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        多缸柴油機(jī)曲軸曲柄銷理論載荷修正

        2022-09-27 12:03:42程磊磊薛冬新李偉偉黃棟杰
        內(nèi)燃機(jī)與配件 2022年15期
        關(guān)鍵詞:慣性力曲柄曲軸

        0 引言

        作為機(jī)車用16V265柴油機(jī)曲軸,具有體積大、動(dòng)力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)行場(chǎng)景多樣的特點(diǎn),對(duì)結(jié)構(gòu)可靠性、工作壽命具有較高要求?,F(xiàn)在一般通過(guò)有限元仿真對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行校核優(yōu)化

        ,仿真所需的曲柄銷載荷根據(jù)動(dòng)力學(xué)理論分析得到

        。其中理論分析假設(shè)曲軸為剛體,每缸燃?xì)鈮毫χ荒茏饔玫较噙B主軸頸處,對(duì)其它主軸頸沒(méi)有影響,但曲軸實(shí)際運(yùn)行中會(huì)由于應(yīng)力產(chǎn)生彈性變形導(dǎo)致其他缸對(duì)應(yīng)主軸頸所受的連桿力大小和方向改變

        ,此外慣性力計(jì)算需要曲柄連桿機(jī)構(gòu)質(zhì)量換算,理論分析不僅難以獲得精確數(shù)據(jù),還存在計(jì)算累積誤差

        ,導(dǎo)致最終分析結(jié)果精度不高,與實(shí)際情況存在一定的誤差。本文利用Adams建立剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)仿真模型,利用柔性體曲軸模擬實(shí)際變形

        ,通過(guò)有限元計(jì)算消除慣性力計(jì)算誤差

        ,研究單個(gè)循環(huán)周期內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)工況下各曲柄銷載荷情況,與理論載荷結(jié)果對(duì)比分析,得到修正后的載荷數(shù)據(jù),提高曲柄銷理論載荷的精度與可靠性。

        1 建立剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)仿真模型

        利用Hypermesh建立柔性體曲軸,導(dǎo)入曲軸模型文件并設(shè)置材料屬性;由于曲軸是對(duì)稱結(jié)構(gòu),選取相似段劃分網(wǎng)格后鏡像得到整體網(wǎng)格模型;定義單元屬性,創(chuàng)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(qū)域;設(shè)置模態(tài)分析提交運(yùn)算生成包含曲軸柔性體的模態(tài)中性文件

        。將Creo建立的曲柄連桿機(jī)構(gòu)裝配模型導(dǎo)入Adams中,用建立的柔性體曲軸替換裝配體曲軸

        ,完成動(dòng)力學(xué)模型導(dǎo)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(biāo)系和質(zhì)心位置在軟件中被自動(dòng)標(biāo)出,方便后續(xù)施加約束時(shí)確定約束方向,同時(shí)軟件自動(dòng)完成了零部件重力的賦予;根據(jù)部件運(yùn)動(dòng)關(guān)系定義軟件內(nèi)大地為缸體,曲軸中心線與大地X軸重合,并繞X軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),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(zhuǎn)動(dòng)約束,活塞由于裝配體中已定義與缸體的相對(duì)位置,這里定義活塞沿活塞中心線往復(fù)運(yùn)動(dòng);柴油機(jī)16個(gè)氣缸按照發(fā)火順序依次做功,單個(gè)工作循環(huán)曲軸轉(zhuǎn)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(fā)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(shù)據(jù)導(dǎo)入Adams中創(chuàng)建相應(yīng)的活塞壓力樣條曲線spline,創(chuàng)建活塞作用力并將樣條曲線依次加載其上,函數(shù)公式為CUBSPL(time,0,spline_name,0),各活塞壓力載荷樣條曲線見(jiàn)圖2;定義仿真時(shí)間和步數(shù),檢查正確后進(jìn)行仿真分析。

        2 模型驗(yàn)證

        動(dòng)力學(xué)仿真運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)果如圖3所示。在圖3a中,活塞位移曲線在循環(huán)周期內(nèi)呈正弦變化規(guī)律,最大值與最小值相差300 mm,與設(shè)計(jì)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(guī)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(jīng)過(guò)上下止點(diǎn)時(shí)加速度最大,加速度最大值出現(xiàn)在上止點(diǎn),為1.88m/s

        ,且加速度在上止點(diǎn)變化率較快,在下止點(diǎn)變化率較慢。通過(guò)對(duì)活塞連桿位移、速度、加速度仿真結(jié)果分析,發(fā)現(xiàn)仿真結(jié)果于理論運(yùn)動(dòng)規(guī)律一致,兩者誤差在0.5%以內(nèi),驗(yàn)證了動(dòng)力學(xué)仿真模型的正確性和可靠性,為進(jìn)一步的載荷分析打下良好的基礎(chǔ)。

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

        3 仿真與理論結(jié)果對(duì)比分析

        動(dòng)力學(xué)仿真載荷結(jié)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(shì)基本一致,僅載荷大小存在輕微波動(dòng)。這是由于柔性體曲軸受力產(chǎn)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(dǎo)致整體載荷曲線改變且各不相同。又曲軸實(shí)際變形不明顯,導(dǎo)致的載荷波動(dòng)也不會(huì)太大,仿真結(jié)果載荷波動(dòng)在合理區(qū)間內(nèi),相較于理論載荷結(jié)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(jié)果更為合理,也更為貼合發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行工況。

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

        基于得到的更精確合理的仿真結(jié)果與理論力學(xué)計(jì)算得到的曲柄銷載荷結(jié)果對(duì)比,分析確定理論載荷結(jié)果的局限性,并通過(guò)仿真結(jié)果對(duì)其進(jìn)行修正。由于各曲柄銷載荷結(jié)果存在相位差,為了更清晰直觀的進(jìn)行對(duì)比分析,現(xiàn)去除各載荷相位差,保持相同載荷趨勢(shì),與理論載荷結(jié)果合并展示,如圖6所示。

        曲軸轉(zhuǎn)角為180°~360°,載荷呈先下降后上升趨勢(shì),最小載荷98.66 kN,曲軸轉(zhuǎn)角為330°~360°區(qū)間內(nèi)載荷急劇增大,此時(shí)仿真載荷和理論載荷偏差很小,主要是此區(qū)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(dòng),主要是由于壓力導(dǎo)致曲軸彈性變形而引起的,曲軸微弱變形導(dǎo)致其他曲柄銷受力方向和大小改變,載荷曲線表現(xiàn)沒(méi)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(nèi),這個(gè)誤差主要是由曲軸彈性變形以及慣性力近似計(jì)算造成的。對(duì)于曲軸有限元靜力學(xué)仿真分析及強(qiáng)度校核,最大曲柄銷載荷對(duì)于分析結(jié)果影響最大,經(jīng)動(dòng)力學(xué)修正后的載荷至少可以提高2%仿真結(jié)果精度;曲柄銷載荷小于300 kN時(shí),仿真載荷與理論載荷偏差值在45 kN以內(nèi),偏差中位數(shù)20 kN,因?yàn)?6V265柴油機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)質(zhì)量較大,較小質(zhì)量近似就可能導(dǎo)致較大載荷偏差。在有限元仿真中,較小的曲柄銷載荷對(duì)于靜力學(xué)仿真結(jié)果影響不大,特別是曲軸最大應(yīng)力,但也存在一定程度的影響。

        在圖6中,曲軸轉(zhuǎn)角0~180°內(nèi),曲柄銷載荷呈先下降后上升趨勢(shì),變化比較平緩,在70°附近達(dá)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(zhuǎn)角區(qū)間內(nèi),活塞壓力較小,對(duì)曲柄銷載荷影響較大的是旋轉(zhuǎn)慣性力,由于理論計(jì)算是根據(jù)動(dòng)力學(xué)等效原則對(duì)連桿曲軸質(zhì)量換算近似選取的,相較于 Adams軟件計(jì)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(zhuǎn)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(dòng),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(zhuǎn)角附近曲柄銷載荷波動(dòng)劇烈,此區(qū)間活塞位于下止點(diǎn)附近,連桿作用力方向改變且數(shù)值較小,而且由于數(shù)據(jù)采集最小間隔為5°,造成載荷曲線呈較強(qiáng)波動(dòng)狀態(tài)。

        綜上所述,仿真結(jié)果和理論結(jié)果載荷整體曲線趨勢(shì)基本一致,數(shù)值差異在最大載荷附近時(shí)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(qū)間存在一定的偏差,主要是因?yàn)閼T性力等計(jì)算誤差導(dǎo)致的。下面以靜力學(xué)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(shí)刻,分析未經(jīng)修正的理論載荷相較于修正后載荷的實(shí)際誤差情況,如表1所示。

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

        江格爾

        曲柄銷理論載荷結(jié)果是由已知的缸壓曲線和機(jī)構(gòu)零件尺寸質(zhì)量參數(shù),依次計(jì)算活塞氣體力、往復(fù)慣性力、連桿力、旋轉(zhuǎn)慣性力等,通過(guò)載荷運(yùn)算得到的,最終結(jié)果如圖5所示。其中連桿組質(zhì)量換算為連桿小頭往復(fù)質(zhì)量和大頭旋轉(zhuǎn)質(zhì)量,涉及到質(zhì)心位置難以確定,具體數(shù)值是參照工程經(jīng)驗(yàn)近似選取的,存在慣性力計(jì)算誤差。

        在施工開(kāi)始之前的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中,施工設(shè)計(jì)的工作人員一定要做到周全及換位思考,就綜合所設(shè)計(jì)的來(lái)看,對(duì)人們的生活是否造成了不必要的影響,保證最終實(shí)現(xiàn)的是人性化的設(shè)計(jì),這樣既能保證設(shè)計(jì)的人性化又能保證它的施工質(zhì)量,給排水系統(tǒng)作為一個(gè)非常重要的基礎(chǔ)設(shè)施,施工的相關(guān)人員一定要具備足夠的專業(yè)知識(shí)和專業(yè)能力,將一切可能突發(fā)事件都考慮在內(nèi),并且所設(shè)計(jì)的給排水系統(tǒng)要具有其應(yīng)對(duì)所有突發(fā)事件的能力,在所有的突發(fā)情況中,保證消防給排水系統(tǒng)可以正常使用,所以在這一環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中,必須保障質(zhì)量,不要過(guò)度考慮成本的問(wèn)題。

        何以如此?無(wú)為縣紀(jì)委領(lǐng)導(dǎo)一語(yǔ)中的:“沒(méi)有腐敗官員充當(dāng)‘保護(hù)傘’,黑社會(huì)就難以生存下去?!眳菢I(yè)平這個(gè)曾經(jīng)手握法槌的法官,只因升遷無(wú)望、仕途受挫,就逐漸放棄了追求、丟掉了信念,從小節(jié)不守開(kāi)始,發(fā)展到濫用職權(quán)包庇黑社會(huì)成員,慢慢生成了“權(quán)”大于“紀(jì)”、大于“法”的錯(cuò)誤理念,最終走向違紀(jì)違法的深淵……

        由對(duì)比分析,理論載荷雖然計(jì)算簡(jiǎn)單,但未考慮曲軸彈性變形和誤差修正,分析過(guò)程理想化,存在一定局限性,導(dǎo)致載荷結(jié)果與實(shí)際存在誤差,而Adams剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)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(shí)際運(yùn)行情況增加數(shù)據(jù)與實(shí)際的貼合度,又節(jié)約了計(jì)算資源,在此基礎(chǔ)上,通過(guò)軟件修正慣性力理論計(jì)算的誤差,提高了載荷數(shù)據(jù)的精度和可靠性。

        4 結(jié)論

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

        2)活塞最大爆發(fā)壓力附近曲軸彈性形變對(duì)曲柄銷仿真載荷影響較大,但仿真載荷與理論載荷誤差較小;活塞壓力較小時(shí)旋轉(zhuǎn)慣性力對(duì)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(xiàn)狀,不難看出:(1)歷時(shí)的、文化的考察多于語(yǔ)言學(xué)的考察,對(duì)于新詞的構(gòu)詞特點(diǎn)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(duì)于漢日語(yǔ)之外的、諸如英語(yǔ)等第三國(guó)語(yǔ)言影響的探討尚存不足;(3)對(duì)某特定詞匯的個(gè)體考察多于對(duì)某專門領(lǐng)域“詞匯群”的整體考察。

        3)動(dòng)力學(xué)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(jī)曲軸強(qiáng)度校核等工作提供了依據(jù)。

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