一種曲軸一維動力學(xué)分析方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及動機設(shè)計領(lǐng)域，尤其涉及一種曲軸一維動力學(xué)分析方法。本發(fā)明提供一種曲軸一維動力學(xué)分析方法，包括以下步驟：A、收集發(fā)動機結(jié)構(gòu)信息以及曲軸系零件的相關(guān)數(shù)據(jù)；B、建立發(fā)動機及曲軸系零部件的有限元分析模型；C、選擇潤滑油及爆發(fā)壓力曲線，進(jìn)行曲軸載荷求解；D、將曲軸曲柄臂、圓角、油孔等信息輸入有限元分析模型進(jìn)行求解；E、根據(jù)步驟D算出應(yīng)力及安全系數(shù)求解結(jié)果，對曲軸進(jìn)行評價。本發(fā)明不需要對零件進(jìn)行網(wǎng)格劃分；分析模型建立快速；計算求解時間短，是一種效率高、耗時短、可靠性高的分析方法。
【專利說明】一種曲軸一維動力學(xué)分析方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及發(fā)動機設(shè)計領(lǐng)域，尤其涉及一種曲軸一維動力學(xué)分析方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 曲軸是發(fā)動機最重要的零部件之一，它的尺寸參數(shù)在很大程度上不僅影響著發(fā)動 機的整體尺寸和重量，而且在很大程度上影響著發(fā)動機的可靠和壽命。曲軸的破壞事故可 能引起其他零部件和發(fā)動機的嚴(yán)重?fù)p壞。在發(fā)動機概念開發(fā)階段，需要盡快確定曲軸的結(jié) 構(gòu)形式、尺寸參數(shù)、材料和工藝等設(shè)計變量。因此，在發(fā)動機概念設(shè)計階段，對曲軸應(yīng)力和安 全系數(shù)進(jìn)行快速高效準(zhǔn)確的動力學(xué)分析是非常重要的。
[0003] 傳統(tǒng)的曲軸強度分析需要建立發(fā)動機整機FEM有限元模型，復(fù)雜零件如缸體、缸 蓋、曲軸等劃分有限元網(wǎng)格和網(wǎng)格裝配耗時長；網(wǎng)格數(shù)量大，有限元網(wǎng)格質(zhì)量也難以保證； 在龐大的網(wǎng)格數(shù)量下，有限元分析耗時長；有限元計算難以收斂，分析易失敗等問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷或不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種耗 時短、效率高、可靠性高的曲軸一維動力學(xué)分析方法。
[0005] 本發(fā)明采取的技術(shù)方案為提供一種曲軸一維動力學(xué)分析方法，包括以下步驟： A、 收集發(fā)動機結(jié)構(gòu)信息以及曲軸系零件的相關(guān)數(shù)據(jù)； B、 建立發(fā)動機及曲軸系零部件的有限元分析模型； C、 選擇潤滑油及爆發(fā)壓力曲線，進(jìn)行曲軸載荷求解； D、 將曲軸曲柄臂、圓角、油孔等信息輸入有限元分析模型進(jìn)行求解； E、 根據(jù)步驟D算出應(yīng)力及安全系數(shù)求解結(jié)果，對曲軸進(jìn)行評價。
[0006] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述發(fā)動機信息包括氣缸數(shù)、主軸承數(shù)、止推軸承位 置、氣缸排列類型、旋轉(zhuǎn)方向、沖程、點火順序、氣缸中心距離、氣缸直徑、缸孔偏置、活塞偏 置作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述曲軸系零件包括活塞、連桿、軸承、曲軸、飛輪。
[0007] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟D包括定義材料和輸出設(shè)置。
[0008] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟E之后還有步驟F :評價為不滿足設(shè)計要求， 需要進(jìn)行曲軸結(jié)構(gòu)更改，重新進(jìn)入步驟A循環(huán)分析。
[0009] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述設(shè)計要求為球墨鑄鐵曲軸和軸頸圓角安全系數(shù)為 1. 7、鑄鋼曲軸及軸頸圓角安全系數(shù)為1. 4。
[0010] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的分析方法不需要對零件進(jìn)行網(wǎng)格劃分；分析模型 建立快速；計算求解時間短。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1是本發(fā)明曲軸一維動力學(xué)分析方法的流程圖。

【具體實施方式】
[0012] 下面結(jié)合【專利附圖】

【附圖說明】及【具體實施方式】對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0013] 如圖1所示，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為提供一種曲軸一維動力學(xué)分析方法，包括 以下步驟： A、 收集發(fā)動機結(jié)構(gòu)信息以及曲軸系零件的相關(guān)數(shù)據(jù)；發(fā)動機結(jié)構(gòu)信息包括缸數(shù)、沖程、 點火順序等，以及曲軸系零件活塞、連桿、軸承、曲軸等零件的相關(guān)信息； B、 建立發(fā)動機及曲軸系零部件的有限元分析模型； C、 選擇潤滑油及爆發(fā)壓力曲線，進(jìn)行曲軸載荷求解； D、 將曲軸曲柄臂、圓角、油孔等信息輸入有限元分析模型進(jìn)行求解； E、 根據(jù)步驟D算出應(yīng)力及安全系數(shù)求解結(jié)果，對曲軸進(jìn)行評價。
[0014] 所述發(fā)動機信息包括氣缸數(shù)、主軸承數(shù)、止推軸承位置、氣缸排列類型、旋轉(zhuǎn)方向、 沖程、點火順序、氣缸中心距離、氣缸直徑、缸孔偏置、活塞偏置 所述曲軸系零件包括活塞、連桿、軸承、曲軸、飛輪。
[0015] 所述步驟D包括定義材料和輸出設(shè)置。
[0016] 所述步驟E之后還有步驟F :評價為不滿足設(shè)計要求，需要進(jìn)行曲軸結(jié)構(gòu)更改，重 新進(jìn)入步驟A循環(huán)分析。
[0017] 所述設(shè)計要求為球墨鑄鐵曲軸和軸頸圓角安全系數(shù)為1. 7、鑄鋼曲軸及軸頸圓角 安全系數(shù)為1. 4。
[0018] 實施例1 :使用Ricardo軟件Engdyn模塊，將發(fā)動機結(jié)構(gòu)及曲軸系零部件信息輸 入Engdyn模型中。不用劃分網(wǎng)格，節(jié)省了大量時間，使得分析周期大大縮短。
[0019] 選擇潤滑油，Engdyn中有潤滑油數(shù)據(jù)庫，選擇合適的潤滑油信息。
[0020] 將發(fā)動機各工況的爆發(fā)壓力曲線輸入Engdyn的Loading中。
[0021] 完成求解設(shè)置后，使用Engdyn進(jìn)行分析計算，得出各工況下的曲軸載荷。
[0022] 輸入各工況爆發(fā)壓力，使用TO進(jìn)行邊界條件計算。
[0023] 在Engdyn中使用Crank Analysis,使用Classical方法，對曲柄臂、連桿軸頸圓 角、主軸頸圓角、油孔等進(jìn)行應(yīng)力和安全系數(shù)計算。
[0024] 定義材料和輸出設(shè)置，進(jìn)行求解計算。
[0025] 根據(jù)計算結(jié)果對曲軸系進(jìn)行評價，如不滿足設(shè)計要求，需要進(jìn)行曲軸結(jié)構(gòu)更改，重 新進(jìn)行計算。該設(shè)計要求為球墨鑄鐵曲軸和軸頸圓角安全系數(shù)為1. 7、鑄鋼曲軸及軸頸圓角 安全系數(shù)為1. 4。
[0026] 以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定 本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在 不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的 保護范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種曲軸一維動力學(xué)分析方法，其特征在于：包括以下步驟： A、 收集發(fā)動機結(jié)構(gòu)信息以及曲軸系零件的相關(guān)數(shù)據(jù)； B、 建立發(fā)動機及曲軸系零部件的有限元分析模型； C、 選擇潤滑油及爆發(fā)壓力曲線，進(jìn)行曲軸載荷求解； D、 將曲軸曲柄臂、圓角、油孔等信息輸入有限元分析模型進(jìn)行求解； E、 根據(jù)步驟D算出應(yīng)力及安全系數(shù)求解結(jié)果，對曲軸進(jìn)行評價。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲軸一維動力學(xué)分析方法，其特征在于：所述發(fā)動機信息包 括氣缸數(shù)、主軸承數(shù)、止推軸承位置、氣缸排列類型、旋轉(zhuǎn)方向、沖程、點火順序、氣缸中心距 離、氣缸直徑、缸孔偏置、活塞偏置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲軸一維動力學(xué)分析方法，其特征在于：所述曲軸系零件包 括活塞、連桿、軸承、曲軸、飛輪。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲軸一維動力學(xué)分析方法，其特征在于：所述步驟D包括定 義材料和輸出設(shè)置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲軸一維動力學(xué)分析方法，其特征在于：所述步驟E之后還 有步驟F :評價為不滿足設(shè)計要求，需要進(jìn)行曲軸結(jié)構(gòu)更改，重新進(jìn)入步驟A循環(huán)分析。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的曲軸一維動力學(xué)分析方法，其特征在于：所述設(shè)計要求為球 墨鑄鐵曲軸和軸頸圓角安全系數(shù)為1. 7、鑄鋼曲軸及軸頸圓角安全系數(shù)為1. 4。
【文檔編號】G06F17/50GK104102777SQ201410338425
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月16日
【發(fā)明者】王磊, 黃忠文, 穆建華, 夏志豪, 張曉光 申請人:上汽通用五菱汽車股份有限公司