武汉理工大学汽车动力学课程论文

基于ADAMS的六杆机构运动学和动力学仿真分析引言刨子是金属加工用机器中主要用于单一小批量生产、加工平面、成型面及沟槽等的一种刨削机器之一。工作原理是驱动部曲柄以一定速度旋转时左右摆动，使刨子沿固定轨迹运动，从而将旋转运动转换为直线往复运动的功能。刨床机制具有快速特性。也就是说，刨子在切削作业排程中必须速度慢、平滑、切削完成后快速空回到原来的位置。因此，对速度稳定性的影响很难通过经验判断。要确定刨床运动是否满足要求，必须对其进行仿真。以前，对刨花6杆机构的研究主要在运动学或参数优化中进行了分析。其中，文献4-5使用ADAMS和SIMULINK创建了刨花模拟模型，并以运动学模拟演示了这种模型。文献6使用ADAMS生成锁臂机构的动态模型，并对其进行参数化分析，以实现机构的优化设计。在文献8-9中，对每个刨床机构进行了动态分析，建立了动态模型，并进行了运动仿真，为机构动力学参数优化提供了基础。文献10分析了机械压力机曲柄6杆机构的运动学特性，建立了数学模型，通过仿真比较，为机构进一步分析奠定了基础。本文以典型的六杆机构刨床为例，使用矢量分析方法和矩阵方法构建六杆机构的运动学和动力学模型，利用ADAMS软件的强大动态分析功能进行刨床六杆机构的动态仿真。1运动学分析1.1建立数学模型刨床6杆机构的运动摘要见图1。已知=125mm，=600mm，=150mm，从动件的元件3，4，5的质量分别为=20kg，=3kg，=62kg不能忽略缺勤1，2的质量。每个杆的质心位于杆的中点，构件3，4的质心周围的惯性矩为0.12kg/，=0.00025kg/，在工作会话期间，该机构将磁头5推到与行程相反的阻力=5880N。根据上述要求，刨键坐标设置见表1。图1惨败6杆机构运动综述表1刨键坐标1.1.1位移分析首先，创建角度坐标系。c点是座标原点，显示每个杆向量及其方位角，每个元件构成向量封闭造型，机构中的每个向量构成两个向量封闭方程式(1)(2)样式(1)(2)作为两个轴的投影(3)(4)通过求解上述公式，可以得出滑块2的位移量、构件3、4的角度以及平面头e点的位移。1.1.2速度分析格式(3)、(4)时间推导、以矩阵格式编写=(5)求解线性方程(5)得到滑块2的滑动速度、构件3，4的角速度以及平面头e点的速度。1.1.3加速度分析用格式(5)推导时间，用矩阵格式编写=- (6)求解线性方程(6)得到滑块2的滑动加速度、构件3，4的角加速度和平面头e点的加速度。通过所有这些，可以获得刨床6杆机构平面e点的位移、速度和加速度。1.2运动建模和仿真创建1.2.1模型并添加行为对和驱动程序根据表1中的每个关键坐标生成曲柄1、滑块2、摆动条3、连杆4和平面5模型，如图2所示。根据每个零部件之间的运动对关系添加运动对，选择曲柄1作为活动项，添加旋转驱动以完成运动的设置。图2惨败6杆机构模型1.2.2动力学模拟和结果后处理运行仿真后，将测量的默认曲柄1的旋转角度和平面e点的位移、速度和加速度放置在同一坐标系中(图3)。图3显示了在先导主体旋转的位置上，平面头e点的位移、速度和加速度为最大(或最小)。平面e点位移线平面e点速度折线图平面e点加速度线图3平面e点的运动图使用ADAMS的后处理，最大位移和最大位移分别为128.1、-417.3mm的平面e点的笔划为545.4mm。如图3所示，在切削过程阶段，平面磁头相对稳定，返回时速度快，表明6杆机构具有紧急返回特性，符合实际情况，满足要求。理论计算中，如果曲柄1垂直于摆动拉杆3，则过切位置达到极限位置，并且可以计算基准(3)、(4)极限位移，因此行程S=544.78mm。模拟结果类似，因此模拟准确。2动力学分析2.1建立数学模型从前面的运动仿真中获得的相关零部件的加速度值确定了每个零部件的惯性力和惯性矩。每个零部件设定作用于第一个零部件的惯性力、添加到第一个零部件的惯性矩、添加到零部件1的平衡力矩、根据零部件所有外力在轴上的投影数和0、零部件所有外力在y轴上的投影数和0、零部件所有外力在质心上的力矩数和0，如图4所示。每个元件栏的平衡方程式如下：图4组件应力分析图对于元件1(7)对于元件2(8)不能列出力矩平衡方程，因为每个力对质心取力矩代数和常数0。根据几何约束条件，以下公式可以列为补充公式：也就是说对于元件3(10)对于元件4(11)对于组件5，导向仅为平面头5生成垂直反作用力，但力作用点未知。因此，可以将反作用力简化为质心，从而得到反作用力和反力矩。栏方程式为：也就是说(12)这些元件的平衡方程式以运动反作用力和平衡力矩未知的量整理成线性方程式，以矩阵形式，即(13):C是系数矩阵。未知力矩阵。d是已知的力矩阵。2.2动态建模和仿真2.2.1添加质量和惯性矩及阻力设定曲柄1、滑块2、摆动杆3、连结4和平面5的质量和惯性矩，并设定平面5的阻力=5880N，以完成动力学模拟设定。2.2.2动力学模拟和结果后处理模拟结束后，您可以右键单击曲柄1和地球之间的运动辅助JOINT_1，以查看运动辅助a中的约束反作用力和平衡力矩，如图5和图6所示。如图5所示，刨花罩在工作过程中，机构在(水平)方向上的力比在y(垂直)方向上的力要柔和得多。力的方向不变，但y(法向)方向上的力发生了更多变化。因此，您可以看到y(垂直)方向上的力主要是由机械振动引起的。如图6所示，刨花罩在工作过程中平衡力矩变化相对平缓，而空行程根据实际要求发生了很大变化，因此模拟准确。图5半月旋转约束反作用力，图6曲柄1平衡力矩场示意图3结束语通过六杆机构模拟输出图，可以看出：刨花作业中速度更平稳，加速度值更小。返回时速度变化很大，加速度值也变化很大，具有快速特性，仿真结果与实际相符。使用ADAMS仿真可视化刨花罩的运动规律和每个零部件的应力状态，图像比矩阵解法更生动。通过对刨床6杆机构的建模、运动学和运动仿真分析，实现了机构设计的可视化和数值化的无缝集成，显着提高了设计效率和质量，节省了时间和成本。参考文献1民政、邵氏、王乐、等多进制计划下的刨根优化设计J。机械和电子，2009 (9) 333624-26。2李信，王国彪。刨床油田优化设计J。机床和液压，2006 (10) 333640-42。3 Chen Liping。机械系统动力学分析和ADAMS应用教程M。北京：清华大学出版社2005:5-200。4李旭荣，郑相州。基于ADAMS的刨床工作机构虚拟样机设计和动态仿真J。中国工程机械杂志，2007，5 (4) 33363637-4395李龙海。基于SIMULINK的平面和六杆机构仿真分析J。机器训练1和制造，2009，10 (1) :13-156。6双用、全钢、马晓辉、等基于ADAMS的锁臂机构的动态仿真和参数化分析J。机械设计和制造，2010，11 (11) 333626-28。7李石波河、沈贵、宁小斌、李月娟。ADAMS基础和工程示例教程。8张国丰、李革、赵匀。两种刨床机构的