課程設(shè)計(jì)（論文）基于ADAMS的發(fā)動(dòng)機(jī)配氣凸輪仿真分析

1、基于adams的發(fā)動(dòng)機(jī)配氣凸輪仿真分析 姓名： 學(xué)號(hào)： 日期： 2011.11.23 指導(dǎo)老師： 目錄1，概述.32，配氣結(jié)構(gòu)多體動(dòng)力學(xué)方程.4 2.1，配氣凸輪機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型的建立 2.2，凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方程的建立3，配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型的建立.9 3.1,三維實(shí)體的建模 3.2,三維實(shí)體模型的裝配4，配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)仿真分析.10 5，結(jié)論.19 1,概述配氣機(jī)構(gòu)作為內(nèi)燃機(jī)三大機(jī)構(gòu)之一，其主要功能是實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程，根據(jù)氣缸的工作次序，定時(shí)地開啟和關(guān)閉進(jìn)排氣門，以保證氣缸吸入新鮮空氣和排出燃燒廢氣?，F(xiàn)今對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，一方面希望氣門加速度越大，以使氣門迅速開關(guān)，從而達(dá)到最好的換氣效果

2、，以提高動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性；另一方面，希望載荷保持相對(duì)較小，以減小加速度，從而減小振動(dòng)和噪音，并延長使用壽命。這樣的矛盾要求，給配氣機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)帶來困難，因此需要精心設(shè)計(jì)進(jìn)排氣門的升程曲線，以達(dá)到最優(yōu)設(shè)計(jì)。而由于配氣機(jī)構(gòu)的整個(gè)傳動(dòng)鏈?zhǔn)怯梢幌盗袔缀涡螤詈蛣偠?、質(zhì)量各不相同的零部件組成的，而且各零部件之間在運(yùn)動(dòng)過程中還會(huì)產(chǎn)生脫開現(xiàn)象。對(duì)于現(xiàn)代高速發(fā)動(dòng)機(jī)，傳統(tǒng)的配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)計(jì)算方法往往不足以準(zhǔn)確地描述配氣機(jī)構(gòu)各傳動(dòng)零部件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。近年來，隨著多體動(dòng)力學(xué)的發(fā)展及多體動(dòng)力學(xué)分析軟件的出現(xiàn)，為復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析提供了可靠的手段。本文以d6114b發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象，在adams軟件基礎(chǔ)上，建立其動(dòng)

3、力學(xué)仿真分析模型。2，配氣結(jié)構(gòu)多體動(dòng)力學(xué)方程2.1，配氣凸輪機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型的建立從結(jié)構(gòu)布置的方式來看，文中所研究的配氣機(jī)構(gòu)采用氣門頂置，凸輪軸頂置，凸輪直接驅(qū)動(dòng)挺柱，主要有凸輪軸，挺柱，氣門彈簧，氣門，氣門座等組成。圖1是發(fā)動(dòng)機(jī)頂置式配氣凸輪機(jī)構(gòu)簡圖。圖2為凸輪機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型幾何參數(shù)圖。2.2，凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方程的建立(1)推桿二次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律(等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律)為推程的凸輪轉(zhuǎn)角，為從動(dòng)件升程推程等加速階段的運(yùn)動(dòng)方程式：推程等減速階段的運(yùn)動(dòng)方程式：特點(diǎn): 有柔性沖擊適用場(chǎng)合: 中速輕載(2) 對(duì)心平底推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)已知：曲線，設(shè)計(jì)凸輪。分析：1) 根據(jù)曲線，運(yùn)用反轉(zhuǎn)法，可確定推桿反轉(zhuǎn)角時(shí)，推

4、桿平底與凸輪的切點(diǎn)b。2) p為瞬心推桿速度：則b 點(diǎn)直角坐標(biāo)此即為凸輪工作廓線方程式。圖2中,凸輪基圓半徑ra ,平底(從動(dòng)件)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律為,凸輪以等角速度順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)機(jī)構(gòu)反轉(zhuǎn)時(shí),從動(dòng)件上升s,凸輪與平底將在t點(diǎn)接觸。可以得出凸輪實(shí)際輪廓上t點(diǎn)的極坐標(biāo)方程為: 實(shí)例:已知凸輪的基圓半徑為= 40mm,升程角為80(其中040為等加速運(yùn)動(dòng), 4080為等減速運(yùn)動(dòng)) ,遠(yuǎn)休止角為20,回程角為80(其中100140為等加速運(yùn)動(dòng), 140180為等減速運(yùn)動(dòng)) ,從動(dòng)件升程為h = 10mm。凸輪建模步驟1:創(chuàng)建曲線方程：（1）040其中， rad，得t點(diǎn)得坐標(biāo)（x，y）階段的方程為:ra=4

5、0h=10hudu=pi/180fei=80*hudutheta1=40*t*huduss=2*h*theta1*theta1/fei/feids=4*h/fei/fei*theta1r=sqrt(ds*ds+(ra+ss)(ra+ss)theta=theta1/hudu+atan(ds/(s+ra)x=thetay=r-raz = 0（2） 4080其中， rad，得t點(diǎn)得坐標(biāo)（x，y）階段的方程為:ra=40h=10hudu=pi/180fei=80*hudutheta1=40*t*huduss=h-2*h*（fei-theta1）*（fei-theta1）/fei/feids=4*h/f

6、ei/fei*（fei-theta1）r=sqrt(ds*ds+(ra+ss)(ra+ss)theta=theta1/hudu+atan(ds/(s+ra)x=thetay=r-raz = 0（3）8090為半徑30mm的圓?。?） 另外三個(gè)象限的圖形建模同理，可通過對(duì)稱選項(xiàng)完成。3，配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型的建立3.1,三維實(shí)體的建模 4，配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)仿真分析在pro /e的mechanism 模塊下,機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真主要通過以下四個(gè)步驟進(jìn)行, 1)對(duì)裝配好的機(jī)構(gòu)建立凸輪機(jī)構(gòu)連接; 2)對(duì)裝配好的機(jī)構(gòu)模型建立伺服馬達(dá),使機(jī)構(gòu)產(chǎn)生一定形式的運(yùn)動(dòng); 3)運(yùn)行一個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析,產(chǎn)生可視化的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過

7、程,保存運(yùn)動(dòng)分析結(jié)果; 4)進(jìn)行分析測(cè)量,得到分析測(cè)量圖形,同時(shí)輸出分析結(jié)果。在發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣凸輪機(jī)構(gòu)中,對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)建立凸輪機(jī)構(gòu)連接;對(duì)凸輪建立一個(gè)伺服馬達(dá);通過運(yùn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析,產(chǎn)生了整個(gè)機(jī)構(gòu)的一個(gè)可視化的運(yùn)動(dòng)過程。在分析測(cè)量階段,主要分析了平底(相當(dāng)于配氣機(jī)構(gòu)的氣門)的位移、速度及加速度隨時(shí)間變化的規(guī)律。第一部分 步長對(duì)仿真的影響步數(shù)20，曲線在極值位置處并不是很光滑，考慮到可能存在振動(dòng)步數(shù)100，振動(dòng)明顯步數(shù)1000步，在極值位置處明顯，普通位置處也存在輕微振動(dòng)現(xiàn)象所以，加入彈簧考慮減震效果運(yùn)動(dòng)效果會(huì)更好。第二部分 彈簧剛度對(duì)位移平穩(wěn)性的影響剛度為4.2e-2，效果不明顯剛度4.2，已經(jīng)有

8、明顯的效果剛度420，減震效果更佳剛度4200，說明420的剛度已經(jīng)足夠，無需對(duì)彈簧提出更高的要求。第三部分 確定好仿真參數(shù)后，仿真分析所以整個(gè)系統(tǒng)在步數(shù)1000步，彈簧剛度為420時(shí)，測(cè)試其運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)性能如下。從動(dòng)桿位移從動(dòng)桿速度從動(dòng)桿加速度從動(dòng)桿對(duì)導(dǎo)軌的橫向作用力，即接觸力的x分量驅(qū)動(dòng)力矩接觸力的y分量彈簧變形量彈簧變形速度彈簧力第四部分 對(duì)第三部分結(jié)果的進(jìn)一步驗(yàn)證闡明由于存在速度、加速度的振動(dòng)，步數(shù)20，看變化趨勢(shì)由于彈簧和凸輪的雙向作用，使得從動(dòng)桿的速度在零附近，有利于氣門的平穩(wěn)閉合由于彈簧和凸輪的雙向作用，使得從動(dòng)桿的加速度在零附近，有利于氣門的平穩(wěn)閉合。但是在曲率變化大的地方，

9、加速度也大，說明曲線的曲率變化越平緩，加速度越小。這對(duì)設(shè)計(jì)凸輪曲線具有重要意義。接觸力在x方向的分量也呈脈動(dòng)循環(huán)，最大值在500n左右，這一參數(shù)對(duì)從動(dòng)桿的運(yùn)動(dòng)潤滑性存在作用。驅(qū)動(dòng)力矩呈脈動(dòng)循環(huán)，并且在曲率變化大的位置驅(qū)動(dòng)力矩為零，并且方向發(fā)生變化，這對(duì)于電動(dòng)機(jī)功率和正反轉(zhuǎn)周期的確定具有重要意義。接觸力在y方向的分力，最大值達(dá)4000n，對(duì)凸輪及從動(dòng)盤提出了很高的要求。但是由于彈簧剛度很大，在實(shí)際應(yīng)用中為了兼顧位移的光滑性和接觸力，應(yīng)該選用適中的彈簧剛度。彈簧變形速度在零點(diǎn)附近，說明變形過程比較緩和，從從動(dòng)桿的位移的角度來說，位移變化比較平緩，有利于氣門的啟閉。結(jié)論：1、adams仿真時(shí)步數(shù)的設(shè)置對(duì)結(jié)果具有非常重要的影響，步數(shù)越大，結(jié)果越精確。當(dāng)存在振動(dòng)時(shí)，步數(shù)越小，越能顯示變化趨勢(shì)。在應(yīng)用軟件時(shí)，應(yīng)根據(jù)分析的內(nèi)容靈活運(yùn)用參數(shù)的設(shè)置。2、彈簧在凸輪機(jī)構(gòu)中具有重要作用，尤其有利于從動(dòng)桿位移變化的平穩(wěn)性。但由于彈簧的存在，