CN108228936A - 一种汽车发动机连杆动力学分析方法 - Google Patents

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乔鑫
邢桂丽
李
李�一
唐浩
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Abstract

本发明涉及汽车发动机连杆动力学分析方法，确定发动机以及连杆组件相关参数，运用Excite Power Unit模块建立连杆动力学模型，对连杆几何模型进行网格划分，并进行模型缩减，输入各个转速下对应的缸压曲线，计算得到连杆在爆压工况以及惯性力工况的动态应力结果，本发明的有益效果是：采用本发明的分析连杆的方法后，可以得出任意转角下的爆发压力的应力结果，同时能考虑油膜压力，因此得出与实际工况特别逼近的边界条件。

Description

一种汽车发动机连杆动力学分析方法
技术领域
本发明涉及汽车发动机领域，具体说是一种汽车发动机连杆动力学分析方法。
背景技术
发动机连杆的作用是将活塞承受的爆发压力传递给曲轴，并且将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动。
发动机工作运行时，连杆承受三方面的作用力：即作用在活塞顶面上的爆发压力，连杆小头和活塞组的往复运动惯性力，以及连杆本身绕活塞销作变速摆动时的横向惯性力（即连杆摆动平面内），这些力的大小和方向都是周期性改变的，因此，连杆是在压缩、拉伸和横向弯曲等交变应力下工作的。发动机连杆需要有足够高的刚度和强度，否则会引起大头孔失圆，造成轴瓦因润滑油膜破坏而烧损；连杆如有过大的弯曲变形，会造成气缸偏磨、活塞环窜油和漏气。因此，在发动机开发过程中，采用高效精准的动力学分析方法对连杆应力及安全系数校核是至关重要的。
传统的连杆强度校核方法是运用有限元软件并结合传统的经验公式，首先计算由螺栓预紧力引起的连杆局部大头孔的装配预应力，其次计算轴瓦过盈量引起的连杆大头孔的装配预应力，然后计算上止点时由最大燃气压力和惯性力引起的静态应力，最后用疲劳软件计算其疲劳安全系数。这种方法具有很多不确定的因素，主要有如下问题：
1、最大爆发压力不是出现在上止点处，而是出现在上止点后10degCA左右；
2、燃气压力作用活塞销上，往复惯性力与旋转惯性力分别施加于连杆组件，运用有限元软件定义连杆组件接触分析算法，而忽略了实际连杆中存在油膜压力，因此这种方法边界条件定义不准确。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明的目的是提供了能够模拟发动机连杆在一个工作循环动态工况，可以考虑油膜压力，也能为连杆静态分析提供精确的边界条件，同时结合有限元软件与疲劳软件取得更准确的计算结果。
本发明的技术方案是：采用一种高效准确的连杆三维动力学分析方法，确定发动机以及连杆组件相关参数，运用Excite Power Unit模块建立连杆动力学模型。对连杆几何模型进行网格划分，并进行模型缩减，输入各个转速下对应的缸压曲线，计算得到连杆在爆压工况以及惯性力工况的动态应力结果。利用Excite Power Unit模块计算的连杆动应力，没有考察连杆大头螺栓预紧力、连杆大头轴瓦过盈配合和连杆小头的过盈配合对连杆强度的影响。因此，再应用有限元软件和静力学方法，计算连杆受最大螺栓预紧力工况及轴瓦装配过盈工况的应力。以LCC1为静态载荷（预紧力工况与装配过盈工况）,LCC2、LCC3分别为动态载荷的最大爆压工况与最大惯性力工况的应力结果进行疲劳计算，得到疲劳安全系数。
本发明的有益效果是：采用本发明的分析连杆的方法后，可以得出任意转角下的爆发压力的应力结果，同时能考虑油膜压力，因此得出与实际工况特别逼近的边界条件。
附图说明
图1是本发明的连杆动力学分析方法的流程图；
图2是本发明的连杆动力学分析方法的分析模型示意图；
图3是本发明的连杆动力学分析方法的连杆有限元模型图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对发明进一步说明。
参见图1，本发明提供一种准确连杆的动力学的分析方法，主要包括以下步骤：
确定发动机及连杆组件相关三维数据，统计发动机结构信息如冲程、缸数、点火信息等，以及连杆系零部件连杆、轴瓦、活塞销座等零部件的相关信息；利用Excite Power Unit模块建立连杆动力学分析模型,参照图2的示意图搭建动力学分析模型。
在动力学分析模型中，发动机采用Generic Body模块来模拟发动机模型，并简化为刚性体，这样可以避免去处理复杂而又耗时的发动机网格模型；活塞模型采用GuidLine模块进行模拟；活塞销采用Piston Pin模块进行模拟；止推轴承采用ThrustBearing模块进行模拟；曲轴曲柄颈采用BearingPin进行模拟；考虑油膜压力分析（EHD），对于连杆轴瓦与曲轴的曲柄颈采用滑动轴承EHD2模块，同理，连杆小头的连接副亦采用滑动轴承EHD2模块；连杆采用Conrod模块进行模拟。
对连杆三维数据进行网格划分并进行缩减，在连杆动力学模型中，输入缩减后的连杆动力学模型及发动机缸压曲线，并输入详细的滑动轴承EHD2模块数据，进行动力学仿真分析。从仿真结果中，得出对最大爆发压力下的连杆应力结果及最大惯性力对应的连杆应力结果。有限元模型图参照图3，再应用静力学仿真出来的螺栓预紧力与轴瓦过盈的转配应力结果，进行连杆疲劳安全系数分析。对连杆疲劳安全系数进行评价，如不满足要求，需要对连杆结构或者使用材料等因素进行优化，再重新进行分析。
本发明是采用Excite Power Unit软件，对发动机连杆进行动应力分析计算，并结合静力学方法得出的装配应力结果，进行连杆疲劳安全系数分析。该发明对评价和优化发动机连杆是高效准确的。

Claims (1)

1.一种汽车发动机连杆动力学分析方法，其特征在于：所述汽车发动机连杆动力学分析方法包括如下步骤：
（1）建立发动机连杆数据的有限元模型，对连杆网格模型进行缩减，运用Excite PowerUnit模块建立连杆动力学分析模型；
（2）输入缸压压力曲线，建立模拟轴瓦参数化模型，输入滑动轴承EHD2模块的参数；
（3）得出连杆最大爆发压力下的应力结果，连杆惯性力的应力结果，静力学分析得出的螺栓预紧力与装配过盈应力结果；
（4）对连杆进行应力结果工况叠加进行安全系数求解；
（5）根据求解结果，对连杆疲劳结果进行评价，满足要求完成分析，不满足返回第（1）步。
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