基于ADAMS的单缸内燃机曲柄滑块机构建模与仿真.

图3 曲柄滑块机构建模
5
3、依次在三个连接点上建立转动副约束，并在滑块与机 架之间建立沿水平方向的滑动副，在JIONT_1处添加旋 转约束。则模型基本建立，如下图3所示：
6
图4 曲柄滑块机构模型添加约束
4、为了使得所建立的模型具有更好的柔性，可以 通过改变参数来修改模型，以达到高效最优的设计 目标，我们可以对模型进行参数化设计，即将先前 建立的三个Point点修改为参数化点。
20
图16 解析法得到的活塞位移变化曲线图
21
图17 解析法得到的活塞速度变化曲线图
22
图18 解析法得到的活塞加速度变化曲线图
23
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。
图2 单缸内燃机的曲柄滑块机构
4
一、几何建模
1、启动Adams/View程序，创建一个新的模型，将文件名 改为ENGINE。 2、根据已知单缸内燃机曲柄连杆机构的几何尺寸建立三 个点，然后在这三个点上依次建立曲柄和连杆，分别命 名为Crank、Link，在第三点上用旋转体方式建立滑块 机构Slider。如图3所示：
图9 运动学仿真
11
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。
图10 滑块的X方向的位移变化图
12
图11 滑块X方向的速度变化图
13
图12 滑块X方向的加速度变化图
14

连杆Link的角速度和角加速度变化曲线图如下：
2
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。
图1 V形8缸发动机剖面图
3
本文研究内容：
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，曲柄和连杆的材料为铸钢， 密度为7800kg/m^3，弹性模量E=202000MPa，泊松比 =0.3，滑块的材料为黄铜，用ADAMS建立几何模型并对其 进行运动学和动力学分析，并将其结果与解析法相比较。
图13 连杆Z方向的角速度变化图
15
图14 连杆Z方向的角加速度变化图
16

曲柄Crank的角速度变化曲线：
图15 曲柄Z方向的角速度变化图
17
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：
修改后的模型如图7：
图6 修改参数化变量
8
9
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：
图8 修改MOTION转速
10
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：
基于ADAMS的单缸内燃机曲柄滑块机构建模与仿真.
单缸内燃机曲柄滑块机构建模与仿真
Fourbar Slider-Crank Mechanism for SingleCylinder Internal Combustion Engine
安徽工业大学 机械工程 夏洪峰 xiahf521@
r r x l r cost cos2t 4l 4l
2
r r sin t sin 2t x 2l
r r cost cos 2t x l
2
18

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
19
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：
根据已知条件r=100，l=350，将POINT_2修 改为参数变量DV_1，其它点相应参数化设计如下 图5所示：
Байду номын сангаас
图5 参数化变量设计
7
先前建模时我们 将POINT_2的坐标设 为（60，80），为使 得后一步的运动仿真 的起始角度为0，需 要修改模型，使初始 状态为曲柄在水平位 置，即修改POINT_2 的坐标为（100，0)。 修改过程为将DV_1 由60改为100，如右 图6所示：