(完整版)曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真

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1、沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 學(xué)院 汽車與交通學(xué)院 專業(yè) 車輛工程 學(xué)生姓名 班級學(xué)號 課程設(shè)計(jì)題目 曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真（1缸） 要求： 1 ?掌握應(yīng)用CATIA軟件進(jìn)行三維建模的能力，模型建立要正確。 2. 掌握應(yīng)用ADAMS軟件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的能力，運(yùn)動(dòng)副及約束的添加要正確， 仿真結(jié)果要合理 3. 對分析結(jié)果進(jìn)行分析及說明。 4. 課程設(shè)計(jì)說明書的內(nèi)容和格式要符合相關(guān)管理文件規(guī)定。 任務(wù)：應(yīng)用CATIA軟件完成曲柄連桿機(jī)構(gòu)建模，利用ADAMS軟件完成曲柄連 桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，并完成課程設(shè)計(jì)說明書。 工作計(jì)劃：應(yīng)用CATIA軟件作為設(shè)

2、計(jì)工具，完成曲柄連桿機(jī)構(gòu)的建模，并利用 ADAM進(jìn)行曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。要求正確完成曲柄連桿機(jī)構(gòu)的建模，并將 模型導(dǎo)入到ADAM中完成運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。對分析結(jié)果進(jìn)行必要的說明。 進(jìn)度安排： 1、 理解題目要求，查閱資料，學(xué)習(xí)軟件，確定設(shè)計(jì)方案 1天 2、 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的實(shí)體建模4天 3、 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真3天 4、 說明書撰寫1天 5、 答辯1天 指導(dǎo)教師： 201 年 月曰 專業(yè)負(fù)責(zé)人： 201 年 月曰 學(xué)院教學(xué)副院長： 201 年 月曰 目錄 1 緒論 1 1.1 CATIAV5軟件介紹 1 1.2 ADAM軟件介紹 1 1.3 SMDESIG

3、NE軟件介紹 2 1.4本次課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容及目的 2 2曲柄連桿機(jī)構(gòu)的建模 3 2.1活塞的建模 3 2.2活塞銷的建模 5 2.3連桿的建模 5 2.4曲軸的建模 6 2.5汽缸體的建模 8 3 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的裝配 10 3.1將各部件導(dǎo)入CATIA裝配模塊并利用約束命令確定位置關(guān)系 10 4 曲柄連桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)入ADAMS 14 4.1曲柄連桿機(jī)構(gòu)各個(gè)零部件之間運(yùn)動(dòng)副分析 14 4.2曲柄連桿機(jī)構(gòu)各個(gè)零部件之間運(yùn)動(dòng)副建立 14 4.3曲柄連桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)入 ADAMS 16 5 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 17 結(jié)束語 22 參考文獻(xiàn) 23 II

4、I 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 1 緒論 1.1 CATIA V5軟件介紹 CATIA V5( Computer-graphics Aided Three-dime nsio nal In teractive Applicatio n)是法 國Dassault公司于1975年開發(fā)的一套完整的 3D CAD/CAM/CAE 一體化軟件。它的內(nèi) 容涵蓋了產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)、三維建模、分析計(jì)算、動(dòng)態(tài)模擬與仿真、工程圖的 生成、生產(chǎn)加工成產(chǎn)品的全過程，其中還包括了大量的電纜和管道布線、各種模具設(shè)計(jì) 與分析、人機(jī)交換等實(shí)用模塊。CATIA V5不但能保證企業(yè)內(nèi)部設(shè)計(jì)部門之間的協(xié)同設(shè) 計(jì)功能

5、而且還可以提供企業(yè)整個(gè)集成的設(shè)計(jì)流程和端對端的解決方案。 CATIA V5大量 應(yīng)用于航空航天、汽車及摩托車行業(yè)、機(jī)械、電子、家電與 3C產(chǎn)業(yè)、NC加工等領(lǐng)域。 由于其功能的強(qiáng)大而完美，CATIA V5已經(jīng)成為三維CAD/CAM領(lǐng)域的一面旗幟和 爭相遵從的標(biāo)準(zhǔn)，特別是在航空航天、汽車及摩托車領(lǐng)域。法國的幻影 2000系列戰(zhàn)斗 機(jī)就是使用CATIA V5進(jìn)行設(shè)計(jì)的一個(gè)典范；波音 777客機(jī)則使用CATIA V5實(shí)現(xiàn)了無 圖紙?jiān)O(shè)計(jì)。另外，CATIA V5還用于制造米其林輪胎、伊萊克斯電冰箱和洗衣機(jī)、 3M公 司的粘合劑等。CATIA V5不僅給用戶提供了詳細(xì)的解決方案，而且具有先進(jìn)的開發(fā)性

6、、 集成性及靈活性。 CATIA V5的主要功能有：三維幾何圖形設(shè)計(jì)、二維工程藍(lán)圖繪制、復(fù)雜空間曲面 設(shè)計(jì)與驗(yàn)證、三維計(jì)算機(jī)輔助加工制造、加工軌跡模擬、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)分析、標(biāo)準(zhǔn)零 件管理。 1.2 ADAMS軟件介紹 ADAMS 即機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析 (Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems，該軟件是美國 MDI公司(Mechanical Dynamics Inc.)開發(fā)的虛擬樣機(jī)分析軟 件。目前，ADAMS己經(jīng)被全世界各行各業(yè)的數(shù)百家主要制造商采用。根據(jù) 1999年機(jī) 械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真分析軟件國際市場份額的統(tǒng)計(jì)資料，ADAM

7、軟件銷售總額近八千萬美元、 占據(jù)了 51%的份額。 ADAMS軟件使用交互式圖形環(huán)境和零件庫、約束庫、力庫，創(chuàng)建完全參數(shù)化的機(jī) 械系統(tǒng)幾何模型，其求解器采用多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論中的拉格郎日方程方法，建立系 統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程，對虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，輸出位移、速度、 加速度和反作用力曲線。ADAMS軟件的仿真可用于預(yù)測機(jī)械系統(tǒng)的性能、運(yùn)動(dòng)范圍、 碰撞檢測、峰值載荷以及計(jì)算有限元的輸入載荷等。 ADAMS 一方面是虛擬樣機(jī)分析的應(yīng)用軟件，用戶可以運(yùn)用該軟件非常方便地對虛 擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析。另一方面，又是虛擬樣機(jī)分析開發(fā)工具， 其開放性的程序結(jié)構(gòu)和多種

8、接口，可以成為特殊行業(yè)用戶進(jìn)行特殊類型虛擬樣機(jī)分析的 二次開發(fā)工具平臺。ADAMS軟件有兩種操作系統(tǒng)的版本：UNIX版和Windows NT/2000 版。 1.3 SimDesig ner 軟件介紹 SimDesigner for CATIA V5系列產(chǎn)品是構(gòu)建于 CAA V5 的 體系結(jié)構(gòu)上，并與 Dassault Systemes公司達(dá)成密切合作伙伴關(guān)系而開發(fā)。 Simdesigner使CATIA用戶能夠以集成和可擴(kuò)展的方式獲取 MSC.Software公司仿真 工具和技術(shù)，從而在整個(gè)產(chǎn)品生命周期中減少設(shè)計(jì)和物理試驗(yàn)的成本。 SimDesigner for CATIA V5產(chǎn)品家

9、族由創(chuàng)成式（Generativ^產(chǎn)品系列、接口類產(chǎn)品 系列、垂直應(yīng)用產(chǎn)品系列和針對特定學(xué)科的配置組成。 SimDesigner創(chuàng)成式產(chǎn)品系列將MSC.Software仿真解決方案無縫集成到CAD環(huán)境 中，側(cè)重于對產(chǎn)品。 進(jìn)行多學(xué)科綜合的特性評估， 例如結(jié)構(gòu)線性、動(dòng)力學(xué)、熱、結(jié)構(gòu)非線性 等。SimDesigner接口類產(chǎn)品系列在CATIA環(huán)境與客戶所擁有的獨(dú)立的 VPD產(chǎn)品之間 提供了無縫的雙向鏈接。 SimDesigner垂直應(yīng)用類產(chǎn)品可以在CATIA V5環(huán)境下進(jìn)行 產(chǎn)品評估及流程知識的捕獲、存儲和重新利用，這些知識涉及產(chǎn)品制造、測試和驗(yàn)證等 各個(gè)方面。 SimDesigner當(dāng)前

10、提供了三個(gè)產(chǎn)品配置，為解決特定類型的相關(guān)問題提供了一組分 析產(chǎn)品。 1.4 本次課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容及目的 本次課程設(shè)計(jì)主要內(nèi)容：利用 CATIA軟件中的零件設(shè)計(jì)模塊對曲柄連桿機(jī)構(gòu)的所 有零件進(jìn)行建模，然后利用軟件的裝配模塊把曲柄連桿機(jī)構(gòu)的所有組成零件按照一定的 位置關(guān)系進(jìn)行裝配，最后利用 ADAMS軟件對曲柄連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真和分析。 本次課程設(shè)計(jì)的主要目的：通過完成以上的內(nèi)容，對 CATIA軟件零件設(shè)計(jì)模塊、 裝配模塊和ADAMS軟件運(yùn)動(dòng)仿真及分析的應(yīng)用有了更加深入的了解， 對軟件的操作更 加熟練，最終達(dá)到熟練掌握這門軟件的目的。 2曲柄連桿機(jī)構(gòu)的建模 2.1 活塞的建模

11、 活塞直徑76mm,高61mm，裙部厚度3mm,活塞頂部厚20mm,活塞銷孔直徑18mm, 活塞銷孔中心到活塞頂部距離28.5mm,繪制活塞三維圖步驟如下： (1) 打開CATIA---開始---機(jī)械設(shè)計(jì)---零件設(shè)計(jì)，進(jìn)入繪制活塞的工作模塊(如圖2.1), 點(diǎn)擊平面圖標(biāo) Q 并選XOY平面，將XOY平面平移400mm。 圖2.1零件設(shè)計(jì)模塊 (2) 點(diǎn)擊草圖圖標(biāo) 創(chuàng)并選平移后的平面，進(jìn)入草圖繪制模塊，點(diǎn)擊畫圓圖標(biāo) 丨工建 圓，圓心坐標(biāo)為(0,0)，半徑為38mm。 (3) 點(diǎn)擊退出工作臺圖標(biāo)凸退出草圖，點(diǎn)擊凸臺圖標(biāo)翌進(jìn)行拉伸，拉伸61mm。 ⑷ 選擇下底面并點(diǎn)擊草圖圖標(biāo)蟲

12、進(jìn)入草圖，點(diǎn)擊畫圓圖標(biāo) °建圓，圓心(0,0), / — 半徑35mm,點(diǎn)擊直線圖標(biāo)/〒做一條過圓心的直線，再點(diǎn)擊平移圖標(biāo) *，將直線向 兩側(cè)各平移15mm。 (5)點(diǎn)擊斷開圖標(biāo) -，將圓與兩條評議后的平行直線斷開，點(diǎn)擊快速修剪圖標(biāo) "勺 將多余部分修剪掉(如圖2.2)。 圖22繪制凹槽輪廓 _T_ I ” ⑹點(diǎn)擊退出工作臺圖標(biāo) u退出草圖，點(diǎn)擊凹槽圖標(biāo)甌打凹槽，深度51mm。 (7) 點(diǎn)擊草圖圖標(biāo) 圓并選XOZ平面進(jìn)入草圖，點(diǎn)擊畫圓圖標(biāo) 文以(0，371.5)為圓 心，半徑9mm建圓。 (8) 點(diǎn)擊退出工作臺圖標(biāo)…退出草圖，點(diǎn)擊凹槽圖標(biāo) 亍，選

13、中鏡像范圍，向兩 邊各拉伸38mm(如圖2.3)。 .走5上詣 -垢像荊罔 反鞍方豈. 臧： 諾擇：草圖. □叵 類型： 限制： 尺寸 5 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) # 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 圖2.3打活塞銷孔 # 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 2.2 活塞銷的建模 活塞銷直徑18mm,長度73mm,繪制活塞銷三維圖步驟如下： (1) 打開CATIA---開始---機(jī)械設(shè)計(jì)---零件設(shè)計(jì)，進(jìn)入繪制活塞銷的工作模塊，點(diǎn)擊 平面圖標(biāo)—并選XOZ平面，將XOZ平面平移-200mm。 ⑵點(diǎn)擊草圖圖標(biāo)耳并選平移后的平面進(jìn)入草圖繪制模塊，點(diǎn)擊

14、畫圓圖標(biāo) 5 ,以 (0,0)為圓心，半徑9mm建圓。 (3)點(diǎn)擊退出工作臺圖標(biāo)…退出草圖，點(diǎn)擊凸臺圖標(biāo) ?拉伸73mm成圓柱體(如圖 2.4）。 圖2.4拉伸活塞銷 2.3 連桿的建模 連桿小頭的內(nèi)徑18mm，外徑27mm，厚28mm，連桿大頭內(nèi)徑43mm，外徑56mm， 厚32mm，大頭中心與小頭中心距離150mm，桿身厚10mm，繪制連桿三維圖步驟如下： (1) 打開CATIA---開始---機(jī)械設(shè)計(jì)---零件設(shè)計(jì)，進(jìn)入繪制連桿的工作模塊。 (2) 點(diǎn)擊草圖圖標(biāo) 并選XOZ平面進(jìn)入草圖繪制模塊，點(diǎn)擊畫圓圖標(biāo) ,以(0,0) 為圓心，做兩個(gè)同心圓，半徑分別為9mm，

15、13.5mm，點(diǎn)擊退出工作臺圖標(biāo) 凸退出草圖， 點(diǎn)擊凸臺圖標(biāo)幾，選中鏡像范圍，向兩邊各拉伸14mm。 (3) 點(diǎn)擊草圖圖標(biāo) 負(fù)并選平移后的平面進(jìn)入草圖繪制模塊， 點(diǎn)擊畫圓圖標(biāo) ©〒，以 (0,-150)為圓心，做兩個(gè)同心圓，半徑分別為21.5mm, 28mm點(diǎn)擊退出工作臺圖標(biāo)出退 出草圖，點(diǎn)擊凸臺圖標(biāo)包，選中鏡像范圍，向兩邊各拉伸16mm。 ⑷ 點(diǎn)擊草圖圖標(biāo)E!并選XOY平面進(jìn)入草圖繪制模塊，點(diǎn)擊投影3D元素圖標(biāo) J 將兩同心圓柱體的輪廓線投影在 XOY平面，點(diǎn)擊雙切線圖標(biāo) "”做直徑為18mm和 / 43mm圓的切線，然后點(diǎn)擊斷開圖標(biāo)/ +將直徑為27mm與56m

16、m兩圓和兩條切線在交 點(diǎn)處斷開，點(diǎn)擊快速修剪圖標(biāo) G將多余部分修剪掉。 (5)點(diǎn)擊退出工作臺圖標(biāo)凸退出草圖，點(diǎn)擊凸臺圖標(biāo)遼，選中鏡像范圍，向兩邊 各拉伸5mm(如圖2.5) 圖2.5鏡像拉伸連桿體 2.4 曲軸的建模 曲軸直徑41mm，長28mm，曲拐長128mm，寬66mm，厚20mm，兩曲拐間的距 離為34mm，飛輪直徑80mm，厚4mm，繪制曲軸三維圖如下： (1) 打開CATIA---開始---機(jī)械設(shè)計(jì)---零件設(shè)計(jì)，進(jìn)入繪制曲軸的工作模塊，點(diǎn)擊 平面圖標(biāo) 并選XOZ平面，將XOZ平面平移200mm。 (2) 點(diǎn)擊草圖圖標(biāo) E并選平移后的平面進(jìn)入草圖繪制模塊，

17、點(diǎn)擊畫圓圖標(biāo) , 以(0,0)為圓心，半徑為20.5mm建圓。 (3) 點(diǎn)擊退出工作臺圖標(biāo)凸退出草圖，點(diǎn)擊凸臺圖標(biāo)包■拉伸28mm。 ⑷ 選擇圓柱體的一個(gè)底面并點(diǎn)擊草圖圖標(biāo) 鉄進(jìn)入草圖，點(diǎn)擊畫圓圖標(biāo) 5 ,分別 以(0,0)和(0,62)為圓心，33mm為半徑建圓，點(diǎn)擊雙切線圖標(biāo) /故兩圓的外切線，點(diǎn)擊 斷開圖標(biāo)” +將相切圓和相切直線在切點(diǎn)處斷開，點(diǎn)擊快速修剪圖標(biāo)/■將多余的線修剪 掉(如圖2.6) 圖2.6 曲拐草圖 (5) 點(diǎn)擊退出工作臺圖標(biāo) 凸退出草圖，點(diǎn)擊凸臺圖標(biāo) 遼拉伸20mm,選曲拐的另 一平面并點(diǎn)擊草圖圖標(biāo) 進(jìn)入草圖，點(diǎn)擊畫圓圖標(biāo) ①*，以(0,62)為圓心

18、，半徑為28mm 建圓。 (6) 點(diǎn)擊退出工作臺圖標(biāo) 出退出草圖，點(diǎn)擊凸臺圖標(biāo) 幾拉伸17mm，點(diǎn)擊鏡像圖 標(biāo)仃選中半徑為28mm圓柱體的另一個(gè)面做全部實(shí)體的鏡像 （如圖2.7） 諭茸亓幸： 占臺，丁.面： 要瞬矇的對象： 圖2.7鏡像曲軸 2.5 汽缸體的建模 汽缸體長100mm,寬100mm,高362mm,曲軸中心到汽缸體上表面距離 262mm, 氣缸深度125.5mm，繪制汽缸體的三維圖如下： (1) 打開CATIA---開始---機(jī)械設(shè)計(jì)---零件設(shè)計(jì)，進(jìn)入繪制汽缸體的工作模塊，點(diǎn)擊 平面圖標(biāo)? 并選XOY平面，將XOY平面平移1000mm。 (2) 點(diǎn)擊

19、草圖圖標(biāo)工并選平移后的平面進(jìn)入草圖繪制模塊，點(diǎn)擊居中矩形圖標(biāo) 二繪制以(0,0)為中心，邊長為100mm的正方形 (3)點(diǎn)擊退出工作臺圖標(biāo) 山退出草圖，點(diǎn)擊凸臺圖標(biāo) 匹拉伸362mm,選擇下底面 丄?并選XOZ平面進(jìn)入草圖繪制模塊, 并點(diǎn)擊草圖圖標(biāo)I耳進(jìn)入草圖，點(diǎn)擊畫圓圖標(biāo) k以(0,0)為圓心，半徑38mm建圓，點(diǎn) 擊退出工作臺圖標(biāo)凸退出草圖，點(diǎn)擊凹槽圖標(biāo)底L ,凹槽深度342mm,點(diǎn)擊草圖圖標(biāo) 點(diǎn)擊畫圓圖標(biāo) ”以(0,738)為圓心，半徑20.5mm 建圓，點(diǎn)擊退出工作臺圖標(biāo) …退出草圖，點(diǎn)擊凹槽圖標(biāo) ■選擇鏡像范圍，凹槽深度 10 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)

20、 11 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 向兩側(cè)各50mm,點(diǎn)擊草圖圖標(biāo) ■并選YOZ平面進(jìn)入草圖繪制模塊，點(diǎn)擊投影 3D元 # 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 圖2.8繪制汽缸體 素圖標(biāo)石將長方體的四個(gè)邊投影在 YOZ平面上，點(diǎn)擊平移圖標(biāo)點(diǎn)擊平移圖標(biāo)"I將上 表面投影的直線向下平移145.5mm,將兩側(cè)面投影的直線分別向中間平移 12mm,點(diǎn)擊 斷開圖標(biāo)/ ”將平移后所得的直線在交點(diǎn)處斷開, 點(diǎn)擊快速修剪圖標(biāo)/?將多余的線修剪 掉，點(diǎn)擊退出工作臺圖標(biāo) 兩側(cè)各50mm（如圖2.8）。 E3退出草圖，點(diǎn)擊凹槽圖標(biāo)--\選擇鏡像范圍，凹槽深度向 12

21、 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 3曲柄連桿機(jī)構(gòu)的裝配 3.1 將各部件導(dǎo)入CATIA裝配模塊并利用約束命令確定位置關(guān)系 (1) 打開CATIA---開始---機(jī)械設(shè)計(jì)---裝配設(shè)計(jì)，進(jìn)入裝配設(shè)計(jì)模塊(如圖3.1) 樽 Ploductl ^Applknltiwis 舗斛豪宙畫WBS晦露 攔.工 」：5© J ? 倫爐 稱」宙罔 塁巫申令亂y豐i(3血國 13 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) # 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 圖3.1裝配設(shè)計(jì)模塊 (2)點(diǎn)擊現(xiàn)有部件圖標(biāo) 再點(diǎn)擊裝配零件設(shè)計(jì)頁面左邊的 # 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)

22、 # 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 選擇文件對話框(如圖3.2) 圖3.2文件選擇對話框 # 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) （3）依次點(diǎn)擊活塞，連桿，活塞銷，曲軸，汽缸體調(diào)出在 CATIA零件設(shè)計(jì)中所有曲 柄連桿機(jī)構(gòu)的零部件（如圖3.3）。 圖3.3 CATIA零件設(shè)計(jì)中所有曲柄連桿機(jī)構(gòu)的零部件 （4）點(diǎn)擊相合約束矩，再點(diǎn)擊連桿小頭軸線和活塞銷軸線，將活塞銷和連桿小頭 軸向定位（如圖3.4）。 圖3.4活塞銷和連桿小頭軸向定位 ⑸點(diǎn)擊操作圖標(biāo)園，將活塞銷插入到連桿小頭襯套內(nèi)（如圖3.5）。 圖3.5活塞銷插入到連桿小頭襯套內(nèi) (6)點(diǎn)擊操作

23、圖標(biāo) ,將活塞移動(dòng)到和活塞銷，連桿小頭差不多的軸線位置，點(diǎn) 擊相合約束蔓，再點(diǎn)擊活塞銷孔軸線和活塞銷軸線，將活塞銷和活塞銷孔軸向定位, (如圖3.6)。 將活塞銷和連桿小頭插入活塞銷孔內(nèi) 圖3.6活塞移動(dòng)到適當(dāng)位置  ⑺點(diǎn)擊接觸約束圖標(biāo)選擇連桿大頭和曲軸，選擇曲面接觸，點(diǎn)擊操作圖標(biāo) ' j ,將活塞，活塞銷，連桿，曲軸裝配起來（如圖3.7）。 圖3.7活塞、活塞銷、連桿、曲軸接觸約束 （8）點(diǎn)擊相合約束 E ，再點(diǎn)擊活塞和汽缸體軸線，將活塞和汽缸體軸向定位，點(diǎn) 擊接觸約束圖標(biāo) ，選擇曲軸和汽缸體上曲軸孔，選擇曲面接觸，點(diǎn)擊操作圖標(biāo) 選沿丫軸拖動(dòng)，將汽缸

24、體，活塞，活塞銷，連桿，曲軸飛輪組裝配成整體 （如圖3.8）。 圖3.8汽缸體、活塞、活塞銷、連桿、曲軸裝配成整體  4 曲柄連桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)入 ADAMS 4.1曲柄連桿機(jī)構(gòu)各個(gè)零部件之間運(yùn)動(dòng)副分析 點(diǎn)擊桌面上 SD圖標(biāo) ，進(jìn)入到仿真運(yùn)動(dòng)平臺分析, 開始---數(shù)字模型---SD Motion 17 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) # 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) Workbench,點(diǎn)擊文件---打開，導(dǎo)入裝配零件(如圖4.1) El A iji . M- -iris »'ii. .iSTfi I 血? 1 口 萍垢巴? ~右g心 文

25、hte 翻( ~JIM 工夙二 g込 ■■- 咒廠 product空 SW：-UtJ □013 7 Part? (3fli 'A.iplta：alMnP5 Parti (^artl .1) ParH par Ml) 4-iS? Parti (殆心.1) 圖4.1仿真運(yùn)動(dòng)平臺 --殆山也崟hlf 玉誓銳調(diào)*越一 5=■ # 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 任何一個(gè)機(jī)械要實(shí)現(xiàn)當(dāng)初預(yù)設(shè)的運(yùn)動(dòng)，都需要在各個(gè)零部件之間建立各種運(yùn)動(dòng)副， 分析部分汽缸體模型，機(jī)架應(yīng)該選擇在汽缸體上，因?yàn)樗歉鱾€(gè)零部件裝配的基體組， 各個(gè)零件都通過汽缸體的承載來實(shí)現(xiàn)相互之間的運(yùn)動(dòng)。 曲軸和

26、汽缸體之間應(yīng)該采用旋轉(zhuǎn) 副,因?yàn)樗鼈冎g是軸承和孔之間的配合，所以曲軸和連桿大頭之間也應(yīng)該采用旋轉(zhuǎn)副 活塞銷采用全浮式支撐，這樣活塞銷不僅可以在連桿小頭內(nèi)運(yùn)動(dòng)，還可以在活塞銷孔內(nèi) 運(yùn)動(dòng)，使活塞銷磨損均勻。活塞和汽缸壁之間應(yīng)該采用移動(dòng)副，這樣才可以使活塞在汽 缸壁內(nèi)運(yùn)動(dòng)。 4.2 曲柄連桿機(jī)構(gòu)各個(gè)零部件之間運(yùn)動(dòng)副建立 (1) 點(diǎn)擊 Insert a revolute joint 圖標(biāo) ，在 Definition 中，F(xiàn)irst Component選擇曲 軸，Seco nd Comp onent選擇汽缸體，然后點(diǎn)擊曲軸的一端作為 Location。再點(diǎn)擊曲軸的 軸線，作為 Axis Dir

27、ection。在 Motion 中，Motion Type 選擇速度(Velocity), Constant Value 中輸入轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)每分，點(diǎn)擊確定(如圖4.2)。 圖4.2建立曲軸和汽缸體之間的旋轉(zhuǎn)副 ⑵依次點(diǎn)擊曲軸和連桿大頭，在曲軸和連桿大頭結(jié)合處選擇約束添加的位置，再 選擇旋轉(zhuǎn)中心線。 (3)依次點(diǎn)擊連桿小頭和活塞銷，在連桿小頭和活塞銷結(jié)合處選擇約束添加的位置， 再選擇旋轉(zhuǎn)中心線。 ⑷依次點(diǎn)擊活塞銷和活塞，在活塞銷和活塞結(jié)合處選擇約束添加的位置，再選擇 旋轉(zhuǎn)中心線。 (5) 點(diǎn)擊Define a ground part圖標(biāo)也j，將汽缸體定義為機(jī)架，固定在大地上。

28、(6) 點(diǎn)擊 Insert a translational joint圖標(biāo) ，在 Definition 中，F(xiàn)irst Component選擇 汽缸體，Second Component選擇活塞，然后點(diǎn)擊活塞的一端作為 Location。再點(diǎn)擊活塞 的軸線，作為 Axis Direction，點(diǎn)擊確定。 剜一、、 (7) 點(diǎn)擊Simulate the current motion model圖標(biāo) ，運(yùn)動(dòng)仿真時(shí)間0.1s,仿真的 步數(shù)100，點(diǎn)擊Start,等計(jì)算結(jié)束后，關(guān)閉對話框(如圖4.3)。 ■卜H (8) 點(diǎn)擊Play SOM results圖標(biāo) ，點(diǎn)擊開始按鈕，開始運(yùn)動(dòng)仿真，

29、仿真運(yùn)動(dòng)結(jié)束， 檢查無誤后，保存文件。 圖4.3 Simulate 中設(shè)置仿真參數(shù) ,菜單 Motion Model Export 中選 (9) 點(diǎn)擊 Export the current motion model 圖標(biāo) 擇 With Geometry，Results Export中選擇All，點(diǎn)擊確定。保存文件為*.cmd格式，并且 保存在全英文目錄文件夾下。 4.3 曲柄連桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)入ADAMS (1) 點(diǎn)擊桌面上ADAMS快捷方式圖標(biāo) 在開始出現(xiàn)菜單中的Start in目錄選 20 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) # 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)

30、擇到保存*.cmd文件目錄文件夾下，點(diǎn)擊 0K。 (2) 選擇File---import，在File To Read的右邊框里右鍵，選擇 Browse，選擇保存的 *cmd文件，點(diǎn)打開，再點(diǎn)0K(如圖4.4)，文件被成功導(dǎo)入。 # 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) # 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 圖4.4文件導(dǎo)入對話框 # 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 5曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 21 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) # 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) ⑴ 將*c

31、md文件導(dǎo)入 ADAMS（如圖5.1）。 圖5.1 ADAMS仿真界面 （2）點(diǎn)擊運(yùn)行圖標(biāo) 運(yùn)行運(yùn)動(dòng)仿真，設(shè)定運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)間 0.1，步數(shù)50，模擬曲 柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程（如圖5.2） 22 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 23 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 曲線（如圖5.3） 圖5.3活塞關(guān)于Z軸上的位移曲線 ⑷ 同上步，Chara

32、cteristic中選擇CM velocity，即活塞的中心點(diǎn)的速度，點(diǎn)擊 0K， 圖5.4活塞關(guān)于Z軸上的速度曲線 ⑸ 同上步，Characteristic中選擇CM acceleration,即活塞的中心點(diǎn)的加速度，點(diǎn) 24 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 25 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 擊OK，出現(xiàn)活塞關(guān)于Z軸上的加速度

33、曲線（如圖5.5） 圖5.5活塞關(guān)于Z軸上的加速度曲線 # 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) # 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) ⑹點(diǎn)擊Plotting圖標(biāo) ，進(jìn)入 ADAMS/Post Processor程序，在 Measure列表中 選擇 Part1_MEA_1，點(diǎn)擊 Add Curves按鈕，再選擇 Part1_MEA_2 和 Part1_MEA_3，點(diǎn) 擊Add Curves按鈕，得到活塞關(guān)于Z軸的位移-速度-加速度曲線（如圖5.6）。活塞運(yùn)動(dòng)的 速度是一條正弦曲線

34、，符合活塞運(yùn)動(dòng)的實(shí)際情況，活塞的節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)圖像也是正弦曲線。 USTC 軒 IW ▼ Nm- 去■x*l± i " .91 .kill 1 2 k 7 = 1 Hu S ■ - l 銜 li ■汀:L-J bl Pt 1 - □uiPte Fftr 圖5.6活塞關(guān)于Z軸的位移-速度-加速度曲線 £iif 0w Istia DM:- O ■ 4、 1 Mb X

35、A r < 2iB B a 夕 # 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) # 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) （7）右鍵選擇曲軸，點(diǎn)擊 Measure命令，Characteristic中選擇CM position，即曲軸 # 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 的中心點(diǎn)的位移，Component中選擇Z軸，點(diǎn)擊OK，出現(xiàn)曲軸關(guān)于Z軸方向上的位移 曲線(如圖5.7)。 圖5.7曲軸關(guān)于Z軸上的位移曲線 (8) 同上步，Characteristic中選擇CM velocity，即曲軸的中心點(diǎn)的速度，點(diǎn)擊 OK， 出現(xiàn)曲軸關(guān)于Z軸上的速度曲線(如圖5.8)。

36、 圖5.8曲軸關(guān)于Z軸上的速度曲線 同上步，Characteristic中選擇CM acceleration,即活塞的中心點(diǎn)的加速度，點(diǎn) 26 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 擊OK，出現(xiàn)活塞關(guān)于Z軸上的加速度曲線（如圖5.9） 圖5.9曲軸關(guān)于Z軸上的加速度曲線 27 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) # 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) (10)點(diǎn)擊Plotting圖標(biāo) ，進(jìn)入 ADAMS/Post Processor程序，在 Measure列表 中選擇 Part1_MEA_1，點(diǎn)擊 Add Curves 按鈕，再選擇 Part1_MEA_2 和 Part1_

37、MEA_3， 點(diǎn)擊Add Curves按鈕，得到活塞關(guān)于Z軸的位移-速度-加速度曲線（如圖5.10）。曲軸運(yùn) 動(dòng)的速度是一條正弦曲線，符合曲軸運(yùn)動(dòng)的實(shí)際情況，曲軸的節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)圖像也是正弦曲 -HIV 44i a -Iff 9 -rrLC h ;皿 rikii 逮他□ 81 SU^HHE-a 卡 I吐碾 前EE召芹 蔬 te-3^ ，工二?亡.】? . at ire Ttr^ll 2.D2 :C3 U4 J C'E- 3 1 4"戸導(dǎo) Ldv-1 ；jf Dda. Pith E n.Jjrnn P&fiuLzs_l HMU1.

38、C9 1 '-'BMVIfr ■ di - & — “ ri 二 E 石上:■ f - fl 口k 2 I - -■dd 1 jT.'iM； -jii: 口Cmfi F p S5VW CarGl_l_BZi_l MTnlT x kl a # 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) # 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 圖5.10曲軸關(guān)于Z軸的位移-速度-加速度曲線 # 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 結(jié)束語 1課程設(shè)計(jì)的主要工作 本課題要求對曲柄連桿機(jī)構(gòu)的建模，裝配和仿真，通過閱讀一些科技文獻(xiàn)，對CA

39、TIA 在汽車設(shè)計(jì)方面做了詳細(xì)的研究，發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的心臟，曲柄連桿機(jī)構(gòu)在發(fā)動(dòng)機(jī)中起到 了非常重要的作用，利用 CATIA軟件對曲柄連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，選用軟件中的機(jī)械設(shè) 計(jì)中零部件設(shè)計(jì)模塊進(jìn)行三維建模，所畫圖形一目了然；用線框與線條模塊進(jìn)行曲面設(shè) 計(jì)，所做圖形清晰流暢；最后用 ADAMS對曲柄連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，得到的曲線 一目了然的反映了運(yùn)動(dòng)過程。 2課程設(shè)計(jì)中存在的不足 由于能力有限，在設(shè)計(jì)過程中，對于精度等方面略顯不足。由于時(shí)間比較倉促，曲 柄連桿機(jī)構(gòu)選用單缸，動(dòng)力會不足。 28 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 參考文獻(xiàn) [1] 江洪，李仲興，陸利鋒.CATIA基礎(chǔ)教程.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.11 （2011.1重 ?。? [2] 陳家瑞.汽車構(gòu)造（上冊）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2009.2 （2011.1重印） [3] CHEN KE. MSC.ADAMS BASIC TRAINING AND EXAMPLES [4] 李增剛.ADAMS入門詳解與實(shí)例.北京：國防工業(yè)出版社.2006.4 ⑸ 朱新濤.CATIA V5機(jī)械設(shè)計(jì)從入門到精通.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2011.7 29