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文档简介
1、基于ADAMS的往复活塞式压缩机运动机构仿真研究工学院机制0805班指导老师:李旭荣设计者:周其元联系方式:学号:2008307203082基于ADAMS的往复活塞式压缩机运动机构仿真研究一、设计意义与原理压缩机是制冷系统的心脏,无论是空调、冷库、化工制冷工艺等等工况都要有压缩机这个重要的环节来做保障。 制冷压缩机种类和形式很多,根据原理可分容积型和速度型两类,其中容积式是最为普遍的。随着全球气温升高、能源的日益匮乏和环境的日益恶化,寻求高效、节能、经济、环保的动力机械已成为全人类的燃眉之急。压缩机是如何压缩气体的呢? 简单而说就是通过改变气体的容积来完成气体的压缩和输送过程,任何动力设备都需
2、要有个原动力来作功完成,压缩机也是一样,它需要一个电动机(马达)来带动。 本文通过利用adams对往复活塞式压缩机运动机构进行仿真研究,可以边设计边对机构进行虚拟仿真,及时发现设计缺陷,并修改,以得到更好的设计结果,满足设计要求。二、建立模型构件装置由中心动力轴架、三组沿中心120°均布的气缸、活塞和连杆组成,下面依次进行建模:1、模型建立(1)启动ADAMS/View,选择新建模型,并输入模型名称为压缩机,重力加速度设为-Y方向,并将系统的单位设置为MMKS。(2)设置工作栅格。单击菜单【Settings】【Working Gird】后,在弹出的设置工作栅格对话框中,将Size设置
3、为X(400),Y(400),Spacing设置为X(5),Y(5)。(3)设置图标。单击菜单【Setting】【Icons】,弹出图标设置对话框,在New Size输入框中输入10。(4)打开坐标窗口。按下F4键,打开坐标窗口,当鼠标在图形区移动时,在坐标窗口中显示了当前鼠标所在位置的坐标值。(5)创建中心动力轴架。中心动力轴架由5个小圆柱体、1个大圆柱、2个方块、2个方块组合体经布尔运算构成。其中各个基本构件的尺寸如下:小圆柱体:length: 50mm(70mm) radius:10mm 大圆柱体:length: 20mm radius:50mm 方块: length:40mm heig
4、ht:120mm(200mm depth:10mm 绘制小圆柱体。单击绘制圆柱按钮,并在工具栏下端的输入框中,将Cylinder设置为New Part,勾选中Length和Radius并分别设置为50mm(70mm),10mm,然后在图形区移动鼠标,选择两点,创建圆柱体绘制大圆柱体。单击绘制圆柱按钮,并在工具栏下端的输入框中,将Cylinder设置为New Part,勾选中Length和Radius并分别设置为20mm,50mm,然后在图形区移动鼠标,选择两点,创建圆柱体。创建方块。单击绘制长方体按钮,并在工具栏下端的输入框中将Length、Height和Depth勾选中,分别设置为40mm、
5、120mm(200mm和10mm,然后在图形区移动鼠标,选择两点,创建方块。为了将简单的几何构件组合成如图所示1的组合体,首先必须对基本圆柱体,方块进行空间位置和角度的移动及转动,待将简单体移到一块后,再进行适当的布尔运算(如),如图2所示 图1.俯视及主视及iso向视图 图2. 组合体完成后,为了表明机构的运动,运用按钮可在组合体的飞轮部分挖一个radius为10mm,depth为20mm的通孔最终的中心动力轴架如下图.5所示(6)创建处于竖直位置的汽缸缸体,活塞以及连杆。绘制汽缸1。点击创建旋转体按钮,将选项设置为NEW PART, Create by picking 设置为points,
6、勾选closed,然后在图形区单击(0,0,0)和(150,0,0)作为旋转轴,再依次单击(30,110,0)(30,310,0)(40,310,0)(40,110,0),在选择完最后一个点后,单击鼠标右键就可以创建一个旋转体。在创建的旋转体上单击鼠标右键,在弹出的菜单中选择【Revolution:REVOLUTION_1】【Modify】,在编辑对话框中将Angle Extent修改为180,并将构件重新命名为“gangti1”。绘制活塞1。单击绘制圆柱按钮,并在工具栏下端的输入框中,将Cylinder设置为New Part,勾选中Length和Radius并分别设置为50mm,30mm,然
7、后在图形区移动鼠标,当鼠标的坐标值显示为X=- 30,Y= 280,Z=0时,按下鼠标左键,然后向下拉动,创建圆柱体,然后将鼠标移至该物体并单击鼠标右键选择【Rename】,将其命名为“huosai1”。绘制连杆1。单击绘制连杆按钮 ,并在工具栏下端的输入框中,将Geometry设置New Part,勾选width和depth并分别设置为15mm ,10mm,然后再图形区先后选中huosai1与zhongxinzhoujia的对应点,创建连杆,然后将鼠标移至该物体并单击鼠标右键选择【Rename】,将其命名为“liangan1”。(6)创建处于右下方位置的汽缸缸体,活塞以及连杆。绘制汽缸2。点
8、击创建旋转体按钮,将选项设置为NEW PART, Create by picking 设置为points,勾选closed,然后在图形区单击(120,-145,0)和(345,-145,0)作为旋转轴,再依次单击(345,-105,0)(345,-115,0)(145,-115,0)(145,-105,0),在选择完最后一个点后,单击鼠标右键就可以创建一个旋转体。在创建的旋转体上单击鼠标右键,在弹出的菜单中选择【Revolution:REVOLUTION_1】【Modify】,在编辑对话框中将Angle Extent修改为180,然后单击工具栏中的,将其顺时针旋转30°,并将构件重新
9、命名为“gangti2”。绘制活塞2。单击绘制圆柱按钮,并在工具栏下端的输入框中,将Cylinder设置为New Part,勾选中Length和Radius并分别设置为50mm,30mm,然后在图形区移动鼠标,当鼠标的坐标值显示为X=215,Y= -115,Z=0时,按下鼠标左键,然后向下拉动,创建圆柱体,然后单击工具栏中的,将其逆时针旋转60°,最后将鼠标移至该物体并单击鼠标右键选择【Rename】,将其命名为“huosai2”。绘制连杆2。单击绘制连杆按钮,并在工具栏下端的输入框中,将Geometry设置New Part,勾选width和depth并分别设置为15mm ,10mm
10、,然后再图形区先后选中huosai2与zhongxinzhoujia的对应点,创建连杆,然后将鼠标移至该物体并单击鼠标右键选择【Rename】,将其命名为“liangan2”。(7)创建处于左下方位置的汽缸缸体,活塞以及连杆。 绘制汽缸3。点击创建旋转体按钮,将选项设置为NEW PART, Create by picking 设置为points,勾选closed,然后在图形区单击(-120,-145,0)和(-345,-145,0)作为旋转轴,再依次单击(-345,-105,0)(-345,-115,0)(-145,-115,0)(-145,-105,0),在选择完最后一个点后,单击鼠标右键就
11、可以创建一个旋转体。在创建的旋转体上单击鼠标右键,在弹出的菜单中选择【Revolution:REVOLUTION_1】【Modify】,在编辑对话框中将Angle Extent修改为180,然后然后单击工具栏中的,将其逆时针旋转30°,并将构件重新命名为“gangti3”。绘制活塞3。单击绘制圆柱按钮,并在工具栏下端的输入框中,将Cylinder设置为New Part,勾选中Length和Radius并分别设置为50mm,30mm,然后在图形区移动鼠标,当鼠标的坐标值显示为X=-215,Y= -115,Z=0时,按下鼠标左键,然后向下拉动,创建圆柱体,然后单击工具栏中的,将其顺时针旋
12、转60°,最后将鼠标移至该物体并单击鼠标右键选择【Rename】,将其命名为“huosai3”。绘制连杆3。单击绘制连杆按钮,并在工具栏下端的输入框中,将Geometry设置New Part,勾选width和depth并分别设置为15mm ,10mm,然后再图形区先后选中huosai3与zhongxinzhoujia的对应点,创建连杆,然后将鼠标移至该物体并单击鼠标右键选择【Rename】,将其命名为“liangan3”。最终图为如下图6. 主视图 2. 添加约束紧接上一步,右击主工具栏中的,单击最后一排的,便弹出约束工具栏。1) 创建固定副。单击,选中gangti1和Ground,
13、即使汽缸1与大地固定。再单击,选中gangti2和Ground,即使汽缸2与大地固定。再单击,选中gangti3和Ground,即使汽缸3与大地固定。2)创建回转副。单击约束工具包中的图标,在各回转位置处添加转动副。3)创建移动副。单击约束工具包中的图标,在各汽缸和活塞之间创建移动副。3.添加驱动。单击工具栏上的,在中心轴架上添加回转驱动。三、运行仿真。单击仿真按钮,将仿真时间设置为50s,仿真步数设置为5000,单击按钮开始仿真计算。仿真效果如图7,图8三、运动仿真计算1、三个活塞的位移曲线,速度曲线,加速度曲线活塞1合成位移合成速度合成加速度活塞2合成位移合成速度 合成加速度活塞3合成位移
14、合成速度合成加速度4. 小结:ADAMS 软件有处理仿真结果的处理能力,可以得到模型的一些参数曲线,如物体任意点的位置、速度和加速度,以及构件的受力情况等。如上图所示,分别为三个活塞在仿真运动过程中的位移、速度、加速度变化曲线图。从图中可以看出,三个活塞的位移、速度、加速度变化规律基本一致,但是在曲线图上存在着一定的相位差。这是因为在压缩机的实际运动过程中,由于曲轴的转速不同,各列活塞的运动存在着一定的超前或滞后关系,反映到曲线图上就是存在相位差。因此,从仿真分析结果看,压缩机的虚拟样机模型具有一定的准确性。由上可以看出,三个活塞的速度,加速度变化都非常大,这极易造成的汽缸磨损和破坏,而且突变
15、力会造成很大的冲击力和噪声,这在实际设计中是要求避免的。另外,活塞不能采用突变的速度,否则瞬时加速度为无穷,很容易造成活塞的损伤。因此,联想到以前机械原理中所学的知识,我们在控制运动时应尽量采用余弦方式或者五次多项式形式的运动,以同时减小刚性冲击和柔性冲击,保证机械更长的使用寿命。四、结束语-心得体会虚拟样机的仿真设计终于告一段落了,通过这次的设计,我对Adams有了一定的认识,看到了它强大的机械仿真功能,同时也意识到盗版Adams软件的局限性。Adams只适合于做机械仿真,不能涉及液压传动控制。原来我准备做一个液压伺服系统,顺便应用一下电液气工程的知识,可是由于手中的盗版软件没有Hydrau
16、lics模块,如下图示:在万般无奈之下只好放弃.在学习Adams的过程中,我已经学习和了解了Adams的基本知识和简单的操作,有一定的运用能力。但是在设计过程中,我深深感觉到自己的知识浅薄。我最初打算设计一个直列式多缸发动机,顺便复习一下汽车概论的知识,但是等我建模完成之后,无论怎么调试都无法使发动机飞轮完成连续整周旋转,由于同时我又准备电液气工程考试,最终我不得不放弃。综合以上学习过程,我有以下感受:1) 规范学习。先要按照书上的标准步骤上机操作,慢慢地熟悉之后再独立上机,切不可急于求成,未学走,先学跑。其实学习任何一门课都是这样,一定要循序渐进,步步为营,先打好基础,再提高。2) 交流协作
17、。同学之间的学习交流尤为重要,对于想Adams这种大家都不熟悉的国外软件,版本又只有英文,更要注重交流。起先我没注意到这一点,进展十分缓慢,后来在与同学的交谈中,才认识到交流的必要。比如说像Rotate现在看来这么简单的操作,当初就是不会,最后还是在同学的提示下才逐渐熟悉并掌握的。3) 学练思结合。就像autocad一样,光看书是绝对不行的,要通过大量的练习来熟悉操作;个人认为练习后的反思总结最为重要。4) 合理安排学习时间,提高学习效率。本来如果布置好了本门课与其他课程的关系,我还可以作出更好的作品,可是由于缺乏毅力,事事总是不能坚持。这一点值得我作深刻的反思。5) 选题。此次仿真设计需自我选题,可以说这既是机遇又是挑战。如前所述,为了完成这次设计,我在选题上纠结了很长时间。最初想做发动机,结果却不得不放弃。这为我提供一次经验:干什么事情,对自身和外界都要
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