考虑连杆比影响的往复式曲轴系统变惯量特性分析

往复式曲轴系统连杆比的变化会影响系统等效转动惯量的大小,而目前应用较为广泛的变惯量公式却忽略了这一因素的影响,这将直接导致系统扭转振动分析出现误差。为了研究连杆比对于等效转动惯量以及系统扭振特性的影响,首先建立了考虑连杆比影响的变惯量公式,并与已有的变惯量公式进行了比较;其次,根据扭振方程的参激非线性特性,应用多尺度方法推导考虑连杆比时系统的主共振平均方程,研究连杆比对于稳态振幅的影响;再次,以某型单缸曲轴系统为例,将两个变惯量公式与精确解进行对比,指出现有公式的不足;最终,利用数值方法研究了基于不同变惯量公式的扭转振动微分方程的振动特性,证明了考虑连杆比的重要性与必要性。

曲柄连杆比对往复泵排量不均度及活塞惯性力的影响分析

针对单作用往复泵结构参数设置不合理导致的排量不均匀和活塞易损坏的问题,通过推导单作用往复泵排量不均度及活塞惯性力的解析式,得到排量不均度随往复泵缸数及曲柄连杆比的变化曲线,以及活塞惯性力随曲柄转角及曲柄连杆比的变化曲线,并提出了曲柄连杆比的优化建议。结果表明:排量不均度随着曲柄连杆比的减小而减小,曲柄连杆比的变化对单缸单作用往复泵排量不均度波动的影响最大可达60%;曲柄连杆比对排量不均度的影响随着往复泵缸数的增加而减小;活塞惯性力也随着曲柄连杆比的减小而减小,且其变化曲线的2个波峰逐渐向中间靠拢,直至合并;当曲柄连杆比降低到0.3以下时,活塞惯性力变化曲线在1个周期内的波峰减少到1个。研究结果可为单作用往复泵结构参数的设计和活塞疲劳分析提供理论依据。

连杆曲线导引的织机开口机构设计

传统连杆开口机构难以使梭口保持停歇,无法适应高速、宽幅的现代新型织机的工艺要求。引入特殊连杆曲线导引的概念,利用带鲍尔点和带圆点连杆曲线能使从动件产生停歇的原理,设计了两种新型连杆开口机构。该机构由四连杆机构和综框导引组件组成,四连杆机构的曲柄、连杆、摇杆和机架杆杆长比分别为1∶2∶2∶2.76、1∶2∶2∶2.3,连杆点的位置角分别为62.49°、49.15°,其与摇杆相连的连接杆与连杆等长。综框运动规律显示:两种机构梭口满开时主轴的相对静止角分别为约150°,40°和200°;综框处于最高和最低位时速度和加速度均为0,表明综框运动平稳,无冲击。该机构突破了传统连杆开口机构的局限,为低成本新型织机的开发创造了条件。

空间连杆引纬机构的刚柔耦合磨损分析

为准确预测空间连杆引纬机构间隙磨损机制,通过结合Lankarani-Nikravesh与Bai碰撞力模型,建立可变刚度与阻尼系数非连续接触碰撞力模型,采用改进的Coulomb摩擦力模型描述含间隙机构旋转铰的切向摩擦力,通过Lagrange方法对系统动力学建模;其次选取空间连杆为柔性化对象,综合Ansys与Adams分析,对空间连杆引纬机构进行刚柔耦合动力学仿真;最后将系统的动态仿真响应结果与Archard模型相结合,求解运动副磨损情况。结果表明:柔性构件可以有效缓解机构间隙碰撞的冲击作用,间隙为0.15 mm条件下,剑头加速度振荡最大幅值缩减53.2%;当间隙升至0.5 mm后,虽磨损范围大幅增加,但间隙磨损深度并未随之大幅提升。

空穴效应对连杆小头轴承润滑及动力学特性的影响

将热弹流理论与活塞连杆组柔性多体动力学分析结合,利用AVL EXCITE软件建立连杆小头轴承润滑模型,并以油膜压力、轴心轨迹及润滑油填充率确定连杆小头轴承空穴位置,研究空穴效应对连杆小头轴承润滑及动力学特性产生的影响。结果表明,在发动机整个循环工况中连杆小头轴承一直存在空穴现象。考虑空穴后平均峰值油膜压力降低了6.5 MPa,平均油膜厚度降低了1.35μm,活塞销相对连杆小头轴承的速度及加速度分别增大了1.57μm/s和0.25μm/s^(2),连杆小头轴承润滑性能减弱,所受冲击增大。

考虑空穴效应的连杆小头摩擦副润滑特性与冲击影响研究

为改善连杆小头轴承润滑及活塞销冲击特性,基于粗糙峰接触理论、平均流量模型及弹流润滑理论,以某高压共轨4缸柴油机为研究对象,运用AVL EXCITE Power Unit软件搭建混合润滑活塞连杆组多体动力学模型,研究了考虑空穴条件下不同转速对连杆小头摩擦副润滑及冲击特性的影响规律。研究结果表明:标定功率转速2400 r/min下,在做功时刻1080°后峰值油膜压力达到最大值197.1 MPa,最小油膜厚度达到最小值1.8μm,而润滑油填充率在整个发动机循环过程中均低于0.12。在怠速800 r/min、最大扭矩转速1600 r/min、标定功率转速2400 r/min下,进气、压缩、做功、排气4个冲程过程中,空穴区域由连杆小头轴承下半区转移至上半区、再转移至下半区。转速升高会导致峰值油膜压力增大,最小油膜厚度减小,粗糙接触压力增大,活塞销Z向速度峰值加大,对连杆小头轴承冲击加重,在缸内最高燃烧压力时刻,800 r/min,1600 r/min,2400 r/min下的平均润滑油填充率均值为0.84,0.70,0.69,因润滑油填充率随转速的升高而降低,空穴程度加重。

低耗稳定的四间隙平面连杆多目标优化设计

为提高优化设计效率且更符合工程实践,提出了平面连杆机构低耗平稳的一套可量化的优化设计及评价体系。首先,从运动过程低耗稳定角度完成了综合方案设计和技术设计,基于含摩擦副平面连杆理论模型,建立了低耗稳定平面四连杆优化模型;其次,基于遗传算法,获得该机构的曲柄力矩、铰接点受力峰值和与摇杆角加速度pareto解集;最终,采用含四间隙平面连杆理论模型与龙格库塔法,对5组解动力学数值求解并对比选型。结果表明,满足设计要求下,相比于各目标均衡的方案5,方案1驱动力矩微增0.63%,摇杆角加速度降低了0.41%,各铰接点受力下降了2.94%、11.92%、12.92%、12.04%,既可低耗平稳,又助于减小磨损。该体系能有效减少优化时间,以及传统理论模型与实际差距。

基于FBG连杆变形感知及三维重构方法研究

连杆作为柴油发动机的关键零部件,其变形直接影响动力装备的性能和寿命。因此,检测连杆变形对保证动力装备的使用寿命具有重要作用。文中提出基于光纤光栅(fiber Bragg grating,FBG)船用柴油机连杆的变形检测技术,根据有限元分析连杆变形特点,设计FBG栅点的传感网络,建立连杆受力变形下的三维重构模型,并开发基于FBG连杆变形检测的软硬件系统,实现连杆变形的可视化监测。实验结果表明采用基于FBG的感知和重构技术检测连杆的变形是可行的,为连杆性能的精确检测以及船舶动力装备其他关键件的变形检测提供了新思路。

关于16PC2-6V400型柴油机连杆断裂故障原因分析及改进措施

针对某船的16PC2-6V400型柴油机在使用过程中出现的连杆断裂飞出,缸套破损,活塞顶卡滞、连杆大段掉落的故障现象,结合故障出现的环境和使用工况进行分析,通过建立故障树,对各故障原因进行排除,定位故障部位,通过对故障件进行微观形貌分析,明确故障为连杆螺纹根部刀痕应力集中处促使裂纹源萌生并以疲劳的方式发展最终断裂。针对该故障暴露的问题,提出具有可行性的解决方法,避免再次因该类型问题导致较大故障及损失的发生。

非圆齿轮-连杆组合式水稻钵苗膜上移栽机构优化设计与试验

为实现机械化一体式水稻钵苗膜上移栽要求,提出非圆齿轮-连杆组合式行星轮系移栽机构,用一套机构实现取苗、送苗、破膜挖穴和栽植4个工序协同配合作业,满足水稻钵苗膜上移栽所需的轨迹与姿态要求。对移栽机构进行理论分析并建立运动学模型,结合优化目标,基于Matlab GUI平台开发了数字可视化优化设计软件,通过人机交互获得1组满足移栽要求的机构参数。根据优化参数对机构开展结构设计与三维建模,通过ADAMS软件完成了虚拟样机仿真验证。研制了水稻钵苗膜上移栽机构物理样机与多功能试验测试台架,开展了移栽机构在空转和带苗状态下运动学特性和工作性能试验,结果表明,理论轨迹、虚拟样机仿真轨迹和物理样机台架试验轨迹在误差允许范围内保持一致,验证了移栽机构设计的一致性与正确性,性能试验结果:取苗成功率为94%,移栽成功率为92.36%,栽植株距变异系数为2.67%,满足移栽作业要求,验证了水稻钵苗膜上移栽机构设计的合理性与可行性。

往复压缩机连杆裂纹故障动力学仿真及振动响应分析

以往复压缩机连杆裂纹故障为研究对象,利用ADAMS和ANSYS软件建立往复压缩机刚柔耦合仿真模型,以连杆大小头间隙接触力为主要激励源,在此基础上添加连杆裂纹故障,通过仿真计算得到连杆裂纹激励的振动响应信号。考虑裂纹深度和输入转速等影响因素,进行变工况仿真,并通过仿真结果对比分析了连杆裂纹激励在机体表面的振动响应规律。结果表明,当往复压缩机发生连杆裂纹故障时,其振动信号的幅值会显著增大,并且裂纹深度越大、输入转速越高,振动信号的冲击和幅值就越大。仿真结果有助于对往复压缩机连杆裂纹故障的定性和定量分析。

头部支撑面角对连杆螺栓与大头盖接触应力的影响

国标六角法兰面螺栓对螺栓支撑面角度范围提出设计指导,但没有具体指出最佳角度,且其对螺栓预紧力及支撑面应力的影响尚无明确结论。通过建立发动机连杆螺栓的精细拧紧有限元仿真模型,并利用Yamamoto解析法验证了连杆螺栓有限元模型的准确性。研究了螺栓头部支撑面角对拧紧载荷下连杆螺栓预紧力和应力分布的影响,同时通过计算疲劳安全系数对螺栓头部支撑面的结构可靠性进行综合评估。结果表明:螺栓头部支撑面角取0.5°为最佳;提出了带有U型沉割槽的连杆螺栓结构模型,优化后的螺栓结构在螺栓头部与螺杆结合处的平均应力下降16.2%,平均疲劳安全系数提高19.6%。

钢-混组合结构群钉连接件的连杆效应试验研究

钢—混组合结构连接件中栓钉式群钉连接件存在单钉承载力折减及群钉中栓钉的剪力分布不均匀的情况,本文提出一种带连杆的群钉连接件,旨在通过在栓钉之间设置连杆使群钉中栓钉之间的剪力分布更加均匀,并提高构件的整体承载能力。利用推出试验结合有限元模拟,揭示了带连杆群钉连接件的作用机理,并通过参数分析给出群钉构件合理的连杆布置位置以及尺寸。研究结果表明:在构件达到极限承载力时,合理的设置连杆能够减少83.76%的栓钉底部剪力分布的不均匀程度,对构件承载能力的提升能达到8.56%。本文研究可为带连杆群钉连接件的结构优化提供一定的理论基础,推动新型连接件的发展。

新型连杆式双料分装供送机构的设计及应用

为实现双物料缓急有度地输出并分装入容器,提出一种新型连杆式供送机构。由1个能生成对称、自切且带有鲍尔点的特殊连杆曲线的四连杆机构,驱动2个阀门推杆执行带停歇的直线往复运动,以控制2个阀门交替开启和闭合。四连杆机构中曲柄、连杆、摇杆及机架杆的杆长比为1:1.8371:1.8371:2,连接杆与连杆等长,夹角为109.47°。分装过程的仿真结果表明:锥形阀门在开启/闭合阶段,其运动位置对出料区域的控制可使落料量变化平稳;在1个运动周期内完成双物料的分装,提高装料的效率。研究为包装机械中的其他推送装置的设计提供新思路。

E型多连杆后悬架系统振动分析及优化设计

以某款国产SUV的E型多连杆后悬架系统为研究对象,分析其拓扑结构和运动学关系,并利用Adams/Car和Hypermesh建立刚柔耦合的后悬架系统运动模型。以车轮外倾角和外倾前束的变化量为优化目标,设置上控制臂和前束拉杆的内外点坐标值作为设计变量,在Adams/Insight中进行优化设计。通过优化前后仿真曲线对比,表明车轮外倾角、车轮前束变化量有所减小,运动学特性得到一定的改善。同时,在实车悬架平顺性试验中,进一步验证了仿真结果的准确性。

带竖向连杆的偏心支撑钢框架结构抗震性能评估

带竖向连杆的偏心支撑钢框架结构通过在耗能梁两端增设竖向连杆,以改善传统偏心支撑钢框架结构中耗能梁非弹性变形不均匀的问题。本文分别根据考虑高阶振型影响的设计方法和原有设计方法,设计了带竖向连杆的偏心支撑钢框架算例,并增加传统K形偏心支撑钢框架结构对比算例,通过增量动力分析和易损性分析,从结构的破坏状态概率、易损性指数和抗倒塌储备系数三个方面对比结构的抗震性能。结果表明,3种结构均可满足我国抗震规范中“小震不坏”“中震可修”和“大震不倒”的抗震设计要求。由于竖向连杆的变形调节作用,带竖向连杆的偏心支撑钢框架结构出现软弱层的概率更低,其发生较重程度损伤的概率也更低,具有更好的抗倒塌性能。在地震动强度较大时,考虑高阶振型影响的设计方法设计的带竖向连杆的偏心支撑钢框架结构整体参与耗能,各层耗能梁塑性发展更加均匀,抗震性能更好。

L15B8发动机曲柄连杆机构设计

本设计以L15B8发动机为设计对象,依据曲柄连杆机构设计原则,对曲柄连杆机构主要零部件进行了设计,包括活塞连杆机构中活塞、连杆零部件参数设计,曲轴飞轮组中的曲轴、飞轮参数设计,机体组材料选取等方面,并对活塞、连杆等部件进行许用应力等方面的校核,最后验证了该设计满足设计要求。

摇臂连杆加工工艺与钻专夹设计

文章根据摇臂连杆的结构特点和技术要求,制订了该零件的机械加工工艺规程;在对定位装置、夹具装置及夹具体进行分析的基础上,设计并制造了用于第六道工序Φ35孔的钻孔专用夹具。应用结果表明,该夹具做到了加工精度保证、设计方案合理、结构简单实用,能有效提高摇臂连杆的加工质量及效率。

包装箱取放共轭凸轮多连杆机构的设计与仿真

将CAD技术应用到包装箱取放共轭凸轮多连杆机构中,进行了设计、建模及仿真。基于SolidWork草图功能,应用自上而下的方法对多连杆机构进行设计,应用Motion插件对共轭凸轮轮廓进行反求设计并进行三维建模,考虑凸轮与滚子的碰撞接触,在ADAMS中添加接触力并进行仿真分析。仿真结果表明能实现包装箱取放及开箱的既定动作,且误差较小,共轭凸轮机构的摆臂角加速度最大值为58°/s2,柔性冲击,考虑凸轮与滚子的接触碰撞对摆臂角加速度影响较大,最大值为1 398°/s2,接触力出现腾跳现象。设计方法方便准确,省去了繁琐计算,考虑接触碰撞会影响机构运行稳定性,为机构凸轮曲线优化提供依据,同时也为相关产品的研发提供了有效的设计方法。

一种曲柄连杆式惯容器的力学性能与隔震性能研究

基于惯容器(inerter)的耗能装置近年来受到结构减隔振(震)领域学者的极大关注。该文研究了一种新型惯容器——曲柄连杆式惯容器(CTI)。CTI由曲柄、连杆、齿轮箱和飞轮组成,具有表观质量可调和位移兼容性强等优点。提出了CTI装置与隔震支座在桥梁抗震中的联合布置形式。推导得到了CTI的表观质量解析表达式,及其线性近似条件。对CTI样机开展了不同表观质量及不同工作姿态下的力学性能试验。以一座典型的三跨变截面连续梁桥为例,采用数值方法研究了CTI在桥梁抗震中的参数设计方法并验证了其可靠性。研究结果表明:CTI可简化为线性惯容器的条件为最大变形应小于曲柄长度的0.312倍,连杆长度应大于曲柄长度的1.803倍。力学性能试验得到的表观质量与理论结果基本一致,通过改变曲柄长度可实现表观质量的精确调节,在线性工作范围内连杆工作姿态对表观质量影响不大。将CTI与隔震支座组合使用可在保证不发生落梁的情况下适度放大主墩顶处隔震支座的变形,提高其耗能效果,从而降低桥梁下部结构的地震响应。