第9组大作业预案.ppt

柴油机曲柄连杆机构分析与特斯拉发动机 王方春 付敬民 吴仪 杨鹏号 张春 1.1选题目的 本题涵盖本学期所学重要知识 能有效的巩固本学期所学内容 题目的易懂性 现实可操作性 1.2主要内容 采用三维实体建模，进行柴油机曲柄连杆机构多刚体运动学仿真和有限元分析技术。采用三维实体建模，进行柴油机曲柄连杆机构多刚体运动学仿真和有限元分析技术。 1.3主要步骤 (1)运用三维建模软件CATIA参照4105型柴油机曲柄连杆机构各部分的实际尺寸进行零件建模及模型的装配。并在CATIA中进行模型简单的运动仿真，从而校验装配体模型各构件之间是否存在干涉； (2)将CATIA中完成的柴油机曲柄连杆机构装配体模型导入ADAMS中,对模型施加载荷和约束，从而建立机构的多刚体动力学仿真模型，并在ADAMS中对多刚体模型完成运动学仿真分析工作。 (3)在ANSYS中对连杆进行有限元可靠性分析，找出连杆在工作过程中最易损坏的部位，并对易损部位进行结构上的改进。 2.1运动学理论分析 活塞位移X 活塞速度V 活塞加速度a 连杆摆动角位移β 连杆的角速度ω1 连杆的角加速度 3.1几何建模方法 本文所研究的4105型柴油机曲柄连杆机构主要包括以下几个组成部分：活塞组件、连杆组件、曲轴组。考虑到几何建模和分析研究的方便，本文中活塞组件只建立活塞和活塞销，将连杆组的部件建为一个整体，曲轴组件也建成一个整体。 柴油机曲柄连杆机构各构件实体模型建立完成之后，根据机构中各部件的实际相对位置，利用CATIA的零部件的装配功能，完成机构模型的装配。 3.2 CATIA中曲轴的三维建模 3.3 CATIA中活塞的几何建模 3.4 CAITA中连杆的几何建模 3.5曲柄连杆机构装配模型  4.1多刚体模型的建立 在CATIA中将4105型柴油机曲柄连杆机构的装配体模型建立完成之后，就可以将其导入ADAMS中进行进一步的处理。首先，将CATIA中的曲柄连杆机构装配体模型以后缀为.igs的文件名导出，然后将此文件导入ADAMS中。将模型导入ADAMS后，还需要进行以下几步工作，才能完成对4105型柴油机曲柄连杆机构多刚体模型的建立。 4. 2各部件材料属性的确定 导入ADAMS的几何模型，需要添加材料属性参数，否则计算过程中就会出现错误。赋予材料属性后，ADAMS软件会自动计算出构件的质量、转动惯量和质心的位置。在本文中将所有部件均设为合铸铁，密度为7.08 X10^-6kg/mm3，弹性模量为1.0 X 10^5N/mm2,泊松比为0.211。 4.3各部件之间运动约束的确定 各运动部件之间的约束关系为： 1.活塞与汽fcl体之间为移动副（Translation)； 2.连杆小端与活塞销之间为旋转副（Revolute)： 3.连杆大端与曲柄之间为旋转副（Revolute)； 4.曲轴与气虹体之间为旋转副（Revolute)； 4.4驱动力的加载 考虑到活塞与曲轴开始无角度差，因此不方便加载荷到活塞处，此处便模拟曲轴恒定转速时各部件的动力特性。加载曲轴转速2000r/mim。 4.5 adams中曲柄连杆机构仿真 设置柴油机曲轴以恒定转速运行，对曲轴施以工况为转速n=2000r/min时的旋转激励，输入运动的位置参数表达式12000deg/s。仿真时间设定为0.06s，即运转的两个周期，仿真步数设置为1550步，得到的分析结果如下： 上图中连杆的位移曲线，依次为X、Y、Z轴及合位移曲线，从图中可以看出，X轴上基本上没有发生位移变化，主要是因为连杆为刚性体，无论是连杆小端随着活塞作往复直线运动，还是连杆大端随着曲轴作旋转运动，在X轴方向都没有发生偏移，只是在yz平面上出现位移波动。 四缸活塞位移 根据4105型柴油机曲柄连杆机构尺寸，运用CATIA与ADAMS建立其多刚体动力学仿真模型，并在ADAMS中对其进行了多刚体动力学仿真分析，研究了其活塞位移、速度、加速度，连杆角位移、角速度、角加速度等方面的运动学特性，仿真结果和实际结果有些许偏差，但大致相同，说明建模合理性。 导致此结果有以下几点原因： 建模不完善。曲轴、连杆长度参数等没有达到要求。对机构性能有直接影响的几何参数和控制参数没有优化。 没有进行平衡实验。通过修改构件的质量特性参数。 活塞上的气体力没有获得。在实际运转中测量气体压力随曲轴转角的变化，得到示