牛头刨床论文PPT-史宝周

基于ADAMS软件对牛头刨床导杆机构的建模与仿真分析专业：机械设计制造及其自动化答辩人：史宝周指导老师：敬志臣基于ADAMS对牛头刨床导杆机构的建模与仿真分析1.背景2.牛头刨床的理论分析3.牛头刨床执行机构的三维建模4.牛头刨床的运动学分析5.牛头刨床运动学建模、仿真及结果后处理6.动力学分析7.优化设计8.结论9.本次设计分析的工作展望主要内容背景1.随着工业技术的发展，“中国制造2025”的提出与“工业4.0”时代的到来，可见制造业技术的创新、研发显得尤为重要。而评价一个国家制造业的高低，取决于工作母机的加工质量。恰好，刨床因其结构简单，造价低廉，其加工平面效率很高，一直在制造业中被广泛应用，所以对其创新、优化势在必行。2.虚拟样机技术是一种崭新的产品研发、设计技术。能够模拟产品在真实环境下各种运动学和动力学特性，并根据仿真结果优化产品的设计方案，避免传统设计中物理样机的反复制造、修改过程，大大缩短开发周期，降低研发成本，提高了面向客户与市场的需求能力。ADAMS软件与其它建模软件联合运用显得更加重要。牛头刨床的理论分析Loremipsumdolorsitamet,consecteturadipisicingelit,seddoeiusmodtemporincididuntutlaboreetdoloremagnaaliqua.Utenimadminimveniam,quisnostrudexercitationullamcolaborisnisiutaliquipexeacommodoconsequat.1.工作原理：当主动件曲柄2匀速转动时，摇杆4左右摆动，带动刨刀6沿着固定的轨迹运动，实现回转运动转化为直线往复运动的功能。2.牛头刨床机构具有急回特性，即刨刀在切削工作行程中速度较慢，且要求平稳，切削完成后快速空载返回到原来位置。为确定其平稳性是否满足要求，就必须对其进行仿真分析。牛头刨床实体机构的三维建模

利用croe软件的虚拟装配功能对牛头刨床进行实体建模，按照一定顺序将其安装，使其表现更为直观。牛头刨床传动机构的实体建模牛头刨床总装实体图

通过对牛头刨床导杆机构的简化，运用适量解析法对其进行运动学分析，下面为运动简图。本文主要对牛头刨床六杆机构刨头E点的位移、速度、加速度进行分析。牛头刨床的运动学分析位移分析：先建立一直角坐标系，C点为坐标原点，并标出各杆矢量及其方位角，各构件构成矢量封闭形，机构各矢量构成两个适量封闭方程为：速度分析：由以上两式对时间求导得速度关系式，写成矩阵形式如下：加速度分析：对速度关系式求时间的导数即得加速度关系式，如下：牛头刨床运动学建模、仿真及结果后理机构的建模模型参数的定义施加约束添加驱动或力结果仿真和后处理分析曲柄摇杆机构建模虚拟样机如左图所示.仿真基本流程：添加驱动或力结果仿真和后处理分析机构的仿真

输入仿真时长为6s，仿真步长为200步，则机构完成一个周期的运动。牛头刨床传动机构的实体模型仿真牛头刨床总装实体模型仿真仿真的分析及结果后处理从仿真结果可知：刨头E的行程为500mm，满足工作行程。刨头E在工作行程（0-3.5s）内速度和加速度波动较小，在空行程（3.5-6s）内速度和加速度波动较大，这就保证了刨头E在工作行程时有较均匀的切削速度，在空行程时有急回运动特性。从仿真结果可以看出牛头刨床按照设计预订的轨迹运动，没有卡死现象，运动性能良好。123动力学分析根据构件上所有外力在x轴上的投影的代数和为零，构件上所有外力在y轴上的投影的代数和为零以及构件上所有外力对其质心的力矩的代数和为零，对各构件受力分析及平衡方程如下：对构建1有：对构建2有：对构建3有：对构4有：对构建5有：将上述各构件的平衡方程式，整理成以运动副反力和平衡力距为未知量的线性方程组，并写成矩阵形式，（其中式中：C为系数矩阵；为未知力矩阵；D为已知力矩阵）即，动力学建模与仿真

按已知条件分别设置曲柄1，滑块2.摆动杆3，连杆4和刨头5的质量和转动惯量，并对刨头5设置阻力，完成动力学仿真设置。动力学仿真及结果后处理如下：运动副A处的约束反力运动副A处的平衡力距刨头5所受阻力刨头5所受的垂直反力从图可以看出：(1).牛头刨床刨头在工作进程中，机构在x（水平）方向的受力明显比y（垂直）方向要平滑些，且力的方向莫有变化，而y（垂直）方向的受力却出现了较大的变化。因此可以得出：y（垂直）方向的受力主要是由于机器振动而引起。(2).牛头刨床刨头在工作进程中，平衡力矩变化较平缓，而空行程时变化较大，符合实际要求，故仿真是正确的。牛头刨床的最优设计

已知刨床的行程速比系数K、曲柄、机构的行程H和刨头切削区域h。希望：①在切削区域h内机构的最大压力角最小；②结构紧凑，且有小的滑距S和小的推杆。牛头刨床几何尺寸关系:导杆:机构极位夹角:机构行程速比系数K:机构压力角及函数关系:导杆在

处的压力角：导杆在

处的压力角：导杆在

处的压力角：偏距：本设计以满足机构运动性能为前提，令机构最小传动角等于已知许用传动角[γ]，追求机构工作效率最高、机构行程速比系数K最大为寻优目标函数。由机构几何关系知，当e−x最小时，机构行程速比系数K最大，则以机构行程速比系数K最大建立寻优目标函数为：当已知机构允许的最小许用传动角[γ]、行程H,连杆时,要使机构最小传动角呈最大,必然有:联立各式有：另外刨头滑杆位置下移量x需要有:同时需要有：最优化数学模型的建立:（1）通过ADAMS软件对机构的运动仿真输出的图像可以看出：牛头刨床滑枕的行程长度满足要求，工作行程时时间长、速度慢、较平稳，加速度值较小；回程时速度快、加速度较大，满足行程速比要求。

（2）运用作图法分析牛头刨床执行机构的运动状况，特别是加上从机构的协调运动时，过程复杂繁琐，且准确率低，不直观，从以上分析可知，运用ADAMS软件进行运动仿真，具有很大的优越性，不仅可以直观地看清楚机构的造型和装配关系，而且使整个仿真过程更精确，更直观，可视化程度高。

（3）在Croe2.0装配环境下，可以对组件进行直观的干涉检验，可以帮助设计人员及时查漏，提高了工作效率，节省了大量的人力物力。

（4）根据运动仿真输出的图像和数据，方便设计人员对牛头刨床机构运动进行优化设计，使其快速高效地设计出理想的机构。

结论本次设计分析的工作展望1.本次设计牛头刨床的工作台只能实现前后移动，未能实现上下移动，还缺少一个锥齿轮传动装置；2.牛头刨床执行机构主从运动的协调运动的连接是通过齿轮连接实现的，其存在不少误差，运行精度不高，改善建议：使用凸轮机构来实现3.在使用Croe2.0和ADAMS软件进行装配和仿真时发现，虽然此款软件在数据库，和参数化设计等方面具有无与伦比的优势，但它并不是万能。要想出色的设计出符合要求的、完美的机构，还需和其他软件配合，这样取长补短，优势互补，才能发挥其设计的功能。4.基于ADAMS对牛头刨床的建模与仿真分析只做了一种情况下运动学与动力学仿真分析，应该仿真多种情况，并加以对比。5.本次设计运用Croe2.0和ADAMS软件中的仿真模块，只是仿真了牛头刨床执行机构的运动学分析，机构中的重力、摩擦力等都没有考虑进去。要想精确的分析出机构的动力学结构，还需要和专门的有限元软件结合使用并进一步分析研究。基于ADAMS虚拟样机技术的展望

虚拟样机技术的出现，改变了传动的设计方式，采用信息技术、数字技术进行设计。能够在计算机上实现：设计——实验——设计的反复过程。大大降低研发周期和研发成本，同时也推动着制造业领域的数字化、信息化、智能化。目前，ADAMS软件很好的实现着仿真功能，方便的改