基于MATLAB的195柴油机运动学仿真分析.pptVIP

基于MATLAB\SIMULINK的 195柴油机运动学仿真分析 机电工程学院 学生 王凯歌 导师 史景钊 介 绍 演讲:07级农机2班 王凯歌 演讲主题：S195柴油机的运动仿真 摘要 曲柄连杆机构是柴油机重要的传力机构，对它的运动和受力情况的分析研究是解决柴油机的平衡、振动和总体设计问题的基础，也是对其主要零件进行强度、刚度、磨损等问题设计和校验的依据。本文以常发195柴油机为例，对其曲柄连杆机构进行了运动分析，并且运用MATLAB进行了运动仿真。针对195柴油机曲柄滑块机构，建立了速度和加速度的闭环矢量方程，使用MATLAB一Simulink对195柴油机曲柄滑块机构进行了运动学仿真，得到了连杆及滑块的运动曲线。结果表明,数值计算和Matlab仿真分析具有较好的一致性。使用这种方法可以方便地观察到机构运动特性的变化，提高了设计效率和机构精度。 本文系统介绍了柴油机的结构和性能。详细分析了活塞和汽缸磨损的几个方面的原因以及其磨损规律，并分析了磨损与曲柄速度和加速度的关系。重点描述了柴油机的运动分析和基于MATLAB的柴油机运动学仿真。 S195柴油机是小型卧式,单缸、四冲程、蒸发水冷式冷凝水冷发动机。具有结构轻巧、移动方便、安装简单、运转平稳、操作简易和工作可靠等特点,除基本型外,还有电起动、凝汽水冷却等24个变型品种,适宜多种配套。可配套手扶拖拉机,小四轮拖拉机、小型排灌、船用机组、发电机组、空压机组以及农副业。 3.MATLAB概述 MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。 Simulink 产品系列重要功能 Simulink是MATLAB中的工具之一。信号记录选择器，能在各模型间比较仿真结果，并在 Simulink 中运行；Simulink是一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。 同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。它拥有丰富的可扩充的预定义模块库，互式的图形编辑器来组合和管理直观的模块图，以设计功能的层次性来分割模型，实现对复杂设计的管理。图形化的调试器和剖析器来检查仿真结果，诊断设计的性能和异常行为。因为拥有这些特点，在建立模型过程中，省去了以往复杂的计算机语言编程，只需将建立模型所需要的模块进行合理布局，设置其初始运行参数，就可以进行运行和调试，所建立的模型结构层次明显，便于操作和实现各种不同的功能。模型运行后显示效果直观简洁，可以一目了然的显示模型运行后的结果，便于进行更深层次的分析 4.S195柴油机曲柄滑块机构的运动仿真 柴油机的气缸、活塞、连杆、曲轴以及主轴承组成一个曲柄连杆机构。柴油机通过曲柄连杆机构将活塞的往复运动转换为曲轴的回转运动，使气缸内燃油燃烧所产生的热能转变为曲轴输出的机械功。可见，曲柄连杆机构是柴油机重要的传力机构。 什么是运动学仿真 运动仿真这一术语指使用仿真软件包反复求解机构运动的约束方程，通过积分获得最终的速度（或加速度），从而确定机构运动的位置（或速度）。这样，一个仿真软件包，例如simulink，比通常求解机构运动的方法具有许多优点。最显著的优点是位置问题可以用软件包隐式求解，使用者只需为仿真提供适当的初始条件即可以求解机构在任意时刻的位置问题。 通过运动学仿真求解速度 柴油机是采用曲柄连杆机构把活塞的往复运动转换成曲柄的回转运动，我们从柴油机曲柄连杆机构运动分析着手，了解其位移、速度和加速度。活塞的速度直接影响活塞及气缸的润滑条件工作条件。活塞、连杆和曲轴是曲柄连杆机构的三个运动件，它们分别具有三种不同的运动形式：活塞沿气缸中心线作往复直线运动；曲轴绕曲轴回转中心转动；连杆运动情况比较复杂，连杆小头与活塞一起作往复直线运动，连杆大头和曲柄销一起绕曲轴回转中心转动，从而使整个连杆产生复杂的平面摆动 图4-1给出了描述曲柄滑块机构的矢量环。请注意这个矢量环中，所有矢量的大小都保持常量，只是方向随时间变化。