近几十年来，作为计算机模拟技术的多刚体动力学模拟得到发展，在对设计方案 进行分析和优化时，这是一种有效方法，越发广泛地应用在机械设计这一领域。它通 过计算机建立的机构虚拟模型，对其进行模拟实验研究，在分析模拟实验时，依据基 础物理原理，在计算机上进行模拟仿真实验。刚体力学、分析力学、计算机力学等多 个力学学科的内容相互结合形成了多体动力学，在多个工程领域中多体动力学得到了 实践应用，因此发展了起来[4]。现如今经常使用的多体动力学模拟软件有 ADAMS, Pro/Mechanics,Working model3D 等。在进行分析时，不需要编写复杂的仿真程序， 不需要生产出产品样机而且不用对其进行考核，这两点是多刚体动力学模拟软件的最 大优势。现如今，曲柄连杆机构运动学和动力学仿真已经在国内大学和企业中进行了 研究和局部使用，这样可以发现柴油机曲柄连杆机构的运动干涉并及时进行修改从而 避免对设计中后期产生影响，对其运动和动力学性能等进行校核，提供了设计时所需 的参考[5-7]。86016

1 国内外研究方法简介

活塞、连杆和曲轴是曲柄连杆机构的三大基本构件，其运动学主要研究的是基本 构件的位移、速度和加速度随曲柄转角以及时间变化的变化规律；动力学主要研究的 是作用于基本构件上的作用力（气体力、惯性力、轴承力等）以及各作用力之间的联 系[8]。

现如今，国内外已经存在很多种较为完善和成熟的曲柄连杆机构运动学和动力学 分析方法。主要的传统方法图解法和解析法。图解法正如字面解释，此方法是以图像 的形式将分析结果显示出来。各构件的位移、速度和加速度随曲轴转角以及时间的变 化规律可以直截了当从图中看出，同样各构件上的作用力的大小以及变化趋势也能看 出。但是由于没有任何计算，其精确度相对就不是很高。图解法可以用来辅助解析法， 这样可判断计算结果的真确性以及选定初值。解析法首先要列出各构件的平衡方程， 然后通过联立方程组的方法进行求解，最后得到运动副约束反力和平衡力矩。

总结曲柄连杆机构运动学和动力学研究方法，可以分为两种：质点力系分析和基 于虚拟样机的分析。前者较为抽象化，将柴油机机构中复杂的部分进行简化，但是保 留其基本特征，再对简化后的机构进行分析；后者需要在计算机中建立与真实模型相 同的模型，再对机构模型进行运动学和动力学分析[9]。

1。质点力系分析方法 该方法经常被应用于传统上对柴油机曲柄连杆机构进行运动学和动力学分析。由

于各构件上的质量分布不均，所以在对各构件模型进行分析时，需要对其进行简化， 通常将各构件简化为质心处的质点，由于连杆小头与活塞相连，大头与曲轴相连，所 以被简化为位于大、小头中心的两个质点，各质点之间如同存在一股无形的力将其连 接在一起，我们将其视为刚性杆件，质点通过铰链连接在杆件之上。外力载荷可以作 用于质点上，驱动添加在杆件上使其可以运动[10]。该系统不仅起到运动传递的作用， 还起到传递载荷的作用。该方法的应用前提条件是已知缸内气体压力，先计算出各构 件的质量，然后在正常工作状态下求得各构件的惯性力（往复惯性力、旋转惯性力等）。 最后对系统中各作用力进行一系列的处理，得到柴油机的受力情况。

此方法的分析条理清晰，操作起来比较简单。但是各构件均被认为是刚性的，没 有考虑到其弹性形变，忽略了构件质量分配不均匀，往往会偏离本来的构想，所以只 能将产品样机制作出来，在进行试验确认其合理性[11]。