[工学]曲轴连杆机构的三维建模及运动仿真分析.doc

摘要： 三维模型虚拟设计是机械设计的必然趋势。该文简述利用三维设计软件CATIA的强大功能,对曲轴-活塞-连杆机构实现了模型的虚拟设计、虚拟装配及运用ADAMS对其进行运动仿真。 关键词： CATIA ADAMS 运动仿真 目录 1绪论 3 1.1研究内容 3 1.2所用CATIA及ADMAS软件的概括 3 2曲轴的CATIA三维建模 5 2.1创建第1主轴颈（一半） 7 2.2创建曲拐 9 2.3创建第二轴颈及第二曲拐 11 2.4创建其他的曲拐及轴颈 12 2.5对曲拐进行切除 12 2.6修饰曲轴 12 2.7通过镜像创建四缸发动机曲轴的全部曲拐，轴颈 13 2.8创建曲轴前端特征 13 2.9创建曲轴后端特征 14 3连杆-连杆头-活塞的CATIA三维建模 15 3.1连杆的建模 15 3.2创建连杆头 19 3.3 活塞的创建 22 4曲轴，连杆，活塞，连杆头的装配 26 4.1将连杆头与曲轴装配 26 4.2将活塞与连杆装配 26 4.3将连杆与曲轴装配 27 5曲轴-连杆-活塞机构的运动学仿真分析 28 5.1模型导入ADAMS 28 5.2 在曲轴-连杆-活塞机构上加载约束 28 5.3设定仿真参数 31 5.4进入ADMAS/PostProcessor进行曲线绘制 32 5.5 结果分析 32 6结论 33 参考文献 34 1绪论 1.1研究内容 运用CATIA软件进行三维实体建模，建立曲轴-活塞-连杆机构，然后将生成的实体导入ADAMS进行运动仿真分析。 1.2所用CATIA及ADMAS软件的概括 1.2.1CATIA软件 ATIA是法国达索公司的产品开发旗舰解决方案。作为PLM协同解决方案的一个重要组成部分，它可以帮助制造厂商设计他们未来的产品，并支持从项目前阶段、具体的设计、分析、模拟、组装到维护在内的全部工业设计流程。ADAMS，即机械系统动力学自动分析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)，该软件是美国MDI公司(Mechanical Dynamics Inc。)开发的虚拟样机分析软件。目前，ADAMS己经被全世界各行各业的数百家主要制造商采用。根据1999年机械系统动态仿真分析软件国际市场份额的统计资料，ADAMS软件销售总额近八千万美元，占据了51%的份额。 ADAMS软件使用交互式图形环境和零件库，约束库，力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格郎日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学，运动学和动力学分析，输出位移，速度，加速度和反作用力曲线。ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能，运动范围，碰撞检测，峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。 ADAMS一方面是虚拟样机分析的应用软件，用户可以运用该软件非常方便地对虚拟机械系统进行静力学，运动学和动力学分析。另一方面，又是虚拟样机分析开发工具，其开放性的程序结构和多种接口，可以成为特殊行业用户进行特殊类型虚拟样机分析的二次开发工具平台。ADAMS软件有两种操作系统的版本:UNIX版和Windows NT/2000版。本书将以Windows 2000版的ADAMS l2。0为蓝本进行介绍。 ADAMS软件由基本模块，扩展模块，接口模块，专业领域模块及工具箱5类模块组成，如表3-1所示。用户不仅可以采用通用模块对一般的机械系统进行仿真，而且可以采用专用模块针对特定工业应用领域的问题进行快速有效的建模与仿真分析。） 2.1.1选取XY平面为草图参考平面，然后单击工具栏中的“草图”图标，进入草图绘制模式。 2.1.2用工具栏上的“圆”命令，以原点为圆心，绘制直径为“50”的圆。 图2.1 创建基圆 2.1.3退出“草图”将该面拉伸成厚为“30”柱体。 图2.2 拉伸为圆柱 2.1.4单击生成的柱体左侧圆截面，进入“草图”模式，绘制凸台的草图形状，圆，直径为60，退出“草图”将该面拉伸成厚为“6”柱体。 图2.3创建凸台 2.2创建曲拐 2.2.1单击新生成的实体的另一表面，并进入“草图”模式，绘制曲拐的草图。 图2.4 绘制曲拐草图 2.2.2退出“草图”编辑，拉伸曲拐实体。 图2.5 拉伸曲拐 2.2.3单击曲拐的另一端面，进入“草图”编辑，绘制凸台。退出草图，用“凸台”命令拉伸生成实体。厚为6。 图2.6 再建凸台 2.3创建第二轴颈及第二曲拐 2.3.1单击新实体的另一端面，进入“草图”命令。绘制第二段轴颈。退出草图，拉伸实体。厚为40。 图2.7 创建轴颈 2.3.2单击新生成曲轴颈的另一端面，进入草图编辑。绘制新的实体的草图。退出草图，拉