摘 要

活塞式空压机各个部件复杂而又密不可分，其中最重要的便是曲轴,空气压缩机在正常运转的情况下，它会收到各个方向及各个来源所传递给它的力的作用与力矩,所以空气压缩机的曲轴会拥有非常多各种各样的种类和特性，而这些特性的好坏也直接决定整个空压机可不可靠，能用多久等,所以在理论的角度进行动力学的分析和实验是十分必要的。但是旧的一些分析方法和设计已经难以符合现在市场的要求,而有关动力学的知识运用会使分析空压机的有关方面更加便利。

在曲轴以非常高的速度运转的时候，曲轴在外界的频率影响下可能会产生共振的情况，这种情况一旦发生很容易造成一些危险的事故。所以设计曲轴要考虑到它的特性。而仿真运动力求模拟真实的曲轴连杆机构运转过程，并加上真实的约束条件来模拟仿真，并通过仿真的结果判断曲轴连杆机构的特性。

关键词：关键部件 动态特性 建模 运转情况Abstract

The components of piston air compressor are complex and inseparable, the most important of which is the crankshaft. Under the condition of normal operation, the air compressor will receive the action and torque of the force transmitted to it by all directions and sources. Therefore, the crankshaft of the air compressor will have many kinds and characteristics, and the quality of these characteristics also directly determines whether the whole air compressor is reliable and how long it can be used, and so on. Therefore, it is very necessary to carry out dynamic analysis and experiment from the theoretical point of view. However, some old analysis methods and designs have been difficult to meet the requirements of the current market, and the application of knowledge about dynamics will make the analysis of air compressors. The parties concerned are more convenient.

When the crankshaft runs at a very high speed, the crankshaft may resonate under the influence of external frequency, which can easily cause some dangerous accidents in the event of occurrence. Therefore, its characteristics should be taken into account in the design of crankshaft. The simulation motion tries to simulate the running process of the crankshaft linkage mechanism, and the real constraints are added to simulate the simulation, and the characteristics of the crankshaft linkage mechanism are judged by the simulation results.

Key words：Key component,Dynamic characteristis,Modeling,Working order.

目录

1.绪论 1

1.1研究背景 1

1.2国外研究现状 1

1.3国内研究现状 2

1.4论文研究目的及意义 2

2.空压机曲轴连杆机构结构及其建模 4

2.1空压机曲轴连杆机构的结构 4

2.2空压机曲轴连杆机构的建模 4

2.3模型的建立 5

3.曲轴连杆机构多柔体动力学分析 7

3.1多柔体动力学理论基础 7

3.2曲轴连杆系多柔体动力学建模 7

3.3本章小结 8

4.曲轴连杆机构多刚体动力学分析 9

4.1曲柄连杆机构的动力分析 9

4.2曲柄连杆机构的动力学分析 9

4.3曲柄连杆系多刚体动力学建模 11

4.3.1曲轴连杆机构实体模型的建立 11

4.3.2曲柄连杆系多刚体动力学建模 12

4.3.3曲柄连杆系多刚体动力学计算 14

4.3.4曲轴连杆系动力仿真分析 16

4.3.5曲轴连杆系动力仿真计算结果 17

4.3.6动力学计算总结 20

5.总结与展望 21

5.1全文总结 21

5.2课题展望 21

参考文献 22

致谢 23

第1章 绪论

1.1研究背景

随着社会的慢慢进步和科学的慢慢发展及完善，船舶行业有了翻天覆地的变化与长足的进步，越来越多的新型技术和先进的设备被应用到船舶上，这使得船舶行业得到了极大的提升。各地人口的迁移与工商业贸易的发展更是促使船舶向巨大化，自动化，节能化。所以在船只的制造与选择时，会选择自动化程度高、能量转化率高的设备，还会选择节能型的设备以提高经济效益^[1]。

空压机是现代化工业生产中十分重要的一种装置，不仅仅在造船业，其他行业例如汽车制造业也十分广泛。作为船舶生产最重要的四个装置之一，对船舶的安全地在海上航行、各部件高效率地运转等方面有着十分严格的指标^[2]。首先，空气压缩机在船舶整个行业中的地位十分重要，作用不言而喻：产生压缩空气，从而保证柴油机主机的正常启动以及换向的问题，并且实现主要设备及辅助设备的自动化控制。空气压缩机在整个船只的航行的过程中很多次被使用到，而它的安全性能与整个船只的正常运行息息相关，并且不同情况的船只配置的空气压缩机也不一样，对其要求也不一样。曲轴作为空气压缩机中最关键的一环，它的性能对空气压缩机有着非常直接的影响，在船舱之下空气压缩机在运转的情况下产生的噪声与振动会对船舱下的工作人员造成很大的影响，在有环境污染的情况下还有一些安全隐患。曲轴不仅承受着外界的转矩等，同时还承受着活塞连杆组合的运动时的惯性力的影响，以及压缩空气时候产生的阻力^[3]。复杂的作用力在曲轴内各种不同的应力，并在曲柄销轴颈与主轴颈等地方出现应力集中的情况。因此，曲轴如果无限循环重复运转可能会出现失效，断裂的情况。所以算出曲轴的动力学的计算结果能对后面的分析产生深远的影响。对不一样的船舶中的空气压缩机的曲轴的动力学性能进行研究，会对空气压缩机及其以后的发展产生很重要的影响。

1.2国外研究现状

活塞式压缩机历史十分悠久，想制造压缩机也不是难事，因为它的结构简单。现在看来活塞式压缩机是一种比较基本的类型了，因为它被用到的地方太多了。而对于空气压缩机来说其实世界上现在最主要的研究方向还是新工艺，新效率，新材料，当然还有很重要一点就是降低噪声^[4]。而其他国家则试着加入更多的计算机技术，使空气压缩机得到更大的进步。根据国外的现有成果来看,空压机以及发展到一个很不错的高度了，而他们主要研究机器的性能与使用时间。而计算机在空压机领域的越来越多地运用也说明了未来的空压机肯定是向自动的方面发展的。

美国在将计算机应用到空压机方面拔得头筹，率先取得突破，联合分析与设计的方法，为优化旧的空压机和设计出新的机器找到了更佳的途径^[5]；在诊断的问题上,美国利用压力感受器测出压力变化，并用压力变化的信号来发现空气压缩机的问题出现在哪个地方,是怎样造成的。利用计算机去计算并研究气阀在运转时的规律气阀的特性与本身参数，能更加快速和简洁。气阀的研究和可靠性的研究取得明显效果^[6][7],在控制气阀的容积这个问题上也取得了傲人的成果。气流与管道方面的模拟，使管道的设计更加合理,消除振动更加有效^[8]。在预测空压机的性能等等工作中,成功对空压机几何特征、曲线绘制与过程展示进行了预测,避免了很多不必要的麻烦,很大程度上缩短了时间并减少了费用。

1.3国内研究现状

国内的空压机发展始于上个世纪，那个时代对空压机有着特殊的需求，所以空压机生产产业孕育而生。早期的空气压缩机主要是仿制其他强国的仿制品,而后空压机的专业又开始在各大学府慢慢兴起,这时也有了更多的企业与工厂去投入到空压机的研究与生产当中,我国从无到有，在自己的努力之下，将空压机这一块迅速地发展，并成为了国家经济中重要的一环。从最开始仿照别人的机器进行仿造到现在我们能够自己单独制造和别的国家一起制造,我们努力开发所以我们现在到了一个非常领先的位置，而我们的产品也是越来越多，种类数不胜数，品种不胜枚举,在研究与制造两个方面两开花,而某些关键技术我们已经领先世界。而制动空压机与此同时也在发展着，进排气系统为板阀结构,总的来说效率很低、没有什么可靠性。而汽车制造业的蓬勃发展,制动空压机也是随之一同进步同时对空压机的要求也越来越高,所以国内外各个企业工厂都在着手于空压机的各种优化。近十年来的总体发展趋势是单缸、立式、进气排气卸荷和水冷^[9]。特别是国产化柴油机,使制动空压机与国外的差距越来越小,部分产品的技术与性能更是可以说达到了国际领先水平。

1.4论文研究目的及意义

随着社会的慢慢进步和科学的慢慢发展及完善，船舶行业有了翻天覆地的变化与长足的进步，越来越多的新型技术和先进的设备被应用到船舶上，这使得船舶行业得到了极大的提升。各地人口的迁移与工商业贸易的发展更是促使船舶向巨大化，自动化，节能化。所以在船只的制造与选择时，会选择自动化程度高、能量转化率高的设备，还会选择节能型的设备以提高经济效益。