Pro∕E在发动机气缸套运动仿真分析中的应用.pdf

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1、·20·内燃机与配件Pro/E在发动机气缸套运动仿真分析中的应用权文辉；杨国敏（河南中原吉凯恩气缸套套有限公司）摘要：发动机气缸套是一种典型的曲柄连杆机构，是发动机中主要的受力部件。本文通过对活塞连杆机构的运动分析，推导出发动机活塞的运动规律。运用Pro/E软件对发动机气缸套进行三维实体建模及装配，运用pro/E的mechanism模块对发动机气缸套进行运动仿真分析，得到活塞的位移、速度、加速度的变化轨迹。不同机构的运动轨迹和规律很直白地呈现在本篇文章中，这个为后来着的研究和机构研发提供了极好的数据

2、基础。关键词：发动机气缸套；建模；运动仿真；Pro/E0引言发动机气缸是一种典型的曲柄连杆机构，它把活塞的往复直线运行转化成曲轴的旋转运动，进而产生动力输（1）出，是发动机运动和动力传输的机构，其工作性能直接决式中：λ—连杆比。[1]定整机工作性能。传统的研究方法已经很难满足设计要式（1）可优化计算，由图1可以看出：[2]求，现在可以利用计算机仿真技术来精确求解各种运动过程和动态过程，更好地对机构进行性能分析和产品设计。本文以工程应用为目的，对四缸发动机气缸套进行了计算运动机仿真分析和相关的运动理论

3、解析。又有（2）1发动机气缸套的运动学分析将式（2）套入式（1）可得出：1.1发动机气缸套的运动分析活塞的运动速度和加速度在来回往复运行时是不断（3）变化的。曲柄连杆机构以及发动机整体工作受活塞速度和计算活塞移动位移矢量x的需要使用公式（3），为了解加速度的数值以及变化规律影响相当大，所以，研究运动析方便，将公式（3）中的开方按牛顿二项式定理展开，如下：组件的运行规律便成为研究曲柄连杆机构运动规律的首要任务。1.2活塞运行时的位移矢量假设在其中的一个位置，曲柄运动角为α，并依据0°-可以看出式中超过

4、二次方的数值都很小，可以忽略90°-270°的顺序转动，连杆中心线与气缸套中心线的偏差（由于λ≤1/3）。这样以来只剩余前两个项次，则角为—，如图1所示。（4）公式（3）里套入公式（4）得到如下结果：（5）1.3活塞的速度将式（5）对时间t微分，便可求得活塞速度得近似公式为：（6）活塞在在α=0°或180°的位置时改变运动方向，此时速度为零。活塞在α=90°，v=rω的位置时，速度和曲柄销中心的圆周速度相等。1.4活塞的加速度图1曲柄连杆机构运动示意图活塞的加速度可通过公式（6）对时间t微分计算得当

5、α＝0°时，活塞销会移动至对应的一环停止点，此位到，其近似结果如下：置统称为上止点。当α＝180°时，活塞销移动至对应的油环死点处，此位置统称为下止点。此时活塞的移动矢量x为（7）InternalCombustionEngine&Parts·21·2发动机实体模型的建立3.2建立运动分析四缸发动机曲轴、连杆和活塞的运动是较复杂的机械①点击【定义分析】键，下一步，在“类型”窗口中选择运动。依次按照机座零件、曲轴、上连杆、下连杆、活塞缸、“运动学”，其与参数不用选择。活塞、气缸套盖的顺序进行装配，得到发

6、动机核心运动件②拾取之前设定好的ServoMotor1电动机。装配总图，见图2。完全约束的为机座；不完全约束的为机③执行【运行】命令，在三维视图中的活塞、曲轴、连杆座与曲轴，曲轴可以在机座内做旋转运动；上连杆和下连组合机构开始运行，33s过后，待机构静止不动，仿真运动杆之间是完全约束，伴随着转动的曲轴而进行平面运动；分析的模型就算建立好了。以机座为基准活塞缸完全约束；上连杆与活塞之间自由度3.3各部件之间的运动冲突检测与动画编制不为零，如此以来上连杆的运动就会带着活塞进行上下直①执行“回放”命令，接

7、受系统自动计算的数据。之后线往复运行。将滑动杆连接设置在活塞与机座两者之间，执行“冲突检测设置”命令，具体见图4所示，选中“全局冲在活塞与连杆、机座与曲轴、曲轴与连杆之间增加销钉，从突检测”后返回上一级。而保证了机构可以依照设计的方式运动。图4“冲突检测设置”对话框1气缸盖；2活塞；3上连杆；4活塞缸；5曲轴；6机座②软件会自动检测运动干涉冲突，在执行动画“播放”图2发动机气缸套装配示意图命令后。播放完毕，执行“循环播放”命令，这时曲柄、连杆3机构运动仿真及结果分析机构就按程序运行，并将运动过程中出

8、现干涉的点或区域在ProE机构模块Mechanism中进行装配的运动学以红色标注出来。分析和仿真[3]，输出运动件的运动性能曲线，如位移、速度③执行“创建运动包络”命令，跳转到“创建运动包络”及加速度随时间的变化曲线等。窗口，点取相应元件、选取质量级、选取连杆组件，其他项3.1定义伺服电动机次不用操作，见图5所示。想要获得各个组件的运动包络①点击菜单栏里“应用程序”，选取“机构”模块。图，必须执行“预览”命令，具体图形见图6、7、8所示。②点击“伺服电动机”对话框，