机械原理之adams建模发动机

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；传力特性目录1、机构简单分析

2、42、机构的三维实体建模 63、机构的ADAM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, 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

3、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齿轮9进气阀7凸轮5缸体4齿轮5'齿轮1'推杆6 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

4、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,因而机构自由度F=3n-2PL-PH=3X7-2 &1 >5=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

5、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 )机壳内部图3内燃机三

6、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。r I b3.2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MODEL750 0REQ 3D HEUCAL Dmw 2Orivm 3 CFwee, FUNCTIONDn¥e-2JDrl¥

7、;eri-3 OmarJDrwiaiJ-CFDfce.geairorce_eque3X600 0-mUJp-屮-eli<3000-1500 -M 0.0ArmlryBis FtEXAVE COMPATIBILITY10 015 0Time (s«：i图6齿轮运动角度和时间图MOOEUireq foltowr. FUNCTIONtollower_1_1 .req_foltowef.Xo o o15.10.5. IIEUIjsmEan0.0Hi日忖3 REQSAVE.COMPATIBILITY.Time (s«c)WO.0图7推杆位移时间图由前文的运动简图可知，该机构为复

8、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。SCO2Q.Q-10.0 =00-40 0300folH3wer_2_l req_ p<S5Lire_ang le X-200-30 00 0Analy«»: REQSAVE_CQM PATiaLHY10 0150图8推杆凸轮压力角随时间变化的规律由图

9、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。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