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PTC 用户精英大会用户精英大会用户精英大会用户精英大会 2002 2002 年年年年 7 月月月月 18 19 日日日日 海南博鳌海南博鳌海南博鳌海南博鳌 Pro MECHANICA MOTION 在直列式在直列式在直列式在直列式 4 缸发动机缸发动机缸发动机缸发动机 输出扭矩分析计算中的应用输出扭矩分析计算中的应用输出扭矩分析计算中的应用输出扭矩分析计算中的应用 上海大众汽车有限公司 陆伟领 一 简述 本文简单介绍在点火顺序为 1 3 4 2 和已知气体压力时用 Motion 进行发 动机输出扭矩计算 的过程 二 计算前的准备 1 模型的建立见 图 1 2已知参数 设发 动机转速为 4000rpm曲柄 半径 43 5mm 图图图图 3 工作缸工作缸工作缸工作缸 2 气体压力曲线气体压力曲线气体压力曲线气体压力曲线 图图图图 4 工作缸工作缸工作缸工作缸 3 气体压力曲线气体压力曲线气体压力曲线气体压力曲线 图图图图 5 工作缸工作缸工作缸工作缸 4 气体压力曲线气体压力曲线气体压力曲线气体压力曲线 3 气体压力文件见图 2 图 5 用文本编辑器创建一个双列数据文件第 1 列为横坐标和时间有关的变 量第 2 列为气体压力图中单位为 bar 加载时乘上活塞面积并使 力的单位为 N 即可 presure bar 0 10 20 30 40 50 60 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 73 presure bar presure bar 0 10 20 30 40 50 60 1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71 presure bar presure bar 0 10 20 30 40 50 60 1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71 presure bar presure bar 0 10 20 30 40 50 60 1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71 presure bar 图图图图 1 模型的建立模型的建立模型的建立模型的建立图图图图 2 工作缸工作缸工作缸工作缸 1 气体压力曲线气体压力曲线气体压力曲线气体压力曲线 三 扭矩的计算公式 从图 6 可看出这是一个单缸发动机的曲柄机构包括零件活塞连杆和 曲轴作用在活塞上的气体力 Fg 可分解为侧向力 Fn 和连杆力 Fs 而连杆力 Fs 在曲轴上又可分解为周向力 Ft 和径向力 FrFt 乘上曲柄半径 R 就可得 到曲轴扭矩 连杆力 Fs Fg cosB 周向力 Ft Fs sin A B Fg cosB sin A B 曲轴扭矩 T Ft R Fg cosB sin A B R 四 进入 Motion 后的要点 1定义材料 例将活塞材料定义为 Al2014定义连杆及曲轴材料这 样零件就有了质量特性 2定义 Body 本例为 4 缸发动机所以一共定义了 10 个 Body 曲轴 1 body 活塞 4 bodies 连杆 4 bodies Ground 1 bodyMotion 默认在装配状态下的 Datum points 为 Ground Body本例在装配状态下建了 6 个 Datum Points分别在曲轴 两端各 1每个活塞的轴线处各 1这些都是下面定义连接所必须的模 型准备工作 3 定义连接 曲轴连接在曲轴两端以定义有 Ground body所以把它定义成 P 图 6 曲柄机构气体力的分解 活塞 连杆 曲轴 连接 PIN 连接只有个方向的转动自由度 连杆与曲轴的连接 连杆和曲轴相对只有转动关系 所以也定 义 为 PIN 连接 连杆与活塞的连接 虽然这连接的相对转动关系与 4 3 2 相同 但 它们的连接要定义为 CYLINDE连接否则会过约束 CYLINDE 连接允许个方向的转动和个方向的移动 活塞连接活塞与 Ground发动机缸壁则定义为 SLIDER连 接 SLIDER 连接只有个方向的移动自由度 4 定义载荷 fixed force 在活塞上由上而下定义上述载荷载荷数据来自上面创建的 TAB 文件输入 Yscale按此方法依次加上 1 2 3 4 缸的载荷 定义 Gravityg 9800 mm s2 5 建立测量 True Angle 的测量建立角 A B 的测量 建立 Load 的测量Fg 的测量 建立计算测量 Tn Fg sin A B cosB R n 1 2 3 4 T T1 T2 T3 T4 6 定义 Drive为了和载荷的时序匹配给曲轴加一个转动转速为 4000rpm同样也作了个数据文件横坐标为时间纵坐标为角度这 样就使得转角和载荷就一一对应了 7 定义 Motion 分析 我们知道发动机汽缸四冲程的 1 个工作循环是曲轴转 2 圈即 720 180 Rad 所以 1 个工作循环所需时间为 t 720 4000 360 60s 0 03 s 将 Start time 设置为 0 Duration 设置为 0 03 Increment 设置为 0 001 其他不变 8 运行及结果输出 Run Results 从以上所定义的测量Results 中有个 Graph 功能它可以把计算结果输出 你所需的图表T1T2T3T4 分别为 1 2 3 4 缸在产生的扭矩当然你 也可得到 Ft1 Ft2 Ft3 Ft4 的图表只要建立 Ft1 Ft4 的计算测量就可见 下页 T1