发动机机构的设计与优化

范例概述:

本范例将介绍发动机仿真与分析的操作过程。首先介绍机构模型的创建过程，然后进行运动仿真，并分析发动机活塞的速度和位移曲线。机构模型如图10.4.1所示，读者可以打开视频文件D:\ug10.16\work\ch10.04\engine.avi查看机构运行状况。

图10.4.1 发动机机构模型

Step1.打开文件D:\ug10.16\work\ch10.04\engine_asm.prt。

Step2.选择命令，进入运动仿真模块。

Step3.新建仿真文件。

（1）在“运动导航器”中右击，在系统弹出的快捷菜单中选择命令，系统弹出“环境”对话框。

（2）在“环境”对话框中选中单选项；选中区域中的复选框；输入仿真的名称为“motion_1”，单击按钮。

Step4.定义连杆。

（1）定义连杆L001。选择下拉菜单命令，系统弹出“连杆”对话框，选中复选框，选取图10.4.2所示的零件为连杆L001，其余参数接受系统默认，在“连杆”对话框中单击按钮。

（2）定义连杆L002。选取图10.4.3所示的零件为连杆L002，在“连杆”对话框中单击按钮。

图10.4.2 定义连杆L001

图10.4.3 定义连杆L002

（3）定义连杆L003。继续选取图10.4.4所示的零件为连杆L003，在“连杆”对话框中单击按钮。

（4）定义连杆L004。在“连杆”对话框中取消选中复选框，选取图10.4.5所示的部件为连杆L004，在“连杆”对话框中单击按钮。

图10.4.4 定义连杆L003

图10.4.5 定义连杆L004

（5）定义连杆L005。选取图10.4.6所示的零件为连杆L005，在“连杆”对话框中单击按钮。

（6）定义连杆L006。选取图10.4.7（此图将连杆L002进行隐藏）所示的零件为连杆L006，在“连杆”对话框中单击按钮。

图10.4.6 定义连杆L005

图10.4.7 定义连杆L006

（7）定义连杆L007。选取图10.4.8（此图将连杆L002进行隐藏）所示的零件为连杆L007，在“连杆”对话框中单击按钮。

（8）定义连杆L008。选取图10.4.9（此图将连杆L002、连杆L003和连杆L004进行隐藏）所示的组件（共两个零件）为连杆L008，在“连杆”对话框中单击按钮。

图10.4.8 定义连杆L007

图10.4.9 定义连杆L008

（9）定义连杆L009。选取图10.4.10（此图将连杆L002、连杆L004和连杆L005进行隐藏）所示的组件（共两个零件）为连杆L009，在“连杆”对话框中单击按钮。

Step5.定义旋转副1。

（1）选择下拉菜单命令，系统弹出“运动副”对话框。

（2）定义运动副类型。在“运动副”对话框选项卡的下拉列表中选择选项。

（3）选择连杆。选取图10.4.11所示的连杆L003。

图10.4.10 定义连杆L009

图10.4.11 定义旋转副1

（4）定义原点及矢量。在“运动副”对话框的下拉列表中选择“圆弧中心”选项，在模型中选取图10.4.11所示的圆弧为定位原点参照；选取图10.4.11所示的面作为矢量参考面。

（5）添加啮合连杆。在“运动副”对话框的区域中选中复选框，单击，选取图10.4.11所示的连杆L004。

（6）定义啮合连杆原点及矢量。在“运动副”对话框区域的下拉列表中选择“圆弧中心”选项，在模型中选取图10.4.11所示的圆弧为定位原点参照；选取图10.4.11所示的面作为矢量参考面。

（7）定义驱动。在“运动副”对话框中单击选项卡，在下拉列表中选择选项，并在其下的文本框中输入值600。

（8）单击按钮，完成第一个运动副的添加。

Step6.定义旋转副2。

（1）选择连杆。在“运动导航器”中将连杆L002进行隐藏，然后选取图10.4.12所示的连杆L005。

（2）定义原点及矢量。在“运动副”对话框区域的下拉列表中选择“圆弧中心”选项，在模型中选取图10.4.12所示的圆弧为定位原点参照；选取图10.4.12所示的面作为矢量参考面。

（3）添加啮合连杆。在“运动副”对话框的区域中选中复选框，单击，选取图10.4.12所示的连杆L004。

（4）定义啮合连杆原点及矢量。在“运动副”对话框区域的下拉列表中选择“圆弧中心”选项，在模型中选取图10.4.12所示的圆弧为定位原点参照；选取图10.4.12所示的面作为矢量参考面。

（5）单击按钮，完成第二个运动副的添加。

图10.4.12 定义旋转副2

Step7.定义滑动副1。

（1）定义运动副类型。在“运动导航器”中显示连杆L002，然后将连杆L001进行隐藏，在“运动副”对话框选项卡的下拉列表中选择选项。

（2）选择连杆。选取图10.4.13所示的连杆L007。

（3）定义原点及矢量。在“运动副”对话框的下拉列表中选择“圆弧中心”选项，在模型中选取图10.4.13所示的圆弧为定位原点参照；选取图10.4.13所示的面作为矢量参考面，方向如图10.4.14所示。

图10.4.13 定义滑动副1

图10.4.14 定义滑动副的方向

（4）添加啮合连杆。在“运动副”对话框的区域中选中复选框，单击，选取图10.4.13所示的连杆L002。

（5）定义啮合连杆原点及矢量。在“运动副”对话框区域的下拉列表中选择“圆弧中心”选项，在模型中选取图10.4.13所示的圆弧为定位原点参照；选取图10.4.13所示的面作为矢量参考面，方向如图10.4.14所示。

（6）单击按钮，完成第三个运动副的添加。(https://www.xing528.com)

Step8.定义滑动副2。

（1）选择连杆。选取图10.4.15所示的连杆L006。

（2）定义原点及矢量。在“运动副”对话框的下拉列表中选择“圆弧中心”选项，在模型中选取图10.4.15所示的圆弧为定位原点参照；选取图10.4.15所示的面作为矢量参考面，方向如图10.4.16所示。

（3）添加啮合连杆。在“运动副”对话框的区域中选中复选框，单击，选取图10.4.15所示的连杆L002。

（4）定义啮合连杆原点及矢量。在“运动副”对话框区域的下拉列表中选择“圆弧中心”选项，在模型中选取图10.4.15所示的圆弧为定位原点参照；选取图10.4.15所示的面作为矢量参考面，方向如图10.4.16所示。

（5）单击按钮，完成第四个运动副的添加。

图10.4.15 定义滑动副2

图10.4.16 定义滑动副的方向

Step9.定义柱面副1。

（1）定义运动副类型。在“运动导航器”中显示连杆L001，然后将连杆L002进行隐藏，在“运动副”对话框选项卡的下拉列表中选择选项。

（2）选择连杆。选取图10.4.17所示的连杆L009。

（3）定义原点及矢量。在“运动副”对话框的下拉列表中选择“圆弧中心”选项，在模型中选取图10.4.17所示的圆弧为定位原点参照；选取图10.4.17所示的面作为矢量参考面。

（4）添加啮合连杆。在“运动副”对话框的区域中选中复选框，单击，选取图10.4.17所示的连杆L007。

（5）定义啮合连杆原点及矢量。在“运动副”对话框区域的下拉列表中选择“圆弧中心”选项，在模型中选取图10.4.17所示的圆弧为定位原点参照；选取图10.4.17所示的面作为矢量参考面。

（6）单击按钮，完成第五个运动副的添加。

图10.4.17 定义柱面副1

Step10.定义柱面副2。

（1）选择连杆。选取图10.4.18所示的连杆L008。

（2）定义原点及矢量。在“运动副”对话框的下拉列表中选择“圆弧中心”选项，在模型中选取图10.4.18所示的圆弧为定位原点参照；选取图10.4.18所示的面作为矢量参考面。

（3）添加啮合连杆。在“运动副”对话框的区域中选中复选框，单击，选取图10.4.18所示的连杆L006。

图10.4.18 定义柱面副2

（4）定义啮合连杆原点及矢量。在“运动副”对话框区域的下拉列表中选择“圆弧中心”选项，在模型中选取图10.4.18所示的圆弧为定位原点参照；选取图10.4.18所示的面作为矢量参考面。

（5）单击按钮，完成第六个运动副的添加。

Step11.定义共线连接1。

（1）定义运动副类型。在“运动副”对话框选项卡的下拉列表中选择选项。

（2）选择连杆。选取图10.4.19所示的连杆L008。

（3）定义原点及矢量。在“运动副”对话框的下拉列表中选择“圆弧中心”选项，在模型中选取图10.4.19所示的圆弧为定位原点参照；选取图10.4.19所示的面作为矢量参考面。

（4）添加啮合连杆。在“运动副”对话框的区域中选中复选框，单击，选取图10.4.19所示的连杆L004。

（5）定义啮合连杆原点及矢量。在“运动副”对话框区域的下拉列表中选择“圆弧中心”选项，在模型中选取图10.4.19所示的圆弧为定位原点参照；选取图10.4.19所示的面作为矢量参考面。

（6）单击按钮，完成第七个运动副的添加。

图10.4.19 定义共线连接1

Step12.定义共线连接2。

（1）选择连杆。选取图10.4.20所示的连杆L009。

（2）定义原点及矢量。在“运动副”对话框的下拉列表中选择“圆弧中心”选项，在模型中选取图10.4.20所示的圆弧为定位原点参照；选取图10.4.20所示的面作为矢量参考面。

（3）添加啮合连杆。在“运动副”对话框的区域中选中复选框，单击，选取图10.4.20所示的连杆L004。

（4）定义啮合连杆原点及矢量。在“运动副”对话框区域的下拉列表中选择“圆弧中心”选项，在模型中选取图10.4.20所示的圆弧为定位原点参照；选取图10.4.20所示的面作为矢量参考面。

（5）单击按钮，完成第八个运动副的添加。

图10.4.20 定义共线连接2

Step13.定义解算方案并求解。

（1）选择下拉菜单命令，系统弹出“解算方案”对话框；在下拉列表中选择选项；在下拉列表中选择选项；在文本框中输入值10；在文本框中输入值200；选中对话框中的复选框。

（2）设置重力方向。在“解算方案”对话框区域的矢量下拉列表中选择选项，其他重力参数按系统默认设置值。

（3）单击按钮，完成解算方案的定义。

Step14.播放动画。在“动画控制”工具栏中单击“播放”按钮，即可播放动画。

Step15.在“动画控制”工具栏中单击“导出至电影”按钮，系统弹出“录制电影”对话框，输入名称“engine”，单击按钮，单击（完成动画）按钮，完成运动仿真的创建。

Step16.生成图10.4.21所示的位移图表。

（1）选择命令。选择下拉菜单命令，系统弹出“图表”对话框。

图10.4.21 位移图表

（2）选择要生成图表的对象并定义其参数。在“图表”对话框的区域选择滑动副，在下拉列表中选择选项，在下拉列表中选择选项，单击区域中的按钮。

（3）选中“图表”对话框中的复选框，然后单击按钮，选择D:\ug10.16\work\ch10.04\engine_asm\engine_asm.afu为保存路径。

（4）单击按钮，完成图表的输出。

Step17.生成图10.4.22所示的速度图表。

图10.4.22 速度图表

（1）选择命令。选择下拉菜单命令，系统弹出“图表”对话框。

（2）选择要生成图表的对象并定义其参数。在“图表”对话框的区域选择滑动副，在下拉列表中选择选项，在下拉列表中选择选项，单击区域中的按钮。

（3）选中“图表”对话框中的复选框，然后单击按钮，选择D:\ug10.16\work\ch10.04\ok\engine_asm\engine_asm.afu为保存路径。

（4）单击按钮，完成图表的输出。

Step18.单击按钮，返回到模型，然后选择下拉菜单命令，保存模型。