【正文】 下： （ 1）不恰當(dāng)?shù)倪B接和約束、沒有約束的構(gòu)件、無質(zhì)量的構(gòu)件、樣機的自由度等。要模擬系統(tǒng)的真實運動情況，就需要根據(jù)實際情況抽象出相應(yīng)的運動副，并在構(gòu)件之間定義運動副。即任何機構(gòu)都可以看作是由若干個基本桿組依次連接與原動件和機架上構(gòu)成的。 課題研究的內(nèi)容與目的 本文從工程實際出發(fā)，應(yīng)用虛擬樣機技術(shù)，依靠多體動力學(xué)的基本理論，利用ADAMS 軟件的核心模塊 ADAMS/View，對六連桿機構(gòu)牛頭刨床建立虛擬樣機，從而對建立的模型進(jìn)行仿真計算、動畫顯示和結(jié)果分析，輸出相關(guān)特性曲線，找出適合工業(yè)應(yīng)用的最佳方案，同時也為機械設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計提供值得參考的設(shè)計思路。根據(jù)形成連桿機構(gòu)的運動鏈?zhǔn)情_鏈還是閉鏈，亦可將相應(yīng)的連桿機構(gòu) 分為開鏈連桿機構(gòu)（機械手通常是運動副為轉(zhuǎn)動副或移動副的空間開鏈連桿機構(gòu)）和閉鏈連桿機構(gòu)。 （ 3） 具有先進(jìn)的數(shù)值分析技術(shù)和強有力的求解器，使求解快速、準(zhǔn)確。 ADAMS 軟件使用交互式圖形環(huán)境和零件庫、約束庫、力庫，創(chuàng)建完全參數(shù)化的機械系統(tǒng)幾何模型，其求解器采用多剛體系統(tǒng)動力學(xué)理論中的拉格朗日方程方法，建立系統(tǒng)動力學(xué)方程，對虛擬機械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)分析，輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線。隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展 [3]，借助 ADAMS軟件可以對機構(gòu)的運動進(jìn)行仿真分析，在虛擬的環(huán)境下確定構(gòu)件的運動情況。該技術(shù)使用系統(tǒng)仿真軟件在各種虛擬環(huán)境中真實地模擬系統(tǒng)的運動，并對其在各種工況下的運動和受力情況進(jìn)行仿真分析，觀測并試驗各組成部分的相互運動情況。 各專業(yè)完整優(yōu)秀畢業(yè)論文設(shè)計圖紙 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 題 目 ： 基于 ADAMS 的六連桿機構(gòu)的運動 學(xué)分析 學(xué)生姓名 ： 院 （系）： 機械工程學(xué)院 專業(yè)班級 ： 機械 1004 班 指導(dǎo)教師 ： 于洋 完成時間 ： 2021 年 月 日 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 ADAMS 的六連桿機構(gòu)的 運動 學(xué)分析 摘要： 虛擬樣機技術(shù)是一種嶄新的產(chǎn)品開發(fā)技術(shù) ， 其中 ADAMS 軟件是目前最著名的虛擬樣機分 析 軟件之一。利用虛擬樣機技術(shù)可以方便的修改方案缺陷，優(yōu)化設(shè)計方案，且可以縮短開發(fā)周期，提高設(shè)計效率。檢驗構(gòu)件是否干涉以及執(zhí)行件的運動是否符合期望的運動規(guī)律等，不僅得到的結(jié)果直觀可靠而且工作效率大大提高。 ADAMS 軟件的仿 真可用于預(yù)測機械系統(tǒng)的性能、運動范圍、碰撞檢測、峰值載荷以及計算有限元的輸入載荷等。 （ 4） 具有組裝、分析和動態(tài)顯示不同模型或同一個模型在某一個過程變化的 能力，提供多種虛擬樣機模型。單閉環(huán)的平面連桿機構(gòu)的構(gòu)件數(shù)至少為 4，因而最簡單的平面閉鏈連桿機構(gòu)是四桿機構(gòu)，其他多桿閉鏈機構(gòu)無非是在其基礎(chǔ)上擴充桿組而成；單閉環(huán)的空間連桿機構(gòu)的構(gòu)件數(shù)至少為 3，因而可由三個構(gòu)件組成空間三桿機構(gòu)。本課題的研究目的是學(xué)習(xí)虛擬樣機技術(shù)和 ADAMS 軟件以及它們在各行各業(yè)的應(yīng)用，虛擬樣機技術(shù)建立的模型和傳統(tǒng)物理樣機相比下的優(yōu)越性。最簡單的基本桿組是由兩個構(gòu)件和三個低副構(gòu)成的，這種基本桿組被稱為Ⅱ級組。要使系統(tǒng)能夠運動起來，還需要在運動副上添加驅(qū)動和載荷，以及在構(gòu)件之間施加載荷。 （ 2）所有的約束被破壞或者錯誤定義。 (4）結(jié)果顯示 后處理模塊可顯示運用仿真計算 和分析研究的結(jié)果。 圖 43 曲柄加速度輸出。 由仿真結(jié)果繪制曲線圖的類型 ADAMS 提供了由幾種不同類型仿真結(jié)果繪制曲線圖的功能 [18]： （ 1）對象（ Object） :模型中物體的特性，如某個構(gòu)件的質(zhì)心位置等。交互式是普通的方式，它可以完成多數(shù)的仿真，腳本式不僅可以完成交互式的所有功能，還能完成一些特殊的功能。 ADAMS/View 提供的約束副有 ：理想約束（ Idealized Joint）、虛約束（ Joint Primitive）、高副約束（ Contact）和運動驅(qū)動（ Motions Generator）等類型。其中 FI5和F34分別為滑塊 5 的慣性力和構(gòu)件 3 對構(gòu)件 4 的力， FI5的大小已知，方向由運動學(xué)分析可知水平向右， F34的方向為從 E 指向 D；重力 G5和支座反力 FR65均垂直于質(zhì)心。 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 2 六連桿牛頭刨床機構(gòu)的相關(guān)特性分析 六連桿牛頭刨床機構(gòu)， AB=100mm,CD=500mm， DE=200mm， AC=200mm，滑塊軌道偏心距 300e mm? ，滑塊尺寸自定；曲柄 1 逆時針方向 轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速為60 minnr? ，構(gòu)件質(zhì)量 3 20m kg? ， 4 3m kg? ， 5 62m kg? ，構(gòu)件 1,2 的質(zhì)量忽略不計，質(zhì)心位置都在桿的中心位置處，構(gòu)件 3， 4 繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量 23 kg m? ，24 kg m? ，行程速比系數(shù) K=,該機構(gòu)在工作行程時刨頭 5 受與行程相反的阻力 錯誤 !未找到引用源。其運動副元素為面接觸，壓力較小，承載能力較大，潤滑好，磨損小，加工制造容易，且連桿機構(gòu)中的低副一般是幾何封閉，對保證工作的可靠信有利。 （ 6） 具有開放式結(jié)構(gòu)，允許用戶集成自己的子程序。另一方面，又是虛擬樣機分析開發(fā)工具，其開放性的程序結(jié)構(gòu)和多種接口，可以成為特殊行業(yè)用戶進(jìn)行特殊類型虛擬樣機分析的二次開發(fā)工具平臺。 關(guān)于虛擬樣機技術(shù)的研究主要是依托專業(yè)研究機構(gòu)及高校研究機構(gòu)，各高校針對不同的領(lǐng)域有各自的研究成果。在各個領(lǐng)域里，針對各種產(chǎn)品，虛擬樣機技術(shù)都為用戶節(jié)省了開支、時間并提供了滿意的設(shè)計方案。 主要 運用我們學(xué) 習(xí) 過的機械原理 和理論力學(xué)知識 對機構(gòu)進(jìn)行運動 學(xué) 和 動 力學(xué) 的相關(guān)理論計算 ；利用 ADAMS軟件在 圖形顯示方面的優(yōu)勢，采用 其基本模塊 ADAMS/View(界 面 模塊 ) 和 ADAMS/PostProcessor（后處理 模塊 ） 進(jìn)行一系列 建模、 運動分析和動態(tài)模擬仿真工作 。這一過程是較長的，尤其對與結(jié)構(gòu)復(fù)雜的系統(tǒng)，設(shè)計周期更加漫長，無法適應(yīng)市場的變化，且物 理樣機的制造增加了生產(chǎn)成本。 虛擬樣機技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 國外的虛擬樣機技術(shù)已走向商業(yè)化。 ADAMS 已經(jīng)被全世界各行各業(yè)的數(shù)百家主要制造商采用。 ADAMS 軟件的特點 （ 1） 利用交互式圖形環(huán)境和零件庫、約束庫和力庫建立機械系統(tǒng)三維參數(shù)化模型。根據(jù)機構(gòu)中構(gòu)件數(shù)目的多少分為四桿機構(gòu)、五桿機構(gòu)、六桿機構(gòu)等，一般將五桿及五桿以上的連桿機構(gòu)稱為多桿機構(gòu)。對于斯蒂芬遜型 ,有 Ⅰ 、 Ⅱ 、 Ⅲ 型六桿機構(gòu)之分 ,它們分別固定兩端均與三副桿相連的任意一個二副桿互相鄰接的任意一個二副桿和任意一個三副桿為機架。 為 : 3 1 .7 6 7 7 .8 9 90 .2 2 3 7 1BDCBCa r a d sL? ? ? ? （ 225） 由理論力學(xué)知識定軸轉(zhuǎn)動剛體上任意點的法向加速度等于角速度矢量與該點速度矢量的矢積；切向加速度等于角加速度與該點矢徑的矢積得： 2 2 24 0. 5 4. 85 11 .7 6nD D Ca L m s?? ? ? ? ? (226) 99 49 5D D C D Ca L m s? ?? ? ? ? ? (227) 所以： 2 2 2 2 2( ) ( ) 1 1 .7 6 3 .9 4 9 5 1 2 .4 1nD D Da a a m s?? ? ? ? ? (228) 構(gòu)件 3 的加速度 Da 和 DC 之間的夾角為 2? 2 3 .9 4 9 5ta n 0 .3 3 61 1 .7 6DnDaa?? ? ? ? 12 ta n 0. 33 6 18 .5 8? ?? ? ? （ 229） （ 3） E 點的加速度 n n nE E D D E D E Da a a a a a? ? ?? ? ? ? ? （ 230） 式中 nEa 是 E 的法向加速度，因為構(gòu)件 5（刨頭）作直線運動，所以 0nEa? ， Ea? 是E 的切向加速度， nEa 是 E 相對 D 的法向加速度，方向為從 E 指向 D, Ea? 是 E 相對 D的切向加速度，方向為垂直于 ED，式中只有 Ea? 和 EDa? 是未知的。 連桿 4： Mass=3kg 錯誤 !未找到引用源。 在一個系統(tǒng)中，構(gòu)件與構(gòu)件之間由于存在約束，所以在構(gòu)件與構(gòu)件之間就會產(chǎn)生作用力與反作用力，這種力是成對出現(xiàn)的，而且大小相等，方向相反，這種力可以稱為系統(tǒng)的內(nèi)力，此處只存在刨頭與工作臺之間的阻力，即滑塊 5 與工作臺的阻力 錯誤 !未找到引用源。 （ 2）試驗驗證 如果需要驗證模型的有效性，可輸入測試數(shù)據(jù)并以坐標(biāo)曲線圖的形式表達(dá)出來，然后將其與 ADAMS 仿真結(jié)果繪與統(tǒng)一坐標(biāo)曲線圖進(jìn)行對比，并在曲線圖上進(jìn)行數(shù)學(xué)操作和統(tǒng)計分析。 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 圖 42 曲柄速度輸出曲線 分 析：曲線圖中橫坐標(biāo)軸為時間軸，單位是 S，縱坐標(biāo)軸為速度軸，單位是 mm/s。 （ 4）請求 （ Request） :要求 ADAMS/Solver 輸出的數(shù)據(jù)。 選擇仿真工具 按鈕， 設(shè)置 仿真時長 End time為 ,仿真步數(shù)為 Steps為 500步。運動副關(guān)聯(lián)兩個構(gòu)件，并限制兩個構(gòu)件之間相對運動。 分析圖如圖 29 所示 : 圖 29 23 桿組受力分析 對 C 點取矩，得： 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 3 3 3 1 2 1 2 4 3 4 3 3 3 0IIM M F X F X F X G X? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? 代入數(shù)據(jù) ,得： 48 4 47 712 9 949 196 47 0MF? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 解得： 12 ? (244) 又 3 1 2 4 3 30x y IF F F G F F F? ? ? ? ? ? ?? 解得： 63 ? (245) (3)對機架與構(gòu)件 1 受力分析，由于構(gòu)件 1 的質(zhì)量忽略不計 ，所以只受兩個力的作用，即 構(gòu)件 2 對構(gòu)件 1 的作用力 F21，與機架鉸鏈處的支反力 F61。 另外，從改善傳力性能和提高機械效率方面考慮，要求機構(gòu)工作時的最大壓力角盡可能小。 利用連桿機構(gòu)還可很方便的達(dá)到改變運動的傳遞方向，擴大行程，實現(xiàn)擴力和遠(yuǎn)西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 距離傳送等目的。 ADAMS 軟件的應(yīng)用 由于界面友好、功能強大、性能穩(wěn)定的商品化虛擬樣機軟件的發(fā)展逐漸成熟，西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 ADAMS 技術(shù)在工程上的應(yīng)用也日益增加 [7]。用戶不僅可以采用通用模塊對一般的機械系統(tǒng)進(jìn)行仿真，而且可以采用專用模塊針對特定工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的問題進(jìn)行快速有效的建模與 仿真分析 [6]。不同的研究機構(gòu)，在建模仿真、動力學(xué)分析等方面各有優(yōu)勢，在大型復(fù)雜系統(tǒng)的開發(fā)中，常采用多個機構(gòu)合作的方式。對比以往的飛機，波音公司減少了93%的更改和 94%的花費。虛擬樣機技術(shù)涉及多體系統(tǒng)運動學(xué)和動力學(xué)建模理論及其技術(shù)實現(xiàn)，是基于先進(jìn)的建模技術(shù)、多領(lǐng)域仿真技術(shù)、信 息管理技術(shù)、交互式用戶界面技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的綜合應(yīng)用技術(shù) [1]。 在傳統(tǒng)的設(shè)計與制造過程中，首先是概念設(shè)計和方案論證，然后進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計。 （ 2）更低的研發(fā)成本、更短的研發(fā)周期、更高的產(chǎn)品質(zhì)量 通過計算機技術(shù)建立產(chǎn)品的數(shù)字化模型，可以完成無數(shù)次物理樣機無法進(jìn)行的虛擬實驗，從而無須制造及試驗物理樣機就可獲得最優(yōu)方案，不但減少了物理樣機的數(shù)量，而且縮短了研發(fā)周期，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。今后的虛擬樣機技術(shù)將更加強調(diào)部件、技術(shù)、知識的重用，強調(diào)便于虛擬樣機柔性協(xié)同的運行管理的組織重構(gòu)，強調(diào)跨領(lǐng)域技術(shù)的溝通支持。 ADAMS/Solver 有各種建模和求解選項，以便方便地解決各種工程學(xué)問題。 連桿機構(gòu)的應(yīng)用十分廣泛，它不僅在眾多工農(nóng)業(yè)機械和工程機械中得到廣泛的應(yīng)用，而且 諸如人造衛(wèi)星太陽能板的展開機構(gòu)，機械手的傳動機構(gòu)，折疊傘的收放機構(gòu)及人體假肢等也 都用有連桿機構(gòu) [8]。六桿機構(gòu)的分類是建立在六桿轉(zhuǎn)動副鏈的基礎(chǔ)之上 ， 而六桿轉(zhuǎn)動副鏈?zhǔn)怯伤臈U轉(zhuǎn)動副鏈加上一個雙桿組擴展而成。 作速度多邊 形如圖 24 所示 : 72PD mm? mm? mm?