運用Pro/E軟件創(chuàng)建了發(fā)動機活塞的曲柄滑塊機構(gòu)模型，對該機構(gòu)進行運動仿真，提取運動過程中滑塊的位移、速度、加速度變化曲線，分析了滑塊在運動過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)果進行對比，理論分析與模擬結(jié)果吻合。該種設(shè)計方法可視化強，精確、高效，具有一定的工程應(yīng)用價值。

1、引言

　　發(fā)動機汽缸是一種典型的曲柄滑塊機構(gòu)，又是絕大多數(shù)動力機械的動力源，發(fā)動機的質(zhì)量與性能的優(yōu)劣決定了整臺機械的運行，堪稱汽車、輪船以及飛機的心臟。曲柄滑塊機構(gòu)是機械結(jié)構(gòu)中較常見機構(gòu)之一，其結(jié)構(gòu)簡單，由曲柄、連桿和滑塊通過3個轉(zhuǎn)動副和1個移動副連接形成，機構(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，即可使機構(gòu)做往復(fù)循環(huán)運動，在活塞上輸出周期性動力。

　　在機構(gòu)仿真分析技術(shù)出現(xiàn)之前，設(shè)計者需要將產(chǎn)品模型放入到實際工作中進行驗證，再根據(jù)結(jié)果來修正模型。這些工作無疑浪費了大量的時間、財力和人力。Pro/E軟件為機構(gòu)提供了仿真分析功能，其中的機構(gòu)分析模塊Mechanism，可以進行裝配的運動學(xué)、動力學(xué)分析和仿真，能夠大大簡化機構(gòu)的設(shè)計開發(fā)過程，縮短其開發(fā)周期，減少開發(fā)費用，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

2、數(shù)學(xué)模型

　　2.1、曲柄滑塊機構(gòu)的運動分析

　　圖1是曲柄滑塊機構(gòu)的運動示意圖。OA為曲柄，且OA=R;AB為連桿，且AB=L。運動時，OA以等角速度ω作順時針方向整周轉(zhuǎn)動，A點作上下的往復(fù)移動。對應(yīng)活塞在上止點B1位置時，α=0°;活塞在下止點B2位置時，α=180°。

圖1 曲柄滑塊機構(gòu)的運動示意圖

5、結(jié)論

　　(1)通過對活塞運動方程的分析，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Pro/E的機構(gòu)運動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)果與理論計算結(jié)果一致;速度和加速度變化規(guī)律符合實際運動規(guī)律。

　　(3)從以上的分析過程可知，運用Pro/E三維軟件，可以更加形象、直觀地模擬機構(gòu)的運動，并且可以觀察到任何時刻的運動狀態(tài)，使得整個機構(gòu)的仿真過程更加精確和高效，為發(fā)動機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)計的初期便能準確掌握機構(gòu)的運動狀態(tài)，避免了通過制作樣機來驗證設(shè)計的合理性，有效解決了反復(fù)投入資金制造樣機的問題，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)實仿真技術(shù)應(yīng)用的不斷深入，必將會帶來很好的市場效益，具有廣泛的應(yīng)用價值。