机械原理之adams建模发动机.docx

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机械原理之adams建模发动机

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：

150713

2017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3

2、机构的三维实体建模5

3、机构的ADAMS仿真分析7

3.1模型的创建7

3.2模型的完善8

3.3机构分析9

4、结束语12

参考文献12

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、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，因而机构自由度

F=3n-2PL-PH=3×7-2×8-1×5=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，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-40°～45º，因而可知，此时该机构传动角的范围为45～90º，最小传动角的值为45º，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.

（注：

可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!

）