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1、402011年第3期(总227期)文章编号:10062971(2011)03004004计算机应用小型空压机的运动学和动力学仿真研究刘晓叙,田建平,陈敏(四川理工学院机械工程学院,四川自贡643000)摘要:用SolidWorks软件建立了一个小型双缸空气压缩机模型,用COSMOSMotion对该模型进行了运动学和动力学仿真,对运动学仿真的结果进行了验证,给出了动力学仿真的主要结果。仿真结果与该型空压机的设计计算参数是符合的。关键词:空气压缩机;运动学;动力学;仿真中图分类号:TK457文献标志码:ASimulation
2、ResearchonKinematicsandDynamicsforSmallTypeAirCompressorLIUXiaoxu,TIANJianping,CHENMin(CollegeofMechanicalandEngineering,SichuanInstituteofTechnology,Zigong643000,China)Abstract:TheSolidWorkssoftwareisappliedtoestablishamodelforsmalltypeaircompressorwithdoublecyl
3、inder.TheCOSMOSMotionisusedtocarryoutthekinematicsanddynamicssimulationonthemodel.Theresultofkinematicssimulationisverifiedandthemainresultofdynamicssmuilationisgiven.Thesmuilationresultiscoincidentwiththedesigncalculationparametersofthistypeaircompresso.rKeyword
4、s:aircompressor;kinematics;dynamics;smuilation小型空气压缩机是一种应用广泛的通用机械。空压机的运动学和动力学计算是空压机设计过程中,应进行的基本设计计算。运动学是研究和计算空压机活塞的位移、速度和加速度与曲轴转角及几何参数之间的关系;动力学主要计算和分析空压机曲柄-连杆机构中各零件所受的作用力和它们之间的关系,为零件的强度计算以及空压机的平衡性计算提供依据。在通常的设计中,空压机的运动学和动力学计算可以采用计算机编程的方式进行。SolidWorks是目前应用较为广泛的三维设计
5、软件,COSMOSMotion则是以美国MDI公司开发的机械系统动力学仿真分析软件ADAMS(AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystem)为内核的机械系统运动学和动力学仿真软件,是SolidWorks的一个插件。该软件采用多体系统动力学理论来建立系统动力学方程,对虚拟机械系统进行运动学、静力学以及动力学分析[1-2]。本文运用该软件,对某小型双缸空压机进行了运动学与动力学仿真,现将研收稿日期:2010-11-23究情况介绍如下:1空压机基本参数和虚拟装配模型的建立空压机为V型双
6、缸,缸径:75mm;行程:55mm;转速:1200r/min;V型角:90;连杆=025;排气压力:600kPa;总排气量:约40m3/h。按照空压机的零件图纸,对主要的零件进行三维实体造型设计,其中,曲轴,连杆和活塞的造型如图1~3所示。图1曲轴按照零件的装配关系,将曲轴、连杆、活塞、活塞销和气缸等零件进行虚拟装配,得到空压机曲柄连杆机构的虚拟装配模型,模型见图4,拆去气缸盖的空压机装配模型见图5。2011年第3期刘晓叙,等:小型空压机的运动学和动力学仿真研究41图2连杆图3活塞按照零件的装配关系,将曲轴、连杆、活塞、
7、活塞销、轴瓦和气缸套等零件进行虚拟装配,得到发动机曲柄连杆机构的虚拟装配模型,模型见图4。在本次仿真中,需要对2只气缸添加气缸的气体压力,气体压力来源于空压机的计算p-V示功图。由于空压机转速为1200r/min,所以,空压机完成一个循环的时间为005s,本次仿真的时间设为空压机完成2个循环,仿真时间为01s。仿真的始点是图5中从带轮方向看,位于右列的气缸活塞处于压缩排气行程终点。后面图7、图8是该活塞的速度和加速度曲线,空压机的转向从带轮端看,顺时针转。系统坐标系为Y轴向上为正。3空压机的运动学仿真按照设定的仿真参数
8、,在COSMOSMotion中运行仿真后,可以得到活塞质心的位移、速度和加速度,见图6~8。按照活塞速度v和加速度a的近似计算公式v=R(sin+sin2)(1)2图6空压机2个活塞位移幅值曲线图4空压机曲柄-连杆机构装配模型图7右列活塞的速度图5拆去气缸盖的空压机装配模型2仿真的准备工作装配好的空压机模型在COSM
