基于ADAMS的曲柄摇杆机构的运动分析.docVIP

 n 基于 ADAMS 的曲柄摇杆机构的运动分析# 段彦放，黄欣，董文鑫，黄昔光** （北方工业大学机电工程学院） 5 10 15 20 25 30 35 40 摘要：曲柄摇杆机构是现代机械设备中一种典型的核心执行装置。针对某工程中曲柄摇杆机 构设计中的运动学问题，基于 ADAMS 仿真软件建立了曲柄摇杆机构的虚拟样机模型，并 对虚拟样机模型进行运动学特性分析与仿真，分析了作为执行机构的摇杆上工作点的位移、 运动速度和加速度变化规律，得出作为动力输入曲柄的驱动力矩曲线，从而为曲柄摇杆机构 的结构设计和控制系统的设计提供参考。 关键词：曲柄摇杆；运动分析；ADAMS 中图分类号：TH112 Kinematics of a Crank-rocker Mechanism based on ADAMS DUAN Yanfang, HUANG Xin, DONG Wenxin, HUANG Xiguagn (Mechanical and Electrical Engineering School,North China of Technology,Beijing,100144) Abstract: Crank-rocker mechanisms are used to be key actuators in model engineering equipments. In this paper a virtual prototype model of the crank-rocker mechanism in a project was established based on ADAMS software. Then kinematics simulation and analysis of the model was carried out. The motion curve of the working point on the rocker and driving torque of the crank were obtained. The conclusions are helpful for designing the crank-rocker mechanism and choosing the motor. Key words: Crank-rocker Mechanism；Kinematics；ADAMS 0 引言 平面连杆机构因为具有构件形状简单、加工方便、可承受较大载荷等诸多优点，因此， 平面连杆机构在现代机械设备中有着非常广泛的应用[1]。在众多的平面连杆机构中，曲柄摇 杆机构是平面连杆机构中较为常见的一种，该机构可以实现转动和摆动运动形式的转换或者 动力传递，能够实现多种运动规律和运动轨迹的要求，而且结构简单、制造容易、工作可靠 等优点，因此在工程中的到了广泛运用。但是，传统的曲柄摇杆机构设计多采用图解法 [2] 或实验法，其过程复杂烦琐、设计周期长、稳定性差、精度不高，难以达到设计要求；尽管 采用解析法可以得到较高的计算精度[3]，但该方法存在推到公式复杂，计算工作量大，且获 得的结果过于抽象，达不到形象直观的要求[4]。 ADAMS 软件是基于多刚体动力学理论的集建模、求解、可视化技术于一体的机械系统 仿真分析软件，可以对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，可视化地输出位移、 速度、加速度和反作用力曲线[5]。通过 ADAMS 软件对曲柄摇杆机构进行运动学分析，能够 克服图解法分析过程复杂、精度低等问题。 针对某项目中，利用曲柄摇杆机构的摇杆的往复摆动功能，实现摇杆推动滑块到达目标 位置后可以回到初始位置的基本动作，同时，设计曲柄摇杆机构时需要对其进行运动分析， 以判断能否完成所需动作要求。本文首先基于解析法获得了曲柄摇杆机构的解析解；然后， 基于 ADAMS 软件建立曲柄摇杆机构的虚拟样机模型，然后进行运动仿真，输出摇杆上工 基金项目：基金项目：北京市本科生科学研究与创业行动计划项目（A1006） 作者简介：段彦放（1987-），男，本科生，机械设计及理论 通信联系人：黄昔光（1979-），男，副教授，机器人学与机构学. E-mail: huangxiguang@ -1-  n 作点的水平位移、水平速度、水平加速度曲线，从而完成了曲柄摇杆机构的运动学特性分析 与仿真，很直观的获得作为动力输入的曲柄的驱动力矩曲线，从而为曲柄摇杆机构的结构设 计和控制系统的设计提供参考。 45 50  1 机构的数学模型 曲柄摇杆机构如图 1 所示，机构中曲柄、连杆、摇杆、机架的长度分别为 L1 、L2 、L3 、 L4 ，曲柄、连杆、摇杆与水平方向的夹角分别为? 1、? 2 、? 3 。