基于ADAMS的往复活塞式压缩机运动机构仿真研究

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：13437118769602364462qq.cm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

2、的容积来完成气体的压缩和输送过程，任何动力设备都需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

3、】后，在弹出的设置工作栅格对话框中，将Size设置为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:

4、50mm 方块： length:40mm height: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、H

5、eight和Depth勾选中，分别设置为40mm、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. 其中还涉及到坐标系的移动。图3.图.4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，

6、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（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

7、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=- 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

8、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 E

9、xtent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Geom

10、etry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）（

11、-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= -1

12、15，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

13、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,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

14、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

15、。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

16、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Hydraulics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。

17、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。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