機械原理之a(chǎn)dams建模發(fā)動機

1、 機械原理課程虛擬樣機仿真實驗報告 題 目： 基于ADAMS的內(nèi)燃機的仿真與分析 姓 名： 楊新航學 號： 15071062班 級： 1507132017年5月22日基于ADAMS的內(nèi)燃機的仿真與分析15071062 楊新航北京航空航天大學 機械工程及自動化學院 摘 要本文主要針對內(nèi)燃機，首先繪制機構(gòu)的運動簡圖，理論驗證機構(gòu)工作原理的可行性；然后使用SolidWorks軟件對機構(gòu)進行三維實體建模，使用ADAMS軟件對機構(gòu)進行仿真與分析。通過仿真，不僅驗證了手搖抽水機原理的可行性，而且對機構(gòu)傳力特性的分析，驗證了此機構(gòu)設(shè)計的合理性。關(guān)鍵詞： ADAMS；內(nèi)燃機；傳力特性.目 錄1、機構(gòu)簡單分析3

2、2、機構(gòu)的三維實體建模53、機構(gòu)的ADAMS仿真分析73.1模型的創(chuàng)建73.2模型的完善83.3機構(gòu)分析94、結(jié)束語12參考文獻121、機構(gòu)簡單分析圖1所示為一內(nèi)燃機，圖1為單缸四沖程內(nèi)燃機，其工作原理的描述可參考圖2。該機器內(nèi)含有三種機構(gòu)：曲柄滑塊機構(gòu)、凸輪機構(gòu)和齒輪機構(gòu)。其中，由缸體4、活塞3、連桿2和曲軸1等組成曲柄滑塊機構(gòu)，用于實現(xiàn)移動到轉(zhuǎn)動運動形式的轉(zhuǎn)換。由凸輪5和推桿6組成凸輪機構(gòu)，主要在于凸輪5利用其特定輪廓曲線使推桿6按指定規(guī)律作周期性的往復(fù)移動；齒輪1'、9、5'組成齒輪機構(gòu)，其運動特點在于將高速轉(zhuǎn)動變?yōu)榈退俎D(zhuǎn)動。上述三種機構(gòu)按照一定的時間順序（如圖）相互協(xié)調(diào)

3、、協(xié)同工作，將燃氣燃燒的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)榍S轉(zhuǎn)動的機械能，從而使這臺機器輸出旋轉(zhuǎn)運動和驅(qū)動力矩，成為能作有用功的機器。圖1 內(nèi)燃機單缸四沖程內(nèi)燃機的工作原理如圖2所示，當燃氣在缸體內(nèi)腔燃燒膨脹而推動活塞移動時，通過連桿帶動曲軸繞其軸線轉(zhuǎn)動。為使曲軸得到連續(xù)的轉(zhuǎn)動，必須定時地送進燃氣和排出廢氣，這是由缸體兩側(cè)的凸輪，通過推桿、擺桿，推動閥門桿，使其定時關(guān)閉和打開來實現(xiàn)的（進氣和排氣分別由兩個閥門控制）。曲軸的轉(zhuǎn)動通過齒輪傳遞給凸輪，再通過推桿和擺桿，使閥門的運動與活塞的移動位置保持某種配合關(guān)系。以上各個機件協(xié)同工作的結(jié)果，將燃氣燃燒的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)榍S轉(zhuǎn)動的機械能，從而使這臺機器輸出旋轉(zhuǎn)運動和驅(qū)動力矩，成

4、為能做有用功的機器，能使飛機飛行，也能使汽車行駛、船舶航行。根據(jù)機構(gòu)工作原理，繪制的內(nèi)燃機的運動簡圖如圖2所示。圖2 內(nèi)燃機運動簡圖經(jīng)分析可知，此機構(gòu)為復(fù)雜機構(gòu)，包含滑塊連桿，凸輪推桿，輪系機構(gòu)，凸輪與兩個齒輪鎖定，其中活動構(gòu)件數(shù)目n=7，低副數(shù)目PL=5，高副數(shù)目PH=8，因而機構(gòu)自由度F=3n-2PL-PH=3×7-2×8-1×5=1因為此四桿機構(gòu)的自由度為1，而機構(gòu)的主動件數(shù)目也為1，所以機構(gòu)具有確定運動。2、機構(gòu)的三維實體建模使用SolidWorks軟件建立的三維實體模型（用實物圖的形式創(chuàng)建）如圖3所示，我把推桿上部的結(jié)構(gòu)簡化，用圖一所示的結(jié)構(gòu)，推桿上部為

5、空筒。為便于觀察機構(gòu)的內(nèi)部機構(gòu)，在建模時對機殼、齒輪更改透明度。如圖（a）：小、大齒輪齒數(shù)比為1：2；兩個凸輪有270°是同一圓弧，還有90°范圍為凸起，兩個凸輪固定時相差90°，當滑塊連桿伸直豎直時，左邊凸輪與水平方向相差45°，右邊凸輪與水平方向相差135°（如圖a中兩根藍色基準軸）。這樣機構(gòu)運動時符合四沖程內(nèi)燃機運動時間順序。 （a）主視圖 （b）側(cè)面圖（c）有機殼的（d）機殼內(nèi)部圖3 內(nèi)燃機三維模型（已透視）3、機構(gòu)的ADAMS仿真分析3.1模型的創(chuàng)建在adams中創(chuàng)建齒輪、凸輪、連桿、滑塊、彈簧等機構(gòu)（用原理圖的形式創(chuàng)建）且確定位置，

6、得到圖四。圖4 內(nèi)燃機仿真的初始位形3.2模型的完善按照機構(gòu)實際，對構(gòu)建的機構(gòu)進行運動副和主運動的添加，添加后的結(jié)果如圖5所示。由于內(nèi)燃機點然后力和壓縮時力很復(fù)雜，所以簡化為將主運動添加在小齒輪的連桿上，主運動為60.0d * time。在完善模型后，可對機構(gòu)進行仿真。圖5 完善后的內(nèi)燃機機構(gòu)3.3機構(gòu)分析（1）運動分析 圖6 齒輪運動角度和時間圖 圖7 推桿位移時間圖由前文的運動簡圖可知，該機構(gòu)為復(fù)雜機構(gòu)，能夠?qū)⒒瑝K的往復(fù)擺動，轉(zhuǎn)化為凸輪的往復(fù)移動，從而實現(xiàn)機構(gòu)連續(xù)運動的功能。機構(gòu)的運動仿真結(jié)果可見所附文件內(nèi)燃機1.avi內(nèi)燃機2.avi。（2）力學特性分析由于此機構(gòu)要完成放氣，輸油的任務(wù)，

7、下面對凸輪推桿的傳力特性進行分析。壓力角或傳動角是判斷連桿機構(gòu)傳力性能優(yōu)劣的重要的標志。下圖是凸輪推桿的壓力角變化曲線。圖8推桿凸輪壓力角隨時間變化的規(guī)律由圖8可知，在凸輪運動的作用下，壓力角的變化范圍為-40°45º，因而可知，此時該機構(gòu)傳動角的范圍為4590º，最小傳動角的值為45 º，機構(gòu)具有較好的傳力性能。 圖9 彈簧受力時間圖 圖10 推桿杠桿之間受力時間圖由圖9發(fā)現(xiàn)彈簧伸長壓縮過程中受力總體趨勢符合胡克定律，但是幅度很大，力的大小變化快速，彈簧震動明顯。不利于彈簧壽命。由圖10，推桿和杠桿間的力變化也很大。上述兩個力不利于機構(gòu)的有效運轉(zhuǎn)，有待優(yōu)化。由以上分析可知，圖2中所示的內(nèi)燃機機構(gòu)可以較好地實現(xiàn)手動連續(xù)抽水的功能，機構(gòu)設(shè)計具有很好的合理性。4、結(jié)束語使用SolidWorks三維建模軟件和ADAMS虛擬樣機仿真分析軟件，不僅可以快速方便的建立機構(gòu)的三維模型，而且能夠?qū)C構(gòu)進行運動學與動力學仿真。這對于機構(gòu)的設(shè)計和驗證有重要意義。其中，由于虛擬樣機有別于物理樣機，只要能夠表達機構(gòu)真實的運動情況即可，并不需要完全