基于matlab的内燃机曲柄连杆机构动力学gui设计

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1、９２机械传动２０１４年文章编号：１００４－２５３９（２０１４）０８－００９２－０４基于ＭＡＴＬＡＢ的内燃机曲柄连杆机构动力学ＧＵＩ设计任重１，２谭秋林１，２蔡婷１，２熊继军１，２（１中北大学电子测试技术重点实验室，山西太原０３００５１）（２中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西太原０３００５１）摘要结合内燃机常见的曲柄连杆机构动力学模型，利用ＭＡＴＬＡＢ的图形用户界面（ＧＵＩ）开发工具，设计了曲柄连杆机构分析系统。该系统实现了不同曲柄转角时曲柄连杆机构的动力学分析和结果的可视化表达。利用ＭＡＴＬＡＢ自带的编译器，编译出适用

2、于该系统的应用程序，方便又直观地为内燃机机构的选型及设计提供了可靠的依据。关键词曲柄连杆机构动力学图形用户界面（ＧＵＩ）ＭＡＴＬＡＢ编译ＤｅｓｉｇｎｏｆＤｙｎａｍｉｃｓＧＵＩｏｆｔｈｅＩｎｔｅｒｎａｌＣｏｍｂｕｓｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅＣｒａｎｋｂａｓｅｄｏｎＭＡＴＬＡＢＲｅｎＺｈｏｎｇ１，２ＴａｎＱｉｕｌｉｎ１，２ＣａｉＴｉｎｇ１，２ＸｉｏｎｇＪｉｊｕｎ１，２（１ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｅｓｔ＆ＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＬａｂｏｒａｔｏｒｙ，ＮｏｒｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎａ，Ｔａｉｙｕ

3、ａｎ０３００５１，Ｃｈｉｎａ）（２ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅ＆ＤｙｎａｍｉｃＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＮｏｒｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎａ，Ｔａｉｙｕａｎ０３００５１，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＣｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｃｏｍｍｏｎｉｎｔｅｒｎａｌｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｅｎｇｉｎｅｃｒａｎｋｄｙｎａｍｉｃｓｍｏｄｅｌ，ｔｈｅａ－ｎａｌｙｓｉｓｓｙｓｔｅｍｏｆｃｒａｎｋａｎｄｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇｒｏｄｍｅｃｈａｎｉｓｍｉｓｄｅｓｉｇｎｅ

4、ｄｂｙｕｓｉｎｇｇｒａｐｈｉｃａｌｕｓｅｒｉｎｔｅｒｆａｃｅ（ＧＵＩ）ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｏｏｌｏｆＭＡＴＬＡＢ．Ｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｓａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｃｒａｎｋａｎｄｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇｒｏｄｍｅｃｈａ－ｎｉｓｍｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｒａｎｋ－ａｎｇｌｅａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｗｉｔｈｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎａｒｅｐｅｒｆｏｒｍｅｄｂｙｔｈｅｓｙｓｔｅｍ．ＩｔｆｏｒＴｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｇｒａｍｏｆｔｈｅｓｙｓ

5、ｔｅｍｉｓｃｏｍｐｉｌｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｃｏｍｐｉｌｅｒｉｎＭＡＴＬＡＢ，ａｎｄａｒｅｌｉａｂｌｅｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎａｎｄｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｃｏｍ－ｂｕｓｔｉｏｎｅｎｇｉｎｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｌｙａｎｄｉｎｔｕｉｔｉｖｅｌｙｉｓｐｒｏｖｉｄｅｄ．ＫｅｙｗｏｒｄｓＣｒａｎｋａｎｄｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇｒｏｄｍｅｃｈａｎｉｓｍＤｙｎａｍｉｃｓＧｒａｐｈｉｃａｌｕｓｅｒｉｎｔｅｒｆａｃｅＭＡＴ－ＬＡＢＣｏｍｐｉｌｅｒ０引言随着科学技术的迅猛发展，以内燃机为动力的各种装置数量

6、日益增加，人们对内燃机的要求也越来越高。在往复活塞式内燃机中，曲柄连杆机构是内燃机的传递运动和动力的机构，它能将活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动而输出动力。内燃机在运行时，曲柄连杆机构是内燃机中的主要受力部件，曲柄连杆机构中运动质量所产生的往复惯性力、旋转惯性力及反转矩等，都随着曲轴转角的变化而变化，并通过曲轴轴承和机体传给支架，使之产生振动，这些振动必然会传递出去而影响发动机的整机性能［１－３］。为了减小内燃机曲柄连杆机构中因惯性力等引起的机体振动、降低噪声，对内燃机的曲柄连杆机构进行动力学分析是十分必要的。本文中通过采用质

7、点力系分析方法，主要对中心式曲柄连杆机构建立动力学模型，进行深入分析，并设计可视化分析系统，便于进行精确计算，并绘制受力分析曲线图，可以更直观清晰地了解曲柄连杆机构在运行过程中的受力状况，对进一步研究内燃机的平衡与振动、内燃机增压的改造等均有较实用的理论依据和应用价值。１曲柄连杆机构动力学１．１中心曲柄连杆机构的动力学分析在曲柄连杆机构的运动过程中，活塞作往复直线运动，曲轴作圆周旋转运动。在实际分析中，为使问题简化，一般将连杆简化为分别集中于连杆大头和连杆小头的两个集中质量，认为它们分别作旋转运动和往复运动，这样就不需要对连杆的运

8、动规律进行单独的研究［４］。作用在活塞上的气体作用力Ｐｇ等于活塞上、下第３８卷第８期基于ＭＡＴＬＡＢ的内燃机曲柄连杆机构动力学ＧＵＩ设计９３两面的空间内气体压力差与活塞顶面积的乘积πＤ２Ｐｇ＝４（ｐ－ｐ′）（１）式中，ｐ为气缸体的气体