2。基于虚拟样机的分析方法 从二十世纪八十年代以来，科学技术不断发展，新的计算机技术（计算机辅助设

计和虚拟样机等）越来越多，曲柄连杆机构运动学、动力学分析的手段和技术也有了 更多的选择[12-14]。

二十世纪八十年代以来，CAD 实体建模技术已经越来越成熟，CAD 实体建模系 统广泛地采纳了七十年代的造型技术（线框模型、边界表示法等），技术市场上就出 现了大批专业化的 CAD 商业软件系统，例如现在 PRO-E、UG 等软件得到广泛应用。 随着 CAD 实体建模技术的不断发展和改善，现已越来越成熟，成为了实体建模技术 的重要工具，为内燃机动力学分析奠定了基础[15-17]。

从二十世纪八十年代末期到九十年代中后期，许多专家发表了与多体动力学方面 有关的著作[18]，多体动力学系统分析时采用了多种不同的理论和方法，如适用于一般 自由离散系统的凯恩法、采用图论概念的罗伯斯方法和基于系统观点的拉格朗日方法

等等。

相比较于传统方法，该方法避免了由于构件简化造成的误差；通过柔性化处理可 以对弹性特性进行研究；通过对多体系统进行模拟仿真，可以得到各作用力之间的关 系以及作用于构件上产生的效果[19]。

2 国内外研究现状

Bargis[20]，李惠珍等[21]，Okamura 等[22]在用有限元法计算曲轴振动时，主轴承轴 颈和曲柄销以圆柱体直梁的形式呈现，曲柄臂和配重以变截面矩形梁的形式呈现，得 到以梁为基础单元的曲轴的框架模型。在框架模型中，曲轴的不同结构部分使用具有 规则形状的连续实体代替，并保持了曲轴原有的基本形状。

Nadolsk 和郝志勇等[23,24]将内燃机曲轴轴系通过阶梯形轴式建立模型，然后对其 扭振问题求解。其中两曲柄臂上的质量不仅包括其自身的，还有活塞连杆机构的附加 质量，而为了方便分析，对单位曲拐进行简化，其模型为一组同心的阶梯轴。将其与 集总参数模型进行比较，得到的计算结果更加接近实际。

2005 年，吴楠，张保成等以多体系统动力学理论为基础，以某柴油机为研究对 象，对其进行了动力学仿真分析，获得了各构件上的动力学参数（活塞、曲柄销及主 轴颈上所承受的载荷等）。通过传统算法与现代算法的对比，证明了采用现代算法更 加便捷和先进，所得到的结果成为了以后此类型柴油机优化设计研究的数据参考[26]。

2005 年，杨宗明和马哲树等在 Visual Nastran 软件平台上，先用其他软件建立 PA6-28 型柴油机的活塞、连杆和曲轴的模型，将模型导入 Visual Nastran 中后，然后 添加载荷对模型进行约束。曲轴上需要约束其阻力矩，同时设置其转速，而且轴承的 承受范围是一定的，需要加以控制；现实中活塞的运动范围是确定，所以模型上需要 添加约束，同时活塞顶面受到气体燃烧产生的压力，因此要加上此载荷。完成上述操 作后，再以表格形式将一个工作周期的所有的力导入，就可以进行运动学和动力学仿 真，得到其运动学和动力学特性，所得到的结果类似与理论计算结果[25]。

2006 年蒋立军[27]以 S195 柴油机为研究对象，应用 PRO/E 软件建立其活塞、 连杆和曲轴模型，并导入 ADAMS 软件并装配起来，再对其进行仿真模拟分析，得到 有限元分析的载荷文件。他在进行动力学分析时，没有考虑各构件之间的摩擦阻力， 他加以考虑的力主要包括：不平衡惯性力、气体燃烧产生的压力以及活塞对气缸套的 侧压力和翻转力矩，在进行仿真分析之前，先要添加各构件自身重力以及活塞顶端上的气体压力，其他的力通过对这两个力进行换算得到，这两个力会进行一定的简化， 但不会对仿真结果造成太大影响[27]。