基于ADAMS的曲柄導桿機構動力學仿真研究

王思琦

摘要：本文以牛頭刨床為研究對象，在分析其工作原理的基礎上，主要利用機械系統動力學分析軟件ADAMS對其中的曲柄擺動導桿機構進行了參數化建模和動力學仿真分析。將分析出的曲柄導桿機構運動輸出圖形中的數據進行分析，同時為機構進行優化設計。

關鍵詞：ADAMS;仿真;曲柄導桿機構;優化

前言

隨著現代化科學技術的發展以及工程要求的不斷提高，現代機械產品越來越朝著機電一體化的方向發展，同時對機械產品的運動速度、運動精度、控制穩定性以及零件結構設計等方面也提出了更高的要求。隨著生活越來越機械化和智能化，利用各種軟件實體建模分析來研究機械一直是必然的發展趨勢。

1曲柄導桿機構動力學分析

要求在整個行程中，推動刨頭有較小的壓力角。已知LAB=75mm，LDE=100mm，行程速比系數K=2，刨頭的行程H=300mm。利用解析法計算，由于行程速比系數K=2，則θ=180°*（K+1）/（K-1）=60°。由幾何關系可以確定AC=AB/cos60°=150mm。在推動刨頭時，應盡量取較小的壓力角，則取兩個極限位置壓力角都為0°，同樣由幾何關系可計算出，CD=300mm，e=150 ，取e為259.8。

2建立參數化模型動力學仿真

2.1構建虛擬樣機模型

根據以上已知條件，牛頭刨床關鍵點設計坐標：POINT_A：（0，-25，0）、POINT_B：（-62.5，-47，0）、POINT_C：（0，-150，0）、POINT_D：（-155，105，0）、POINT_E：（-260，90，0）。

在操作區“物體”項“基本形狀”中，雙擊點圖標;5次單擊工作區，創建出5個點;單擊鼠標右鍵，選擇“重命名”選項，依次將各個點更改名字為POINT_A、POINT_B、POINT_C、POINT_D、POINT_E;選擇POINT_A，單擊鼠標右鍵，選擇點，選擇修改選項，將各個關鍵點的坐標值進行修改，并點擊應用后選擇確定。

在“物體”一欄中，選擇剛體創建連桿，依次連接AB、CD、DE。將連桿創建好了之后，開始創建滑塊2和滑塊5，由于連桿都是傾斜的，使用工具欄中的旋轉命令對創建的滑塊進行位置更改，且可使用該命令對其他設置不合理的點位置進行微調。

在POINT_2和大地之間添加轉動副，添加到A點;在PART_8和大地在C點添加轉動副;在PART_6和PART_8之間添加轉動副;在PART_6和PART_11之間添加轉動副;在PART_8和PART_9之間添加移動副，使用坐標變換命令更改方向;在PART_11和大地之間添加X方向的移動副，使用坐標變換命令更改方向。最終建立幾何模型。

選中“驅動”“旋轉驅動”給曲柄AB添加驅動。進行運動學仿真。并建立一個新的點，與點E的Y坐標平行。在“設計探索”中選擇角度，依次點擊三個點，對刨頭的壓力角進行測量。

2.2模型參數化

點擊“設計探索”中的“設計變量”，選擇最大值和最小值，依次創建10個變量，分別是從DV_1到DV_10。

選中任意一點鼠標單擊右鍵選擇修改，將點的坐標值全部改為變量值，將最后創建的用來檢測角度的X坐標值改為（.MODEL_1.DV_9+10），Y值改為（.MODEL_1.DV_10）改好點擊確定，如表1所示：

以牛頭刨床工作過程中壓力角最大時為目標函數。點擊設計探索中的設計評價工具，將研究項設為最大值，默認級別為5級。通過上述操作，對比各個變量的仿真結果可知，DV_5、DV_6、DV_8、DV_9和DV_10的敏感性最大，那么這5個變量對該設計的影響也最大，在后面的優化中將選擇這5個設計變量。

2.3樣機模型優化設計

綜上所述，得到函數F= IF（expr1：expr2，expr3，expr4）的含義為：

例如：DV_5的函數設置為IF（DV_5：-5-DV_5，0，DV_5-5），同理，依次將剩下的幾個變量對應的約束函數設計好，并對其進行優化，得到圖1：

將優化后壓力角與初始壓力角進行對比進行對比，仿真結果表明，牛頭刨床壓力角優化后較優化前有所減小，工作壓力角越小，則傳動角越大，機構的機械效率將會提高。

3結論

本文主要對牛頭刨床的曲柄擺動導桿機構進行了動力學仿真建模以及優化設計。機構的運動參數是分析評價工作性能，優化新機構的基本依據。通過動力學仿真和優化設計，能夠更有效的分析機構的運動過程中的運動特性和規律，對結構的各個參數進行優化和提升這使得設計人員從復雜的理論計算過程中解放出來，用更多的精力處理其他事情。

參考文獻

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