馬樂(lè)

摘 要：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)在平面四桿機(jī)構(gòu)中占重要地位，本文采用Matlab編制程序進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析，驗(yàn)證其性能。創(chuàng)建機(jī)構(gòu)的幾何模型，采用Adams和SolidWorks對(duì)機(jī)構(gòu)的幾何模型進(jìn)行動(dòng)力學(xué)方面的初步仿真。對(duì)從動(dòng)件搖桿的位姿等動(dòng)力參數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析。

關(guān)鍵詞：運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真;位姿;幾何模型

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.16.217

現(xiàn)有的對(duì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化，大多是將基礎(chǔ)優(yōu)化和動(dòng)力學(xué)獨(dú)立處理。本論文將基于MATLAB的對(duì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)優(yōu)化與動(dòng)力學(xué)分析，使用Adams和SolidWorks對(duì)機(jī)構(gòu)的幾何模型進(jìn)行動(dòng)力學(xué)方面的初步仿真。從而提升并驗(yàn)證二維曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的綜合機(jī)能。

1 數(shù)學(xué)模型的建立

一曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，曲柄桿長(zhǎng)參數(shù)定為1，機(jī)架桿長(zhǎng)參數(shù)定為6，要求為：曲柄從運(yùn)轉(zhuǎn)到時(shí)（即），搖桿的位置角變化再現(xiàn)最佳的已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律：

已知桿件長(zhǎng)度：曲柄，機(jī)架，為極位角，規(guī)定傳動(dòng)角在：

運(yùn)行編制的MATLAB程序后，得到輸出結(jié)果：

連桿及搖桿桿長(zhǎng)參數(shù)。

搖桿已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律與實(shí)際運(yùn)動(dòng)規(guī)律最小差值。

2 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)力仿真分析

（1）建立模型。按照前文機(jī)構(gòu)整體優(yōu)化后得到的各構(gòu)件尺寸參數(shù)，各桿件尺寸定為，曲柄的角速度設(shè)定為。

打開(kāi)Adams/View，按照前文計(jì)算得到的各個(gè)桿件尺寸建立機(jī)構(gòu)幾何模型，利用某一時(shí)刻機(jī)構(gòu)存在的特殊位姿來(lái)定位機(jī)構(gòu)各個(gè)桿件，本文選擇曲柄右與機(jī)架共線的位置。界面見(jiàn)圖2-1所示。

利用余弦定理來(lái)求解夾角，確定連架桿與機(jī)架所成銳角大小為，建立機(jī)架，然后依次建立搖桿、曲柄、連架桿。

（2）添加約束。四個(gè)構(gòu)件，兩兩之間添加回轉(zhuǎn)副約束即可。

在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中機(jī)架默認(rèn)是固定的，在機(jī)架（frame）和工作區(qū)域構(gòu)建固定約束。

（3）為曲柄添加驅(qū)動(dòng)。二維曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，生成數(shù)字仿真模型時(shí)需要為原動(dòng)件——曲柄添加驅(qū)動(dòng)。

（4）仿真。應(yīng)用Simulation完成仿真。在【end time】參數(shù)框中輸入12，在【steps】參數(shù)框中輸入100。為防止機(jī)構(gòu)仿真時(shí)出現(xiàn)崩潰error，在仿真前，先完成靜態(tài)Verify，再進(jìn)行仿真計(jì)算。

（5）獲得搖桿的運(yùn)動(dòng)特性數(shù)據(jù)。本文對(duì)搖桿的運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行研究分析。獲取相關(guān)數(shù)據(jù)圖表如圖2-2至2-5所示。

使用Adams/Post Processor，用戶可以對(duì)仿真得到的數(shù)據(jù)曲線圖表進(jìn)行更細(xì)致的分析比較處理，如圖2-6所示。

以圖2-6所示，即為后處理模塊對(duì)搖桿的Angular Momentum的后處理演示圖。

3 總結(jié)

本文用Adams/view 2017建立二維曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型，并進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算，機(jī)構(gòu)運(yùn)行較為穩(wěn)定流暢。針對(duì)該機(jī)構(gòu)中的搖桿的運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行一系列的測(cè)量【measure】，得到相關(guān)數(shù)據(jù)曲線的圖表，并進(jìn)行了后處理的演示。

山東省教育廳項(xiàng)目：J17KB033; 2018山東省農(nóng)機(jī)裝備研發(fā)創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目：2018YF013

通訊作者：孟維云