機(jī)械原理之a(chǎn)dams建模發(fā)動(dòng)機(jī)

1、 機(jī)械原理課程虛擬樣機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告 題 目： 基于ADAMS的內(nèi)燃機(jī)的仿真與分析 姓 名： 楊新航學(xué) 號： 15071062班 級： 1507132017年5月22日基于ADAMS的內(nèi)燃機(jī)的仿真與分析15071062 楊新航北京航空航天大學(xué) 機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院 摘 要本文主要針對內(nèi)燃機(jī)，首先繪制機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖，理論驗(yàn)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(shí)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(yàn)證了手搖抽水機(jī)原理的可行性，而且對機(jī)構(gòu)傳力特性的分析，驗(yàn)證了此機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。關(guān)鍵詞： ADAMS；內(nèi)燃機(jī)；傳力特性.目 錄1、機(jī)構(gòu)簡單分析3

2、2、機(jī)構(gòu)的三維實(shí)體建模53、機(jī)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(jī)構(gòu)分析94、結(jié)束語12參考文獻(xiàn)121、機(jī)構(gòu)簡單分析圖1所示為一內(nèi)燃機(jī)，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(shí)現(xiàn)移動(dòng)到轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)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(dòng)；齒輪1'、9、5'組成齒輪機(jī)構(gòu)，其運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)在于將高速轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)榈退俎D(zhuǎn)動(dòng)。上述三種機(jī)構(gòu)按照一定的時(shí)間順序（如圖）相互協(xié)調(diào)

3、、協(xié)同工作，將燃?xì)馊紵臒崮苻D(zhuǎn)變?yōu)榍S轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能，從而使這臺機(jī)器輸出旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和驅(qū)動(dòng)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(dòng)活塞移動(dòng)時(shí)，通過連桿帶動(dòng)曲軸繞其軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。為使曲軸得到連續(xù)的轉(zhuǎn)動(dòng)，必須定時(shí)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(dòng)閥門桿，使其定時(shí)關(guān)閉和打開來實(shí)現(xiàn)的（進(jìn)氣和排氣分別由兩個(gè)閥門控制）。曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)通過齒輪傳遞給凸輪，再通過推桿和擺桿，使閥門的運(yùn)動(dòng)與活塞的移動(dòng)位置保持某種配合關(guān)系。以上各個(gè)機(jī)件協(xié)同工作的結(jié)果，將燃?xì)馊紵臒崮苻D(zhuǎn)變?yōu)榍S轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能，從而使這臺機(jī)器輸出旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和驅(qū)動(dòng)力矩，成

4、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。根據(jù)機(jī)構(gòu)工作原理，繪制的內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)動(dòng)簡圖如圖2所示。圖2 內(nèi)燃機(jī)運(yùn)動(dòng)簡圖經(jīng)分析可知，此機(jī)構(gòu)為復(fù)雜機(jī)構(gòu)，包含滑塊連桿，凸輪推桿，輪系機(jī)構(gòu)，凸輪與兩個(gè)齒輪鎖定，其中活動(dòng)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(jī)構(gòu)自由度F=3n-2PL-PH=3×7-2×8-1×5=1因?yàn)榇怂臈U機(jī)構(gòu)的自由度為1，而機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件數(shù)目也為1，所以機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)。2、機(jī)構(gòu)的三維實(shí)體建模使用SolidWorks軟件建立的三維實(shí)體模型（用實(shí)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(jī)構(gòu)的內(nèi)部機(jī)構(gòu)，在建模時(shí)對機(jī)殼、齒輪更改透明度。如圖（a）：小、大齒輪齒數(shù)比為1：2；兩個(gè)凸輪有270°是同一圓弧，還有90°范圍為凸起，兩個(gè)凸輪固定時(shí)相差90°，當(dāng)滑塊連桿伸直豎直時(shí)，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(lán)色基準(zhǔn)軸）。這樣機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)符合四沖程內(nèi)燃機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)間順序。 （a）主視圖 （b）側(cè)面圖（c）有機(jī)殼的（d）機(jī)殼內(nèi)部圖3 內(nèi)燃機(jī)三維模型（已透視）3、機(jī)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(jī)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(jī)仿真的初始位形3.2模型的完善按照機(jī)構(gòu)實(shí)際，對構(gòu)建的機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)副和主運(yùn)動(dòng)的添加，添加后的結(jié)果如圖5所示。由于內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)然后力和壓縮時(shí)力很復(fù)雜，所以簡化為將主運(yùn)動(dòng)添加在小齒輪的連桿上，主運(yùn)動(dòng)為60.0d * time。在完善模型后，可對機(jī)構(gòu)進(jìn)行仿真。圖5 完善后的內(nèi)燃機(jī)機(jī)構(gòu)3.3機(jī)構(gòu)分析（1）運(yùn)動(dòng)分析 圖6 齒輪運(yùn)動(dòng)角度和時(shí)間圖 圖7 推桿位移時(shí)間圖由前文的運(yùn)動(dòng)簡圖可知，該機(jī)構(gòu)為復(fù)雜機(jī)構(gòu)，能夠?qū)⒒瑝K的往復(fù)擺動(dòng)，轉(zhuǎn)化為凸輪的往復(fù)移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)連續(xù)運(yùn)動(dòng)的功能。機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真結(jié)果可見所附文件內(nèi)燃機(jī)1.avi內(nèi)燃機(jī)2.avi。（2）力學(xué)特性分析由于此機(jī)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(jìn)行分析。壓力角或傳動(dòng)角是判斷連桿機(jī)構(gòu)傳力性能優(yōu)劣的重要的標(biāo)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(shí)間變化的規(guī)律由圖8可知，在凸輪運(yùn)動(dòng)的作用下，壓力角的變化范圍為-40°45º，因而可知，此時(shí)該機(jī)構(gòu)傳動(dòng)角的范圍為4590º，最小傳動(dòng)角的值為45 º，機(jī)構(gòu)具有較好的傳力性能。 圖9 彈簧受力時(shí)間圖 圖10 推桿杠桿之間受力時(shí)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(dòng)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(gè)力不利于機(jī)構(gòu)的有效運(yùn)轉(zhuǎn)，有待優(yōu)化。由以上分析可知，圖2中所示的內(nèi)燃機(jī)機(jī)構(gòu)可以較好地實(shí)現(xiàn)手動(dòng)連續(xù)抽水的功能，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)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(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(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)仿真。這對于機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和驗(yàn)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(shí)的運(yùn)動(dòng)情況即可，并不需要完全