机械原理之adams建模发动机讲解

1、机械原理课程虚拟样机仿真实验报告题 目：基于 ADAMS 的内燃机的 仿真与分析姓 名 ：杨新航学 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

2、力特性 .目录1、机构简单分析 42、机构的三维实体建模 63、机构的 ADAMS仿真分析 . 73.1 模型的创建 73.2 模型的完善 83.3 机构分析 94、结束语 12参考文献 121、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、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，

3、 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。排气阀 8进气阀 7凸轮 5缸体 4齿轮 5齿轮 1齿轮 9活塞 3 连杆 2 曲轴 1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

4、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。5根据机构工作原理，绘制的内燃机的运动简图如图图2 内燃机运动简图2 所示。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， 因而机构自由度F=3n-2PL-PH=37-2 8-1 5=1因为此四杆机构的自由度为 1，而机构

5、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运动时间顺序。a）主视图（ b）侧面图c）有机壳的（ d

6、）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 推杆位移时间图由前文的运动简图可知

7、， 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。10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 -40 45o，因而 可知，此时该机构传动角的范围为 4590o，最小传动角的值为 45 o，机构具有 较好的传力性能。图 10 推杆杠杆之间受

8、力时间图由图 9 发现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。114、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