毕业论文-混合驱动九杆压力机的动力学理论研究.docx

山东科技大学学士学位论文摘 要随着科学技术的发展，机械行业正在向着高速，高精度，柔性自动化方向发展。机械压力机作为锻冶机械的一个类别，在工业生产中有着极其广泛的应用。当压力机的转速不同，工作环境不同以及加工的工件形状和力学特性不同时，它的受力和运动规律就不相同，所以，锻压机械的运动学和力学性能研究一直是设计过程中的一个难点，也是设计人员必须解决的一个重点问题。混合驱动多连杆机械式压力机的运动学和力学特性比传统的机械式和液压式压力机的性能要复杂的多，因此，对其进行运动学和动态静力学分析研究对于设计的成功性来说就显得尤为重要。本文将混合驱动九杆机械式压力机根据其工作原理转化成二自由度九杆机构，建立坐标系后利用解析法求出该机构的运动学方程，并运用半角正切公式，解出滑块在任意时刻的位移，速度，加速度表达式。选取合适的杆长建立ADAMS模型，并验证模型的正确性。然后与传统的曲柄压力机的位移、速度、加速度曲线进行对比分析，得到多连杆压力机的优点，同时通过调整直流电机和伺服电机的输入特性，得到混合驱动多连杆压力机的柔性化特性。最后，建立系统的静力学方程，并分析增力比特征。 关键词：混合驱动；九连杆压力机；ADAMS；运动学 ABSTRACTWith the development of science and technology, mechanical industry is towards to high speed, high precision, flexible automation direction. As a category of smith machinery, mechanical press has extremely extensive application in industrial production. The force and the motion of the slider is different when the press is in different speed, different working environment, as well as the processing of the workpieces shape and mechanical properties. Therefore, the kinematics and mechanics research performance of the forging machinery has always been a difficulty in the process of design, and also as a key problem for designers . The kinematics and mechanics characteristics of the multi-link press with hybrid-driven mechanism is much more complex compared with the traditional mechanical press or the hydraulic press, therefore, it is important for the designer to carry on the kinematics and dynamic statics analysis.In this study, we transformed the press into Two degree of freedom of nine-bar mechanism according to the working principle of the press, and established a coordinate system using analytic method, worked out the expression of displacement, variety and acceleration of the slider with the half Angle formula. Then, ADAMS model was established by choosing suitable length of the bar, and validate the correctness of the model. Then with the traditional crank press displacement, velocity and acceleration curves were analyzed, we got the advantages of nine-bar presswith hybrid-driven mechanism. At the same time , we got the flexible characteristics of the press by adjusting the input characteristics of DC motor and servo motor. Finally, we established a system of statics equations and made an force characteristics analysis of the press.Keywords: hybrid-driven; nine-bar press; ADAMS; kinematics目 录摘要IABSTRACTII1绪论11.1论文的研究背景11.1.1多连杆压力机的概念11.1.2多连杆压力机的优越性11.2混合驱动多连杆压力机的研究成果和发展概况21.2.1国内混合驱动多连杆压力机的发展情况21.2.2国外混合驱动多连杆压力机的发展情况31.3本课题研究的主要内容41.4本章小结52混合驱动九杆压力机的运动学模型与分析62.1机构的运动分析62.1.1机构运动分析的方法62.1.2解析法分析机构运动的求解过程62.2混合驱动九杆压力机运动学模型的建立72.2.1混合驱动九杆机械压力机机构简图72.2.2混合驱动九杆压力机的尺寸和角度82.2.3混合驱动九杆压力机运动模型的建立92.3混合驱动九杆压力机运动方程的求解122.3.1 求解位置方程122.3.2 求解速度方程142.3.3 求解加速度方程152.4本章小结163 ADAM 虚拟样机仿真与分析173.1虚拟样机尺寸的确定173.1.1杆长确定条件173.1.2获得杆长数据193.2建立ADAMS虚拟样机203.2.1启动ADAMS213.2.2设置建模环境213.2.3创建物体（Part）233.2.4创建约束副253.2.5施加运动速度283.2.6进行仿真293.2.7输出测量曲线293.3验证ADAMS虚拟样机313.3.1特殊点验证法323.3.2整周期验证法323.4混合驱动九杆压力机的运动特性分析363.4.1建立曲柄滑块机构ADAMS模型363.4.2混合驱动九杆压力机位移特性373.4.3混合驱动九杆压力机速度特性383.4.4混合驱动九杆压力机加速度特性403.4.5结果对比分析413.5混合驱动九杆压力机输出特性柔性化研究423.6本章小结464混合驱动九杆压力机静力学和增力比分析484.1 机构力分析的原则484.2 混合驱动九杆压力机的静力学研究494.2.1混合驱动九杆压力机的静力学方程494.3 混合驱动九杆压力机增力比计算524.3.1混合驱动九杆压力机的增力比表达式534.3.2混合驱动九杆压力机的增力比曲线544.4 结构参数对九杆压力机增力比的影响554.5 本章小结595总结与展望605.1主要结论605.2工作展望60参考文献62致 谢65附录166 IV1绪论1.1论文的研究背景1.1.1多连杆压力机的概念 其实，多连杆压力机并不是一个新的概念，几十年前这种技术已经进入市场。早在20年代，第一次在文献中出现的该技术被称为“专利快反压机驱动”技术。1950年BLISS公司制造的称为“均匀行程”的压机被介绍为“可以提供比较慢的拉伸速度、较快的上行程，从而提高生产率的压力机”。冲压生产中，提高生产率而不必增加投资或劳动力是我们的目标，一个简单的方法就是提高压力机的速度。然而，由于要冲压成型的工件受材料机械性能等条件的限制，欲提高成型速度是很难甚至是不可能的。使用多连杆驱动技术的机械压力机，不用改变压机的工作行程速度，即可达到提高生产率、延长模具寿命并降低噪声的目的。1.1.2多连杆压力机的优越性（1）模具接触金属板料的突然性将提高凸模尖端周围材料的拉应力，即增加了板料在该点破裂的可能性。因此，即使普通压力机和多连杆压力机都在材料的允许拉深速度内运行，多连杆压力机在同样的运动速度时将比普通压力机以更慢的滑块速度接触板料，从而降低材料撕裂的可能性。（2）由于多连杆压力机滑块以较低的速度接触板料，故降低了噪声和振动，减少了模具内部发热，延长了模具寿命。（3）与普通压力机比较，多连杆压力机只驱动部分的设计不一样，压力机的其他部分仍然是标准的，因此成本可以大大降低。多连杆驱动可用于单点或双点驱动的偏心齿轮压力机或曲柄压力机。在设计参数内，运动曲线可根据特定工件的需要进行修改。（4）多连杆压力机可用于高强度钢的多工位拉深成型。1.2混合驱动多连杆压力机的研究成果和发展概况现代工业中，锻压机床作为基础装备的重要组成部分之一，在汽车产业、家电产业、航空航天和冶金化工产业中得到了广泛的应用。特别近几年来，国内汽车业的崛起，大大的推动了锻压设备的发展。国产大型的高精成套设备、自动化生产线、柔性生产线以及带有高附加值的冲压设备正装备着我国的制造业，为将我国从制造大国发展成制造强国打下坚实的基础。现代的锻压技术主要向着锻压设备自动化、高复合高速化相结合、锻压控制功能集成化、锻压制造环保化及锻产柔性化这几个方面发展。1.2.1 国内混合驱动多连杆压力机的发展情况在混合驱动机构的研究上，国内对于混合驱动机构的研究虽然起步较晚，但也已经取得了一些突破性的成果。訾斌和宋胜涛等分别从不同的角度对二自由度混合驱动机构进行了优化设计。这些学者以功率最小、结构最优等为目标函数，使得二自由度混合驱动机构的整体性能达到最优。其中宋胜涛将优化后的结果应用到工程实际中，最终确立了混合驱动4RIP机构可以实现动臂-斗杆机构的输出轨迹。陈正洪、李仁军、王湘和何东分别对二自由度混合驱动机构的轨迹特性做了较为深入的研究，其中陈正洪得出了机构在实现直线轨迹和抛物线轨迹时电动机的功率分配的规律；李仁军构建了混合驱动机构轨迹控制实验平台，借助视觉系统检测，得出了给定轨迹的生成方法在低速和给定轨迹的曲率变化较小时的可行性；王湘则应用ADAMS软件对所研究的机构进行了逆运动学分析，为实现一组给定的运动轨迹，通过一般点驱动和曲线转化为样条函数的功能，得出伺服电机的运动规律；何东基于常速电机在工作中的速度波动，提出一种将惯性、阻尼和刚度考虑在内的机构真实动态行为的轨迹综合方法，并通过仿真实例证明了该方法能实现更精确的轨迹生成。在压力机方面，陈文立足于实际生产中遇到的问题，对所提出的混合驱动冲压机构进行了运动学分析，根据冲头运动规律得出伺服电机驱动的运动参数，同时采用ADAMS软件进行了机构的仿真分析，通过优化机构参数，改进了冲压机构运动性能。黄海波提出一种二自由度九杆机构的全伺服驱动模式，运用ADAMS软件建立了该机构的虚拟样机模型，并进行了仿真分析，数据显示，当两曲柄同步转动时，仅仅改变两曲柄的初始相位差，可以获得不同形式的滑块运动曲线。1.2.2国外混合驱动多连杆压力机的发展情况自上世纪90年代初Tokuz提出混合驱动机构的概念以来，很多学者从不同的角度对这类新型机构做了较为深入的研究，也取得了一定的成果。Herman和Greenough分别在Tokuz研究的基础上对整个二自由度机构的传动方式进行了改进， Greenough用两自由度平面七杆机构代替了Tokuz所建立机构模型中的差动轮系，结果都减小了伺服电机的功率需求。Ouyang P R研究了混合驱动五杆机构，直接采用常速电机和伺服电机混合驱动的方式，并据此分析得出建立的滑模控制模型系统具有渐进稳定性。在压力机应用方面，R.Du、W.Z.Guo、Cheng-Ho Li、Hui Li将二自由度混合驱动机构的理论研究应用到压力机的设计、工艺改进等实践中，并且对不同结构形式压力机的优点和缺陷有了更深的认识。其中R.Du设计了一种新型混合驱动七杆压力机，实现了压力机工作台的行程及速度可控，并降低了压力机的成本；W.Z.Guo研究了变速伺服电机驱动曲柄的轨迹规划和优化，在运用了反馈控制的混合驱动伺服压力机下，实现不同的冲压运动；Cheng-Ho Li提出一种用于混合驱动伺服压力机的迭代学习控制方案并且应用到冲压工艺上；Hui Li提出一种用于精密冲压的混合驱动机构，获得了机构的尺寸和伺服电机的运动规律，得到灵活多变的输出运动特性。1.3本课题研究的主要内容本次设计运用解析法来计算压力机滑块的位移、速度和加速度方程，建立数学模型，通过求解数学模型得到滑块位移、速度、加速度的数学表达式。同时依据杆长条件及动力分配条件，确定压力机的杆长，并运用ADAMS软件建立模型，进行仿真分析。将杆长数据代入数学表达式中，将计算结果与计算机仿真结果对比，验证模型的正确性并优化模型。最后建立静力学模型，通过仿真，得出压力机滑块在不同输入条件下的位移、速度、加速度和压力曲线。具体分为如下几个方面的工作：1.建立坐标系后利用解析法求出该机构的运动学方程，并运用半角公式，解出滑块在任意时刻的位移，速度，加速度表达式。2.选取合适的杆长建立ADAMS模型，通过对模型的仿真并分析，得出滑块的位移、速度和加速度曲线，并将模型数据代入到位移、速度、加速度表达式中，通过选取随机点计算位移、速度、加速度数值和使用Matlab进行整周期仿真，以验证模型的正确性。3.通过与曲柄滑块机构输出特性做比较，得到混合驱动多连杆压力机的输出特性并分析其输出的柔性化。4.建立系统的静力学方程，并获得增力比的表达式，探究增力比和机构尺寸参数之间的关系。1.4本章小结本章详细的介绍了本课题的研究背景及研究意义，综述了混合驱动多连杆机构在国外和国内的应用现状及未来的发展方向，阐述了作者工作的主要内容，解决的方法和步骤。2混合驱动九杆压力机的运动学模型与分析2.1机构的运动分析机构运动分析就是根据机构运动简图和原动件的运动规律，分析机构的其他构件上的某些点的轨迹、位移、加速度以及构件的角位移、角速度和角加速度。这些内容不仅是设计、选择、使用机构的依据，也是对机构做动态静力学分析和研究机械动力学的基础。无论是了解现有的机械的工作性能，还是设计新机械，都需要进行机构的运动分析。2.1.1机构运动分析的方法机构运动分析的方法主要有图解法和解析法。图解法形象直观，概念清晰，但精度较低，而且对机构整个运动循环进行运动分析时，需要反复作图，也很繁琐。图解法包括速度瞬心法和矢量方程图解法。解析法是列出机构中已知的尺寸参数和和运动参数以及未知运动参数之间的数学关系式，然后求解未知运动参数。现在解析法多用计算机求解运算，精度高，速度快，但解析法不如图解法形象直观，而且计算式有时比较复杂，工作量很大。由于我们需要做准确度要求很高的机构的运动分析，所以必须采用解析法。解析法有很多种，包括矢量分析法、复数法等。我们采用的是封闭矢量多边形法。2.1.2 解析法分析机构运动的求解过程由于我们采用的是封闭矢量多边形法，我们仅介绍这种方法的求解过程。首先写出机构的封闭矢量多边形在X、Y坐标轴上的位置投影方程式，然后将位置投影方程式对时间求一次导数和二次导数，即可得到机构的速度方程和加速度方程，进而求得机构的所需位移、速度和加速度，完成机构的运动分析。封闭矢量多边形法的求解过程如图2.1所示完成求解过程求导，得速度方程和加速度方程X，Y轴位置投影方程式找封闭矢量多边形图2.1 封闭矢量多边形法求解过程2.2混合驱动九杆压力机运动学模型的建立所谓混合驱动九杆机械压力机指的是它的驱动有两个，分别是直流电机提供工作的主要动力，伺服电机来调整多连杆中连杆之间的角度。将两种类型的输入运动通过一个二自由度机构合成后产生所需要的输出运动。这种系统既具有传统机械系统的优点，又具有一定的柔性，能够通过伺服电机的可控性提供多组输出运动规律。本文通过解析法来分析混合驱动九杆压力机的运动学特性，即通过建立坐标系，然后建立机构运动的数学模型，列出机构在任意时刻的位移、速度和加速度方程，并通过求解方程来得到压力机的运动学特性。下面是数学模型的建立过程。2.2.1混合驱动九杆机械压力机机构简图如图2.2所示，混合驱动九杆压力机简化为图中的二自由度九杆机构。图2.2 混合驱动九杆压力机机构简图如图2.2所示，活动构件数：n=8 运动低副数：PL=11 运动高副数：PH=0 则机构的计算自由度数F=38-211-0=2由于机构由直流电机和伺服电机驱动，故原动件个数等于机构的自由度数，所以该机构在任意时刻都有确定的运动。2.2.2 混合驱动九杆压力机的尺寸和角度如图2.3所示，建立如图所示坐标系，各个构件的尺寸如图中标注所示，我们规定，在本图中，杆件与X轴成逆时针方向的角度为正。建立如图所示的结构简图。在此二自由度九杆系统中，L1和L2为驱动杆，L6一端为固定端，坐标为（a,b），L3、L4、L5、L7为连杆，L7带动滑块沿Y轴方向运动。图2.3 混合驱动九杆压力机的尺寸及角度2.2.3混合驱动九杆压力机运动模型的建立（1）位移模型的建立在图2.3所示的坐标系中，选取杆L1-L3-L5-L6，将构件的长度以矢量的形式表示，形成一个封闭矢量多边形。则机构的封闭矢量方程式为L1+L3=L5+L6将上式分别投影在X轴和Y轴上，得到L1sin1+L3sin3+L5sin5+L6cos6-b=0L1cos1+L3cos3+L5cos5+L6sin6-a=0同理，取构件L2-L4-L5-L7形成封闭矢量多边形，投影后得到方程为d+L2sin2+L4sin4-L5sin5-L7sin7-y=0L2cos2+L4cos4+L5cos5-L7cos7-a=0取构件L6-L7形成封闭矢量多边形，投影后得到方程L6sin6+L7cos7=0b-L6cos6-L7sin7-y=0整理后，即得到混合驱动九杆压力机的位移模型，即：L1sin1+L3sin3+L5sin5+L6cos6-b=0L1cos1+L3cos3+L5cos5+L6sin6-a=0d+L2sin2+L4sin4-L5sin5-L7sin7-y=0L2cos2+L4cos4+L5cos5-L7cos7-a=0L6sin6+L7cos7=0b-L6cos6-L7sin7-y=0在此方程组中，1和2为已知数，表示驱动杆L1和L2在任一确定时刻的转动角度，3、4、5、6、7、y为未知数，分别表示杆L3的转动角度、杆L4的转动角度、杆L5的转动角度、杆L6的转动角度、杆L7的转动角度和滑块在方向上的位移量。通过此方程组，可以解出各个杆及滑块在任意时刻的位置。（2）速度模型的建立对位移模型关于时间进行一阶求导，即可求出系统的速度模型L1cos1d1dt-L3cos3d3dt-L5cos5d5dt-L6sin6d6dt=0L1sin1d1dt+L3sin3d3dt+L5sin5d5dt-L6cos6d6dt=0L2sin2d2dt+L4sin4d4dt+L5sin5d5dt-L7sin7d7dt=0L2cos2d2dt+L4cos4d4dt-L5cos5d5dt-L7cos7d7dt-dydt=0L6cos6d6dt-L7sin7d7dt=0L6sin6d6dt-L7cos7d7dt-dydt=0在上述速度方程中，d1dt和d2dt为已知数，表示驱动杆L1和L2的转动角速度，此方程为一次方程组，通过此方程组可以解出滑块在任意时刻的速度以及各个杆在任意时刻的角速度值。（3）加速度模型的建立对位移模型进行二阶求导，即得出系统的加速度模型即：1L1cos1t-3L3cos3t-5L5cos5t-6L6sin6t-L112sin1t+L332sin3t+L552sin5t-L662cos6t=01L1sin1t+3L3sin3t+5L5sin5t-6L6cos6t+L112cos1t+L332cos3t+L552cos5t+L662sin6t=02L2cos2t+4L4cos4t-5L5cos5t-7L7cos7t-L222sin2t-L442sin4t+L552sin5t+L772sin7t-a=02L2sin2t+4L4sin4t+5L5sin5t-7L7sin7t+L222cos2t+L442cos4t+L552cos5t-L772cos7t=06L6cos6-7L7sin7t-L662sin6t-L772cos7t=06L6sin6-7L7cos7t+L662cos6t+L772sin7t-a=0在加速度方程中，1和2为已知数，表示驱动杆L1和L2的转动角加速度，此方程为一次方程组，通过此方程组可以解出滑块在任意时刻的加速度以及各个杆在任意时刻的角加速度值。2.3混合驱动九杆压力机运动方程的求解在本章的上一节，我们利用解析法得到了混合驱动九杆压力机的位移、速度和加速度的方程表达式。本节我们主要对得到的方程式进行求解。2.3.1 求解位置方程L1sin1+L3sin3+L5sin5+L6cos6-b=0 L1cos1+L3cos3+L5cos5+L6sin6-a=0 d+L2sin2+L4sin4-L5sin5-L7sin7-y=0 L2cos2+L4cos4+L5cos5-L7cos7-a=0 L6sin6+L7cos7=0 b-L6cos6-L7sin7-y=0 由-可以得到L4sin4=L1sin1-L3sin3-d-L2sin2同理，由-可以得到L4cos4=L1cos1+L3cos3-L2cos2则由三角函数关系可知（L1sin1-L3sin3-d-L2sin2）2+（L1cos1+L3cos3-L2cos2）2=L42展开后合并同类项，我们此处引入半角正切法来求解位置方程。 运用半角正切法：令x=tan32 则 sin3=2x1+x2cos3=1-x21+x2 得到：x=-v1u12+v12-w12w1-u1其中正负号是由机构的机构构型来决定的。则 tan3=2x1-x2 得到3其中：u1=2(L1L3cos1-L2L3cos2)v1=-2(L1L3sin1-dL3-L2L3sin2)w1=L12+L22+L32-L42+d2-2dL1sin1-2L1L2cos1cos2-2L1L2sin1sin2+2dL2sin2将3的数值代入到4的方程中，得到tan4=L1sin1-L3sin3-d-L2sin2L1cos1+L3cos3-L2cos2从而得到4的表达式。同理，运用半角正切法得到tan5=2y1-y2其中：y=-v2u22+v22-w22w2-u2u2=2(L2L5cos2-L4L5cos4-aL5)v2=-2(L2L5sin2+dL5+L4L5sin4-bL5)w2=L52+L22+L42-L62+d2+b2-2bd+2dL2sin2+2dL4sin4+2L4L2sin4sin2-2bL2sin2-2bL4sin4+2L4L2cos4cos2-2aL2cos2-2aL4cos4从而得到5将5的表达式代入到方程中，得到tan6=L2cos2+L4cos4-a+L5cos5d+L2sin2+L4sin4-L5sin5-b从而得到6的表达式。则cos7=-L6sin6L7最终得出滑块的位移表达式为y=b-L6cos6-L7sin72.3.2 求解速度方程L1cos1d1dt-L3cos3d3dt-L5cos5d5dt-L6sin6d6dt=0L1sin1d1dt+L3sin3d3dt+L5sin5d5dt-L6cos6d6dt=0L2sin2d2dt+L4sin4d4dt+L5sin5d5dt-L7sin7d7dt=0L2cos2d2dt+L4cos4d4dt-L5cos5d5dt-L7cos7d7dt-dydt=0L6cos6d6dt-L7sin7d7dt=0L6sin6d6dt-L7cos7d7dt-dydt=0通过联立六个方程，解出速度的表达式为3=2L2sin2-1L1sin1+tan4(1L1cos1-2L2cos2)L3sin3-tan4L3cos34=1L1cos1-2L2cos2-3L3cos3L4cos45=1L1cos1-3L3cos3+tan6(1L1cos1-2L2cos2)L5cos5-tan6L5sin56=1L1sin1+3L3sin3+5L5sin5L6cos67=6L6cos6L7sin7v=6L6sin6-7L7cos7其中v表示的是滑块在任意时刻的速度瞬时值。2.3.3 求解加速度方程1L1cos1t-3L3cos3t-5L5cos5t-6L6cos6t-L112sin1t+L332sin3t+L552sin5t-L662cos6t=01L1sin1t+3L3sin3t+5L5sin5t-6L6cos6t+L112cos1t+L332cos3t+L552cos5t+L662sin6t=02L2cos2t+4L4cos4t-5L5cos5t-7L7cos7t-L222sin2t-L442sin4t+L552sin5t+L772sin6t-a=02L2sin2t+4L4sin4t+5L5sin5t-7L7sin7t+L222cos2t+L442cos4t+L552cos5t-L772cos7t=06L6cos6t-7L7sin7t-L662sin6t-L772cos7t=06L6sin6t-7L7cos7t+L662cos6t+L772sin7t-a=0求解加速度方程，得到3 = -1L1sin1t-L112cos1t-L332cos3t+2L2sin2t+L222cos2t+tan4(1L1cos1t-L112sin1t+L332sin3t-2L2cos2t+L222sin2t+L442sin4t)L3sin3+tan4L3cos34=1L1cos1t-L112sin1t-3L3cos3t+L332sin3t2L2cos2t+L222sin2t+L442sin4tL4cos45=1L1cos1t-L112sin1t-3L3cos3t+L332sin3t+L552sin5t+tan6(1L1sin1t+L112cos1t+L332cos3t+3L3sin3t+L552cos5t+L662sin6t)+L662cos6tL5cos5+tan6L5sin56 =1L1sin1t+L112cos1t+3L3sin3t+L332cos3t+L552cos5t+5L5sin5t+L662sin6tL6cos67=6L6cos6-L662sin6t-L772cos7tL7sin7则得到滑块的加速度表达式为a=6L6sin6t+L662cos6t-7L7cos7t+L772sin7t2.4本章小结在本章我们采用解析法，通过建立数学模型，得到混合驱动九杆压力机滑块的位移方程、速度方程和加速度方程，并引入半角正切法，求解出压力机滑块的位移、速度和加速度的表达式。3 ADAMS虚拟样机仿真与分析3.1虚拟样机尺寸的确定先前有几位学者已经做过混合驱动多连杆压力机的相关研究，不过他们大多是对已知的机构进行运动分析的研究或者进行最优化设计的研究，而对于该机构的尺寸设计和运动特性未做详细的说明，除此之外，他们所研究的机构并没有满足在下死点位置形成肘节构型，以及并没有考虑由伺服电机驱动的杆件可以做360周转运动。本节主要讨论在混合驱动九杆机械压力机中的杆件尺寸范围，主要包括两方面：在下死点位置时形成肘节构型和双曲柄输入。3.1.1杆长确定条件（1）双曲柄存在条件如图3.1所示，是从混合驱动九杆压力机机构中分解出来的五杆子机构，则双曲柄存在的条件为：L1+L2+L3LM+L4L1+L2+L4LM+L3L1+L2+LML2其中为动力及功率分配系数且1。(3) 传动角条件传动角的大小与机构中各杆件的长度和所处的位置有关，机构运转时，传动角是变化的。为了保证机构正常运动，必须规定最小传动角的下限。对于一般机械，通常取min40；对于颚式破碎机、冲床等大功率机械，最小传动角应取得大一些。可取min50。因此，设计时可以按照给定的许用压力角来设计。在该机构中，传动角必须满足下面条件3.1.2 获得杆长数据通过杆长条件，我们确定了各个杆长的长度范围，并随机取了如下几组满足条件的杆长第一组L1=30,L2=10,L3=89.33,L4=96.2, L5=65,L6=85,L7=85,LM=110,a=160, b=15, d=-110,第二组L1=30,L2=10,L3=114.127,L4=121.655, L5=30,L6=85,L7=85, LM=80, a=160, b=25, d=-80,第三组L1=40,L2=25,L3=81.39,L4=87.46, L5=60.208,L6=85,L7=85, LM=100, a=160, b=25, d=-100,3.2建立ADAMS虚拟样机ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System）软件是美国MDI公司开发的机械系统动力学仿真软件，它使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。在ADAMS中，我们可以直接创建完全参数化的机械系统几何模型，也可以使用从其它CAD软件（如Pro-E，solidworks）传过来的造型逼真的几何模型。我们的ADAMS模型由于结构比较简单，同时对连接之间的精确度要求不是很高，所以我们直接在ADAMS中建立几何模型并进行仿真分析。具体的创建步骤如下图3.3创建约束副创建物体（Part）设置工作环境施加运动速度进行仿真输出测量曲线图3.3 ADAMS模型建立过程3.2.1启动ADAMS双击桌面图标，启动ADAMS2010，出现如图3.4所示开始界面，创建新模型，名称取为yaliji,重力Gravity 方向选择Y轴负方向，单位选择默认的MMKS，mm,kg,N,s,deg.点击OK确定。图3.4 开始界面3.2.2设置建模环境（1）设置单位在操作界面中选择Settings下拉菜单中选择Units,设置单位如图3.5所示，点击确定。图3.5 设置单位（2）设置工作栅格在Settings下拉菜单中选择Working Grid,如图3.6所示系统打开参数设置对话框，在Size中X和Y项输入300cm,在Spacing栏中输入5cm。点击OK确定。图3.6 设置工作栅格3.2.3创建物体（Part）（1）创建连杆用鼠标右键单击工具箱中的连接图标，弹出级联图标。用鼠标左键单击连接图标，在下方Link下拉文本框中选择New Part，如图3.7所示。选中Length，Width，Depth，并输入长度，宽度和厚度数值，如图3.7所示。在图中设定的地方点击鼠标左键，即可生成杆1图3.7 设置杆长参数以此方法，分别建立杆2，杆3，杆4，杆5，杆6和杆7，如图3.8所示图3.8 创建连杆（2）创建滑块用鼠标右键单击工具栏中的，弹出级联图标，选择创建矩形块图标，输入参数如图3.9所示，设置矩形块的长、宽、厚，放置在指定位置。图3.9 创建滑块（3）创建导槽同样点击矩形块创建图标，输入参数后创建导槽，为避免发生干涉，滑块和导槽要经过布尔处理，最终得到构件图如图3.10所示图3.10 创建物体3.2.4创建约束副（1）创建转动副 选择ADAMS/View约束库中的旋转副（Joint: Revolute）图标，参数选择2 Bod-1 Loc和Normal To Grid。在ADAMS/View工作窗口中先用鼠标左键选择杆1，然后选择机架（ground），接着选择连接点，该旋转副连接机架和杆1,使杆1能绕机架旋转。采用相同的方法，在杆2和机架之间，杆6和机架之间，杆3和杆1之间，杆2和杆4之间，杆5和杆3之间，杆3和杆4之间，杆5和杆6之间，杆5和杆7之间以及杆7和滑块之间建立转动副。如图3.11所示图3.11 建立转动副（2）创建移动副右击转动副图标，弹出级联图标，左键单击移动副（Joint:Translational）图标，参数选择2 Bod-1 Loc和Normal To Grid。在ADAMS/View窗口中选择两物体为滑块和导槽，连接点选择在滑块质心点，方向沿Y轴方向，如图3.12所示。该移动副使滑块沿着导槽在Y轴方向移动。图3.12 建立移动副（3）施加固定副右击转动副图标，弹出级联图标，左键单击固定副（Joint：Fixed）图标，参数选择2 Bod-1 Loc和Pick feature。在ADAMS/View窗口中选择两物体为机架和导槽，连接点选择在导槽质心点，方向沿Y轴方向，如图3.13所示，该固定副使导槽固定在机架上。图3.13 建立固定副3.2.5施加运动速度在ADAMS/View驱动库中选择旋转驱动（Rotational Joint Motion）按钮，在Speed一栏中输入30，30表示旋转驱动每秒钟旋转30度。在ADAMS/View工作窗口中，分别选择转动副Joint1和Joint2，得到如图3.14所示的驱动，其中杆1和杆2均以30/s的速度逆时针转动。图3.14 施加旋转驱动得到的最终虚拟样机如图3.15所示图3.15 ADAMS虚拟样机图3.2.6进行仿真点击仿真按钮，设置仿真终止时间（End Time）为36s，仿真工作步长（Step Size）为0.01,然后点击开始仿真按钮，进行仿真。3.2.7输出测量曲线选择滑块质心点huakuai.cm，点击右键，选择Measure，弹出Point Measure 对话框，选择特征（Characteristic）为位移（Translational displacement）,方向选择Y，如图3.16所示，点击确定，即可得到滑块质心的位移测量曲线如图3.17所示。同理，可以得到滑块质心的速度曲线和加速度曲线，如图3.18和图3.19所示。图3.16测量对话框图3.17 滑块位移测量曲线图3.18 滑块速度测量曲线图3.19 滑块加速度测量曲线3.3验证ADAMS虚拟样机上一节我们使用了ADAMS软件建立了混合驱动九杆机构的模型，并施加了约束副和驱动，得到滑块的位移、速度、加速度曲线。为了验证我们所建立的模型是否合理以及模型能不能真实的表达运动方程的特征，我们需要对我们建立的ADAMS模型的输出特征做详细的验证，具体验证方法有特殊点验证法和整周期验证法。3.3.1特殊点验证法为了验证模型的合理性及其能否真实的表达运动方程的特征，我们在圆周位置上选择了6个点，并选择滑块下死点的位置，共7个点，通过将杆长数据代入到解方程得到的滑块的位移、速度和加速度的表达式中，得到了位移、速度和加速度的具体数值，通过与ADAMS仿真结果对比，得到表3.1。表3.1 滑块位移对比结果组别特征12345671/度3090150210270330338.42/度3090150210270330338.4计算位移/cm-153.6884-138.0339-124.3919-136.2414-152.5880-154.9989-155.00仿真位移/cm-153.6843-138.0361-124.3927-136.2374-152.6347-154.9989-155.00计算速度/cm/s3.104610.5605-1.557-10.8533-3.8458-0.013830仿真速度/cm/s3.036210.5410.7784-10.4924-3.8431-0.0141910-16计算加速度/s25.068-0.7474-7.0947-1.00314.35130.13169.410-4仿真加速度/s24.834-0.634-7.5088-1.24894.47360.13259.610-43.3.2整周期验证法利用解析法我们得到了混合驱动九杆机构的运动方程，由这些方程，我们使用 Matlab 编写程序对运动学方程进行求解，分别得到混合驱动九杆压力机的位移、速度和加速度曲线。通过对比位移、速度、加速度曲线，来验证所建立的模型的准确性。（1） 验证模型的位移运用上节中输出测量曲线的方法，测量对象选择滑块的质心点，测量特征选择Y轴方向上的位移特征，得到滑块质心在Y轴方向上的位移曲线，同时，通过Matlab编程，我们得到由理论值计算得到的滑块位移曲线，两曲线对比分析。如图3.20和图3.21所示，取三个周期上的位移曲线对比。图3.20 ADAMS样机滑块位移曲线图3.21 Matlab解得滑块位移曲线对比两位移图，可以发现通过Matlab求解方程得到的滑块位移图和使用ADAMS建立的模型测量的到的位移图吻合很好，说明通过位移验证模型是正确并准确的。（2） 验证模型的速度采用同样的方法，对比滑块在Y方向的速度曲线，如图3.22和图3.23所示。图3.22 ADAMS样机滑块速度曲线图3.23 Matlab解得滑块速度曲线对比两速度曲线，可以发现通过Matlab求解方程得到的滑块速度和使用ADAMS建立的模型测量的到的速度吻合很好，说明通过速度验证模型是正确并准确的。（3） 验证模型的加速度采用同样的方法，对比滑块在Y方向的加速度曲线，如图3.24和图3.25所示。图3.24 ADAMS样机滑