机械原理之adams建模发动机

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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12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

2、理性。关键词：ADAMS；内燃机；传力特性.12目录1、机构简单分析32、机构的三维实体建模53、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12121、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

3、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

4、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。12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12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P

5、L=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

6、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12（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。12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

7、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。12图5完善后的内燃机机构3.3机构分析（1）运动分析12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

8、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。12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