【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 學(xué)問(wèn)題。 后處理模塊 ADAMS/Postprocessor，該模塊主要用于處理仿真結(jié)果數(shù)據(jù)、顯示動(dòng)畫仿真等。主要特點(diǎn)是：可快速檢索對(duì)象，具有豐富的數(shù)據(jù)作圖、數(shù)據(jù) 處理和文件傳輸?shù)裙δ?，支持模態(tài)形狀動(dòng)畫等。 ADAMS 軟件的特點(diǎn) （ 1） 利用交互式圖形環(huán)境和零件庫(kù)、約束庫(kù)和力庫(kù)建立機(jī)械系統(tǒng)三維參數(shù)化模型。 （ 2） 分析類型包括運(yùn)動(dòng)學(xué)、靜力學(xué)和準(zhǔn)靜力學(xué)分析，以及線性和非線性動(dòng)力 學(xué)分析，包含剛體和柔體分析。 （ 3） 具有先進(jìn)的數(shù)值分析技術(shù)和強(qiáng)有力的求解器，使求解快速、準(zhǔn)確。 （ 4） 具有組裝、分析和動(dòng)態(tài)顯示不同模型或同一個(gè)模型在某一個(gè)過(guò)程變化的 能力，提供多種虛擬樣機(jī)模型。 （ 5） 具有強(qiáng)大的函數(shù)庫(kù)供用戶自定義和運(yùn)動(dòng)發(fā)生器。 （ 6） 具有開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，允許用戶集成自己的子程序。 （ 7）自動(dòng)輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線，仿真結(jié)果顯示為動(dòng)畫和曲線圖形。 （ 8）支持同大多數(shù) CAD 和控制設(shè)計(jì)軟件包之間 的雙向通訊 。 ADAMS 軟件的應(yīng)用 由于界面友好、功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定的商品化虛擬樣機(jī)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(jì)（論文） 5 ADAMS 技術(shù)在工程上的應(yīng)用也日益增加 [7]。其中，包括汽車制造業(yè)、工程機(jī)械、航海航天、國(guó)防工業(yè)等諸多方面。 連桿機(jī)構(gòu)概況 連桿機(jī)構(gòu)及其傳動(dòng)特點(diǎn) 作為在機(jī)械制造特 別是在加工機(jī)械制造中主要用作傳動(dòng)的機(jī)構(gòu)型式 連桿機(jī)構(gòu) ,同其他型式機(jī)構(gòu)特別是凸輪機(jī)構(gòu)相比具有很多優(yōu)點(diǎn)。連桿機(jī)構(gòu)采用低副連接 ,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,易于加工、安裝并能保證精度要求。連桿機(jī)構(gòu)可以將主動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)通過(guò)連桿傳遞到與執(zhí)行機(jī)構(gòu)或輔助機(jī)構(gòu)直接或間接相連的從動(dòng)件 ,實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動(dòng) ,滿足給定的運(yùn)動(dòng)要求 ,完成機(jī)器的工藝操作 。 連桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用十分廣泛，它不僅在眾多工農(nóng)業(yè)機(jī)械和工程機(jī)械中得到廣泛的應(yīng)用，而且 諸如人造衛(wèi)星太陽(yáng)能板的展開(kāi)機(jī)構(gòu)，機(jī)械手的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，折疊傘的收放機(jī)構(gòu)及人體假肢等也 都用有連桿機(jī)構(gòu) [8]。連桿機(jī)構(gòu)的共同特點(diǎn) 是原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)都要經(jīng)過(guò)一個(gè)不與機(jī)架直接相連的中間機(jī)構(gòu)（稱為連桿， coupler）才能傳動(dòng)從動(dòng)件，故稱之為連桿機(jī)構(gòu)（ linkage mechanism）。 根據(jù) 連桿機(jī)構(gòu)中各 構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為平面運(yùn) 動(dòng) 或空間運(yùn)動(dòng)，連桿機(jī)構(gòu)可分為平面連桿機(jī)構(gòu)和空間連桿機(jī)構(gòu)。根據(jù)機(jī)構(gòu)中構(gòu)件數(shù)目的多少分為四桿機(jī)構(gòu)、五桿機(jī)構(gòu)、六桿機(jī)構(gòu)等，一般將五桿及五桿以上的連桿機(jī)構(gòu)稱為多桿機(jī)構(gòu)。當(dāng)連桿機(jī)構(gòu)的自由度為 1 時(shí)，稱為單自由度連桿機(jī)構(gòu)；當(dāng)自由度大于 1 時(shí)，稱為多自由度連桿機(jī)構(gòu)。根據(jù)形成連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)鏈?zhǔn)情_(kāi)鏈還是閉鏈，亦可將相應(yīng)的連桿機(jī)構(gòu) 分為開(kāi)鏈連桿機(jī)構(gòu)（機(jī)械手通常是運(yùn)動(dòng)副為轉(zhuǎn)動(dòng)副或移動(dòng)副的空間開(kāi)鏈連桿機(jī)構(gòu)）和閉鏈連桿機(jī)構(gòu)。單閉環(huán)的平面連桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)件數(shù)至少為 4，因而最簡(jiǎn)單的平面閉鏈連桿機(jī)構(gòu)是四桿機(jī)構(gòu)，其他多桿閉鏈機(jī)構(gòu)無(wú)非是在其基礎(chǔ)上擴(kuò)充桿組而成；單閉環(huán)的空間連桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)件數(shù)至少為 3，因而可由三個(gè)構(gòu)件組成空間三桿機(jī)構(gòu)。 連 桿機(jī)構(gòu)具有以下一些傳動(dòng)特點(diǎn) [9]： （ 1）連桿機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)副一般為低副。其運(yùn)動(dòng)副元素為面接觸，壓力較小，承載能力較大，潤(rùn)滑好，磨損小，加工制造容易，且連桿機(jī)構(gòu)中的低副一般是幾何封閉，對(duì)保證工作的可靠信有利。 （ 2）在連桿機(jī)構(gòu)中，在原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律不變的條件下，可用改變各構(gòu)件的相對(duì)長(zhǎng)度來(lái)使從動(dòng)件得到不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 （ 3）在連桿機(jī)構(gòu)中，連桿上各點(diǎn)的軌跡是各種不同形狀的曲線（稱為連桿曲線），其形狀隨著各構(gòu)件的相對(duì)長(zhǎng)度的改變而改變，故連桿曲線的形式多樣，可以滿足一些特定工作的需求。 利用連桿機(jī)構(gòu)還可很方便的達(dá)到改變運(yùn)動(dòng)的傳遞方向，擴(kuò)大行程，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)力和遠(yuǎn)西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 距離傳送等目的。 連桿機(jī)構(gòu)也存在以下一些缺點(diǎn)： （ 1）由于連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)必須經(jīng)過(guò)中間構(gòu)件進(jìn)行傳遞，因而傳動(dòng)路線較長(zhǎng)，易產(chǎn)生較大的誤差累 積，同時(shí)也使機(jī)械效率降低。 （ 2）在連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)中，連桿及滑塊所產(chǎn)生的慣性力難以用一般平衡方法加以消除，因而連桿機(jī)構(gòu)不宜用于高速運(yùn)動(dòng)。 （ 3） 雖然可以利用連桿機(jī)構(gòu)來(lái)滿足一些運(yùn)動(dòng)規(guī)律和運(yùn)動(dòng)軌跡的設(shè)計(jì)要求，但其設(shè)計(jì)卻是十分繁難的，且一般只能近似地得以滿足。 平面六桿機(jī)構(gòu)的分類 六連桿機(jī)構(gòu)，雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造和 研究過(guò)程都比四桿機(jī)構(gòu)復(fù)雜 ， 但可實(shí)現(xiàn)四桿機(jī)構(gòu)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)要求。六桿機(jī)構(gòu)的分類是建立在六桿轉(zhuǎn)動(dòng)副鏈的基礎(chǔ)之上 ， 而六桿轉(zhuǎn)動(dòng)副鏈?zhǔn)怯伤臈U轉(zhuǎn)動(dòng)副鏈加上一個(gè)雙桿組擴(kuò)展而成。 按照雙桿組連 接到四桿轉(zhuǎn)動(dòng)副鏈的相對(duì)桿還是連接到相鄰桿的兩種不同情況 ， 可以產(chǎn)生兩種六桿轉(zhuǎn)動(dòng)副鏈 ,一種是具有相對(duì)的三副桿的六桿轉(zhuǎn)動(dòng)副鏈 (斯蒂芬遜鏈 ),另一種是具有相鄰的三副桿的六桿轉(zhuǎn)動(dòng)副鏈 (瓦特鏈 )。如果瓦特運(yùn)動(dòng)鏈固定任一個(gè)二副桿做機(jī)架 ,則稱為瓦特 I 型六桿機(jī)構(gòu) ,固定任意一個(gè)三副桿做機(jī)架 ,則稱為瓦特 II型六桿機(jī)構(gòu)。對(duì)于斯蒂芬遜型 ,有 Ⅰ 、 Ⅱ 、 Ⅲ 型六桿機(jī)構(gòu)之分 ,它們分別固定兩端均與三副桿相連的任意一個(gè)二副桿互相鄰接的任意一個(gè)二副桿和任意一個(gè)三副桿為機(jī)架。從瓦特鏈派生出來(lái)的瓦特型六桿機(jī)構(gòu)可視為兩個(gè)四桿機(jī)構(gòu)的串接 ,第一個(gè)四桿機(jī)構(gòu)的從 動(dòng)運(yùn)動(dòng)即是第二個(gè)四桿機(jī)構(gòu)的主動(dòng)運(yùn)動(dòng)。 課題研究的內(nèi)容與目的 本文從工程實(shí)際出發(fā)，應(yīng)用虛擬樣機(jī)技術(shù)，依靠多體動(dòng)力學(xué)的基本理論，利用ADAMS 軟件的核心模塊 ADAMS/View，對(duì)六連桿機(jī)構(gòu)牛頭刨床建立虛擬樣機(jī)，從而對(duì)建立的模型進(jìn)行仿真計(jì)算、動(dòng)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(shí)也為機(jī)械設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供值得參考的設(shè)計(jì)思路。本課題的研究目的是學(xué)習(xí)虛擬樣機(jī)技術(shù)和 ADAMS 軟件以及它們?cè)诟餍懈鳂I(yè)的應(yīng)用，虛擬樣機(jī)技術(shù)建立的模型和傳統(tǒng)物理樣機(jī)相比下的優(yōu)越性。同時(shí)，提高學(xué) 生的查閱文獻(xiàn)、自己發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題等綜合能力。 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 2 六連桿牛頭刨床機(jī)構(gòu)的相關(guān)特性分析 六連桿牛頭刨床機(jī)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(shí)針?lè)较?轉(zhuǎn)動(dòng)，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(jì)，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(dòng)慣量 23 kg m? ，24 kg m? ，行程速比系數(shù) K=,該機(jī)構(gòu)在工作行程時(shí)刨頭 5 受與行程相反的阻力 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，各運(yùn)動(dòng)副的摩擦忽略不計(jì)。機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 21 所示： 圖 21 六連桿牛頭刨床機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 六連桿牛頭刨床工作原理和要求 牛頭刨床實(shí)現(xiàn)刨頭切削的關(guān)鍵機(jī)構(gòu)是圖 21 所示的六連桿機(jī)構(gòu)，六連桿機(jī)構(gòu)由擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 1234 構(gòu)成，刨床工作時(shí) ,曲柄 1 轉(zhuǎn)動(dòng) ,通過(guò)六桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)刨頭作往復(fù)移動(dòng) . 刨頭左行時(shí) , 刨刀進(jìn)行切削 , 稱工作行程，此時(shí)要求刨刀的速度較低且平穩(wěn)，以減小原動(dòng)機(jī)的容量提高切削質(zhì)量；刨頭右行時(shí)，刨刀不工作，稱為空行程，此時(shí)要求刨刀 的速度較高以提高生產(chǎn)效率。 另外，從改善傳力性能和提高機(jī)械效率方面考慮，要求機(jī)構(gòu)工作時(shí)的最大壓力角盡可能小。 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 下圖 22 中，位置 ① 為任意 位置，位置 ② 、 ③ 為右、左極限位置： 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 圖 22 左右極限位置及任意位置 機(jī)構(gòu)的自由度與行程速度比 該機(jī)構(gòu)為Ⅱ級(jí)桿組，具有確定運(yùn)動(dòng)的自由度為： 13 ( 2 ) 3 5 ( 2 7 0) 1hF n P P? ? ? ? ? ? ? ? ? （ 21） 由已知條件知： (180 ) (180 ) ??? ? ? ? ? ? 所以機(jī)構(gòu)的極位夾角： 30??? （ 22） 用矢量方程圖解法在右極限處作機(jī)構(gòu)的速度分析 對(duì) 圖 22 所示 的 位置 ① 分析 [1012]： （ 1） B 點(diǎn)處的速度 由已知條件 60 minnr? ，得出1 2 260 n s?????? （ 23） 即構(gòu) 件 1 的角速度為 1 2 s??? 取構(gòu)件 1,2,3 的重合點(diǎn) (B1,B2,B3)進(jìn)行速度分析： 對(duì)于構(gòu)件 1： 11 2 0 .1 0 .6 2 8B B A BV L m s??? ? ? ? ? （ 24） 對(duì)于構(gòu)件 2：構(gòu)件 2 和構(gòu)件 1 在點(diǎn) B 處構(gòu)成旋轉(zhuǎn)副，故速度相等，且都垂直于 AB 即： 21 V m s?? （ 25） 對(duì)于構(gòu)件 3： 3 2 2 3B B B BV V V V?? （ 26） 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 式中3BV,2BV表示構(gòu)件 2 和構(gòu)件 3 在 B 點(diǎn)的絕對(duì)速度，23BBVV表示在 B 點(diǎn)構(gòu)件 3相對(duì)構(gòu)件 2 的速度。 選取速度比例尺為 : 13V m mms? ?，取極點(diǎn) P，作速度多邊形如圖 23 所示 : 圖 23 B 點(diǎn)速度多邊形 其中， 為2BV的速度方向， 為3BV的速度方向， 為23BBVV的速度方 向。 2 mm? 3 mm? 23 B mm? 所以： 3 3 0 .0 1 3 2 3 .3 0 .3 0 3BVV P B m s?? ? ? ? ? （ 27） 32 32 0 . 0 1 3 4 3 . 6 7 0 . 5 6 8B B VV B B m s?? ? ? ? ? （ 28） 求 CD 的加速度 3? ： 因?yàn)樵?① 位置時(shí)， 夾角為 176。，所以： mm? 33 0 .4 1 8 7 0 .2 2 3 7 1 1 .8 7 2B B CV L ra d s? ? ? ? （ 29） 桿 CD 的速度 : 3 72 36D C DV L m s?? ? ? ? ? （ 210） （ 2） E 點(diǎn)的速度 E D EDV V V?? （ 211） 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 式中 VE 、 VD分別為滑塊 E 和桿 CD 的絕對(duì)速度， VED為滑塊 E 相對(duì)于 D 的相對(duì)速度。 作速度多邊 形如圖 24 所示 : 72PD mm? mm? mm? 圖 24 E 點(diǎn)速度多邊形 0 . 0 1 3 7 4 . 6 5 0 . 9 7EVV P E m s?? ? ? ? ? （ 212） 0 .0 1 3 1 9 .7 0 0 .2 5 6E D vV D E m s?? ? ? ? ? （ 213） DE 的角速度為： 4 0 .9 7 0 .2 4 .8 5E D EV L ra d s? ? ? ? （ 214） 各速度值如表 21 所示： 表 21 速度 速度 單位 :m/s 各角速度值如表 22 所示： 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 表 22 角速度 角速度 單位： rad/s 2π 用矢量方程圖解法在右極限處作機(jī)構(gòu)的加速度分析 （ 1） B 點(diǎn)的加速度 取構(gòu)件 構(gòu)件 2 和構(gòu)件 3 的重合點(diǎn)為研究對(duì)象，則： 因?yàn)榍?1 做逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，故： 曲柄（構(gòu)件 1）的加速度為： 11 2 2 21 0 .1 4 3 .9 4 4nB B A Ba a L m s??? ? ? ? ? ? （ 215） 構(gòu)件 2 和構(gòu)件 1 在 B 點(diǎn)處構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副，所以： 21 a m s?? （ 216） 3 2 2 23 1. 87 2 0. 22 37 1 0. 78 4n B B Ca L m s?? ? ? ? ? （ 217） 又： 3 2 3 2 3 2kB B