汽车进排气的瞬时运动分析 - 图文(2)

2.5.2平面挺柱导向面与导向孔之间的挤压应力的计算……………………16 2.5.3 平面挺柱的最大速度……………………………………………………16 2.5.4凸轮与挺柱间接触应力的计算…………………………………………17

2.6凸轮的设计………………………………………………………………………18 2.7 凸轮轴的设计…………………………………………………………………19 2.7.1 凸轮轴基本要求…………………………………………………………19 2.7.2凸轮轴计算………………………………………………………………20

2.8本章小结………………………………………………………………………21

第3章Pro-engineer和Adams软件理论基础……………………………………23

3.1虚拟样机技术介绍……………………………………………………………23 3.2虚拟样机强有力的工具…………………………………………………………24 3.3 用Proe和Adams开发虚拟样机的主要流程…………………………………24 3.4 多体动力学………………………………………………………………………25 3.5本章小结…………………………………………………………………………28

第4章 建模与仿真…………………………………………………………………29

4.1 Proe实体建模……………………………………………………………………29 4.2建立Proe装配图…………………………………………………………………32 4.3将装配图导入Adams……………………………………………………………34 4.4配气机构多体动力学仿真结果及分析…………………………………………35 4.5本章小结…………………………………………………………………………42

结论………………………………………………………………………………………43 参考文献 ………………………………………………………………………………44 致谢………………………………………………………………………………………46

第1章 绪 论

1.1 课题研究的目的和意义

1.1.1设计的目的

建立在计算机实体建模及可视化基础上的虚拟样机技术是应用于现代工程设计领域的数字化设计及分析工具。应用计算机技术对柴油机配气机构进行仿真分析，从而得到发动机在供作时，配气机构中个零件的参数。为配气机构的设计提供便利。 1.1.2设计的意义

气门机构是发动机进/排气系统的重要组成部分。同时，进排气阀门噪声也是发动机噪声的主要来源之一。随着发动机转速不断提高以及广泛采用的多气门方案都可能导致发动机进排气阀门噪声的增加。在发动机噪声法规的日益严格的今天，对发动机进排气阀门的运动分析是很有意义的。

计算机辅助设计也是意义重大。现代社会分工中，设计工作是一项各行业都需要的重要工作，其对行业的发展、各项工作的开展都有着重要的积极。服装设计、机械设计、工程设计、汽车设计、图形图像设计等已经成为了行业工作所必须的工作。计算机辅助系统的出现为设计人员的工作带来了巨大的变化，其极大的缓解了传统手工制图设计存在的劳动量大、不易修改等缺点，促进了设计工作的改革以及工作效率的提高。科学的分析计算机辅助设计对设计工作的重要意义有助于相关软件企业针对行业应用细化计算机辅助设计系统，为设计工作提供更加便捷、稳定的辅助设计系统。

1.2柴油机配气机构现状

过去的配气机构设计，只单一研究凸轮，而没有考虑其他零部件产生的影响。由于配气机构是一个弹性系统，它由许许多多的零部件所组成，往往一个成功柴油机所采用的凸轮应用于其他类型的柴油机上不一定效果会好，凸轮必须和整个配气机构系统结合在一起进行考虑，良好的凸轮设计也必须与系统的其他零部件正确匹配，才能达到希望的效果图[1~4]。

为了准确研究配气机构的动态性能，了解气门的实际运动规律，在机构动力学仿真分析方面，目前已采用了多种 分析模型。其中比较基础的是单自由度质量模型。它是将机构简化成由一个质点、弹簧及阻尼器组成的系统，它把机构的质量简化到一个质点上，把机构的弹性等加到一个等刚度无质量的弹簧上，阻尼等效到阻尼器上，该

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模型具有简单、方便等特点，可以满足一般的低、中速柴油机的要求，但由于把质量和刚度都等效到一个点上，不能求出机构各部件的运动和受力情况，不能判断机构零件之间是否发生飞脱，也无法得知弹簧的振动情况。为了克服单自由度模型存在的不足，发展了多自由度质量模型。多自由度质量模型具有比单自由度质量模型更为真实反映实际机构状况的优点，利用多自由度质量模型能精确地研究各传动部件的运动规律和受力情况，也能分析气门弹簧的振动情况[5~10]。对于多自由度质量模型，最主要的问题是计算的复杂性，随着计算机技术的发展和广泛应用，各种商业配气机构软件的推广，多自由度质量模型已逐渐成为配气机构动力学建模的主要方式。

20世纪初仿真技术已得到应用。例如在实验室中建立水利模型，进行水利学方面的研究。1940～1950年航空、航天和原子能技术的发展推动了仿真技术的进步。1960年计算机技术的突飞猛进，为仿真技术提供了先进的工具，加速了仿真技术的发展。采用仿真技术，可以在计算机内对内燃机产品的部件装配并进行机构运动仿真，由仿真运行可校核部件运动轨迹，及时发现运动中部件干涉隐患；对部件装配进行动力学仿真，可校核机构受力情况；根据机构运动约束及保证性能最优的目标进行机构设计优化，可最大限度地满足性能要求，对设计提供指导和修正。通过几个五年计划的努力，我国仿真技术得到了快速发展，并取得了突破性成果。在国防工业领域，建成了不同类型的半实物仿真系统。在军事领域建立了指挥、作战、训练的仿真系统及半实物仿真试验室。我国的多媒体仿真技术正处于起步和发展时期，清华大学、北京大学、华中理工大学和一些部队院校已开始了有关这方面的研究。目前，国内大学和企业己进行了机构运动、动力学仿真方面的研究和局部应用，能在设计初期及时发现内燃机曲柄连杆机构运动干涉，校核配气机构运动、动力学性能等，为设计人员提供了基本的设计依据。

1.3设计内容

气门-凸轮式配气是目前内燃机上应用最广泛的配气形式 ,本文采用的柴油机配气机构为下置凸轮轴式、滚轮随动件、叉型摇臂双气门配气机构，主要由凸轮轴、滚轮、推杆、挺柱、摇臂、气门垫块、气门、气门座等部件组成。

用Pro/E软件对配气机构各零部件进行立体建模，根据各零部件之间的位置和约束关系建立起配气机构的装配模型。考虑到该模型进行仿真分析时的可视化效果，各机构模型均按照实际结构建立。各零部件的质量、转动惯量、质心位置等物理特性参数均由三维CAD软件Pro/E精确计算得到[11~14]。

再将模型导入ADAMS软件进行多体动力学计算，MSC.ADAMS采用世界上广泛

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流行的多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方程方法，建立系统的动力学方程。对于刚体i,采用质心在惯性参考系中的笛卡尔坐标和反映刚体方位的欧拉角或广义欧拉角作为广义坐标，接着建立约束方程和作用力方程 ,并将它们都写成广义坐标的表达式，最后用拉格朗日乘子法建立系统的运动微分方程[15~18]。

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