【正文】 偏移量的仿真： 圖 弓頭上升線偏移量的曲線圖 對弓頭的線偏移量的要求是，最大線偏移量要小于 100mm， ，從上圖中我們 可以看到弓頭剛開始時隨著弓頭的上升先向理想軌跡線的里面偏移，然后隨著弓頭的上升又向理想軌跡曲線的外面偏移，而且最大偏移量和最小偏移量之差的一半為 71mm100mm，滿足我們的設(shè)計要求。 圖 桿 CBE 的速度和加速度變化曲線 在圖中可以看出桿 CBE 在 X 方向上的速度和加速度都在減少，而在 Y 方向上的速度和加速度都在增加。 圖 桿 AB 速度和加速度曲線圖 在圖中可以看到桿 AB 在 X 方向上的速度慢慢的增加，而 Y 方向上的速度在減少，在 X,Y 方向上的速度和加速度都在緩慢的減少，但是 X 方向上減少得比 Y方向上要少。 在受電弓當(dāng)是在 AB 桿的帶動下，其他的桿件才會不斷的運(yùn)動的，因此很有必要對桿 AB 進(jìn)行受 力分析進(jìn)行仿真分析。所以在傳動過程當(dāng)中的機(jī)械效率能夠滿足我們設(shè)計的需求。而且最大值為 176。），下面就是對傳動角進(jìn)行的驗證。 為了提高機(jī)械的傳遞效率，對于一些承受短暫高峰載荷的機(jī)構(gòu)，應(yīng)該使最小傳動角在運(yùn)動過程中大于一個許用傳動角，在我們這里的要求是傳動角時刻大于30176。一般標(biāo)準(zhǔn)要求這個力 的大小為分布載荷為 20Mpa，我們在進(jìn)行動力學(xué)分析的時候必須考慮進(jìn)去，所以我們在構(gòu)建模型的時候在最上面添加了一個 20Mpa 的恒力，這樣進(jìn)行的受力分析就更加的真實可信。 為了能更好的了解整個過程中的受力情況我們主要對連桿機(jī)構(gòu)中的主動件AB 分析，和桿 DBE 和，鉸鏈點 E 點進(jìn)行了運(yùn)動與受力的分析。 整個過程同樣采用 ADAMS 對其進(jìn)行分析 在上面的基礎(chǔ)上加上作為電機(jī)，然后對電機(jī)進(jìn)行設(shè)置，每秒鐘轉(zhuǎn)動 10176。 角偏離： 當(dāng)穩(wěn)定在最高點時，隨著 列車的高速運(yùn)動，弓頭也在上下的擺動，為了保證受電弓性能的穩(wěn)定性，應(yīng)該保證最大角偏離 ??? 5max? 。 因為在我們的設(shè)計當(dāng)中，要控制點 E 的線偏移量和角偏移量，要使點 E 在升 20 弓和降弓的過程當(dāng) 中，點 E 始終在圖中虛線部分的理想軌跡上運(yùn)動，線偏移量和角偏移量要控制在理想的誤差允許方位內(nèi)，所以很有必要對點 E 進(jìn)行分析，分析如下： 線偏離：弓頭在運(yùn)動過程中偏離理想軌跡的最大線距離，為了保證受電弓性能的穩(wěn)定性，應(yīng)該保證最大線偏離 mml 100max ? 。 對點 B,點 E 進(jìn)行運(yùn)動學(xué)分析 由于點 A,點 D 的坐標(biāo)已知，而且桿 AB，桿 BE 的桿長確定，因此可以求出點B，點 E 的軌跡方程 : ? ? ? ? 222 ABBABA Lyyxx ???? ? ? ? ? 222 BEEBEB Lyyxx ???? 因為 AB 桿是風(fēng)缸直接作用桿件，所以其受力在所有桿件中式最為關(guān)鍵的 ，故要對其進(jìn)行分析，又因為 AB 的角速度和角加速度能直接決定受電弓弓頭上升的速度，所以對其角速度和角加速度的分析就顯得尤為重要了。 為了對連桿進(jìn)行受力分析，模擬現(xiàn)實的連桿之間的動力源，我們在桿 AB 上加了一個風(fēng)缸，從而模擬在現(xiàn)實中的連桿受力情況，對各個桿之間的力進(jìn)行分析。 17 圖 優(yōu)化圖 設(shè) E 點坐標(biāo)為： ),( ii yx ，所以我們得到關(guān)于 E 點坐標(biāo)的表達(dá)式： ?????????????)sin(sin)cos(cos4343iiiiii LLy LLx ????? ????? 18 4 受力分析 機(jī)構(gòu)動態(tài)靜力描述 針對連桿機(jī)構(gòu)的壓力角進(jìn)行分析，最小傳動角： 解得： ???? 302 7 8 in? ，因此該機(jī)構(gòu)設(shè)計合理。整個受電弓不超出 1400 400mm的區(qū)域，在垂直機(jī)車運(yùn)動方向上，最大尺寸不超過 1200mm，最小傳動角大于或等于 30176。 機(jī)構(gòu)關(guān)鍵尺寸優(yōu)化 在進(jìn)行連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計與建模當(dāng)中，計算出來的尺寸很繁瑣，而且小數(shù)點后面有很多的小數(shù)，為了計算與建模的方便，我們在保證他們的力學(xué)性能的前 提下以及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提下，查找了一些數(shù)據(jù)手冊，并且根據(jù)一些具體情況對后面的小數(shù)進(jìn)行了簡化，使得結(jié)果更加的簡便，讓人一目了然，便于直觀的感受。 它們分別是： ,82 ??? BGAGEF LLL 通過上面 , 中的計算可以得出整個機(jī)構(gòu)的總體尺寸整理如下： ?ABL （主動桿件長度） ?BCL （連桿長度） ?CDL （連架桿長度） ?BEL （升弓桿長度） ??? （剛性連桿角度） 82?EFL （弓頭連桿長度） ?AGL ?BGL （桿 AG,BG 的桿長限制 G 點在剛體 AB 上的位置） 升弓桿角度的計算 15 圖 升弓桿示意圖 在圖中可以看出升弓桿與圓柱銷之間有一定的角度，畫出它的俯視圖如下： 圖 升弓桿的俯視圖 在圖中求出升弓桿與中心線的夾角 EAD? ,根據(jù)公式： EAEDLLEAD arc si n?? ,而 2 ABECED LLL ?? 可更具根據(jù)實際工況可初取 AB 桿長， CE 桿長為定值 ,然后代入公式計算即可。 圖 平衡機(jī)構(gòu) 在第一問當(dāng)中可以利用位移矩陣可以求出點 B，點 C的五個精確坐標(biāo)的位置 ,它們分別是 :? ? ? ? 5,4,3,2,1, ?iyxyx CiCiBiBi 而桿 BG,CG,FE 的桿長始終保持不變的，可以得到長度約束方程： ? ? ? ? ? ? ? ?22211211 GiBiGiBiGBGB yyxxyyxx ??????? ? ? ? ? ? ? ? ? 22211211 GiCiGiCiGCGC yyxxyyxx ??????? ? ? ? ? ? ? ? ? 22211211 FiEiFiEiFEFE yyxxyyxx ??????? 而 由于點 E,F 在同一條豎直線上，故有 5,4,3,2,1, ?? ixx FiEi 把在 中得到的點 B ，點 C 的 五 個 精 確 坐 標(biāo) 的 位 置? ? ? ? 5,4,3,2,1, ?iyxyx CiCiBiBi 帶入上面方程式，由于這是非線性方程組，求解過程很復(fù)雜， 求解繁瑣，因此可以用 matlab 軟件進(jìn)行求解，程序編寫如 中求解第二部的程序。 ???????????9 6 4 1 3 82 8 8 . 1 5 7 0 6 32 1 4 2 4 3 1 0 1 4 . 0 6 6 76 4 8 5 0 23 0 5 . 5 3 0 0 4 13 6 1 2 2 4 3 9 2 9 . 1 3 6 2 31111CCBByxyx 在上面的矩陣乘法運(yùn)算中，我們利用了 matlab 進(jìn)行運(yùn)算，程序見附錄 1， 然后利用方程式： ? ? ? ? 222 CDDCDC Lyyxx ???? ? ? ? ? 222 BAABAB Lyyxx ???? ? ? ? ? 222 BCDCCB Lyyxx ???? ? ? ? ? 222 BEEBEB Lyyxx ???? 可以求出 AB 桿， BC 桿， CD 桿， BE 桿的桿長分別為： , ???? BECDBCAB LLLL 13 點 C,點 D 的坐標(biāo)可以求出桿 BEl 的長度，然后再根據(jù)公式 ： BCBECEBCBE LL LLLCBE 2ar cc os 222 ???? 可以求出 ??? 根據(jù)求出的 AB 桿， BC 桿， CD 桿， BE 桿的桿長， 然后可以根據(jù)逆向設(shè)計的方法再次去判斷取出的桿長是否滿足需求。 12 ?????????????????????????????????????????21212111111112111111112121211111111211111111)()()cossincossin()sincossincos()()()cossincossin()sincossincos(DCDCDiEiEEiiCiCDiEiEEiiCiCABABAiEiEEiiBiBAiEiEEiiBiByyxxyyxyyxxyxxyxyyxxyyxyyxxyxxyx???????????????? 采用逆向設(shè)計的方法，先確定設(shè)計的尺寸，然后利用仿真軟件直接模擬出點 E的運(yùn)動軌跡，或者 matlab 軟件解出上面的方程；對點 E 的運(yùn)動進(jìn)行分析，并驗證是否滿足設(shè)計要求。為解決該問題，可更具根據(jù)實際工況取點 E 的五個坐標(biāo)，為 ? ? 5,4,3,2,1, ?iyx EiEi 并且根據(jù)實際情況可以認(rèn)為 A 點， D 點的坐標(biāo)確定，分別為 ? ? ? ?DDAA yxyx , 。 CD 桿， AB 桿的運(yùn)動約束方程分別是： ???????????????????212122212122)()()()()()()()(DCDCDCiDCiABABABiABi yyxxyyxx yyxxyyxx 另外，又由于 E 點在豎直線上運(yùn)動，因此 E 點的坐標(biāo) E 點的軌跡來求出的，然后可利用 E 點建立位移矩陣來求出點 B 和點 C 的坐標(biāo)。由于在桿 AB 繞 A點旋轉(zhuǎn)， CD 桿繞點 D 旋轉(zhuǎn)，而又桿 AB 和桿 CD 的距離始終保持不變 ,而 A 點， D點與機(jī)架固結(jié)。 10 弓頭 弓頭的設(shè)計選圖中所示的結(jié)構(gòu)。方案三， 結(jié)構(gòu)占用空間大 ，而且傾斜導(dǎo)軌不是很容易確定。 我們采用的結(jié)構(gòu)如下圖所示： 圖 弓頭機(jī)構(gòu) 設(shè)計方案的確定 連桿機(jī)構(gòu) 方案一設(shè)計簡單， 但結(jié)構(gòu)占用空間大 ，而且在運(yùn)動過程當(dāng)中不容易保持穩(wěn)定。 因此對弓頭設(shè)計的要求是： 1,減少弓頭和導(dǎo)線的磨損，由于在摩擦過程當(dāng)中，滾動摩擦的摩擦系數(shù)比滑動摩擦系數(shù)要小 ，因此采用小滾輪結(jié)構(gòu)。 優(yōu)缺點：鉸鏈三桿機(jī)構(gòu)能夠確保弓頭在最高點能穩(wěn)定下來，因為桿 3 對桿 1有一個支持的作用，另外桿 2 對桿 1 有一個固定防止桿 1 產(chǎn)生角度偏轉(zhuǎn)的作用，另外，這種設(shè)計簡單，容易實現(xiàn)，不占用空間。 優(yōu)缺點：當(dāng)受電弓不工作的時候，也就是當(dāng)弓頭收起來的時候，占用的空間比較大，而且由于滑塊的軌跡是傾斜的，因此需要額外的構(gòu)建去固定，這樣比較麻煩。 優(yōu)缺點：這種結(jié)構(gòu)能夠在受電弓的頂部保持穩(wěn)定的，因而不容易在列車高速 8 運(yùn)行當(dāng)中保持固定不變，而且能夠使弓頭的運(yùn)動軌跡保持為一條直線，但是美中不足的是該機(jī)構(gòu)的 結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜連桿較多，在實現(xiàn)的過程中比較困難。 方案二：滑塊連桿組合機(jī)構(gòu) 圖 滑塊連桿組合機(jī)構(gòu) 工作原理：當(dāng) 2 桿作為主動件，整體結(jié)構(gòu)都會向上并且向右運(yùn)動，此時 7桿的長度不能改變，則會讓 5 和 6 桿慢慢的在鉸鏈處產(chǎn)生一個角度，此時中間四邊形水平對角線就會變短。 根據(jù)上面的要求，可以設(shè)計出不同的連桿機(jī)構(gòu)： 方案一：平面 RR 開鏈機(jī)械臂 7 圖 平面 RR 開鏈機(jī)械臂 工 作原理：平面 RR 開鏈機(jī)械臂工作時，下桿作圓周運(yùn)動，而上桿作搖擺運(yùn)動，下桿運(yùn)動時，確保上桿的運(yùn)動軌跡在圖中所畫的中心線軌跡上作豎直運(yùn)動。