曲柄搖桿機構(gòu)的動力學(xué)仿真

馬樂

摘 要：曲柄搖桿機構(gòu)在平面四桿機構(gòu)中占重要地位，本文采用Matlab編制程序進(jìn)行優(yōu)化，對其進(jìn)行運動學(xué)仿真分析，驗證其性能。創(chuàng)建機構(gòu)的幾何模型，采用Adams和SolidWorks對機構(gòu)的幾何模型進(jìn)行動力學(xué)方面的初步仿真。對從動件搖桿的位姿等動力參數(shù)進(jìn)行簡單的分析。

關(guān)鍵詞：運動學(xué)仿真;位姿;幾何模型

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.16.217

現(xiàn)有的對曲柄搖桿機構(gòu)的優(yōu)化，大多是將基礎(chǔ)優(yōu)化和動力學(xué)獨立處理。本論文將基于MATLAB的對曲柄搖桿機構(gòu)的基礎(chǔ)優(yōu)化與動力學(xué)分析，使用Adams和SolidWorks對機構(gòu)的幾何模型進(jìn)行動力學(xué)方面的初步仿真。從而提升并驗證二維曲柄搖桿機構(gòu)的綜合機能。

1 數(shù)學(xué)模型的建立

一曲柄搖桿機構(gòu)，曲柄桿長參數(shù)定為1，機架桿長參數(shù)定為6，要求為：曲柄從運轉(zhuǎn)到時（即），搖桿的位置角變化再現(xiàn)最佳的已知運動規(guī)律：

已知桿件長度：曲柄，機架，為極位角，規(guī)定傳動角在：

運行編制的MATLAB程序后，得到輸出結(jié)果：

連桿及搖桿桿長參數(shù)。

搖桿已知運動規(guī)律與實際運動規(guī)律最小差值。

2 曲柄搖桿機構(gòu)的動力仿真分析

（1）建立模型。按照前文機構(gòu)整體優(yōu)化后得到的各構(gòu)件尺寸參數(shù)，各桿件尺寸定為，曲柄的角速度設(shè)定為。

打開Adams/View，按照前文計算得到的各個桿件尺寸建立機構(gòu)幾何模型，利用某一時刻機構(gòu)存在的特殊位姿來定位機構(gòu)各個桿件，本文選擇曲柄右與機架共線的位置。界面見圖2-1所示。

利用余弦定理來求解夾角，確定連架桿與機架所成銳角大小為，建立機架，然后依次建立搖桿、曲柄、連架桿。

（2）添加約束。四個構(gòu)件，兩兩之間添加回轉(zhuǎn)副約束即可。

在曲柄搖桿機構(gòu)中機架默認(rèn)是固定的，在機架（frame）和工作區(qū)域構(gòu)建固定約束。

（3）為曲柄添加驅(qū)動。二維曲柄搖桿機構(gòu)中，生成數(shù)字仿真模型時需要為原動件——曲柄添加驅(qū)動。

（4）仿真。應(yīng)用Simulation完成仿真。在【end time】參數(shù)框中輸入12，在【steps】參數(shù)框中輸入100。為防止機構(gòu)仿真時出現(xiàn)崩潰error，在仿真前，先完成靜態(tài)Verify，再進(jìn)行仿真計算。

（5）獲得搖桿的運動特性數(shù)據(jù)。本文對搖桿的運動特性進(jìn)行研究分析。獲取相關(guān)數(shù)據(jù)圖表如圖2-2至2-5所示。

使用Adams/Post Processor，用戶可以對仿真得到的數(shù)據(jù)曲線圖表進(jìn)行更細(xì)致的分析比較處理，如圖2-6所示。

以圖2-6所示，即為后處理模塊對搖桿的Angular Momentum的后處理演示圖。

3 總結(jié)

本文用Adams/view 2017建立二維曲柄搖桿機構(gòu)的動力學(xué)模型，并進(jìn)行動力學(xué)仿真計算，機構(gòu)運行較為穩(wěn)定流暢。針對該機構(gòu)中的搖桿的運動特性進(jìn)行一系列的測量【measure】，得到相關(guān)數(shù)據(jù)曲線的圖表，并進(jìn)行了后處理的演示。

山東省教育廳項目：J17KB033; 2018山東省農(nóng)機裝備研發(fā)創(chuàng)新計劃項目：2018YF013

通訊作者：孟維云