机械原理之adams建模发动机讲解Word格式文档下载.docx

1、学 号： 15071062班 级： 1507132017年5月22日基于ADAMS的内燃机的仿真与分析15071062 杨新航北京航空航天大学 机械工程及自动化学院 摘 要本文主要针对内燃机，首先绘制机构的运动简图，理论验证机构工作原理的可行性；然后使用SolidWorks软件对机构进行三维实体建模，使用ADAMS软件对机构进行仿真与分析。通过仿真，不仅验证了手摇抽水机原理的可行性，而且对机构传力特性的分析，验证了此机构设计的合理性。关键词： ADAMS；内燃机；传力特性.1、机构简单分析图1所示为一内燃机，图1为单缸四冲程内燃机，其工作原理的描述可参考图2。该机器内含有三种机构：曲柄滑块机构

2、、凸轮机构和齿轮机构。其中，由缸体4、活塞3、连杆2和曲轴1等组成曲柄滑块机构，用于实现移动到转动运动形式的转换。由凸轮5和推杆6组成凸轮机构，主要在于凸轮5利用其特定轮廓曲线使推杆6按指定规律作周期性的往复移动；齿轮1、9、5组成齿轮机构，其运动特点在于将高速转动变为低速转动。上述三种机构按照一定的时间顺序（如图）相互协调、协同工作，将燃气燃烧的热能转变为曲轴转动的机械能，从而使这台机器输出旋转运动和驱动力矩，成为能作有用功的机器。图1 内燃机单缸四冲程内燃机的工作原理如图2所示，当燃气在缸体内腔燃烧膨胀而推动活塞移动时，通过连杆带动曲轴绕其轴线转动。为使曲轴得到连续的转动，必须定时地送进燃

3、气和排出废气，这是由缸体两侧的凸轮，通过推杆、摆杆，推动阀门杆，使其定时关闭和打开来实现的（进气和排气分别由两个阀门控制）。曲轴的转动通过齿轮传递给凸轮，再通过推杆和摆杆，使阀门的运动与活塞的移动位置保持某种配合关系。以上各个机件协同工作的结果，将燃气燃烧的热能转变为曲轴转动的机械能，从而使这台机器输出旋转运动和驱动力矩，成为能做有用功的机器，能使飞机飞行，也能使汽车行驶、船舶航行。根据机构工作原理，绘制的内燃机的运动简图如图2所示。图2 内燃机运动简图经分析可知，此机构为复杂机构，包含滑块连杆，凸轮推杆，轮系机构，凸轮与两个齿轮锁定，其中活动构件数目n=7，低副数目PL=5，高副数目PH=8

4、，因而机构自由度F=3n-2PL-PH=37-28-15=1因为此四杆机构的自由度为1，而机构的主动件数目也为1，所以机构具有确定运动。2、机构的三维实体建模使用SolidWorks软件建立的三维实体模型（用实物图的形式创建）如图3所示，我把推杆上部的结构简化，用图一所示的结构，推杆上部为空筒。为便于观察机构的内部机构，在建模时对机壳、齿轮更改透明度。如图（a）：小、大齿轮齿数比为1：2；两个凸轮有270是同一圆弧，还有90范围为凸起，两个凸轮固定时相差90，当滑块连杆伸直竖直时，左边凸轮与水平方向相差45，右边凸轮与水平方向相差135（如图a中两根蓝色基准轴）。这样机构运动时符合四冲程内燃机

5、运动时间顺序。（a）主视图 （b）侧面图（c）有机壳的（d）机壳内部图3 内燃机三维模型（已透视）3、机构的ADAMS仿真分析3.1模型的创建在adams中创建齿轮、凸轮、连杆、滑块、弹簧等机构（用原理图的形式创建）且确定位置，得到图四。图4 内燃机仿真的初始位形3.2模型的完善按照机构实际，对构建的机构进行运动副和主运动的添加，添加后的结果如图5所示。由于内燃机点然后力和压缩时力很复杂，所以简化为将主运动添加在小齿轮的连杆上，主运动为60.0d * time。在完善模型后，可对机构进行仿真。图5 完善后的内燃机机构3.3机构分析（1）运动分析 图6 齿轮运动角度和时间图 图7 推杆位移时间图

6、由前文的运动简图可知，该机构为复杂机构，能够将滑块的往复摆动，转化为凸轮的往复移动，从而实现机构连续运动的功能。机构的运动仿真结果可见所附文件内燃机1.avi内燃机2.avi。（2）力学特性分析由于此机构要完成放气，输油的任务，下面对凸轮推杆的传力特性进行分析。压力角或传动角是判断连杆机构传力性能优劣的重要的标志。下图是凸轮推杆的压力角变化曲线。图8推杆凸轮压力角随时间变化的规律由图8可知，在凸轮运动的作用下，压力角的变化范围为-4045，因而可知，此时该机构传动角的范围为4590，最小传动角的值为45 ，机构具有较好的传力性能。 图9 弹簧受力时间图 图10 推杆杠杆之间受力时间图由图9发现

7、弹簧伸长压缩过程中受力总体趋势符合胡克定律，但是幅度很大，力的大小变化快速，弹簧震动明显。不利于弹簧寿命。由图10，推杆和杠杆间的力变化也很大。上述两个力不利于机构的有效运转，有待优化。由以上分析可知，图2中所示的内燃机机构可以较好地实现手动连续抽水的功能，机构设计具有很好的合理性。4、结束语使用SolidWorks三维建模软件和ADAMS虚拟样机仿真分析软件，不仅可以快速方便的建立机构的三维模型，而且能够对机构进行运动学与动力学仿真。这对于机构的设计和验证有重要意义。其中，由于虚拟样机有别于物理样机，只要能够表达机构真实的运动情况即可，并不需要完全再现机构本身的所有细节。而且虚拟样机具有低成本，易复制，易系列化等特点，这对于节约设计成本和缩短产品开发周期有重要意义。参考文献1 郭卫东. 虚拟样机技术与ADAMS应用实例教程 M. 北京:北京航空航天大学出版社, 2009年2月.