基于Ansys的连杆机构运动分析

基于ANSYS的连杆机构运动分析摘要：随着工业的发展，连杆机构应用越来越广泛，从工业包装行业到航空业，都能够见到连杆机构应用的影子。连杆机构的运动特性参数决定了连杆机构能否满足使用要求。简单的四连杆机构，我们可以根据机械原理与理论力学等理论，虽然通过选取特殊状态能够求得特定时刻的运动特性参数，包括位移、速度、加速度，但是无法求得任意时刻的运动特性参数。而且当连杆数量的增加，求解变得更加复杂。本文另辟蹊跷，利用有限元理论建立了有限元模型，施加载荷以及边界条件，求得了四连杆机构的运动特性参数，为更复杂的连杆机构设计提出了建设性的方法。采用ANSYS中的相关单元对连杆机构进行模型的搭建以及边界处理，进而求的所希望的位移、速度和加速度等随时间变化的相关数据。论文首先建立简单四连杆机构的ANSYS模型进行求解，选取某一特定状态，将结果同解析法进行对比，验证基于ANSYS的方法的可行性。然后通过ANSYS计算某一复杂的连杆机构的运动特性，并对所分析的机构利用机械原理相关理论去分析，为进一步优化做准备。关键词：连杆机构；有限元；解析法；Ansys建模AnalysisoflinkagemechanismbasedonANSYSAbstract：Withthedevelopmentofindustry,connectingrodmechanismisusedmoreandmorewidely,fromtheindustrialpackagingindustrytotheaviationindustry,willbeabletoseetheshadowoftheconnectingrodmechanismapplication.Themotionparametersoflinkagemechanismdeterminesthelinkagemechanismcanmeettheuserequirements.Thefourconnectingrodmechanismissimple,wecanaccordingtothemechanicalprincipleandtheoreticalmechanicstheory,althoughthemovementcharacteristicparameterstoobtainaspecialstatespecifictime,includingthedisplacement,velocity,acceleration,movementparameters,butcannotfindanytime.Andwhenincreasingthenumberofconnectingrod,solvingmorecomplex.Inthispaper,anotherstrange,thefiniteelementmodelisestablishedbyusingthefiniteelementtheory,theloadsandboundaryconditions,themotionparametersofthefourbarlinkageobtained,presentsaconstructiveapproachtodesignmorecomplexlinkages.TherelevantunitintheANSYSmodelisestablishedandtheboundarytreatmentontheconnectingrodmechanism,therelevantdataandthenthedesireddisplacement,velocityandaccelerationvariationwithtime.Firstly,asimpleANSYSmodeloffourbarlinkagemechanismtosolve,selectaparticularstate,theresultswerecomparedwiththeanalyticalmethod,thefeasibilityofthemethodvalidationbasedonANSYS.ThenthemotioncharacteristicsofacomplexlinkagewascalculatedbyANSYS,andtheanalysisofthemechanismofusingmechanicaltheorytoanalyze,forthefurtheroptimizationofpreparation.Keywords:connectingrodmechanism;finiteelement；analyticmethod；Ansysmodeling目录1、前言.11.1目的和意义.11.2研究手段和所做工作.12、连杆机构与有限元理论方法简介.22.1连杆机构.22.2有限元理论以及动力学分析.32.3涉及的单元简介.52.3.1COMBIN7介绍.52.3.2BEAM4介绍.62.3.3四连杆机构的有限元模型.72.4参数化APDL语言.73、不同计算方法对比研究.93.1问题描述.93.2解析法.93.3有限元法.113.3.1建立工作文件.123.3.2定义参量.123.3.3创建单元类型.133.3.4定义材料特性.143.3.5定义实常数.153.3.6创建节点.163.3.7指定单元属性.173.3.8创建铰链单元.183.3.9指定单元属性.183.3.10创建梁单元.193.3.11定分析类型.193.3.12打开大变形选项.193.3.13确定数据库和结果文件中包含的内容.213.3.14设定非线性分析的收敛值.213.3.15施加约束.223.3.16求解.223.3.17定义变量.233.3.18对变量进行数学操作.233.3.19用曲线图显示角位移、角速度和角加速度.243.3.20列表显示角位移、角速度.253.4方法验证说明.264、变形机构的运动分析.274.1采用APDL参数化建立复杂模型.274.2对模型进行分析求解.27结论.30参考文献.31致谢.32附录.3301、前言1.1目的和意义随着工业的发展，四连杆机构以各种变形形式出现在生活中。在设计四连杆过程中，获取其运动特性（位移、速度、加速度），对于前期的设计来说至关重要。通过机械原理和理论力学的相关知识理论，我们能够求解结构比较简单的四连杆机构运动特性参数。但是结构比较复杂，或者对某一个结构的几何参数进行调整，解析求解计算量都相当大，计算阶段浪费了大量的时间，而计算在产品的定型设计过程中，概念设计以及参数调整显得更为重要。本文另辟蹊跷，利用有限元理论建立了有限元模型，施加载荷以及边界条件，求得了四连杆机构的运动特性参数，为更复杂的连杆机构设计提出了建设性的方法。1.2研究手段和所做工作本课题要研究的问题就是在连杆设计的过程中，连杆机构运动特性的获取问题，从而根据所求得的数据进行连杆机构各个参数的优化。解析方法能够求的某一状态下的连杆机构的运动特性，但是无法得到准确的随时间变化的曲线。采用ANSYS中的相关单元对连杆机构进行模型的搭建以及边界处理，进而求的所希望的位移、速度和加速度等随时间变化的相关数据。本课题首先建立简单四连杆机构的ANSYS模型进行求解，选取某一特定状态，将结果同解析法进行对比，验证基于ANSYS的方法的可行性。然后通过ANSYS计算某一复杂的连杆机构的运动特性，并进行优化设计。12、连杆机构与有限元理论方法简介2.1连杆机构低副是面接触，耐磨损；加上转动副和移动副的接触表面是圆柱面和平面，制造简便，易于获得较高的制造精度。因此，平面连杆机构在各种机械和仪器中获得广泛应用。连杆机构的缺点是：低副中存在间隙，数目较多的低副会引起运动累积误差；而且它的设计比较复杂，不易精确地实现复杂地运动规律。最简单的平面连杆机构是由四个构件组成的，称为平面四杆机构。它的应用非常广泛，而且是组成多杆机构的基础。由若干个刚性构件通过低副（转动副、移动副）)联接，且各构件上各点的运动平面均相互平行的机构，又称平面低副机构。低副具有压强小、磨损轻、易于加工和几何形状能保证本身封闭等优点，故平面连杆机构广泛用于各种机械和仪器中。与高副机构相比，它难以准确实现预期运动，设计计算复杂。平面连杆机构中最常用的是四杆机构，它的构件数目最少，且能转换运动。多于四杆的平面连杆机构称多杆机构，它能实现一些复杂的运动，但杆多且稳定性差。连杆机构根据各点的空间位置不同，分为平面连杆机构和空间连杆机构。空间连杆机构是由若干刚性构件通过低副（转动副、移动副）联接，而各构件上各点的运动平面相互不平行的机构，又称空间低副机构。空间连杆机构常应用于农业机械、轻工机械、纺织机械、交通运输机械、机床、工业机器人、假肢和飞机起落架中。图2.1飞机起落架连杆机构根据机构构成的杆的数量可以分为四连杆机构、六连杆机构等。2图2.2四连杆与六连杆机构平面连杆机构的特点（1）适用于传递较大的动力，常用于动力机械。（2）依靠运动副元素的几何形面保持构件间的相互接触，且易于制造，易于保证所要求的制造精度。（3）能够实现多种运动轨迹曲线和运动规律，工程上常用来作为直接完成某种轨迹要求的执行机构。不足之处：（1）不宜于传递高速运动（平衡困难）。（2）可能产生较大的运动累积误差（多杆）。2.2有限元理论以及动力学分析有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。3有限元是那些集合在一起能够表示实际连续域的离散单元。有限元的概念早在几个世纪前就已产生并得到了应用，例如用多边形（有限个直线单元）逼近圆来求得圆的周长，但作为一种方法而被提出，则是最近的事。有限元法最初被称为矩阵近似方法，应用于航空器的结构强度计算，并由于其方便性、实用性和有效性而引起从事力学研究的科学家的浓厚兴趣。经过短短数十年的努力，随着计算机技术的快速发展和普及，有限元方法迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所有的科学技术领域，成为一种丰富多彩、应用广泛并且实用高效的数值分析方法。在解偏微分方程的过程中,主要的难点是如何构造一个方程来逼近原本研究的方程,并且该过程还需要保持数值稳定性。目前有许多处理的方法，他们各有利弊。当区域改变时(就像一个边界可变的固体),当需要的精确度在整个区域上变化,或者当解缺少光滑性时,有限元方法是在复杂区域(像汽车和输油管道)上解偏微分方程的一个很好的选择。例如,在正面碰撞仿真时,有可能在重要区域(例如汽车的前部)增加预先设定的精确度并在车辆的末尾减少精度(如此可以减少仿真所需消耗);另一个例子是模拟地球的气候模式,预先设定陆地部分的精确度高于广阔海洋部分的精确度是非常重要的。对于不同物理性质和数学模型的问题，有限元求解法的基本步骤是相同的，只是具体公式推导和运算求解不同。有限元求解问题的基本步骤通常为：第一步：问题及求解域定义：根据实际问题近似确定求解域的物理性质和几何区域。第二步：求解域离散化：将求解域近似为具有不同有限大小和形状且彼此相连的有限个单元组成的离散域，习惯上称为有限元网络划分。显然单元越小（网格越细）则离散域的近似程度越好，计算结果也越精确，但计算量及误差都将增大，因此求解域的离散化是有限元法的核心技术之一。第三步：确定状态变量及控制方法：一个具体的物理问题通常可以用一组包含问题状态变量边界条件的微分方程式表示，为适合有限元求解，通常将微分方程化为等价的泛函形式。第四步：单元推导：对单元构造一个适合的近似解，即推导有限单元的列式，其中包括选择合理的单元坐标系，建立单元试函数，以某种方法给出单元各状态变量的离散关系，从而形成单元矩阵（结构力学中称刚度阵或柔度阵）。4为保证问题求解的收敛性，单元推导有许多原则要遵循。对工程应用而言，重要的是应注意每一种单元的解题性能与约束。例如，单元形状应以规则为好，畸形时不仅精度低，而且有缺秩的危险，将导致无法求解。第五步：总装求解：将单元总装形成离散域的总矩阵方程（联合方程组），反映对近似求解域的离散域的要求，即单元函数的连续性要满足一定的连续条件。总装是在相邻单元结点进行，状态变量及其导数（可能的话）连续性建立在结点处。第六步：联立方程组求解和结果解释：有限元法最终导致联立方程组。联立方程组的求解可用直接法、迭代法和随机法。求解结果是单元结点处状态变量的近似值。对于计算结果的质量，将通过与设计准则提供的允许值比较来评价并确定是否需要重复计算。简言之，有限元分析可分成三个阶段，前置处理、计算求解和后置处理。前置处理是建立有限元模型，完成单元网格划分；后置处理则是采集处理分析结果，使用户能简便提取信息，了解计算结果。2.3涉及的单元简介2.3.1COMBIN7介绍图2.3三维铰链单元COMBIN7三维铰链COMBIT7单元属于三维单元，有5个节点，分别是活跃节点I和J、用以定义铰链轴的节点K,控制节点L和M，如图。活跃节点I和J应该位置重合，并5且分属于LINKA和B,LINKA和B是一个单元或单元集合。如果节点K没有定义，则铰链轴为全球笛卡尔坐标系的:轴。2.3.2BEAM4介绍图2.4三维量单元BEAM4Beam4是一种可用于承受拉、压、弯、扭的单轴受力单元。这种单元在每个节点上有六个自由度：x、y、z三个方向的线位移和绕x、y、z三个轴的角位移。可用于计算应力硬化及大变形的问题。通过一个相容切线刚度矩阵的选项用来考虑大变（有限旋转）的分析。62.3.3四连杆机构的有限元模型2.4参数化APDL语言APDL的全称是ANSYSParametricDesignLanguage(ANSYS参数化设计语言）。可用来完成一些通用性强的任务，也可以用于根据来建立模型，不仅是优化设计和自适应网格划分等ANSYS经典特性的实现基础，也为日常分析提供了便利。用户可以利用程序设计语言将ANSYS命令组织起来，编写出参数化的用户程序，从而实现有限元分析的全过程，即建立参数化的CAD模型、参数化的网格划分与控制、参数化的材料定义、参数化的载荷和边界条件定义、参数化的分析控制和求解以及参数化的后处理。宏是具有某种特殊功能的命令组合，实质上是参数化的用户小程序，可以当作ANSYS的命令处理，可以有输入参数或没有输入参数。缩写是某条命令或宏的替代名称，它与被替代命令或宏存在一一对应的关系，在ANSYS中二者是完全7等同的，但缩写更符合用户习惯，更易于记忆，减少敲击键盘的次数。ANSYS工具条就是一个很好的缩写例子。83、不同计算方法对比研究3.1问题描述图3.1为一曲柄摇杆机构，各杆长度分别为LAB=30mm，LBC=86mm，LCD=73mm，LAD=100mm，曲柄为原动件，转速为0.5r/min，求摇杆角位移，角速度，角加速度随时间变化情况。图3.1曲柄摇杆3.2解析法图3.2复数向量法9用解析法求解曲柄摇杆摇杆的角位移，角加速度可以将曲柄摇杆看成一个封闭的平行四边形，则该机构的向量封闭方程可表示为：+=+(3-1)+=+(3-2)将上式展开方程的实部和虚部应分别相等，即：+=+(3-3)+=(3-4）消去以上两式中的2得：A=-(3-5)B=-(3-6)C=(+-)/(2)(3-7)A+B+C=0(3-8)将半角公式代入上式得到关于arctan(0.53)的一元二次方程式，并解得3为：3=2arctanB(+/(A-C)(3-9)构件2的角位移2为:2=arctan(B+)/(A+)(3-10)求解角加速度：将位置方程对时间求2阶导数得速度方程为：-+-=-(3-11)将（3-11）两边同乘以得：-+-=-(3-12)按欧拉公式展开（3-12）取实部后得摇杆3的角加速度3=为：3=+-/(3-13)10图3.3曲柄摇杆机构的运动规律根据上述复数向量法计算，该问题的计算十分复杂，本课题只是为了验证有限元解的正确性。所以，在这里只求解了以下数据:摇杆的摆角=49.387，曲柄角度为121.02时，摇杆角位移121.117，角速度0.2147*10-1rad/s.图3.4CAD中的曲柄摇杆3.3有限元法本论文采用ANSYS14.0作为计算平台。113.3.1建立工作文件拾取菜单UtilityMenuFileChangeJobname弹出如图所示的对话框，在”IFILNAM”文本框中输入ANALYSISQUBINGYAOGAN，单击”OK”按钮。图3.5修改工作名菜单3.3.2定义参量拾取菜单UtilityMenuParametersScalarParameters弹出如图所示的对框:图3.6定义材料参量对话框12在”Selection”文本框中输入PI=3.1415926，单击”Accept”依次次输AX=0,AY=0,BX=0.2348,BY=0.1867，CX=0.908，CY=0.7222，DX=0.1，DY=0，OMGA1=0.5，T=60/OMGA1（曲柄转动一周需要的时间，单位：S），同时单击”Accept”最后单击对话框中的Close。3.3.3创建单元类型拾取菜单MainMenuPreprocessorElementTypeAdd/Edit/Delete弹出如图所示的对话框:图3.7单元类型对话框点击“Add”，弹出对话框：13图3.8单元类型库对话框在左侧列表中选择”Combination”，在右侧列表中选择”Revolutejoint”，单击”Apply”按钮；再在左侧列表中选择”StructuralBeam”在右侧列表中选择”3Delastic4”，单击”OK”按钮；单击如图所示的对话框的”Close”按钮。3.3.4定义材料特性拾取菜单MainMenuPreprocessorMaterialPropsMaterialModels。弹出如图所示的对话框，在右侧列表中依次双击”Structural”、”Linear”、”Elastic”、”Isotropic”，弹出如图所示的对话框，在”EX”文本框中输入2e11弹性模量)，在”PRXY”文本框中输入0.3(泊松比)，单击”OK”按钮；再双击右侧列表中”Structural”下的”Density”，弹出如图所示的对话框，在”DENS”文本框中输入1e14(密度近似为0，表示忽略各杆的惯性力作用效果)，单击”OK”按钮然后关闭如图所示的对话框。14图3.9材料特性对话框图3.10定义密度对话框3.3.5定义实常数拾取菜单MainMenuPreprocessorRealConstantsAdd/Edit/Delete.弹出如图所示的对话框，单击“Add”按钮，弹出如图所示的对话框，在列表中选择15“TypeCOMBIN7”，单击“OK”按钮，弹出如图所示的对话框(注:图中对该对话框做了删节)，在“Kl”，“K2”，“K3”，“K4”，文本框中分别输入1E9，1E3，1E3，0，单击OK按钮；返回到如图所示的对话框，再次单击“Add”按钮，弹出如图所示的对话框，在列表中选择“Type2BEAM4”，单击“OK”按钮，弹出如图所示的对话框(注:图中对该对话框做了删节)，在AREA，IZ2；，IYY，TKZ，KY文本框中分别输入4E4，1.3333E8，1.3333E8，0.02，0.02，单击OK按钮；返回到如图所示的对话框，单击“Close”按钮。图3.11定义实常数对话框图3.12选择单元类型对话框3.3.6创建节点拾取菜单MainMenuPreprocessorModelingCreateNodesInActiveC&弹出如图对话框，在“NODE”，文本框中输入I，在“X，Y，Z”文本框中分别输入AX，AY，O，单击“Apply”按钮:在”NODE”文本框中输入2，在“X，Y，Z”文16本框中分别输入BX，BY，O.单击”Apply”按钮；在“NODE”文本框中输入3，在“X，Y，Z”文本框中分别输入BX，BY，O，单击“Apply”按钮:在”NODE”文本框中输入4，在“X，Y，Z”文本框中分别输入CX，CY，O，单击“Apply”按钮:在“NODE”文本框中输入5，在“X，Y，Z”文本框中分别输入“CX，CY，1”单击“Apply”按钮:在”NODE”文本框中输入6，在“X，Y，Z”；文本框中分别输入“DX，DY，0”单击击“Apply”按钮:在“NODE”文本框中输入7，在“X，Y，Z”文本框中分别输入BX，BY，-1，单击“Apply”按钮；在”NODE”文本框中输入8，在“X，Y，Z”文本框中分别输入CX，CY，-1，单击“OK”按钮。图3.13创建节点对话框3.3.7指定单元属性拾取菜单MainMenuPreprocessorModelingCreateElementsElemAttributes.弹出对话框，选择下拉列表框”TYPE”为”1COMBIN7“，选择下拉列表框”MAT”为”1”，选择下拉列表框”REAL”为”1“，单击”OK”按钮。17图3.14指定单元属性对话框3.3.8创建铰链单元拾取菜单MainMenupreprocessorModelingCreateElements(AutoNumberedThruNodes.弹出拾取窗口，在拾取窗口的文木框中输入2，3，7，单击”Apply”按钮，于是创建了一个铰链单元，其中心在节点2，3处节点2，3重合于B点)，轴线在节点2，7的连线即z轴方向，该铰链单元连接了节点2和3。再在拾取窗口的文本框中输入4，5，8，单击”OK”按钮，于是在节点4和S处（即C点）又创建了一个铰链单元。3.3.9指定单元属性拾取菜单MainMenuPreprocessorModelingCreateElementsElemAttributes.弹出对话框，选择下拉列表框”TYPE，为”2BEAM”，选择下拉列表框”MAT”为，”1”，选择下拉列表框”REAL”为”2”，单击”OK”按钮。183.3.10创建梁单元用来模拟各个杆，拾取菜单MainMenuPreprocessorModelingCreateElementsAutoNumberedThruNodes。弹出拾取窗口，在拾取窗口的文本框中输入1，2.单击”Apply”按钮；再在拾取窗口的文本框中输入3，4，单击”Apply”按钮；再在拾取窗口的文本框中输入5,6击”OK”按钮。于是创建了3个梁单元，前2个梁单元由B点处铰链单元连接，后2个梁单元由C点处铰链单元连接。3.3.11指定分析类型拾取菜单MainMenuSolutionAnalysisTypeNewAnalysis。在弹出的”NewAnalysis”对话框中，选择”TypeofAnalysis”为”Transient”，单击”OK”按钮，在随后弹出的”TransientAnalysis”对话框中，单击”OK，按钮。图3.15指定分析类型3.3.12打开大变形选项拾取菜单MainMenuSolutionAnalysisTypeSolnControls,弹出如下对话框：19图3.16放大变形选项将”AnalysisOptions”的下拉选项选为LargeDisplacementStatic，单击”OK”按钮。20图3.17确定载荷步时间和时间步长3.3.13确定数据库和结果文件中包含的内容图3.18数据库和结果文件控制对话框3.3.14设定非线性分析的收敛值图3.19非线性收敛标准对话框213.3.15施加约束拾取菜单MainMenuSolutionDefineLoadsApplyStructuralDisplacementOnNodes.弹出拾取窗a，单击”PickAll”按钮，弹出如下图所示的对话框，在”Lab20列表中选择”UZ”，“ROTX”，“ROTY”，单击”Apply”按钮:再次弹出拾取窗口，拾取节点I，单击”OK”按钮，弹出如下图所示的对话框，在”Lab2”列表中选择”ROTZ”，在”VALUE”文本框中输入2xPI，单击”Apply”按钮；再次弹出拾取窗口，拾取节点1.单击”OK”按钮，再次弹出如下图所示的对话框，在”Lab2”列表中选择”UX”，+UY，在“VALUE”文本框中输入，单击”Apply”按钮；再次弹出拾取窗口，拾取节点，单击”OK”按钮，再次弹出如下图所示的对话框，在”Lab2”列表中选择”UX”，“UY”，在”VALUE”文本框中输入O，单击”OK”按钮。图3.20在节点上施加约束对话框3.3.16求解22拾取菜单MainMenuSolutionSolveCurrentLS，对话框的”OK”按钮。出现”Solutionisdone!”提示时，求解结束单击”SolveCurrentLoadStep”，从下一步开始，进行结果的查看。图3.21运算结束对话框3.3.17定义变量拾取菜单MainMenuTimeHistPostproDefineVariables。弹出话框，单击”Add”按钮，弹出的对话框，选择”升peofVariable”为”NodalDOFresult”，单击”OK”按钮，弹出拾取窗口，拾取节点b，单击”OK”按钮，弹出对话框，在右侧列表中选择”ROT_Z”，单击”OK”按钮，返回到对话框，单击”Close”按钮。于是定义了一个变量2，它可以表示摇杆的角位移。图3.22定义变量对话框3.3.18对变量进行数学操作把变量2对时间t微分，得到摇杆的角速度；把角速度对时间t微分，得到摇杆的角加速度。拾取菜单MainMenuTimeHistPostproMathOperations23Derivativeo弹出如图所示的对话框，在，IR”文本框中输入3，在”IY”文本框中输入2，在”IXPI文本框中输入1，单击Apply按钮:再次弹出如图1225所示的对话框，在”IR”文本框中输入4，在”IY”文本中输入3，在”IX文本框中输入1，单击”OK”按钮。图3.22对变量进行数学操作经过以上操作，得到两个新的变量3和4。其中，变量3是变量2对变量1的微分，而变量2是位移V3，变量1是时间t(系统设定)，所以，变量3就是角速度；同样可知，变量4就是角加速度。3.3.19用曲线图显示角位移、角速度和角加速度拾取菜单MainMenuTimeHistPostptaGraphVariables.弹出如图所示的对话框，在”NVAR1“文本框中输入2，单击”OK”按钮，结果如图所示。再重复执行两次以上命令，在弹出对话框的”NVARl”文本框中分别输入3和4，单击”OK”按钮，结果如图：24图3.23角位移曲线图3.24角速度曲线图3.25角加速度曲线3.3.20列表显示角位移、角速度拾取菜单MainMenuTimeHistPostprvYListVariables。在弹出对话框的文本框中分别输入2和3，单击”OK”按钮。25图3.26列表显示结果3.4方法验证说明在得到的列表中可以看到变量2即角位移W3的最大值为0.861870，此值即摇杆的摆角俨，将弧度折合成角度为49.381（1弧度=180/571744.8,1=/180弧度0.01745329弧度。）；容易计算出t=0s时，=38.496，于是=121.02时，t=（121.02-38.496）/360*（60/0.5）=27.508s，从列表中查得，t=28s时，W3=0.214216E-01rad/s。对比由机械原理图解法得到的结果，与3.2解析法求解的结果（摇杆的摆角=49.387，曲柄角度为121.02时，摇杆角位移121.117，角速度0.2147*10-1rad/s.）可以看出有限元解是正确的，而且具有相当高的精度。264、变形机构的运动分析一曲柄滑块机构，曲柄长度R=250mm、连杆长度L=620mm、偏距e=200mm，曲柄为原动件，转速为n1=30r/min，求滑块3的位移s3、速度v3、加速度a3随时间变化情况。4.1采用APDL参数化建立复杂模型图4.2Ansys有限元模型4.2对模型进行分析求解拾取菜单MainMenuTimeHistPostproGraphVariables,在“NVAR1”文本框中输入2，单击“Ok”按钮，再重复执行两次以上命令，在弹出对话框的“NVAR1”文本框中分别输入3和4，单击“Ok”按钮，结果如图:图4.1曲柄滑块机构27图4.3位移曲线图4.4速度曲线图4.5加速度曲线拾取菜单MainMenuTimeHistPostproListVariables。在弹出对话框的“NVAR1”和“NVAR2”文本框中分别输入2，单击“Ok”按钮在得到的列表中可以看到变量2即位移s3的最大值为0.535376，此值即滑块的行程H，该值对应的时间为0.88571s，此值即空回行程经历的时间。得出结论滑块的行程H=0.535376m空回行程时间T=0.88571s。28图4.6列表显示结果29结论随着工业的发展，连杆机构以各种不同的形式穿梭于各种工业生产装置中，对于连杆的设计以及优化愈发显得重要。本文利用ANSYS软件对简单的连杆机构进行了运动特性的分析，验证了此方法在分析连杆机构运动特性时的可行性，最后又利用此方法计算了两个复杂连杆机构的运动特性。总结本文的所做工作，可以清晰看到本文的缜密的逻辑路线：提出方法-简单模型进行验证-应用于复杂模型。此路线也是学术科研过程中的最基本最常用的研究路线。由于时间有限加上本人能力有限，虽然努力，但是论文还是有很大不足。本人认为还可以在本论本文研究方法的基础上拓展开来，进行以下研究工作：（1）本文研究的问题只考虑了理想的情况，忽略了连杆的质量、连杆的几何形状、连杆的受力的情况，将连杆理想化为一个刚体，这样是不符合实际情况的。可以针对某些问题，引入柔性体的概念。（2）本文研究的问题作为一种方法，是可行的。采用本文的研究方法，加上优化的理论，可以针对满足某一个运动条件的连杆进行最优化设计分析，从而节省成本，更好的满足生产设计。30参考文献1孙恒，陈作模.机械原理第七版.北京：高等教育出版社，2006.12.2段进，倪栋，王国业.ASYS10.0结构分析从入门到精通M.电子工业出版社，2006.9.3高耀东.ANSYS机械工程应用精华60例（第四版）.电子工业出版社，20谢龙汉，刘新，刘文超.ANSYS结构及动力学分析.子工业出版社，20华大年，华宏志.连杆机构设计与应用创新.机械工业出版社，2008.1.6张策.机械动力学.北京:高等教育出版社，,20007尚晓红.ansys动力分析方法与工程实例（第二版）.中国水利水电出版社，2008.6.18濮良贵，纪名刚.机械设计.高等教育出版社，2005.9黄茂林,秦伟主编.机械原理M.机械工业出版社,200210王勖成,邵敏编著.有限单元法基本原理和数值方法M.清华大学出版社,199711潘运平,李文涛.基于ANSYS的有限元参数化设计理论J.现代制造技术与装备.2009(01)12宁连旺.ANSYS有限元分析理论与发展J.山西科技.2008(04)13马奎兴.有限元及软件ANSYS简介J.水利科技与经济.2004(03)14袁国勇.ANSYS网格划分方法的分析J.现代机械.2009(06)15赵长勇,张系斌,翟晓鹏.基于ANSYS参数化语言APDL的结构优化设计J.山西建筑.2008(03)16崔苗,杜文风.ANSYS的APDL参数化建模J.微计算机应用.2006(05)31致谢这次毕业论文能够得以顺利完成，并非我一人之功劳，是所有指导过我的老师佘银柱，帮助过我的同学和一直关心支持着我的家人对我的教诲、