曲柄搖桿機構運動學仿真

馬樂

摘 要：曲柄搖桿機構在平面四桿機構中占重要地位，創建機構的幾何模型，使用Adams和SolidWorks對機構的幾何模型進運動學方面的初步仿真。對從動件搖桿的位姿等運動參數進行簡單的分析。

關鍵詞：曲柄搖桿機構；幾何模型；初步仿真；分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.15.217

1 緒論

四桿機構的應用幾乎遍及現代工業的各個方面。持續高速發展進的制造業對曲柄搖桿機構的機構尺寸、結構布局、運動特性及結構整體受力狀況等提出了很高的要求，以適用于新型機械設備。連桿機構的設計問題通常可歸為按給定的運動規劃設計和按給定的運動規律設計。

本論文將基于Matlab的對曲柄搖桿機構的基礎優化與運動學仿真分析結合成綜合性的設計方案，從而提升并驗證二維曲柄搖桿機構的綜合機能。

2 曲柄搖桿機構的運動學仿真分析

2.1 SolidWorks Motion分析

本文采用的是SolidWorks Motion分析功能進行簡單的初步運動學仿真分析。SolidWorks Motion的Phoronomics仿真有ADAMS系統的強效支撐，運動學仿真功能較為完善。曲柄搖桿機構結構簡單，依據前文所給優化后實例，鑒于本文只做初步運動學分析，將該曲柄搖桿機構視作簡單理想剛體進行運動仿真，忽略桿件本體質量（引力）及各轉動副摩擦，只研究搖桿的一系列運動特性。

2.2 仿真分析過程

確認軟件已經加載了SolidWorks Motion插件，用SolidWorks 2016繪制的曲柄搖桿機構三維圖，設置文檔單位，添加驅動——馬達，機構中的原動件以100r/min勻速轉動，現只考慮搖桿的輸出數據，輸出的圖表結果圖2至圖7：

以上為搖桿輸出角度方面的各個運動參數的數據曲線圖表，具體名稱見上圖。綜合以上圖表數據，依據前文Matlab優化得到的曲柄搖桿機構各個桿件尺寸繪制的曲柄搖桿機構裝配體，基本滿足所要求的約束條件，仍然存在一定誤差，有待后續改進。加速度曲線顯示出該機構具有一定的急回特性。

3 總結

運用SolidWorks 2016建立曲柄搖桿機構的三維模型，借助Motion分析功能對模型進行運動學仿真分析；軟件輸出機構運轉過程中搖桿的位移、速度和加速度等隨時間變化的數據曲線圖表。

分析數據，依據得到的數據曲線圖表，機構整體運動較為平順，穩定流暢。得到實例經Matlab優化得到曲柄搖桿機構可以較為穩定流暢地運轉。

山東省教育廳項目：J17KB033；2018山東省農機裝備研發創新計劃項目：2018YF013

通訊作者：孟維云