發動機連桿機構的運動仿真

廣東機電職業技術學院 陳力捷

發動機連桿機構的運動仿真

廣東機電職業技術學院 陳力捷

發動機的連桿機構實際上是曲柄滑塊機構，它是四桿機構的一種形式。在本文中，筆者以曲柄滑塊機構為例，在Matlab／Simulink環境中建立一個發動機連桿機構的動態仿真系統，并對其進行了運動仿真和分析。

一、曲柄滑塊機構分析

曲柄滑塊機構如圖1所示。

設A固定基架坐標為（0，0，0），則A=（0，0，0）。同時設桿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。對于曲柄連桿機構，其極位夾角為θ；活塞行程為H；行程速比系數為k；最小傳動角為γmin。根據定義得到以下各式：

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

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

二、建立仿真模型及設置參數

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，分別對應輸入各構件端點及重心坐標，如圖3所示。

為得到仿真效果，還要設置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構）選項，最終的仿真效果如圖4所示。

三、仿真分析

假設曲柄為原動件，設其初始角速度為0，加速度為10rad／s2，運行仿真，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動行程為100mm。

四、結論

建立發動機曲柄連桿機構的數學模型，在matlab的環境下，利用simulink／simMechanics模塊，建立動態仿真系統并進行分析。相比于傳統的圖解法，這種方法不需要進行一些高級語言編程就能很直觀地觀察到某機構的運動狀況，簡單高效，另外還可以修改各構件的仿真參數，得到不同類型的運動系統，大大減少了機械設計的工作量。