多缸柴油機曲軸曲柄銷理論載荷修正

0 引言

作為機車用16V265柴油機曲軸，具有體積大、動力強、結構復雜、運行場景多樣的特點，對結構可靠性、工作壽命具有較高要求?，F在一般通過有限元仿真對結構強度進行校核優化

，仿真所需的曲柄銷載荷根據動力學理論分析得到

。其中理論分析假設曲軸為剛體，每缸燃氣壓力只能作用到相連主軸頸處，對其它主軸頸沒有影響，但曲軸實際運行中會由于應力產生彈性變形導致其他缸對應主軸頸所受的連桿力大小和方向改變

，此外慣性力計算需要曲柄連桿機構質量換算，理論分析不僅難以獲得精確數據，還存在計算累積誤差

，導致最終分析結果精度不高，與實際情況存在一定的誤差。本文利用Adams建立剛柔耦合動力學仿真模型，利用柔性體曲軸模擬實際變形

，通過有限元計算消除慣性力計算誤差

，研究單個循環周期內標準工況下各曲柄銷載荷情況，與理論載荷結果對比分析，得到修正后的載荷數據，提高曲柄銷理論載荷的精度與可靠性。

1 建立剛柔耦合動力學仿真模型

利用Hypermesh建立柔性體曲軸，導入曲軸模型文件并設置材料屬性；由于曲軸是對稱結構，選取相似段劃分網格后鏡像得到整體網格模型；定義單元屬性，創建剛性單元和剛性約束，在曲柄銷和主軸頸的中心處建立剛性區域；設置模態分析提交運算生成包含曲軸柔性體的模態中性文件

。將Creo建立的曲柄連桿機構裝配模型導入Adams中，用建立的柔性體曲軸替換裝配體曲軸

，完成動力學模型導入工作，模型如圖1所示；定義活塞、連桿、曲軸材料屬性，零件材料均為42CrMoA,定義零件材料后各部件的局部坐標系和質心位置在軟件中被自動標出，方便后續施加約束時確定約束方向，同時軟件自動完成了零部件重力的賦予；根據部件運動關系定義軟件內大地為缸體，曲軸中心線與大地X軸重合，并繞X軸作旋轉運動，定義連桿大頭中心線與曲柄銷中心線重合，連桿小頭中心線與活塞銷中心線重合，均為轉動約束，活塞由于裝配體中已定義與缸體的相對位置，這里定義活塞沿活塞中心線往復運動；柴油機16個氣缸按照發火順序依次做功，單個工作循環曲軸轉角為720°，各缸的缸壓曲線相位差為45°，由已知的缸壓曲線，依相位差依次制作各缸的缸壓曲線，按照發火順序1-9-3-11-7-15-5-13-8-16-6-14-2-10-4-12將活塞載荷數據導入Adams中創建相應的活塞壓力樣條曲線spline，創建活塞作用力并將樣條曲線依次加載其上，函數公式為CUBSPL(time,0,spline_name,0)，各活塞壓力載荷樣條曲線見圖2；定義仿真時間和步數，檢查正確后進行仿真分析。

2 模型驗證

動力學仿真運動學結果如圖3所示。在圖3a中，活塞位移曲線在循環周期內呈正弦變化規律，最大值與最小值相差300 mm，與設計活塞行程一致；在圖3b和圖3c中，活塞速度和加速度曲線呈周期性變化規律，速度最大值16.3 m/s，與理論最大活塞速度16.27 m/s基本一致，活塞在經過上下止點時加速度最大，加速度最大值出現在上止點，為1.88m/s

，且加速度在上止點變化率較快，在下止點變化率較慢。通過對活塞連桿位移、速度、加速度仿真結果分析，發現仿真結果于理論運動規律一致，兩者誤差在0.5%以內，驗證了動力學仿真模型的正確性和可靠性，為進一步的載荷分析打下良好的基礎。

我孫東西可以不管升降，一心一意想做一個普通的老百姓，可李天明不，沒了官當之后我這個同村的老哥就把事情鬧大了。

3 仿真與理論結果對比分析

動力學仿真載荷結果如圖4所示，從載荷曲線可以看出：各曲柄銷載荷變化趨勢基本一致，僅載荷大小存在輕微波動。這是由于柔性體曲軸受力產生彈性變形，引起不同位置處曲柄銷受到的作用力大小和方向改變，導致整體載荷曲線改變且各不相同。又曲軸實際變形不明顯，導致的載荷波動也不會太大，仿真結果載荷波動在合理區間內，相較于理論載荷結果中的各曲柄銷載荷完全一致，考慮了曲軸彈性變形的仿真結果更為合理，也更為貼合發動機實際運行工況。

曲軸轉角為540°～720°，載荷呈先下降后上升趨勢，在645°左右達到最小值67.2 kN，此時理論載荷與仿真載荷存在一定偏差，和曲軸轉角為0～180°內情況類似，主要是慣性力計算誤差引起的。

基于得到的更精確合理的仿真結果與理論力學計算得到的曲柄銷載荷結果對比，分析確定理論載荷結果的局限性，并通過仿真結果對其進行修正。由于各曲柄銷載荷結果存在相位差，為了更清晰直觀的進行對比分析，現去除各載荷相位差，保持相同載荷趨勢，與理論載荷結果合并展示，如圖6所示。

曲軸轉角為180°～360°，載荷呈先下降后上升趨勢，最小載荷98.66 kN，曲軸轉角為330°～360°區間內載荷急劇增大，此時仿真載荷和理論載荷偏差很小，主要是此區間處于做功階段，連桿力是曲柄銷載荷主要影響因素，慣性力誤差影響不明顯。在載荷接近600 kN的情況下，仿真載荷相較于理論載荷存在部分波動，主要是由于壓力導致曲軸彈性變形而引起的，曲軸微弱變形導致其他曲柄銷受力方向和大小改變，載荷曲線表現沒有理論載荷曲線平緩光滑。

由表1可知：曲柄銷載荷仿真最大值與理論最大值平均偏差10 kN左右，誤差1.67%，大于300 kN的仿真載荷與理論載荷誤差在3%以內，這個誤差主要是由曲軸彈性變形以及慣性力近似計算造成的。對于曲軸有限元靜力學仿真分析及強度校核，最大曲柄銷載荷對于分析結果影響最大，經動力學修正后的載荷至少可以提高2%仿真結果精度；曲柄銷載荷小于300 kN時，仿真載荷與理論載荷偏差值在45 kN以內，偏差中位數20 kN，因為16V265柴油機曲柄連桿機構質量較大，較小質量近似就可能導致較大載荷偏差。在有限元仿真中，較小的曲柄銷載荷對于靜力學仿真結果影響不大，特別是曲軸最大應力，但也存在一定程度的影響。

在圖6中，曲軸轉角0～180°內，曲柄銷載荷呈先下降后上升趨勢，變化比較平緩，在70°附近達到最小值66.48 kN，仿真載荷和理論載荷最小值基本一致，此曲軸轉角區間內，活塞壓力較小，對曲柄銷載荷影響較大的是旋轉慣性力，由于理論計算是根據動力學等效原則對連桿曲軸質量換算近似選取的，相較于 Adams軟件計算精度不高，因此理論載荷與仿真載荷存在一定的偏差。

曲軸轉角為360°～540°，曲柄銷載荷上升到最大值，其中理論載荷最大值為584.02 kN，仿真載荷最大值在600 kN左右波動，曲柄銷3最大載荷為599.65 kN，曲柄銷11最大載荷為588.18 kN，其余曲柄銷載荷在595 kN附近，仿真最大載荷均大于理論最大載荷，偏差在4至16 kN之間，偏差百分比最大為2.67%。在420°曲軸轉角附近曲柄銷載荷波動劇烈，此區間活塞位于下止點附近，連桿作用力方向改變且數值較小，而且由于數據采集最小間隔為5°，造成載荷曲線呈較強波動狀態。

綜上所述，仿真結果和理論結果載荷整體曲線趨勢基本一致，數值差異在最大載荷附近時不明顯，而且由于曲軸彈性變形，仿真載荷要大于理論載荷，在非最大載荷區間存在一定的偏差，主要是因為慣性力等計算誤差導致的。下面以靜力學分析中曲柄銷載荷具體加載情況為例，分別選取曲柄銷1、3、11處于最大載荷時刻，分析未經修正的理論載荷相較于修正后載荷的實際誤差情況，如表1所示。

看上去年齡都不過十五。[注]烏其拉圖：《<江格爾> 中的歷史遺跡和波斯古經》，載《蒙古語言文學》(蒙古文版)1997年第1期。論文為蒙古文，所引《江格爾》詩句采用了霍爾查所譯《江格爾》中的漢譯文(新疆人民出版社，1988年版，第3頁)；而《阿維斯塔》詩句采用了季羨林主編的《東方文學作品選》中的漢譯文(湖南人民出版社，1986年版，第408頁)

江格爾

曲柄銷理論載荷結果是由已知的缸壓曲線和機構零件尺寸質量參數，依次計算活塞氣體力、往復慣性力、連桿力、旋轉慣性力等，通過載荷運算得到的，最終結果如圖5所示。其中連桿組質量換算為連桿小頭往復質量和大頭旋轉質量，涉及到質心位置難以確定，具體數值是參照工程經驗近似選取的，存在慣性力計算誤差。

在施工開始之前的設計環節中，施工設計的工作人員一定要做到周全及換位思考，就綜合所設計的來看，對人們的生活是否造成了不必要的影響，保證最終實現的是人性化的設計，這樣既能保證設計的人性化又能保證它的施工質量，給排水系統作為一個非常重要的基礎設施，施工的相關人員一定要具備足夠的專業知識和專業能力，將一切可能突發事件都考慮在內，并且所設計的給排水系統要具有其應對所有突發事件的能力，在所有的突發情況中，保證消防給排水系統可以正常使用，所以在這一環節的設計和施工過程中，必須保障質量，不要過度考慮成本的問題。

何以如此？無為縣紀委領導一語中的：“沒有腐敗官員充當‘保護傘’，黑社會就難以生存下去。”吳業平這個曾經手握法槌的法官，只因升遷無望、仕途受挫，就逐漸放棄了追求、丟掉了信念，從小節不守開始，發展到濫用職權包庇黑社會成員，慢慢生成了“權”大于“紀”、大于“法”的錯誤理念，最終走向違紀違法的深淵……

由對比分析，理論載荷雖然計算簡單，但未考慮曲軸彈性變形和誤差修正，分析過程理想化，存在一定局限性，導致載荷結果與實際存在誤差，而Adams剛柔耦合動力學模型充分考慮了曲軸的彈性變形，合理忽略活塞及連桿變形量的影響，即貼近實際運行情況增加數據與實際的貼合度，又節約了計算資源，在此基礎上，通過軟件修正慣性力理論計算的誤差，提高了載荷數據的精度和可靠性。

4 結論

1)Adams動力學仿真充分考慮了曲軸彈性變形及慣性力計算誤差對曲柄銷載荷的影響，相較于理論分析更符合曲軸實際工作情況，動力學仿真載荷結果更精確，可靠性更高。

2)活塞最大爆發壓力附近曲軸彈性形變對曲柄銷仿真載荷影響較大，但仿真載荷與理論載荷誤差較?。换钊麎毫^小時旋轉慣性力對曲柄銷仿真載荷影響較大，仿真載荷與理論載荷誤差也較大。

綜觀研究現狀，不難看出：(1)歷時的、文化的考察多于語言學的考察，對于新詞的構詞特點與使用狀況的研究尚存不足；(2)偏重“漢日之間”的相互影響，對于漢日語之外的、諸如英語等第三國語言影響的探討尚存不足；(3)對某特定詞匯的個體考察多于對某專門領域“詞匯群”的整體考察。

3)動力學仿真曲柄銷最大載荷599.65 kN，理論最大載荷584.02 kN，修正誤差2.59%，其他載荷均有不同程度修正，為多缸柴油機曲軸強度校核等工作提供了依據。

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