機(jī)械原理課程虛擬樣機(jī)仿真

1、機(jī)械原理課程虛擬樣機(jī)仿真實驗報告題 目： 基于ADAMS的單缸四沖程內(nèi)燃機(jī)仿真與分析 姓 名： 蘇雨學(xué) 號： 14041032班 級： 1404112016年5月8日基于ADAMS的單缸四沖程內(nèi)燃機(jī)仿真與分析14041032 蘇雨北京航空航天大學(xué) 能源與動力工程學(xué)院 摘 要本文主要針單缸四沖程內(nèi)燃機(jī)，首先繪制機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖，理論驗證機(jī)構(gòu)工作原理的可行性；然后使用SolidWorks軟件對機(jī)構(gòu)進(jìn)行三維實體建模，使用ADAMS軟件對機(jī)構(gòu)進(jìn)行仿真與分析。通過仿真，不僅驗證了單缸四沖程內(nèi)燃機(jī)原理的可行性，而且對機(jī)構(gòu)傳力特性的分析，驗證了此機(jī)構(gòu)設(shè)計的合理性。關(guān)鍵詞： ADAMS；單缸四沖程內(nèi)燃機(jī)；建模；

2、仿真與分析。目 錄1、機(jī)構(gòu)簡單分析42、機(jī)構(gòu)的三維實體建模53、機(jī)構(gòu)的ADAMS仿真分析63.1模型的導(dǎo)入63.2模型的完善63.3機(jī)構(gòu)分析74、機(jī)構(gòu)拓展（此部分也可省略不寫）84.1其它四沖程內(nèi)燃機(jī)簡介85、結(jié)束語9參考文獻(xiàn):101、機(jī)構(gòu)簡單分析圖1為單缸四沖程內(nèi)燃機(jī)，其工作原理的描述可參考圖2。該機(jī)器內(nèi)含有三種機(jī)構(gòu)：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)和齒輪機(jī)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(jī)構(gòu)，用于實現(xiàn)移動到轉(zhuǎn)動運(yùn)動形式的轉(zhuǎn)換。由凸輪5和推桿6組成凸輪機(jī)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(jī)構(gòu)，其運(yùn)

3、動特點在于將高速轉(zhuǎn)動變?yōu)榈退俎D(zhuǎn)動。上述三種機(jī)構(gòu)按照一定的時間順序相互協(xié)調(diào)、協(xié)同工作，將燃?xì)馊紵臒崮苻D(zhuǎn)變?yōu)榍S轉(zhuǎn)動的機(jī)械能，從而使這臺機(jī)器輸出旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和驅(qū)動力矩，成為能作有用功的機(jī)器。圖1 內(nèi)燃機(jī)單缸四沖程內(nèi)燃機(jī)的工作原理如圖2所示，當(dāng)燃?xì)庠诟左w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(jìn)燃?xì)夂团懦鰪U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(jìn)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(yùn)動與活塞的移動位置保持某種配合關(guān)系。以上各個機(jī)件協(xié)同工作的結(jié)果，將燃?xì)馊?/p>

4、燒的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)榍S轉(zhuǎn)動的機(jī)械能，從而使這臺機(jī)器輸出旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和驅(qū)動力矩，成為能做有用功的機(jī)器，能使飛機(jī)飛行，也能使汽車行駛、船舶航行。 圖2 單缸四沖程內(nèi)燃機(jī)的工作原理經(jīng)分析可知，此機(jī)構(gòu)活動構(gòu)件數(shù)目n=7，低副數(shù)目PL=8，高副數(shù)目PH=4，因而機(jī)構(gòu)自由度F=3n-2PL-PH=3×7-2×8-1×4=1因為此機(jī)構(gòu)的自由度為1，而機(jī)構(gòu)的主動件數(shù)目也為1，所以機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動。2、機(jī)構(gòu)的三維實體建模使用SolidWorks軟件建立的三維實體模型如下圖所示。為便于觀察機(jī)構(gòu)的內(nèi)部機(jī)構(gòu)，在建模時對內(nèi)燃機(jī)外殼進(jìn)行了適當(dāng)?shù)钠是小?正視圖 側(cè)視圖 俯視圖軸測圖3、機(jī)構(gòu)的ADAMS

5、仿真分析3.1模型的導(dǎo)入將使用SolidWorks軟件建立的三維實體模型，按照單一零件的方式逐一導(dǎo)入adams軟件，再改變這些零件的相應(yīng)坐標(biāo)，使得零件移動到相應(yīng)位置。3.2模型的完善導(dǎo)入完成后，添加零件之間的連接運(yùn)動副。最后添加驅(qū)動。對于齒輪傳動和凸輪連接部分，我使用adams機(jī)械包中的齒輪和凸輪組件完成。其中，添加到機(jī)構(gòu)上的主運(yùn)動為30d*sin(time)，添加在發(fā)動機(jī)曲軸上。在完善模型后，可對機(jī)構(gòu)進(jìn)行仿真。3.3機(jī)構(gòu)分析（1）運(yùn)動分析把曲軸轉(zhuǎn)兩圈(720°)，活塞在氣缸內(nèi)上下往復(fù)運(yùn)動四個行程，完成一個工作循環(huán)的內(nèi)燃機(jī)稱為四沖程內(nèi)燃機(jī)。單缸四沖程內(nèi)燃機(jī)工作分為以下四個沖程。吸氣沖

6、程進(jìn)氣門打開，排氣門關(guān)閉，活塞向下運(yùn)動，汽油和空氣混合物進(jìn)入氣缸。壓縮沖程進(jìn)氣門和排氣門都關(guān)閉，活塞向上運(yùn)動，汽油與空氣混合物被壓縮。把機(jī)械能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能。做功沖程壓縮沖程結(jié)束時，火花塞產(chǎn)生電火花，使燃料猛烈燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的氣體。高溫高壓氣體推動活塞向下運(yùn)動，帶動曲軸轉(zhuǎn)動，對外做功。四個沖程中只有做功沖程對外做功，其他三個沖程都是靠做功沖程的慣性完成的。把內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。排氣沖程進(jìn)氣門關(guān)閉，排氣門打開，活塞向上運(yùn)動，把廢氣排出氣缸。（2）力學(xué)特性分析在我設(shè)計的的單缸四沖程發(fā)動機(jī)中，我運(yùn)用adams分別研究了凸輪和氣門，曲軸和連桿在運(yùn)動時的壓力角隨時間的變化關(guān)系并運(yùn)用adams中的設(shè)計探索功

7、能繪制壓力角隨時間的變化圖像。凸輪和氣門在運(yùn)動時壓力角隨時間的變化圖像曲軸和連桿在運(yùn)動時的壓力角隨時間的變化圖像4、機(jī)構(gòu)拓展4.1其它內(nèi)燃機(jī)簡介六沖程內(nèi)燃機(jī)六沖程內(nèi)燃機(jī)，包括氣缸、活塞、進(jìn)氣門、排氣門和曲軸，其完成一個工作循環(huán)包括氣缸、活塞、進(jìn)氣門、排氣門和曲軸，其完成一個工作循環(huán)包括吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程，所述的吸氣沖程是，進(jìn)氣門打開，活塞由上止點向下止點移動，混合氣被吸入氣缸，壓縮沖程是，進(jìn)氣門關(guān)閉，活塞由下止點向上止點移動，氣缸內(nèi)混合氣被壓縮，做功沖程是，活塞移動接近上止點時，火花塞提前點火，混合氣燃燒，燃燒產(chǎn)生高溫高壓氣體在氣缸內(nèi)膨脹，將活塞由上止點向下止點推動。與四沖程內(nèi)燃機(jī)相

8、比，有三大優(yōu)點：從經(jīng)濟(jì)性相比其耗油量只有四沖程內(nèi)燃機(jī)的二分之一；從動力性相比其升功率要比四沖程內(nèi)燃機(jī)大35%；從環(huán)保方面相比其有害廢氣排量只有四沖程內(nèi)燃機(jī)二分之一。1其特征在于：活塞移動到下止點時，開始放氣壓縮沖程，排氣門打開，一部分廢氣迅速排出，排氣門關(guān)閉，活塞由下止點移動到上止點，氣缸內(nèi)剩余的部分高溫氣體被壓縮，活塞移動到上止點，開始噴水膨脹沖程，噴水泵通過氣缸上設(shè)有的噴水嘴向氣缸里噴水，水接觸到焰熱的氣體，產(chǎn)生水爆，汽水混合物體積急劇地膨脹，產(chǎn)生的高壓氣體推動活塞從上止點向下止點移動，最后是排氣沖程，排氣門第二次打開，廢氣和水蒸汽迅速排出。結(jié)構(gòu)示意圖轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)與傳統(tǒng)往復(fù)式發(fā)動機(jī)

9、的比較：往復(fù)式發(fā)動機(jī)和轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)都依靠空氣燃料混合氣燃燒產(chǎn)生的膨脹壓力以獲得轉(zhuǎn)動力。兩種發(fā)動機(jī)的機(jī)構(gòu)差異在于使用膨脹壓力的方式。在往復(fù)式發(fā)動機(jī)中，產(chǎn)生在活塞頂部表面的膨脹壓力向下推動活塞，機(jī)械力被傳給連桿，帶動曲軸轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)，對于轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)，膨脹壓力作用在轉(zhuǎn)子的側(cè)面。從而將三角形轉(zhuǎn)子的三個面之一推向偏心軸的中心。這一運(yùn)動在兩個分力的力作用下進(jìn)行。一個是指向輸出軸中心的向心力，另一個是使輸出軸轉(zhuǎn)動的切線力（Ft）。轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)5、結(jié)束語使用SolidWorks三維建模軟件和ADAMS虛擬樣機(jī)仿真分析軟件，不僅可以快速方便的建立機(jī)構(gòu)的三維模型，而且能夠?qū)C(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動學(xué)與動力學(xué)仿真。這對于機(jī)構(gòu)的設(shè)計和驗證有重要意義。其中，由于虛擬樣機(jī)有別于物理樣機(jī)，只要能夠表達(dá)機(jī)構(gòu)真實的運(yùn)動情況即可，并不需要完全再現(xiàn)機(jī)構(gòu)本身的所有細(xì)節(jié)。而且虛擬樣機(jī)具有低成本，易復(fù)制，易系列化等特點，這對于節(jié)約設(shè)計成本和縮短產(chǎn)品開發(fā)周期有重要意義。相對soildworks，adams操作相對復(fù)雜，但是其能夠模擬出機(jī)構(gòu)的