大型机电产品模拟仿真与虚拟设计

1、大型机电产品的模拟仿真与虚拟设计摘要 虚拟设计具有高效性、实用性的特点，在产品系列设计、相似性设计方面都有较大的应用价值。与传统设计方法相比，能够减少重复劳动，提高设计效率，符合现代产品设计需求。针对某V型发动机配气机构,以ADAMS为仿真平台,建立了单个配气机构以及含凸轮轴柔性体的配气机构总成的多体系统模型,并对其进行相应的动力学仿真分析。结果表明,凸轮轴变形以及各缸配气机构的动力耦合,对配气机构的动态性能有一定的影响,凸轮轴轴承所承受的载荷主要受相邻气缸各气门机构凸轮载荷及其合力的影响。关键词 虚拟设计 模拟仿真 VRML ADAMS 配气机构第一章 绪论1.1虚拟现实技术概论虚拟现实 (

2、Virtual Reality)技术，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统，是20世纪八十年代兴起的一门崭新的综合学科技术。它融合了数字图像处理、计算机图形学、人工智能、多媒体技术、传感器技术、网络以及并行处理技术等多个信息技术分支的最新发展成果。从本质上说，虚拟现实就是一种先进的计算机用户接口，它通过给用户同时提供诸如视、听、触等直观而又自然的实时感知和交互，最大限度的方便用户操作，使参与者“沉浸”于环境中。虚拟现实技术具有三个最显著的特征:交互性(Interactivity)、沉浸性(Immersion)和想象性(Imagination)，也就是我们熟悉的“3I”特性(如图1-1)。交

3、互性体现着使人和虚拟世界以自然的方式交互从而达到真正的忘我；沉浸性主要是通过用户的感觉器官使用户和虚拟世界融合在一起；想象性是超越现实世界的体现，它可以使现实中的危险、痛苦、无法逆转的事情在虚拟世界中得以验证，如核试验、手术模拟、自然灾害预测、文物修复、虚拟战争等。虚拟现实技术的发展和应用是各个国家高技术研究水平的综合体现，是计算机技术在本世界和下世纪发展的焦点。图1-1 虚拟现实技术3I特性1.2虚拟设计技术的发展史20世纪60年代，美国麻省理工学院林肯实验室的I.E.Sutheriand发表了“Sketchpod:一个人机通信的图形系统”的博士论文。这是公认的“交互式的计算机图形学”的开端

4、，它的出现为CAD技术向“虚拟设计”飞跃提供了技术上的可能。20世纪70年代，微电子工业飞速发展，计算机的处理速度和存储能力以每年40%的比率上升，而体积价格却以同样的比率下降，使得商品化CAD/CAM系统的普及成为可能。20世纪80年代，CAD软硬件向标准化、集成化和智能化发展，人工智能和专家系统在CAD系统中的应用，使CAD向虚拟化又接近了一步。上世纪90年代以来，计算机技术出现了许多新成果，RISC微处理器广泛应用于工作站，图形的并行处理技术，多媒体技术的崛起都赋予CAD技术以新的内容。同时也为CAD技术项“虚拟设计”飞跃提供了坚实的社会和技术基础。CAD技术的不断完善，以及虚拟现实技术

5、日渐成熟，使得“虚拟设计”一种全新的设计理念应运而生。简单地说，虚拟设计就是基于虚拟现实技术的CAD系统，是指设计者在虚拟环境中进行设计，是20世纪90年代发展起来的一个新的研究领域。设计者可以在虚拟环境中用交互手段非计算机内建立的模型进行修改。虚拟设计作为一种崭新的设计技术，其无比的优点和巨大的潜力已广为科技界和企业界所共识。第二章 基于知识的产品虚拟设计系统由于现代设计对象具有复杂性和不确定性，传统的设计技术已经不能满足需求。在参数化建模过程中，设计人员的设计意图和设计时使用的企业规范不能够清晰地表达出来。将知识工程(KBE)理论应用到计算机辅助设计过程中可以很好地解决这一问题。运用知识工

6、程原理对智能化设计方法进行研究，就是汲取产品开发人员的设计经验，采用知识工程原理将其表达出来，使之成为计算机可操作的对象，从而使设计人员在确保设计效率的同时，遵循最佳设计途径，以达到智能化设计的目的。2.1虚拟设计系统结构虚拟设计是指设计者在虚拟的环境中进行设计，设计者可以在虚拟的环境中用交互的手段对在计算机内建立的模型进行修改。一个虚拟设计系统具备三个功能：3D用户界面；选择参数；数据表达与双向数据传输。产生虚拟环境的基本方法有两种，即基于图像的方法 (image-based method)和基于模型的方法(modelbased method)。就机械产品设计而言，通常基于第二种方法，首先利

7、用现有的三维设计软件建立设计产品的3D模型，然后以统一的数据格式输出，进行实时渲染。建立虚拟现实模型后，通过加入事件响应，实现移动、旋转、视点变换等操作，从而实现交互虚拟环境。理想虚拟设计系统结构如图2-1所示。虚拟现实部分由数据源、数据接口、核心层、虚拟现实应用层、CS层组成，通过网络与客户取得联系，开展协同工作。图2-1 理想虚拟设计系统结构2.2基于知识的产品几何模型的表达机械产品设计是一个知识驱动的创造性过程，通过设计知识驱动产品几何模型是实现基于知识的虚拟设计的关键。下面是常用的四种几何模型驱动方式。（1）利用参数驱动几何模型利用应用软件的系统定义参数将设计中的尺寸约束转化为控制产品

8、图形的特征参数，通过可视化修改可直接驱动模型；用户自定义参数不能直接驱动模型，需通过用户自定义的公式与系统参数建立联系，形成多种多样的知识表达式，通过公式驱动系统参数，进而驱动模型。(2)利用表格驱动几何模型应用表格驱动几何模型就是将与设计有关的数据以表格形式存放在相应的文件或数据库中，同时建立表中记录与设计模型特征参数的联系，通过访问表中不同记录达到改变几何尺寸的目的。从而实现用表格驱动几何模型。该方法尤其适用于机械产品中的标准件、系列化件。(3)运用基于规则推理的方法驱动几何模型该方法是将产品设计过程中的设计准则、规范、原理、经验等，并建立相应的设计规则库，存储大量的设计规则、设计规范、设

9、计原理和设计经验，指导产品设计，控制产品结构，驱动产品模型。(4)运用基于事例推理的方法驱动几何模型将以往同类产品成功的设计事例作为新设计的参考。这种设计思想适用于设计领域中经验性设计。事例推理机可以为应用软件的一个内嵌程序，如使用脚本语言编写的宏程序，使用结构化语言编写的内嵌程序等。2.3虚拟环境中的VRML 技术进入90年代以来，虚拟现实技术出现了一个非常重要的分支，即虚拟现实技术在Intemet网上的实现。人们开始尝试将虚拟现实技术和Internet网络技术结合起来，以允许用户在进行信息检索或浏览时，能得到各种实时交互的声音、图象等多种知觉的提示和反馈，这就导致了虚拟现实建模语言VRML

10、的产生。当我们用标准的二维技术通信时，我们只是远程的观察者，在内容之外。但是当我们运用VRML时，我们定位在三维世界之中，与其中的内容相连接。虚拟环境中常常采用的软件有4类：（1）语言类：C+、OpenGL,VRML等；（2） 建模软件类：如AutoCAD、Solid-Works、Unigraphics、ProEngineer、I-DEAS等；（3）应用软件类：专用的软件；（4）通用的商用工具软件包等。文中采用Unigraphics进行3D几何模型设计，然后转换为VRML格式，可以实现进行渲染。通过加入事件响应，实现移动、旋转、视点变换等操作，从而实现交互虚拟环境，也为协同工作和异地设计奠定了

11、基础。具有网络三维交互动态特征的虚拟现实技术，使得复杂的机构运动可视化仿真成为现实。虚拟现实建模语言VRML(Virtual Reality Modeling Language)是Internet与VR(Virtual Reality)相结合的产物，它定义了描述Internet上交互三维实体和共享虚拟世界的标准文件格式。VRML文件是虚拟三维空间的文本描述，可以通过任何文本编辑器编写，然后保存为后缀为wrl的文件。VRML文件结构分为文件头、场景、原型、路由四个部分。（1）文件头VRML文件头的语法形式如下所示:#VRML V2.0 utf8。这是每一个VRML2.0文件所必需的开头，必须放在

12、文件的第1行，而且必须要按照如上所示的语法格式出现。文件头分为三部分:VRML:告诉打开该文件的浏览器，该文件是一个VRML文件;V2. 0:该VRML文件遵循的VRML规范是2.0版本;utf8:该文件使用的字符集是国际UTF-8字符集。（2）节点VRML文件的基本单元是节点，每个节点都可以有五个方面的特征:名字、类型、域、事件、实现。² VRML文件的主要内容就是节点的层层嵌套以及节点的定义和使用，由此构成整个的虚拟世界。节点的命名是通过DEF语句来实现的，节点命名后可通过USE语句引用，达到共享的目的。² 每个节点都属于某个类型，VRML2. 0共定义了54种基本节点

13、类型，例如Box(长方体)、Color(颜色)、Group(编组)、Sound(声音)、Pointlight(点光源)。同时用户还可通过PROTO和EXTERN-PROTO来定义自己的节点类型。² 节点类型有零个或多个域(Field)，同类型的节点根据域值不同而不同。域值和节点一起存放在VRML文件中。境界中所有节点的域值描述了境界的当前状态。同时，节点类型可能包含一套可以接收和发送的事件(Event)。² 事件又分为入事件(even in)和出事件(even out)，节点利用出事件报告自身的状态变化，而入事件将导致节点状态的改变。VRML通过ROUTO语句把事件入口联系

14、起来，构成事件体系。² 节点的实现包括如下的内容:节点在虚拟世界中展现给浏览者的视觉外观和听觉外观;对接收到的入事件做何反映，以及如何产生出事件。（3）场景图VRML节点之间的层次关系是用编组节点把一组独立节点组织起来，通过节点定义的特定域包含特定的节点，也就是说节点类型定义的域可以引用特定的节点，从而构成场景图。场景图是虚拟世界中所有对象的一种层次化表现方式，它们之间的位置是彼此相关的。在VRML中共定义了8个组节点(如Transform节点、Group节点等)，每个组节点都有一个children域，它又可以包含一组子节点。其层次关系可用图2-2表示。VRML程序的主体是节点语句，

15、一些复杂的程序还有路由语句。程序的各个节点通过节点花括弧里的参数(参数有两类：字段及事件，但只有字段写在程序的节点语句中)定义了三维世界的形体及其属性。动画及交互作用则是通过传感器节点、内插器节点、路由语句等完成的。图2-2 VRML场景下面这一简单VRML程序就是由Shape、Viewpoint、Background三个节点语句构成的程序主体，它们定义了程序的三维场景图。Shape节点里的Box、Appearance、Material也是节点。ShapeGeometry Boxappearance Appearancematerial MaterialdiffuseColorl00Viewp

16、oint position一5 8 10orietation 10 0-8;BackgroundskyColorl11VRML程序均可以在装有Microsoft VRML2.0浏览器的IE4.0以上版本运行。在进行以下产品设计开发时，将Unigraphics创建的几何模型通过数据接口转变为VRML格式，通过编辑VRML文件可以实现在虚拟环境中对设计产品的进行交互。2.4 VRML造型（1）VRML基本造型VRML文件中的长方体(Box)、圆柱体(Cylinder)、圆锥体(Cone)、球体 (Sphere) 4种最基本的空间造型是由相应的专门节点直接创建，而其他复杂的空间造型则由其他高级的造型

17、方法来创建。但是这些造型方法定义的只是空间造型的外形尺寸，造型的外观是由专门的节点控制，也就是说，空间造型是由几何尺寸和外观来一同决定的，将这两方面结合起来的节点就是Shape节点。Shape节点包括了外观和几何结构两个域，通常用Appearance节点作为外观域的域值;各种方法造型的造型节点作为几何结构域的域值。用Shape节点就可以创建出虚拟世界中单个的几何造型，再加上使用Group节点就可以将各个单个的造型节点结合在一起。用Group结合造型也称为对造型进行编组，编组后的节点可以作为一个整体来进行操作，最终创建出整个的虚拟三维世界。（2）VRML造型的定位与旋转基本几何造型都在坐标原点附

18、近创建并正对着浏览者方向。但是现实中的各种物体都有各种不同的位置和不同的方向，在VRML中是通过对坐标系的平移和旋转从而形成新的处于不同位置和不同方向上的空间坐标系，然后在新的坐标系中创建空间造型，就可以创建空间不同位置和方向上的几何造型和文本造型。在VRML中创建新的空间坐标系都是通过将所要安排位置和方向的造型用Transform编组节点编组，一个Transform节点表示相对当前坐标系形成了一个新的坐标系，而在Transform节点编组中的空间造型都是相对于这个新创建的坐标系所创建的。和Group节点一样，Transform节点也可以通过children域来嵌套。可见通过Transform

19、节点的使用，可以将各种基本几何造型节点以及文本造型节点有效的组合在一起创建更加真实的虚拟世界。（3）VRML高级造型前面介绍了只要将相应的几何造型节点和文本造型节点作为Shape节点的geometry域值就可以在空间中创建出相应的空间造型，并且可以通过Transform对这些空间造型进行各个方向上的缩放和移动。通过VRML中的高级造型方法就可以随心所欲地在虚拟世界中创建各种各样的空间造型。本节只介绍常用的Extrusion、 IndexedFaceSet节点。Extrusion语法中的crossSection域的值指定了一系列二维的坐标，这些坐标定义了沿着挤出过程的放样路径进行挤出的一个封闭或

20、开放的轮廓。放样图形是作为一个建立在X-Z平面的平滑轮廓的最佳设想，这样每一个二维坐标的第1个值就是沿X轴方向上的距离，而第2个值就是沿Z轴方向上的距离。spine域的值指定了一系列三维坐标，这些坐标定义了一个封闭的或开放的轨迹，沿着这条轨迹放样图形被拉动，从而创造了挤出过程。scale域的值指定了一系列放样图形、比例因数对，它们被使用在沿放样路径的每一个坐标处。IndexedFaceSet节点创建空间面几何造型，同时可以被用作造型节点的geometry域值。IndexedFaceSet节点语法中的coord可见域的值提供了一个节点，这个节点列出了构造面集中所有面的坐标。coordIndex域

21、的值提供了一张描述一张或多张面的周界的列表。其中每一个值都是整型的索引，并且每个索引都指定了在coord域内的坐标列表中的一个坐标。一个坐标索引列表可以提供一张或多张面的周界。每张面周界的连接方式都是从坐标索引列表的索引值顺序向后，直到索引列表的末尾或者一个为-1的索引值。面的周界会通过将最后一个在-1前的索引值对应的坐标点与第1个索引值对应的坐标点连起来而自动地闭合。下一张面的周界的范围是从上一个-1的索引值开始，直到索引列表的结束或另一个为-1的索引值，如此类推。2.5 ADAMS简介ADAMS，即机械系统动力学自动分析(Automatic Dynamic Analysis of Mech

22、anical Systems)，该软件是美国MDI公司(Mechanical Dynamics Inc.)开发的虚拟样机分析软件。目前，ADAMS已经被全世界各行各业的数百家主要制造商采用。根据1999年机械系统动态仿真分析软件国际市场份额的统计资料，ADAMS软件销售总额近八千万美元、占据了51%的份额,现已经并入美国MSC公司。ADAMS一方面是虚拟样机分析的应用软件，用户可以运用该软件非常方便地对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。另一方面，又是虚拟样机分析开发工具，其开放性的程序结构和多种接口，可以成为特殊行业用户进行特殊类型虚拟样机分析的二次开发工具平台。ADAMS软件有两种

23、操作系统的版本：UNIX版和Windows NT/2000版。在这里将以Windows 2000版的ADAMS l2.0为蓝本进行介绍。ADAMS软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。ADAMS软件由基本模块、扩展模块、接口模块、专业领域模块及工具箱5类模块组成。用户不仅可以采用通用模块对一般的机

24、械系统进行仿真，而且可以采用专用模块针对特定工业应用领域的问题进行快速有效的建模与仿真分析。2.6系统的软硬件要求虚拟现实有两种实现方案:软件实现和硬件实现。所谓虚拟现实的软件实现，主要是指通过一些基本的硬件环境，利用软件编程的方法在输出设备上输出逼真的场景的系统。由于其对硬件的依赖性不高，成本低，相对容易实现，目前发展较快。VRML正是这样一种为了完成虚拟现实的软件实现而开发的虚拟现实语言，它是HTML的3D模拟，使用VRML浏览器能读懂的ASCII文本格式来描述世界和链接，通过支持VRML的浏览器，就可以显示所建立的三维场景，并能够在三维世界中进行实时移动(进行远近、方位等的改变)和实时操

25、纵(物体状态的改变)。（1） 硬件需求基于IBM-PC或与之完全兼容的带有中央处理器的奔腾及其以上机器至少64MB的内存，推荐使用128MB及以上内存。用于安装的光盘驱动器、鼠标;安装ADAMS12.0所需的硬盘空间，一般需3G左右;推荐使用MS Windows支持的图形加速卡;推荐安装声卡。（2） 软件需求在本地机上安装虚拟现实工具箱的最小软件需求:Ø 操作系统:Windows 95, Windows 98或Windows NT 4. 0, Windows 2000，另外要安装TCP/IP协议。Ø ADAMS: ADAMS-View。Ø VRML编辑器:可以安装

26、自己的VRML编辑器，也可以安装MathWorks CD自带的VRML编辑器。Ø Web浏览器:能够使用Java的Web浏览器，如IE4.0以上或Netscape 4. 0以上版本的浏览器。Ø 插件:支持外部接口的VRML97插件。本课题采用的是该系统利用其二次开发工具 U G/Open API实现了齿轮的设计计算 ,利用U G/ Open Grip 实现了齿轮的三维参数化建模 ,利用U G/UIStyler 开发了系统用户界面 ,并可对设计出的齿轮进行虚拟装配。2.7 基于知识的产品虚拟设计系统通过对虚拟设计系统的结构分析、基于知识产品几何模型表达驱动方式，现就系统开发各

27、环节的构思如下：(1) 用简单模型(可以仅使用线框模型)建立设计方案，仅保留总体相关的关键尺寸。该过程主要基于设计对象参数，根据设计经验、知识和规范等完成。(2) 建立几何约束和尺寸约束。为了实现三维模型的参数化设计，首先要对零件进行尺寸约束和几何约束，从而确定唯一的零件形状。系统地分析设计对象，使设计特征和尺寸能反映相应的设计知识，并封装在设计的产品中。(3) 确定设计变量。设计变量通过表达式与驱动尺寸之间建立关联关系，对于非独立变量，该变量与其它变量之间的关系由确定的数学表达式或是符合某种规则定义。(4) 按照产品、部件、子部件、零件划分各种设计尺寸的归属，并逐级定义装配关系和顺序。系统能

28、根据零件的装配变换矩阵，在屏幕上显示出零件的装配位置，使用户可从图形上检查所建立的装配模型。此外，在动态装配过程中还要对零部件进行干涉检测，并对发生干涉的零部件作出预警。(5) 对产品关键零部件进行结构分析，对运动部件需要进行运动学和动力学分析。(6) 基于VRML浏览器对完成的虚拟样机进行协同工作和异地评估和改进等。基于知识虚拟产品设计系统的构成如图2-3所示：图2-3 基于知识虚拟产品设计系统第三章 某V型发动机配气机构总成的动态仿真研究作者研究的是下置凸轮轴式配气机构，其气门组由气门、气门导管、气门弹簧以及气门座等组成；气门传动组则由摇臂轴、摇臂、挺柱、推杆、凸轮轴组成。该配气机构采用四

29、气门机构，气门排列时采取同名气门排成两列的型式，一个凸轮通过挺柱、推杆和摇臂驱动两个气门,并且所有的气门机构都由一根凸轮轴驱动。3.1 配气机构的多体系统动力学建模3.1.1凸轮型线的求取对于作者所研究的为下置凸轮轴式平面挺柱配气机构,设计数据给出的是挺柱随凸轮转角的升程,为了模拟凸轮的驱动以及凸轮与挺柱的接触情况,需要根据挺柱升程反算出凸轮型值点坐标。通过对挺柱升程数据进行样条曲线拟合,得到其关于凸轮转角的函数,然后根据凸轮与平面挺柱之间的运动学关系,求出对应于每一挺柱升程值的凸轮型值点坐标,最终得到进、排气凸轮由360个点组成的型线,如图3-1所示。图3-1 凸轮型线3.1.2单个配气机构

30、多刚体动力学模型的建立鉴于在动力学计算时所需要的各零部件的质量、转动惯量、质心位置等物理特性参数可由CAD软件经过三维实体造型精确计算得到，作者应用Pro/E软件建立了该配气机构各构件的实体模型,包括凸轮、平面挺柱、推杆、摇臂、气门等,然后计算出其质量、转动惯量和质心位置，进而在ADAMS软件中建立其刚体模型，如图3-2所示。在此基础上根据实际配气机构各部件的连接和约束关系，施加各种约束副,使配气机构多体动力学模型的运动和受力形式符合实际情况。除此之外,还应在凸轮与平面挺柱之间、气门与气门座之间定义碰撞力，在气门与机体之间添加弹簧(主要参数包括刚度、阻尼、自由长度、质量等)。最后，根据示功图以

31、及不同的配气相位在进、排气门头部施加随时间变化的气体压力。由于作者研究的是发动机已经达到稳定工况时配气机构的动力学行为，故在模型中没有考虑气门间隙。3.1.3含柔性凸轮轴的配气机构总成模型的建立在3.1.2节所建立的单个配气机构模型中，没有凸轮轴的模型，实际上是把凸轮轴当作了刚体支撑，更无法计及各缸配气机构之间的动力耦合。为此作者建立了含柔性凸轮轴的配气机构总成模型。对于凸轮轴柔性体模型的建立，不考虑凸轮的变形，可将其转化为具有均匀横截面的三维柔性梁模型，即离散为有限个刚性梁段，梁段间用弹性连接即弹簧-阻尼器连接。用离散的梁段可以很好地描述柔性体的惯性特征，用各个轴段间弹簧和阻尼器可以表示出该

32、柔性体模型的弹性和阻尼特征，其示意图如图3-3所示。图3-3 凸轮轴模型示意图弹性连接可用下列方程表示为：式中:Fx,Fy,Fz,Tx,Ty,Tz和Fx0,Fy0,Fz0,Tx0, Ty0,Tz0分别是在局部坐标系下作用在梁段上的力、力矩及其预加值； x,y,z和,是在局部坐标系下梁段间的相对位移和相对转角；vx,vy,vz和x, y,z是相应的线速度和角速度；K1K6及C1C6为梁段的刚度和阻尼。对于作者所研究的凸轮轴,共有5个轴承支撑，弯曲刚度较大,如果忽略其弯曲变形，仅考虑扭转变形,则上述方程可简化为： (2)式中：T,T0,K,C分别为梁段的扭矩、预加扭矩、扭转刚度和阻尼；为梁段间的相

33、对转角；为梁段间的相对角速度。将单个进气门、排气门机构按照气缸的顺序(从左至右编号为:1,5,2,6,3,7,4,8)固结在凸轮轴上，并按发火顺序调整各气门机构凸轮的起始角，在凸轮轴上每隔4个凸轮建立一个刚性约束轴承 (从左至右编号依次为:1,2,3,4,5)，得到的配气机构总成多体系统动力学模型如图3-4所示。图3-4 配气机构总成模型3.2仿真结果及分析3.2.1 单个配气机构模型以排气门机构为例，运用单个配气机构模型对其在发动机标定转速下的动态性能进行仿真，得到排气门的升程、运动速度、加速度曲线如图3-5所示；凸轮与挺柱的接触力曲线如图3-6所示。图3-5 排气门的运动特性图3-6 凸轮

34、-挺柱接触力由图3-5可知，气门最大速度为2.24 m/s，最大加速度为1 694 m/ ，最大负加速度为-1 193 m/ ，出现在气门开启即将到达最大升程的位置。由图3-6可知，气门升程的开始和结束阶段,凸轮与挺柱间的接触力较大，最大接触力达到了6.18 kN，出现在气门升程开始阶段产生最大正加速度的位置。3.2.2 总成与单个配气机构模型仿真结果对比采用配气机构总成的模型进行仿真分析，将得到的结果与前面单个气门机构的结果进行对比，如图3-7所示。图3-7仿真结果对比由图3-7可知,与单个配气机构模型的计算结果相比，由于考虑了凸轮轴的变形以及各缸配气机构动力耦合的影响，由总成模型计算得到的

35、加速度、接触力曲线波动明显增多，幅值也有所增大。这表明，凸轮轴变形以及各气缸配气机构之间的动力耦合，加剧了配气机构的动态响应，对其动态性能会产生一定的影响。3.2.3轴承力分析运用总成模型还可以计算凸轮轴各个轴承的载荷，图3-8是位于中间位置受载较大的第3轴承的载荷曲线。对比与之相邻的2，3，6，7气缸的各个进、排气门的升程(图中虚线所示)，可以看出:由于在气门升程的开始和结束阶段凸轮与挺柱间的接触压力较大，而凸轮所受的接触力又要传递到凸轮轴轴承上，因此图3-8中轴承载荷曲线上几个较大峰值的位置都对应着相邻气缸的2个或3个气门升程的开始或结束段，而且其值明显高于单个凸轮的载荷值。图3-8 第3轴承载荷总结与展望本论文通过对发动机配气机构和虚拟设计技术的深入研究，利用ADAMS建模方法，实现了对发动机配气机构的单个配气机构模型和配气机构总成模型仿真分析。其具体工作如下：首先，通过对挺柱升程数据进行样条曲线拟合,得到其关于凸轮转角的函数。然后根据凸轮与平面挺柱之间的运动学关系,求出对应于每一挺柱升程值的凸轮型值点坐标,最终得到进、排气凸轮由360个点组成的型线。其次，鉴于在动力学计算时所需要的各零部件的质量、转动惯量、质心位置等物理特性参数，可由CAD软件经过三维实体造型精确计算得到。并且，应用Pro/E软件建立了该配气机构各构件