運(yùn)用Pro/E軟件創(chuàng)建了發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)模型，對(duì)該機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，提取運(yùn)動(dòng)過(guò)程中滑塊的位移、速度、加速度變化曲線，分析了滑塊在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中各物理量的輸出變化規(guī)律，并將仿真結(jié)果和基于數(shù)學(xué)分析的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，理論分析與模擬結(jié)果吻合。該種設(shè)計(jì)方法可視化強(qiáng)，精確、高效，具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。

1、引言

　　發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸是一種典型的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，又是絕大多數(shù)動(dòng)力機(jī)械的動(dòng)力源，發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量與性能的優(yōu)劣決定了整臺(tái)機(jī)械的運(yùn)行，堪稱汽車、輪船以及飛機(jī)的心臟。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)是機(jī)械結(jié)構(gòu)中較常見(jiàn)機(jī)構(gòu)之一，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由曲柄、連桿和滑塊通過(guò)3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和1個(gè)移動(dòng)副連接形成，機(jī)構(gòu)的自由度為1，其輸出效率較高，只需在曲柄上施加作用力或力矩，即可使機(jī)構(gòu)做往復(fù)循環(huán)運(yùn)動(dòng)，在活塞上輸出周期性動(dòng)力。

　　在機(jī)構(gòu)仿真分析技術(shù)出現(xiàn)之前，設(shè)計(jì)者需要將產(chǎn)品模型放入到實(shí)際工作中進(jìn)行驗(yàn)證，再根據(jù)結(jié)果來(lái)修正模型。這些工作無(wú)疑浪費(fèi)了大量的時(shí)間、財(cái)力和人力。Pro/E軟件為機(jī)構(gòu)提供了仿真分析功能，其中的機(jī)構(gòu)分析模塊Mechanism，可以進(jìn)行裝配的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析和仿真，能夠大大簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)開發(fā)過(guò)程，縮短其開發(fā)周期，減少開發(fā)費(fèi)用，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

2、數(shù)學(xué)模型

　　2.1、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析

　　圖1是曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)示意圖。OA為曲柄，且OA=R;AB為連桿，且AB=L。運(yùn)動(dòng)時(shí)，OA以等角速度ω作順時(shí)針?lè)较蛘�周轉(zhuǎn)動(dòng)，A點(diǎn)作上下的往復(fù)移動(dòng)。對(duì)應(yīng)活塞在上止點(diǎn)B1位置時(shí)，α=0°;活塞在下止點(diǎn)B2位置時(shí)，α=180°。

圖1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)示意圖

5、結(jié)論

　　(1)通過(guò)對(duì)活塞運(yùn)動(dòng)方程的分析，將已知條件R=16mm，L=35mm帶入位移方程，可以得到其位移的變化范圍為0～32mm之間。

　　(2)通過(guò)Pro/E的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真輸出的圖形可以看出:活塞的行程范圍為0～32mm，仿真結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果一致;速度和加速度變化規(guī)律符合實(shí)際運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

　　(3)從以上的分析過(guò)程可知，運(yùn)用Pro/E三維軟件，可以更加形象、直觀地模擬機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，并且可以觀察到任何時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，使得整個(gè)機(jī)構(gòu)的仿真過(guò)程更加精確和高效，為發(fā)動(dòng)機(jī)理論的研究提供了新的思路。

　　(4)仿真技術(shù)的應(yīng)用使在設(shè)計(jì)的初期便能準(zhǔn)確掌握機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，避免了通過(guò)制作樣機(jī)來(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性，有效解決了反復(fù)投入資金制造樣機(jī)的問(wèn)題，極大地降低了生產(chǎn)成本，縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期[5]。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)應(yīng)用的不斷深入，必將會(huì)帶來(lái)很好的市場(chǎng)效益，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。