基于ADAMS的往復活塞式壓縮機運動機構仿真研究

1、基于ADAMS的往復活塞式壓縮機運動機構仿真研究工學院機制0805班指導老師：李旭榮設計者：周其元聯(lián)系方式：學號：2008307203082基于ADAMS的往復活塞式壓縮機運動機構仿真研究一、設計意義與原理壓縮機是制冷系統(tǒng)的心臟，無論是空調、冷庫、化工制冷工藝等等工況都要有壓縮機這個重要的環(huán)節(jié)來做保障。 制冷壓縮機種類和形式很多，根據原理可分容積型和速度型兩類，其中容積式是最為普遍的。隨著全球氣溫升高、能源的日益匱乏和環(huán)境的日益惡化，尋求高效、節(jié)能、經濟、環(huán)保的動力機械已成為全人類的燃眉之急。壓縮機是如何壓縮氣體的呢？ 簡單而說就是通過改變氣體的容積來完成氣體的壓縮和輸送過程，任何動力設備都需

2、要有個原動力來作功完成，壓縮機也是一樣，它需要一個電動機（馬達）來帶動。 本文通過利用adams對往復活塞式壓縮機運動機構進行仿真研究，可以邊設計邊對機構進行虛擬仿真，及時發(fā)現(xiàn)設計缺陷，并修改，以得到更好的設計結果，滿足設計要求。二、建立模型構件裝置由中心動力軸架、三組沿中心120°均布的氣缸、活塞和連桿組成，下面依次進行建模：1、模型建立（1）啟動ADAMS/View，選擇新建模型，并輸入模型名稱為壓縮機，重力加速度設為-Y方向，并將系統(tǒng)的單位設置為MMKS。（2）設置工作柵格。單擊菜單【Settings】【Working Gird】后，在彈出的設置工作柵格對話框中，將Size設置

3、為X（400），Y（400），Spacing設置為X（5），Y（5）。（3）設置圖標。單擊菜單【Setting】【Icons】，彈出圖標設置對話框，在New Size輸入框中輸入10。（4）打開坐標窗口。按下F4鍵，打開坐標窗口，當鼠標在圖形區(qū)移動時，在坐標窗口中顯示了當前鼠標所在位置的坐標值。（5）創(chuàng)建中心動力軸架。中心動力軸架由5個小圓柱體、1個大圓柱、2個方塊、2個方塊組合體經布爾運算構成。其中各個基本構件的尺寸如下：小圓柱體：length: 50mm（70mm） radius:10mm 大圓柱體：length: 20mm radius:50mm 方塊： length:40mm heig

4、ht:120mm(200mm depth:10mm 繪制小圓柱體。單擊繪制圓柱按鈕，并在工具欄下端的輸入框中，將Cylinder設置為New Part，勾選中Length和Radius并分別設置為50mm（70mm），10mm，然后在圖形區(qū)移動鼠標，選擇兩點，創(chuàng)建圓柱體繪制大圓柱體。單擊繪制圓柱按鈕，并在工具欄下端的輸入框中，將Cylinder設置為New Part，勾選中Length和Radius并分別設置為20mm，50mm，然后在圖形區(qū)移動鼠標，選擇兩點，創(chuàng)建圓柱體。創(chuàng)建方塊。單擊繪制長方體按鈕，并在工具欄下端的輸入框中將Length、Height和Depth勾選中，分別設置為40mm、

5、120mm(200mm和10mm，然后在圖形區(qū)移動鼠標，選擇兩點，創(chuàng)建方塊。為了將簡單的幾何構件組合成如圖所示1的組合體，首先必須對基本圓柱體，方塊進行空間位置和角度的移動及轉動，待將簡單體移到一塊后，再進行適當?shù)牟紶栠\算（如），如圖2所示 圖1.俯視及主視及iso向視圖 圖2. 組合體完成后，為了表明機構的運動，運用按鈕可在組合體的飛輪部分挖一個radius為10mm,depth為20mm的通孔最終的中心動力軸架如下圖.5所示（6）創(chuàng)建處于豎直位置的汽缸缸體，活塞以及連桿。繪制汽缸1。點擊創(chuàng)建旋轉體按鈕，將選項設置為NEW PART, Create by picking 設置為points,

6、勾選closed,然后在圖形區(qū)單擊（0，0,0）和（150,0,0）作為旋轉軸，再依次單擊（30,110,0）（30,310，0）（40，310,0）（40,110,0），在選擇完最后一個點后，單擊鼠標右鍵就可以創(chuàng)建一個旋轉體。在創(chuàng)建的旋轉體上單擊鼠標右鍵，在彈出的菜單中選擇【Revolution:REVOLUTION_1】【Modify】,在編輯對話框中將Angle Extent修改為180，并將構件重新命名為“gangti1”。繪制活塞1。單擊繪制圓柱按鈕，并在工具欄下端的輸入框中，將Cylinder設置為New Part，勾選中Length和Radius并分別設置為50mm，30mm,然

7、后在圖形區(qū)移動鼠標，當鼠標的坐標值顯示為X=- 30，Y= 280，Z=0時，按下鼠標左鍵，然后向下拉動，創(chuàng)建圓柱體，然后將鼠標移至該物體并單擊鼠標右鍵選擇【Rename】，將其命名為“huosai1”。繪制連桿1。單擊繪制連桿按鈕 ，并在工具欄下端的輸入框中，將Geometry設置New Part，勾選width和depth并分別設置為15mm ，10mm，然后再圖形區(qū)先后選中huosai1與zhongxinzhoujia的對應點，創(chuàng)建連桿，然后將鼠標移至該物體并單擊鼠標右鍵選擇【Rename】，將其命名為“l(fā)iangan1”。（6）創(chuàng)建處于右下方位置的汽缸缸體，活塞以及連桿。繪制汽缸2。點

8、擊創(chuàng)建旋轉體按鈕，將選項設置為NEW PART, Create by picking 設置為points,勾選closed,然后在圖形區(qū)單擊（120，-145,0）和（345,-145,0）作為旋轉軸，再依次單擊（345,-105,0）（345,-115，0）（145，-115,0）（145,-105,0），在選擇完最后一個點后，單擊鼠標右鍵就可以創(chuàng)建一個旋轉體。在創(chuàng)建的旋轉體上單擊鼠標右鍵，在彈出的菜單中選擇【Revolution:REVOLUTION_1】【Modify】,在編輯對話框中將Angle Extent修改為180，然后單擊工具欄中的，將其順時針旋轉30°，并將構件重新

9、命名為“gangti2”。繪制活塞2。單擊繪制圓柱按鈕，并在工具欄下端的輸入框中，將Cylinder設置為New Part，勾選中Length和Radius并分別設置為50mm，30mm,然后在圖形區(qū)移動鼠標，當鼠標的坐標值顯示為X=215，Y= -115，Z=0時，按下鼠標左鍵，然后向下拉動，創(chuàng)建圓柱體，然后單擊工具欄中的，將其逆時針旋轉60°，最后將鼠標移至該物體并單擊鼠標右鍵選擇【Rename】，將其命名為“huosai2”。繪制連桿2。單擊繪制連桿按鈕，并在工具欄下端的輸入框中，將Geometry設置New Part，勾選width和depth并分別設置為15mm ，10mm

10、，然后再圖形區(qū)先后選中huosai2與zhongxinzhoujia的對應點，創(chuàng)建連桿，然后將鼠標移至該物體并單擊鼠標右鍵選擇【Rename】，將其命名為“l(fā)iangan2”。（7）創(chuàng)建處于左下方位置的汽缸缸體，活塞以及連桿。 繪制汽缸3。點擊創(chuàng)建旋轉體按鈕，將選項設置為NEW PART, Create by picking 設置為points,勾選closed,然后在圖形區(qū)單擊（-120，-145,0）和（-345,-145,0）作為旋轉軸，再依次單擊（-345,-105,0）（-345,-115，0）（-145，-115,0）（-145,-105,0），在選擇完最后一個點后，單擊鼠標右鍵就

11、可以創(chuàng)建一個旋轉體。在創(chuàng)建的旋轉體上單擊鼠標右鍵，在彈出的菜單中選擇【Revolution:REVOLUTION_1】【Modify】,在編輯對話框中將Angle Extent修改為180，然后然后單擊工具欄中的，將其逆時針旋轉30°，并將構件重新命名為“gangti3”。繪制活塞3。單擊繪制圓柱按鈕，并在工具欄下端的輸入框中，將Cylinder設置為New Part，勾選中Length和Radius并分別設置為50mm，30mm,然后在圖形區(qū)移動鼠標，當鼠標的坐標值顯示為X=-215，Y= -115，Z=0時，按下鼠標左鍵，然后向下拉動，創(chuàng)建圓柱體，然后單擊工具欄中的，將其順時針旋

12、轉60°，最后將鼠標移至該物體并單擊鼠標右鍵選擇【Rename】，將其命名為“huosai3”。繪制連桿3。單擊繪制連桿按鈕，并在工具欄下端的輸入框中，將Geometry設置New Part，勾選width和depth并分別設置為15mm ，10mm，然后再圖形區(qū)先后選中huosai3與zhongxinzhoujia的對應點，創(chuàng)建連桿，然后將鼠標移至該物體并單擊鼠標右鍵選擇【Rename】，將其命名為“l(fā)iangan3”。最終圖為如下圖6. 主視圖 2. 添加約束緊接上一步，右擊主工具欄中的，單擊最后一排的，便彈出約束工具欄。1） 創(chuàng)建固定副。單擊，選中gangti1和Ground,

13、即使汽缸1與大地固定。再單擊，選中gangti2和Ground,即使汽缸2與大地固定。再單擊，選中gangti3和Ground,即使汽缸3與大地固定。2）創(chuàng)建回轉副。單擊約束工具包中的圖標，在各回轉位置處添加轉動副。3）創(chuàng)建移動副。單擊約束工具包中的圖標，在各汽缸和活塞之間創(chuàng)建移動副。3.添加驅動。單擊工具欄上的，在中心軸架上添加回轉驅動。三、運行仿真。單擊仿真按鈕，將仿真時間設置為50s，仿真步數(shù)設置為5000，單擊按鈕開始仿真計算。仿真效果如圖7，圖8三、運動仿真計算1、三個活塞的位移曲線，速度曲線，加速度曲線活塞1合成位移合成速度合成加速度活塞2合成位移合成速度 合成加速度活塞3合成位移

14、合成速度合成加速度4. 小結：ADAMS 軟件有處理仿真結果的處理能力,可以得到模型的一些參數(shù)曲線，如物體任意點的位置、速度和加速度，以及構件的受力情況等。如上圖所示，分別為三個活塞在仿真運動過程中的位移、速度、加速度變化曲線圖。從圖中可以看出，三個活塞的位移、速度、加速度變化規(guī)律基本一致，但是在曲線圖上存在著一定的相位差。這是因為在壓縮機的實際運動過程中，由于曲軸的轉速不同，各列活塞的運動存在著一定的超前或滯后關系，反映到曲線圖上就是存在相位差。因此，從仿真分析結果看，壓縮機的虛擬樣機模型具有一定的準確性。由上可以看出，三個活塞的速度，加速度變化都非常大，這極易造成的汽缸磨損和破壞，而且突變

15、力會造成很大的沖擊力和噪聲，這在實際設計中是要求避免的。另外，活塞不能采用突變的速度，否則瞬時加速度為無窮，很容易造成活塞的損傷。因此，聯(lián)想到以前機械原理中所學的知識，我們在控制運動時應盡量采用余弦方式或者五次多項式形式的運動，以同時減小剛性沖擊和柔性沖擊，保證機械更長的使用壽命。四、結束語-心得體會虛擬樣機的仿真設計終于告一段落了，通過這次的設計，我對Adams有了一定的認識，看到了它強大的機械仿真功能，同時也意識到盜版Adams軟件的局限性。Adams只適合于做機械仿真，不能涉及液壓傳動控制。原來我準備做一個液壓伺服系統(tǒng)，順便應用一下電液氣工程的知識，可是由于手中的盜版軟件沒有Hydrau

16、lics模塊，如下圖示：在萬般無奈之下只好放棄.在學習Adams的過程中，我已經學習和了解了Adams的基本知識和簡單的操作，有一定的運用能力。但是在設計過程中，我深深感覺到自己的知識淺薄。我最初打算設計一個直列式多缸發(fā)動機，順便復習一下汽車概論的知識，但是等我建模完成之后，無論怎么調試都無法使發(fā)動機飛輪完成連續(xù)整周旋轉，由于同時我又準備電液氣工程考試，最終我不得不放棄。綜合以上學習過程，我有以下感受：1） 規(guī)范學習。先要按照書上的標準步驟上機操作，慢慢地熟悉之后再獨立上機，切不可急于求成，未學走，先學跑。其實學習任何一門課都是這樣，一定要循序漸進，步步為營，先打好基礎，再提高。2） 交流協(xié)作

17、。同學之間的學習交流尤為重要，對于想Adams這種大家都不熟悉的國外軟件，版本又只有英文，更要注重交流。起先我沒注意到這一點，進展十分緩慢，后來在與同學的交談中，才認識到交流的必要。比如說像Rotate現(xiàn)在看來這么簡單的操作，當初就是不會，最后還是在同學的提示下才逐漸熟悉并掌握的。3） 學練思結合。就像autocad一樣，光看書是絕對不行的，要通過大量的練習來熟悉操作;個人認為練習后的反思總結最為重要。4） 合理安排學習時間，提高學習效率。本來如果布置好了本門課與其他課程的關系，我還可以作出更好的作品，可是由于缺乏毅力，事事總是不能堅持。這一點值得我作深刻的反思。5） 選題。此次仿真設計需自我選題，可以說這既是機遇又是挑戰(zhàn)。如前所述，為了完成這次設計，我在選題上糾結了很長時間。最初想做發(fā)動機，結果卻不得不放棄。這為我提供一次經驗：干什么事情，對自身和外界都要