袁文佳车辆动态仿真技术.docx

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袁文佳车辆动态仿真技术

南昌大学研究生2010—2011学年第2学期期末

考试试卷

课程名称：

车辆动态仿真技术

专业：

机械电子工程

学生姓名：

袁文佳

学号：

405906010020

学院：

机电工程学院

任课教师：

罗明军

时间：

2011-5-6

车辆动态仿真技术

机械电子工程袁文佳405906010020

汽车内燃机作为整车研发中技术含量最高、最核心的技术，开发目标的要求和难度越来越高。

为满足现代汽车内燃机工业的发展需要，必须对传统的以经验加试验的设计方法进行改进。

近年来，虚拟样机技术在内燃机领域获得了越来越广泛的应用。

在CAD三维构型功能上,以现有三维CAD模型构建技术为基础,进一步应将原型的三维造型构建与原型材料的成分、组织、性能分析相结合,形成原型的几何造型与物理性态的构建、分析为一体的CAD综合构型模块。

在三维CAD模型构建的思路上,除源自设计人员的构思外,同时融入反求技术,能对已有产品的构型、材料等信息进行快速、准确地采掘,为国内外新产品的剖析与改进,拓展本企业的新产品开发思路提供参考。

在三维构型数据的离散化处理上,建立更加科学、兼容性与交换性好的国际化的标准数据格式,探索更有效的三维原型数据离散模式。

虚拟样机技术在内燃机领域获得了越来越广泛的应用，利用计算机建造柴油机曲柄连杆机构的实体模型，并进行动力学仿真分析，可得到整个系统协调运作下的运动规律和动力学特性参数。

ADAMS，即机械系统动力学自动分析（AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystems），该软件是美国MDI公司（MechanicalDynamicsInc.）开发的虚拟样机分析软件。

ADAMS软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格郎日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。

ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。

内燃机的详细剖面图，其基本机构由一个曲柄、一个连杆和一个活塞（滑块）组成。

曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动零件。

它将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，同时将作用于活塞上的力转变为曲轴对外输出的转矩，以驱动汽车车轮转动。

在作功行程中，活塞承受燃气压力在气缸内作直线运动，通过连杆转换成曲轴的旋转运动，并从曲轴对外输出动力。

而在进气、压缩和排气行程中，飞轮释放能量又把曲轴的旋转运动转化成活塞的直线运动。

曲轴是汽车发动机的主要零件之一,在工作过程中承受着冲击、扭转及很大的弯曲应力和扭转应力。

为使曲轴具有很高的抗拉强度、刚度、耐磨性、耐疲劳性以及冲击韧性,必须对曲轴进行强化处理。

由于曲轴圆角滚压对提高曲轴疲劳强度有显著效果,因而备受各生产厂家的青睐。

在实际工况下,作用于曲柄连杆机构的力有缸内气体压力、运动质量的惯性力、摩擦阻力和作用在发动机曲轴上的负载阻力。

一般做受力分析时都把摩擦阻力忽略不计,因为它的数值较小,且变化规律很难掌握。

而负载阻力和助动力处于平衡状态,无需另外计算。

利用ADAMS对曲柄连杆机构进行动力学分析时,可以将所有作用于机构的力简化为缸内气体的压力、机构的往复惯性力和旋转惯性力,而这些力都将对曲轴的连杆轴颈处产生力的作用。

曲轴建模如图所示

连杆组包括连杆体、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴承等零件。

连杆组的功用是将活塞承受的力传给曲轴，并将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。

连杆小头与活塞销连接，同活塞一起做往复运动；连杆大头与曲柄销连接，同曲轴一起做旋转运动，因此在发动机工作时连杆做复杂的平面运动。

连杆建模如图所示

活塞的主要功用是承受承受燃烧气体压力，并将此力通过活塞销传给连杆以推动曲轴旋转。

此外活塞顶部与汽缸盖、汽缸壁共同组成燃烧室。

活塞式发动机中工作条件最严酷的零件，要承受高温、高压、高速以及化学腐蚀。

活塞的结构及强度需要满足强度、刚度的要求，同时要求受热面小，散热好，具有较好的耐磨性和热强度，膨胀系数小。

活塞建模如图所示

气缸建模如图所示

装配好并导入ADAMS中修改质量信息添加约束

曲柄滑块机构中，曲柄和连杆的材料为铸钢，密度为7800kg/m^3，弹性模量E=202000MPa，泊松比=0.3，滑块的材料为黄铜，用ADAMS建立几何模型并对其进行运动学分析，

开始进行运动学仿真，将仿真类型设为Kinematic，为了得到2个周期的仿真结果，我们在将EndTime设为2/（3400/60）=0.035294，步长设为200。

保存仿真分析结果，然后进入后处理窗口界面，计算处理运动副上的位移、速度、加速度等的数据。

以下分别为活塞part4的X方向的作用力、作用力矩、位移、速度和加速度的图。