[发明专利]一种考虑曲柄和连杆振动的曲柄连杆机构驱动扭矩的预测方法

摘要

本发明的目的在于提供一种考虑曲柄和连杆振动的曲柄连杆机构驱动扭矩的预测方法，根据活塞销中心的瞬时坐标和曲柄销中心的瞬时坐标获取连杆的瞬时长度，再利用连杆瞬时长度的变化量和变化率获取连杆的动态内力；根据曲柄销中心处集中质量的动力学控制方程获取曲柄的瞬时长度，再利用曲柄瞬时长度的变化量和变化率来获取曲柄的动态内力；根据主轴颈中心处转动惯量的动力学控制方程获取曲柄的瞬时角位移，再利用曲柄瞬时角位移的相对变化量和相对变化率来获取曲柄的动态内力矩；最后根据曲柄销中心处连杆动态内力在垂直于曲柄方向的分力和曲柄的瞬时长度预测曲柄的驱动扭矩。本发明可以采用常用的数值方法求解，具有计算规模小、预测速度快的优点。

主权项

1.一种考虑曲柄和连杆振动的曲柄连杆机构驱动扭矩的预测方法，其特征是：(1)获取曲柄连杆机构中零部件的质量，包括曲柄销质量MPinC、以曲柄销中心线为对称中心并且附着在曲柄销上面的两个曲柄臂的质量MAC、连杆质量MR、活塞质量MPiston、活塞销质量MPinP、活塞环质量MRing；获取曲柄连杆机构中零部件的转动惯量，包括主轴颈转动惯量IJournal、以主轴颈中心线为对称中心并且附着在主轴颈上面的两个曲柄臂的转动惯量IAJ、两个曲柄臂在主轴颈与曲柄销之间部分的转动惯量IAW；(2)获取曲柄连杆机构中零部件的刚度参数，包括曲柄的弯曲刚度系数KC、曲柄的扭转刚度系数kC和连杆的纵向刚度系数KR，并分别取临界阻尼系数的2％作为相应的阻尼系数；(3)获取曲柄连杆机构中零部件的几何尺寸参数，包括曲柄的长度lC0、活塞顶横截面直径dP0、连杆小端中心与连杆重心的距离lRL、连杆大端中心与连杆重心的距离lRB、连杆小端中心与大端中心的原始距离lR0；(4)获取曲柄连杆机构的驱动力源数据列表，即气缸压力fG(t)；(5)获取曲柄连杆机构的负载运行角速度ωL(t)；(6)获取活塞的初始位移和初始速度，曲柄的初始角位移和初始角速度；(7)离散连杆的质量，即将连杆质量向连杆小端中心和大端中心离散；(8)建立曲柄连杆机构驱动扭矩的预测模型：活塞销中心处的集中质量MP包括活塞的质量MPiston、活塞销的质量MPinP、活塞环的质量MRing、连杆小端中心的简化质量MLittle，曲柄销中心处的集中质量MC包括曲柄销的质量MPinC、以曲柄销中心线为对称中心并且附着在曲柄销上面的两个曲柄臂的质量MAC、连杆大端中心的简化质量MBig，主轴颈中心的转动惯量IC包括主轴颈的转动惯量IJournal、以主轴颈中心线为对称中心并且附着在主轴颈上面的两个曲柄臂的转动惯量IAJ、两个曲柄臂在主轴颈与曲柄销之间部分的转动惯量IAW、集中质量MC的转动惯量ICrank；(9)输入当前时刻驱动力源数据，即气缸压力fG(t)；(10)根据活塞销中心处集中质量MP的动力学控制方程获取当前时刻活塞销中心的瞬时坐标(xP,yP)，利用曲柄的瞬时角位移θC(t)和瞬时长度lC(t)获取当前时刻曲柄销中心的瞬时坐标(xC,yC)；(11)根据活塞销中心的瞬时坐标(xP,yP)、曲柄销中心的瞬时坐标(xC,yC)获取连杆的瞬时长度lR(t)，利用连杆瞬时长度lR(t)的变化量[lR0‑lR(t)]和变化率dlR(t)/dt来获取连杆的动态内力；(12)根据曲柄销中心处集中质量MC的动力学控制方程获取曲柄的瞬时长度lC(t)，利用曲柄瞬时长度lC(t)的变化量[lC0‑lC(t)]和变化率dlC(t)/dt来获取曲柄的动态内力；(13)根据主轴颈中心处转动惯量IC的动力学控制方程获取曲柄的瞬时角位移θC(t)，利用瞬时角位移θC(t)的相对变化量[θC(t)‑θL(t)]和相对变化率[dθC(t)/dt‑ωL(t)]来获取曲柄的动态内力矩；(14)预测当前时刻曲柄连杆机构的驱动扭矩TT(t)；(15)返回步骤(9)，进行下一个时刻的预测过程，直至预测结束。