际上流 行的几种发动机分析系统。例如 ,采用光栅角标信号发 生器 ,使采样基本无漏码 ;在上止点修正方法上 ,采用压 缩线最高压力法 ,同时考虑活塞与气缸之间的泄漏和燃 烧室组件的传热损失 ,解决了某些燃烧分析仪没有考虑 到泄漏、 散热而带来的示功图分析处理的不可靠性问 题 ;另外 ,利用换气过程缸内压力曲线 ,计算分析进、 排 气道阻力的大小及发动机换气性能好坏 ,是一种较新的 发动机低压气分析方法 ,它填补了国内燃烧分析仪在这 项功能上的空白 ,达到了国内先进水平。 在软件设计上 ,采用目前较流行的 Turbo C + + 软 件编写 ,主菜单采用键盘式操作菜单设计 ,其余的采用 了弹出式菜单和下控式菜单的程序设计 , 中英文显示 和提示 ,图象清晰逼真 。具有用户所希望的生动态 ,并 有分析参数的多种输出形式 ,具有很好的适用性 。
平衡计算的有关数据 ,见表 2 。 现根据三维实体造型数据进行柴油机平衡计算分 析 。已平衡的一阶往复惯性力 、 二阶往复惯性力矩和 较小的二阶往复惯性力的计算在这里不再列出 。
2000 年 ( 第 29 卷) 第 6 期 三维实体造型法在柴油机平衡和曲轴动平衡计算分析中的应用 13
Application of Three Dimensional Solid Modeling in Calculation and Analyses of Diesel Engine Balance and Crankshaft Dynamic Balance
Jiangsu University of Science & Technology Yin Bifeng Liu Shengji
( Zhenjiang 212013)
Dongqing Diesel Factory of Changchai Group Pan Wendong Abstract By applying three - dimensional solid modeling to 295 DI - diesel engine’ s crankshaft with the aid of most frequently - used graph plotting software (AutoCAD) ,this paper expounds the ordinary principle and method of three - dimensional solid modeling. It proves that application of this method can greatly simplify the process of calcu2 lation and analyses of the diesel engine balance and crankshaft dynamic balance and improve the precision of calcu2 lation and efficiency of design. Key words Diesel engine ,Crankshaft ,Three - dimensional soild modeling ,Dynamic balance
1 前言
曲轴是内燃机的关键零件 , 当曲轴的不平衡量过 大时 ,引起发动机的振动和噪声加大 ,严重地影响其运 转性能 ,同时还会加快轴承等的磨损 ,从而降低发动机 的使用寿命 。因此在曲轴设计阶段 , 应对曲轴进行动 平衡计算 ,根据计算结果对曲轴结构参数加以改进 ,以 尽量减小不平衡量 ; 在制造阶段 ,还应进行曲轴动平衡 试验 ,并根据平衡机实测数据进行不平衡校正 ,调整曲 轴的质量分布 ,使各校正面上的不平衡量降低到许用 范围内 。 过去在进行曲轴动平衡计算时 , 对于形状复杂的 曲柄部分 ,通常是采用人工图解法计算其体积 、 质量和 质心 ,即将曲柄划分成若干为近似规则形状的小部分 , 先分别计算出各部位的体积 、 质心 ,再将各部分迭加后 得到整个曲柄的体积 、 质量和质心 。由于人工图解存 在着作图误差 ,很难保证计算精度 ,而曲轴不平衡质量 主要是由各曲拐产生 , 这样对后期动平衡计算结果将 产生很大影响 。随着计算机图形技术的日益发展 , 对 实物的三维造型已越来越简单 。通过三维作图软件的
选择布尔差集运算 ,即得到曲柄臂的完整造型 ;c 、 连杆 ( ) 轴颈 包括凸台 。建立其实体后 ,再将左 、 右曲柄臂部 分与连杆轴颈连成一体即得到曲拐实体 ; d 、 用同样的 方法作出减轻孔 、 油孔 、 油孔搭子等实体 , 经布尔运算 最后得到曲拐完整的三维实体造型 。如图 4 所示 。 ( 3) 主轴颈 、 右端的三维实体造型 。两者均为对称 旋转体 ,造型方法同上 。 (4) 最后依次将上述四部分用并集运算组成装起 来 ,即可得到曲轴完整的三维实体造型 ,如图 2 所示 。 21212 利用 AutoCAD 辅助计算功能计算出与曲轴平 衡计算有关的参数 由工具栏 ( Tools) 菜单中查询 ( Inquiry) 选项中的 Mass Property 子项即可得到其体积 、 质量 、 偏心距等参 数 ,见表 1 。