エンジンのクランクシャフトの動作解析

こんな方におすすめ

ピストンヘッドで発生する PWM（パルス波）などの複雑荷重を元にフィードバック制御設計を行いたい方
クランクシャフトから出力される応答を元にフィードバック制御設計を行いたい方

Ansys Simplorer で荷重を制御するため、Ansys Rigid Body Dynamics（以降、RBD）上で Simplorer Pin（入力変数用のピンと出力変数用のピン）を追加します。その後、Ansys Simplorer側で RBD のモデルをインポートしますと、回路コンポーネントが作成され、Ansys Simplorer で操作できるピンが現れます。このピンに力荷重を載荷すれば、RBDを制御することが出来、かつその結果（ここではクランクシャフトの回転数）などもAnsys Simplorer で表示することが出来ます。今回の事例は奇数番（1、3、5番）のピストンヘッドに図２の力荷重を載荷し、偶数番（2、4、6番）のピストンヘッドに図3の力荷重を載荷します。更に初期回転を付与するため、クランクシャフトに図4のようなモーメント荷重を載荷します。図５に解析結果を示しますが、こちらは横軸が時間、縦軸が回転角度[rad] になっており、回転速度が徐々に増加している様子が分かります。

解析モデル

図1.Ansys Rigid Body Dynamicsで設計したクランクシャフトの6つのピストンヘッドにAnsys Simplorer で力荷重を載荷するシステム

図2.　1、3、5番ピストンヘッドに力荷重を載荷する場合の時系列データ

図3.　2、4、6番ピストンヘッドに力荷重を載荷する場合の時系列データ

図4.　クランクシャフトにモーメント荷重を載荷する場合の時系列データ

図5.　クランクシャフトの回転角度に関する時系列データ

効果

Ansys Rigid Body Dynamics で設計したクランクシャフトについて、Ansys Simplorer と連携することで複雑な荷重を載荷することが可能になります。応用例としては、トルクや回転数によるフィードバック制御や制御パラメータの最適化、制御回路との連成解析を行うことが可能です。