基于Pro/E的發(fā)動(dòng)機曲柄滑塊機構運動(dòng)仿真分析

　　運用Pro/E軟件創(chuàng )建了發(fā)動(dòng)機活塞的曲柄滑塊機構模型，對該機構進(jìn)行運動(dòng)仿真，提取運動(dòng)過(guò)程中滑塊的位移、速度、加速度變化曲線(xiàn)，分析了滑塊在運動(dòng)過(guò)程中各物理量的輸出變化規律，并將仿真結果和基于數學(xué)分析的結果進(jìn)行對比，理論分析與模擬結果吻合。該種設計方法可視化強，精確、高效，具有一定的工程應用價(jià)值。

1、引言

　　發(fā)動(dòng)機汽缸是一種典型的曲柄滑塊機構，又是絕大多數動(dòng)力機械的動(dòng)力源，發(fā)動(dòng)機的質(zhì)量與性能的優(yōu)劣決定了整臺機械的運行，堪稱(chēng)汽車(chē)、輪船以及飛機的心臟。曲柄滑塊機構是機械結構中較常見(jiàn)機構之一，其結構簡(jiǎn)單，由曲柄、連桿和滑塊通過(guò)3個(gè)轉動(dòng)副和1個(gè)移動(dòng)副連接形成，機構的自由度為1，其輸出效率較高，只需在曲柄上施加作用力或力矩，即可使機構做往復循環(huán)運動(dòng)，在活塞上輸出周期性動(dòng)力。

　　在機構仿真分析技術(shù)出現之前，設計者需要將產(chǎn)品模型放入到實(shí)際工作中進(jìn)行驗證，再根據結果來(lái)修正模型。這些工作無(wú)疑浪費了大量的時(shí)間、財力和人力。Pro/E軟件為機構提供了仿真分析功能，其中的機構分析模塊Mechanism，可以進(jìn)行裝配的運動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析和仿真，能夠大大簡(jiǎn)化機構的設計開(kāi)發(fā)過(guò)程，縮短其開(kāi)發(fā)周期，減少開(kāi)發(fā)費用，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

2、數學(xué)模型

　　2.1、曲柄滑塊機構的運動(dòng)分析

　　圖1是曲柄滑塊機構的運動(dòng)示意圖。OA為曲柄，且OA=R;AB為連桿，且AB=L。運動(dòng)時(shí)，OA以等角速度ω作順時(shí)針?lè )较蛘�周轉動(dòng)，A點(diǎn)作上下的往復移動(dòng)。對應活塞在上止點(diǎn)B1位置時(shí)，α=0°;活塞在下止點(diǎn)B2位置時(shí)，α=180°。

圖1 曲柄滑塊機構的運動(dòng)示意圖

5、結論

　　(1)通過(guò)對活塞運動(dòng)方程的分析，將已知條件R=16mm，L=35mm帶入位移方程，可以得到其位移的變化范圍為0～32mm之間。

　　(2)通過(guò)Pro/E的機構運動(dòng)仿真輸出的圖形可以看出:活塞的行程范圍為0～32mm，仿真結果與理論計算結果一致;速度和加速度變化規律符合實(shí)際運動(dòng)規律。

　　(3)從以上的分析過(guò)程可知，運用Pro/E三維軟件，可以更加形象、直觀(guān)地模擬機構的運動(dòng)，并且可以觀(guān)察到任何時(shí)刻的運動(dòng)狀態(tài)，使得整個(gè)機構的仿真過(guò)程更加精確和高效，為發(fā)動(dòng)機理論的研究提供了新的思路。

　　(4)仿真技術(shù)的應用使在設計的初期便能準確掌握機構的運動(dòng)狀態(tài)，避免了通過(guò)制作樣機來(lái)驗證設計的合理性，有效解決了反復投入資金制造樣機的問(wèn)題，極大地降低了生產(chǎn)成本，縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期[5]。隨著(zhù)虛擬現實(shí)仿真技術(shù)應用的不斷深入，必將會(huì )帶來(lái)很好的市場(chǎng)效益，具有廣泛的應用價(jià)值。