曲柄连杆机构仿真(附件)【字数：16354】
Simulation of crank link mechanismSimulation of crank link mechanism设计柴油机要考虑各种因素的影响，特别是柴油机的稳定性与安全性，深入研究就是要对柴油机的受力与运动状况进行分析，不断改进柴油机，使柴油机性能更加优越。对受力的分析要考虑柴油机主要受到的力，其中主要受到的力有气体压力和机构惯性力和摩擦力等，这些力是动态变化的，设计仿真时要保证这些力不能太大，如果过大会使机体受损、摩擦加剧、引起柴油机振动；对运动的分析主要考虑活塞、连杆和曲轴的运动状况，其中活塞考虑位移、速度和加速度；连杆考虑角速度、角加速度；曲轴考虑回转运动；设计时要保证运动的平稳。本文利用三维建模装配技术和虚拟样机技术，使用的软件是UG和ADAMS，对曲柄连杆机构进行建模装配，并以8缸柴油机当做研究对象，对其在额定工况下的示功图进行进行编程计算，绘出了相应的曲线，然后对部件添加约束、驱动、载荷等，进行仿真实验，得到运动学与动力学仿真曲线，进行分析。 通过本文的研究，展示了一种简单、高效的机械设计分析手段，对今后对同类型产品的研究积累了丰富的经验。关键词曲柄连杆；仿真分析；运动学；动力学
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题的研究意义和主要工作 1
1.1.1 课题的背景及意义 1
1.1.2 主要工作 2
1.2 虚拟样机技术发展和应用 2
1.3本章小结 3
第二章 曲柄连杆机构模型的建立 4
2.1曲柄连杆机构 4
2.1.1 曲轴飞轮组 4
2.1.2 连杆组 5
2.1.3 活塞组 6
2.2 建立曲柄连杆机构三维模型 6
2.2.1 UG NX4.0的介绍 7
2.2.2 各个零部件的装配 8
2.2.3 曲柄连杆机构各部件的整体安装 16
2.3 建立曲柄连杆机构仿真模型 17
2.4 本章小结 19
第三章 曲柄连杆系统动态分析 20
3.1 曲柄连杆机构的运动学理论 20
3.2 曲柄连杆机构的动力学理论 25
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
第四章 曲柄连杆机构的仿真分析 30
4.1 仿真系统的介绍与加载 30
4.1.1 ADAMS软件的介绍 30
4.1.2 加载仿真系统约束 30
4.1.4 加载仿真系统驱动 33
4.2 曲柄连杆机构仿真分析 34
4.2.1 活塞运动仿真结果分析 35
4.2.2 连杆的仿真结果与分析 37
4.2.3 倾覆力矩的分析 40
全文总结与工作展望 41
全文总结 41
工作展望 41
致 谢 42
参考文献 43
第一章 绪论
1.1 课题的研究意义和主要工作
1.1.1 课题的背景及意义
现代的先进科技带动了许多行业的发展，其中船舶行业发展也十分迅速，面对高速发展的航海业，渐渐对船舶各配件要求越来越高，船舶发动机是船舶的心脏，发动机中的连杆是发动机最重要的机构之一，它也是发动机主要的运动受力元件，在工作中连杆受的外载荷复杂并且呈周期性变化，工作环境非常恶劣，如果连杆遭到破坏往往造成严重的事故。所以连杆的强度和刚度的可靠性可保证内燃机工作时的稳定性和安全性。在以往科技并不发达的时候，人们研发和设计新的产品是对产品各部件进行详细的研究和数学计算，其中主要是依靠大量的人力，这样会浪费人力、物力与时间，而且设计出来的产品达不到使用的要求，为了使设计出的新产品满足发展的需求，必须对产品进行强度、刚度校核计算，这就要求对产品的动力学进行仿真分析，然后分析仿真结果，改造和优化产品。
由于工业发展的需求，对柴油机的功率、转速和工作可靠性要求越来越严格，一些新的问题在产品开发中出现，例如：扭转振动的激振力矩变得更大了；连杆工作条件变得更加恶劣；曲轴将要承受的交变载荷变大了；那么这时的曲轴扭转特性将如何？曲轴连杆的强度和刚度是否满足设计要求？而且市场的竟争并不允许我们进行太多的物理样机试验，这样就会增大开发的周期和设计的成本。这么多问题的出现，迫使人们寻求新的设计方案。对柴油机曲柄连杆机构的仿真是非常具有现实意义的。通过使用多体动力学软件和有限元软件再结合三维实体建模装配技术，对曲柄连杆机构进行三维建模装配，并对装配好的模型进行仿真处理，通过对曲轴的扭转振动特性的计算，利用仿真的结果来作为有限元计算的边界条件，对曲轴、连杆进行动态强度及刚度校核，将计算结果应用于产品设计中，会提高产品设计速度，降低设计成本。
处于工作状态的柴油机，各个部件的工作条件十分恶劣，受力十分复杂，活塞受到燃气压力、惯性力等；连杆会受到活塞的惯性力作用；曲轴会受到连杆的惯性力作用；它们之间的力是相互传递的，应用虚拟样机技术对曲柄连杆机构仿真能够提高柴油机的安全性。
1.1.2 主要工作
本文的工作有两大部分：
（1）安装并学习UG软件，利用UG软件分别对活塞各零部件、曲轴各零部件、连杆各零部件进行三维建模装配，最后将完整装配完的活塞、曲轴、连杆组装成一个曲柄连杆的整体。
（2）安装并学习Adams软件，利用Adams软件将在UG创建完的曲柄连杆机构导入到其中，并对导入的机构进行以下处理：
①添加物体的材料属性，例如，活塞的材料属性选择铝合金，连杆与曲轴的材料属性选择合金钢。
②机构约束的加载，例如，曲轴与大地、连杆小端与活塞销、连杆大端与曲柄销之间需要添加旋转副，活塞与气缸之间需要添加移动副。
③对机构添加驱动，例如，柴油机的工作依靠曲柄的旋转运动，则在曲柄上要添加一个旋转驱动。
④对机构进行仿真模拟分析，得到机构运动学与动力学曲线，例如活塞的位移、速度、加速度以及连杆的角速度、角加速度还有连杆小端和连杆大端的受力曲线。
本文的研究对象是8缸柴油机，对8缸柴油机的仿真分析，加强对柴油机运动学和动力学理解，以便为仿真以后各种型号的柴油机奠定基础。
（3）对曲柄销、活塞销处进行受力分析，得到了曲柄销处水平方向和活塞销处水平方向的作用力，在此基础上对倾覆力矩与输出扭矩进行分析。
1.2 虚拟样机技术发展和应用
虚拟样机技术主要是应用于机械系统分析，它的出现是计算机技术日益成熟的必然结果，虚拟样机技术又名虚拟模拟技术，是一项高端的科学技术，它是应用计算机虚拟技术和仿真技术，把新设计的产品资料调入到一个可视化环境，对其进行仿真，得到各种精确的仿真结果。虚拟样机技术和其它仿真技术相比具有相当多的优势，例如，虚拟样机技术在产品设计初期就能对系统进行详细计算与分析，并能够直观地看出各个部件的相对运动情况，能方便找出产品设计中的缺陷与不足，以进行及时的改进，不断优化产品，使得产品不断满足时代进步的要求。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题的研究意义和主要工作 1
1.1.1 课题的背景及意义 1
1.1.2 主要工作 2
1.2 虚拟样机技术发展和应用 2
1.3本章小结 3
第二章 曲柄连杆机构模型的建立 4
2.1曲柄连杆机构 4
2.1.1 曲轴飞轮组 4
2.1.2 连杆组 5
2.1.3 活塞组 6
2.2 建立曲柄连杆机构三维模型 6
2.2.1 UG NX4.0的介绍 7
2.2.2 各个零部件的装配 8
2.2.3 曲柄连杆机构各部件的整体安装 16
2.3 建立曲柄连杆机构仿真模型 17
2.4 本章小结 19
第三章 曲柄连杆系统动态分析 20
3.1 曲柄连杆机构的运动学理论 20
3.2 曲柄连杆机构的动力学理论 25
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
第四章 曲柄连杆机构的仿真分析 30
4.1 仿真系统的介绍与加载 30
4.1.1 ADAMS软件的介绍 30
4.1.2 加载仿真系统约束 30
4.1.4 加载仿真系统驱动 33
4.2 曲柄连杆机构仿真分析 34
4.2.1 活塞运动仿真结果分析 35
4.2.2 连杆的仿真结果与分析 37
4.2.3 倾覆力矩的分析 40
全文总结与工作展望 41
全文总结 41
工作展望 41
致 谢 42
参考文献 43
第一章 绪论
1.1 课题的研究意义和主要工作
1.1.1 课题的背景及意义
现代的先进科技带动了许多行业的发展，其中船舶行业发展也十分迅速，面对高速发展的航海业，渐渐对船舶各配件要求越来越高，船舶发动机是船舶的心脏，发动机中的连杆是发动机最重要的机构之一，它也是发动机主要的运动受力元件，在工作中连杆受的外载荷复杂并且呈周期性变化，工作环境非常恶劣，如果连杆遭到破坏往往造成严重的事故。所以连杆的强度和刚度的可靠性可保证内燃机工作时的稳定性和安全性。在以往科技并不发达的时候，人们研发和设计新的产品是对产品各部件进行详细的研究和数学计算，其中主要是依靠大量的人力，这样会浪费人力、物力与时间，而且设计出来的产品达不到使用的要求，为了使设计出的新产品满足发展的需求，必须对产品进行强度、刚度校核计算，这就要求对产品的动力学进行仿真分析，然后分析仿真结果，改造和优化产品。
由于工业发展的需求，对柴油机的功率、转速和工作可靠性要求越来越严格，一些新的问题在产品开发中出现，例如：扭转振动的激振力矩变得更大了；连杆工作条件变得更加恶劣；曲轴将要承受的交变载荷变大了；那么这时的曲轴扭转特性将如何？曲轴连杆的强度和刚度是否满足设计要求？而且市场的竟争并不允许我们进行太多的物理样机试验，这样就会增大开发的周期和设计的成本。这么多问题的出现，迫使人们寻求新的设计方案。对柴油机曲柄连杆机构的仿真是非常具有现实意义的。通过使用多体动力学软件和有限元软件再结合三维实体建模装配技术，对曲柄连杆机构进行三维建模装配，并对装配好的模型进行仿真处理，通过对曲轴的扭转振动特性的计算，利用仿真的结果来作为有限元计算的边界条件，对曲轴、连杆进行动态强度及刚度校核，将计算结果应用于产品设计中，会提高产品设计速度，降低设计成本。
处于工作状态的柴油机，各个部件的工作条件十分恶劣，受力十分复杂，活塞受到燃气压力、惯性力等；连杆会受到活塞的惯性力作用；曲轴会受到连杆的惯性力作用；它们之间的力是相互传递的，应用虚拟样机技术对曲柄连杆机构仿真能够提高柴油机的安全性。
1.1.2 主要工作
本文的工作有两大部分：
（1）安装并学习UG软件，利用UG软件分别对活塞各零部件、曲轴各零部件、连杆各零部件进行三维建模装配，最后将完整装配完的活塞、曲轴、连杆组装成一个曲柄连杆的整体。
（2）安装并学习Adams软件，利用Adams软件将在UG创建完的曲柄连杆机构导入到其中，并对导入的机构进行以下处理：
①添加物体的材料属性，例如，活塞的材料属性选择铝合金，连杆与曲轴的材料属性选择合金钢。
②机构约束的加载，例如，曲轴与大地、连杆小端与活塞销、连杆大端与曲柄销之间需要添加旋转副，活塞与气缸之间需要添加移动副。
③对机构添加驱动，例如，柴油机的工作依靠曲柄的旋转运动，则在曲柄上要添加一个旋转驱动。
④对机构进行仿真模拟分析，得到机构运动学与动力学曲线，例如活塞的位移、速度、加速度以及连杆的角速度、角加速度还有连杆小端和连杆大端的受力曲线。
本文的研究对象是8缸柴油机，对8缸柴油机的仿真分析，加强对柴油机运动学和动力学理解，以便为仿真以后各种型号的柴油机奠定基础。
（3）对曲柄销、活塞销处进行受力分析，得到了曲柄销处水平方向和活塞销处水平方向的作用力，在此基础上对倾覆力矩与输出扭矩进行分析。
1.2 虚拟样机技术发展和应用
虚拟样机技术主要是应用于机械系统分析，它的出现是计算机技术日益成熟的必然结果，虚拟样机技术又名虚拟模拟技术，是一项高端的科学技术，它是应用计算机虚拟技术和仿真技术，把新设计的产品资料调入到一个可视化环境，对其进行仿真，得到各种精确的仿真结果。虚拟样机技术和其它仿真技术相比具有相当多的优势，例如，虚拟样机技术在产品设计初期就能对系统进行详细计算与分析，并能够直观地看出各个部件的相对运动情况，能方便找出产品设计中的缺陷与不足，以进行及时的改进，不断优化产品，使得产品不断满足时代进步的要求。
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