廣東機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陳力捷

發(fā)動機(jī)連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動仿真

廣東機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陳力捷

發(fā)動機(jī)的連桿機(jī)構(gòu)實際上是曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，它是四桿機(jī)構(gòu)的一種形式。在本文中，筆者以曲柄滑塊機(jī)構(gòu)為例，在Matlab／Simulink環(huán)境中建立一個發(fā)動機(jī)連桿機(jī)構(gòu)的動態(tài)仿真系統(tǒng)，并對其進(jìn)行了運(yùn)動仿真和分析。

一、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)分析

曲柄滑塊機(jī)構(gòu)如圖1所示。

設(shè)A固定基架坐標(biāo)為（0，0，0），則A=（0，0，0）。同時設(shè)桿AB、桿BC的長度分別為r2、r3，偏置量為r4，另外，如圖1所示，A點與C點的垂直距離為r1。對于曲柄連桿機(jī)構(gòu)，其極位夾角為θ；活塞行程為H；行程速比系數(shù)為k；最小傳動角為γmin。根據(jù)定義得到以下各式：

設(shè)H=100mm，K=1.25，γmin≥40°。根據(jù)上面各式求解可得r2= 48.549 1，r3=85.740 4，r4=16.362 2。根據(jù)所求各桿長度及偏置量可求得AB、BC桿端點和重心的坐標(biāo)（這里為了研究方便，假設(shè)AB、BC桿的質(zhì)量均勻分布）。

如圖1所示，設(shè)α1=45°，對于桿AB而言，以A端基架作為桿上各點參照，則A端坐標(biāo)為（0，0，0），重心的坐標(biāo)為（-17.1621 1，標(biāo)為（-16.362 2，116.565 7，0），BC桿重心的坐標(biāo)為（24.343 2，74.44495，0）。

二、建立仿真模型及設(shè)置參數(shù)

利用Matlab的simulink/simMechanics各模塊建立仿真模型，如圖2所示。

基架、桿AB、桿BC、活塞之間都通過鉸鏈連接，活塞與支架之間則是一對移動副。仿真模型建立之后，雙擊各模塊打開屬性框，分別對應(yīng)輸入各構(gòu)件端點及重心坐標(biāo)，如圖3所示。

為得到仿真效果，還要設(shè)置Env屬性中的Visualization（可視化），雙擊open configuration parameter，選擇animate machine during simulation（在仿真過程中繪制機(jī)構(gòu)）選項，最終的仿真效果如圖4所示。

三、仿真分析

假設(shè)曲柄為原動件，設(shè)其初始角速度為0，加速度為10rad／s2，運(yùn)行仿真，可得到活塞的位移、速度、加速度分別如圖5、圖6、圖7所示。從圖5中可以看出活塞的運(yùn)動行程為100mm。

四、結(jié)論

建立發(fā)動機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型，在matlab的環(huán)境下，利用simulink／simMechanics模塊，建立動態(tài)仿真系統(tǒng)并進(jìn)行分析。相比于傳統(tǒng)的圖解法，這種方法不需要進(jìn)行一些高級語言編程就能很直觀地觀察到某機(jī)構(gòu)的運(yùn)動狀況，簡單高效，另外還可以修改各構(gòu)件的仿真參數(shù)，得到不同類型的運(yùn)動系統(tǒng)，大大減少了機(jī)械設(shè)計的工作量。