基于RecurDyn的擺動導桿機構的運動特性分析

王紹清

(濰坊科技學院機械工程學院，山東濰坊 262700)

?

基于RecurDyn的擺動導桿機構的運動特性分析

王紹清

(濰坊科技學院機械工程學院，山東濰坊 262700)

汽車空調是汽車舒適性的重要保障之一，汽車空調的功能主要是控制空氣流向和分配，其中擺動導桿機構是送風模式控制機構的重要組成部分。建立了擺動導桿機構的三維實體模型，在RecurDyn軟件中對擺動導桿機構進行動態分析，得到了機構的位移、速度和加速度等運動參數。分析結果表明：使用RecurDyn軟件分析四桿機構運動規律，操作過程簡單，仿真結果可信，為機構設計初期方案的篩選和優化提供了理論支持。

RecurDyn；擺動導桿機構；運動特性分析

0 引言

擺動導桿機構[1-3]是汽車送風模式控制機構的重要組成部分。其中圖解法[4-5]和解析法[6-7]是擺動導桿機構常用的運動分析方法，但只能對構件上特定點的位移、速度和加速度進行分析。RecurDyn[8-10]是由韓國FunctionBay公司開發出的新一代多體系統動力學仿真軟件。它采用相對坐標系運動方程理論和完全遞歸算法，使RecurDyn具有飛馳般的求解速度，非常適合于求解大規模的多體系統動力學問題;完全的基于Windows開發的軟件，操作界面友好;求解穩定，結果令人信服。

建立了擺動導桿機構的三維模型，利用RecurDyn軟件對擺動導桿機構進行了運動仿真，得到了該機構的位移、速度和加速度等運動參數，為設計提供有價值的理論依據。

1 工作原理

已知AB=100mm，AC=350mm，曲柄AB為原動件，以n=50r/min勻速轉動，初始位置為水平位置。導桿BC為從動件，通過滑塊B將曲柄AB的連續轉動變為導桿BC的往復擺動。如圖1所示。

圖1 擺動導桿機構工作原理

2 仿真分析模型的建立

運動仿真模型是進行運動特性分析的數學模型，它為計算提供所有原始數據。模型的形式直接影響計算精度、計算時間、所需內存大小及計算過程能否完成。在UG中按設計圖紙尺寸對擺動導桿機構進行了簡化的三維建模，利用UG與RecurDyn軟件的接口將所建立的擺動導桿機構導入RecurDyn軟件中，在“joint”選項卡中創建曲柄和機架之間的轉動副、曲柄和滑塊之間的轉動副、導桿和機架之間的轉動副，定義滑塊和導桿之間的移動副。在運動副中的“屬性”對話框中選中“joint”選項卡，單擊“motion”按鈕設置驅動，設置轉速為5.23rad/s,如圖2所示。

圖2 擺動導桿機構的三維模型

3 仿真分析

利用RecurDyn軟件中的工具箱仿真工具，設置仿真終止時間和仿真工作步長之后，對擺動導桿機構進行仿真計算，得到的結果如圖3—10所示。

圖3—5為導桿質心的運動規律曲線。當曲柄以n=50r/min的轉速運動時，由運動規律曲線圖可以得到任意時刻導桿質心的位移、速度和加速度的值。

圖3 導桿質心位移和時間關系圖

圖4 導桿質心速度和時間關系圖

圖5 導桿質心加速度和時間關系圖

圖6—8為滑塊沿導桿的運動規律曲線圖，圖9—10為導桿的角速度和角加速度運動規律曲線圖。當曲柄以n=50r/min的轉速運動時，由運動規律曲線圖可以得到任意時刻滑塊沿導桿的位移、速度和加速度的值以及導桿的角速度和角加速度的值。輸出的仿真圖形直觀地揭示出了擺動導桿機構的運動規律。

圖6 滑塊沿導桿的位移和時間關系圖

圖7 滑塊沿導桿的速度和時間關系圖

圖8 滑塊沿導桿的加速度和時間關系圖

圖9 導桿角速度和時間關系圖

圖10 導桿角加速度和時間關系圖

4 總結

建立了擺動導桿機構的三維實體模型，利用RecurDyn軟件對擺動導桿機構進行動態分析，得到了該機構的位移、速度和加速度運動規律曲線。結果表明：虛擬樣機技術可靠、直觀、可靠，避免了圖解法反復繪圖和精度不高的問題，有效避

免了解析法推導和論證過程的繁瑣，可以幫助設計人員降低設計的費用，提高設計的效率。

【1】應琴，陳曉勇.用偏置式轉動導桿機構破碎袋裝生活垃圾的研究[J].機械工程師，2010(10):5-6.

【2】劉偉，陳會濤.基于MATLAB的擺動導桿機構仿真[J].中原工學院學報，2007(18)：48-51.

【3】何雅槐，唐進元.擺動導桿機構鍵合圖建模新方法[J].機械傳動，2011(10)：47-50.

【4】何偉，李震.基于鉸鏈四桿機構運動學的解析法及ADAMS仿真[J].巢湖學院學報，2007(2)：80-84.

【5】楊捷，羅康.基于Matlab矩陣運算的機構分析解析法[J].機械研究與應用，2012(6):33-35.

【6】張婉云，陸穎榮.圖解法和解析法設計凸輪機構的精度對比[J].廣西輕工業，2011(10):57-58.

【7】曹茹.曲柄搖桿機構的參數化圖解法優化設計[J].中國農機化學報，2015(1):50-52.

【8】候紅玲，趙永強.基于RecurDyn的精密滾子鏈傳動的運動特性仿真分析[J].機械傳動，38(17):148-151.

【9】GUMMERA,SAUERB.ModelingPlanarSlider-crankMechanismswithClearanceJointsinRecurDyn[J].MultibodySystemDynamics,2014,31(2):127-145.

【10】CHENW,ZHANJM,ZHOUH.ModelingandSimulationofAdaptiveSurfaceTrackedVehicleBasedonRecurDyn[J].OpenJournalofModelingandSimulation,2013,1(4):37-41.

KinematicAnalysisofCrankShaperMechanismBasedonRecurDyn

WANGShaoqing

(SchoolofMechanicalEngineering,WeifangUniversityofScienceandTechnology，WeifangShandong262700,China)

Automotiveairconditioningisoneoftheimportantguaranteeforthecomfortpropertyofcar.Themainfunctionofautomotiveairconditioningisthecontrolofflowanddistributionofair.Crankshapermechanismisanimportantpartofblowingmodecontrolmechanism.Thethree-dimensionalsolidmodelwasestablished.ThedynamicanalysistothecrankshapermechanismwasperformedinRecurDynsoftware.Thedisplacement,velocityandaccelerationofthemechanismwereobtained.Theresultsshowthatanalyzingmovementoffour-barmechanismissimpleandcrediblebyRecurDynsoftware.Itprovidessupportfortheschemeselectionanddesignoptimizationininitialdesignprocess.

RecurDyn;Crankshapermechanism;Kinematiccharacteristicanalysis

2015-11-06

王紹清(1985—)，男，碩士，助教，主要研究方向是機械結構分析與優化。E-mail:wangshaoqing369@163.com。

TP

A