[农学]基于ADAMS的单缸内燃机曲柄滑块机构建模与仿真.ppt

单缸内燃机曲柄滑块机构建模与仿真 Fourbar Slider-Crank Mechanism for Single-Cylinder Internal Combustion Engine 安徽工业大学 机械工程 夏洪峰 xiahf521@ 如右图为一个内燃机的详细剖面图，其基本机构由一个曲柄、一个连杆和一个活塞（滑块）组成。 本文研究内容： 一、几何建模 二、运动学仿真分析 1、由于已知曲柄转速为3400r/min，即对应在ADAMS里面的曲柄的旋转约束的转速为3400*6d/s，故修改MOTION_1的转速如右图8所示： 2、开始进行运动学仿真，将仿真类型设为Kinematic，为了得到2个周期的仿真结果，我们在将End Time设为2/(3400/60)= 0.035294，步长设为200。 仿真过程如下图9所示： 3、保存仿真分析结果，然后进入后处理窗口界面，计算处理运动副上的位移、速度、加速度等的数据。以下分别为滑块Slider的X方向的位移、速度和加速度的图。 连杆Link的角速度和角加速度变化曲线图如下： 曲柄Crank的角速度变化曲线： 4、通过以上的运动学分析可知个构件的位移、速度及加速度随时间的变化情况，其都在预想的范围之类，通过解析法我们可做以下比较，由教材上的分析可得到单缸内燃机的活塞的位移、速度和加速度的表达式分别为： 将其用MATLAB编程运算，取r=100mm；l=350mm；ω=（3400/60）×2π；为得到其解析曲线，编写程序如下： t=0:2/(3400/60)/200:2/(3400/60); x=l-r^2/(4*l)+r*(cos(w*t)+(r/(4*l))*cos(2*w*t)); v=-r*w*(sin(w*t)+(r/(2*l))*sin(2*w*t)); a=-r*w^2*(cos(w*t)+(r/l)*cos(2*w*t)); subplot(2,2,1); plot(w*t*180/pi,x,k); title(Slider Position mm); xlabel(Angular(deg)); ylabel(Length(mm)); grid on subplot(2,2,2); plot(w*t*180/pi,v,k); title(Slider Velocity mm/s); xlabel(Angular(deg)); ylabel(Velocity(mm/sec)); grid on subplot(2,2,3); plot(w*t*180/pi,a,k); title(Slider Acceleration mm/s^2); xlabel(Angular(deg)); ylabel(Acceleration(mm/sec^2)); grid on 运算程序可得到其活塞的位移、速度及加速度曲线分别为： 通过以上的曲线图，我们可以看出：通过解析法得到的活塞X方向的位移、速度和加速度随时间的变化与使用ADAMS得到的变化曲线基本一致; 位移在250mm~450mm之间变化；速度处于±40000mm/s幅度内摆动；加速度大致在-1.75×10^7~9×10^6之间变化，且在最大加速度位置有持续性的小幅度的回落。从而验证了ADAMS建模与运动学仿真的有效性。 三、动力学仿真分析 已知活塞所受到的是气体的压力，其随时间变化的曲线如图19所示： 这样一个变化力我们在ADAMS里面可以通过建立Spline来对其进行拟合：首先将以上曲线通过放大获取49个参考点，建立txt数据文档，然后导入到ADAMS里的Spline中，如右图所示： 将以上导入的数据拟合成Spline曲线如下图所示，这样就可以再用AKISPL函数将此曲线变化力施加到滑块上了。 对以上模型进行仿真，设定类型为Dynamic，时间为0.035294s，步长为200，然后开始仿真，从而得到两个周期的仿真结果。保存结果，然后进入后处理，得到曲柄的驱动力矩如下图所示： 以上曲线可看出转矩在开始有些不稳定性波动，可能与起始力的突然变化有关。同样我们可以得到滑块的受力如下图，此与施加的载荷是一致的。 图24 滑块所受到的力变化曲线 * * * * 图1 V形8缸发动机剖面图 单缸内燃机的曲柄滑块机构，如下图2所示，曲柄长度r=100mm，ω=3400r/min, 连杆长度l=350mm，滑块的长度是100mm，底面直径为50mm，曲柄和连杆的材料