辛銀龍

【摘 要】通過分析牛頭刨床的工作特點，確定其主運動機構的設計方案，運用UG軟件建模裝配，導入ADAMS進行分析，并與運用MATLAB得出的理論分析結果比較，分析兩者之間的不同，從而對牛頭刨床主運動機構的設計與改進提供一定的幫助。

【Abstract】By analyzing the working characteristics of shaper， the design scheme of the main motion mechanism is determined， and the analysis is carried out by using UG software modeling and assembly， which is introduced into ADAMS. Compared with the theoretical analysis results obtained by MATLAB， the differences between the two are analyzed， so as to provide some help for the design and improvement of the main motion mechanism of the shaper.

【關鍵詞】牛頭刨床;擺動導桿+偏置曲柄滑塊;ADAMS;MATLAB

【Keywords】 shaper; swing guide rod + offset slider-crank; ADAMS; MATLAB

【中圖分類號】TH12? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2019）07-0131-02

1 引言

牛頭刨床，即刨刀安裝在滑枕前端的刀架上作縱向往復主運動的刨床，因滑枕前端的刀架形似牛頭而得名。

2 確定設計方案

實際應用中，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，為了提高生產(chǎn)效率，需要牛頭刨床中刨刀的工作行程勻速慢進、空回行程快速退回，所以在其主運動機構中需加入急回機構。因此得出，牛頭刨床主運動機構的運動特點：①可將曲柄的等速回轉運動轉化為具有急回特性的往復直線運動，要求執(zhí)行構件行程較大、速度變換平穩(wěn);②因執(zhí)行構件受到的切削阻力大，故要求機構具有較好的傳動特性。因此，得出以下設計方案：方案一，采用偏置曲柄滑塊機構。此方案結構簡單，且承受載荷較大，但存在一定缺點：①因執(zhí)行件行程較大，則要求曲柄較長，機構運行占用空間較大;②隨著行程速比系數(shù)K的增大，機構的傳力特性減弱。方案二，采用曲柄搖桿機構與搖桿滑塊機構串聯(lián)方案。此方案在傳力特性和執(zhí)行件的速度變化方面比方案一有所改進，但在曲柄搖桿機構中，壓力角隨著行程速比系數(shù)K的增大，所占的運行空間較方案一更大。方案三，采用擺動導桿和偏置曲柄滑塊機構串聯(lián)方案。此方案不僅所占空間較小，而且其傳動特性較好，在工作行程中執(zhí)行構件的速度變化也比較緩慢。不僅克服了方案一傳力性能差的缺點，而且也克服了方案二所占空間較大的缺點。

綜上，方案三作為牛頭刨床主運動機構較為合理。

3 MATLAB理論分析

在機械設計工程中，對擺動導桿+偏置曲柄滑塊機構的運動規(guī)律進行分析，常用的方法有圖解法和解析法。解析法結合CAD軟件進行計算與分析，能夠避免圖解法精度不高以及純粹解析法人工計算運算量大等問題。因此，本文選用解析法。

如圖1所示，當曲柄1做勻速轉動時，滑塊5做往復直線運動。設曲柄1的角速度為ω，并在鉸鏈C處建立直角坐標系Oxy。其中，共有四個未知量θ3、θ4、SCB、SE。為求出未知量，需利用兩個封閉圖形CABC以及CDEFC。可得以下矢量方程組：

+

=

+

=

+

解析以上方程，得出未知參量SE、vE、aE，并利用MATLAB畫出主執(zhí)行機構的運動線曲線圖即位移線圖、速度線圖及加速度線圖。

4 UG三維建模+ADAMS仿真分析

就牛頭刨床主運動機構而言，物理樣機制造花費巨大，而且反復試驗會延長設計周期，并極易對機構造成破壞，增加研發(fā)成本。

但是，如果牛頭刨床設計或改進采用虛擬樣機技術，則可有效地克服上述問題。虛擬樣機技術不僅可以利用軟件進行零部件的實體設計及裝配，還可以利用機械動力學分析軟件ADAMS進行運動學、動力學分析，來測試和評估牛頭刨床工作過程中的性能[1]。通過采用虛擬樣機技術，可以短周期、低成本地完成傳統(tǒng)物理樣機開發(fā)模式所必需的全部過程，因此，對牛頭刨床虛擬樣機的研究具有重要的實際意義。

將在UG中裝配好的擺動導桿+偏置曲柄滑塊機構導出為Parasolid文本文件，導入ADAMS軟件中，進行運動仿真，圖2即為擺動導桿+偏置曲柄滑塊機構在ADAMS軟件中的圖形。

由圖2可知，機構中已經(jīng)加好相應的運動副以及原動力，進行仿真即可得到相應的可視化數(shù)據(jù)。由n1=40r/min可換算到ADAMS中得到：原動力n1=240.0d * time，仿真得到執(zhí)行件滑塊運動特性曲線。

5 對比與結論

5.1 對比

通過對3、4得出的運動曲線的對比，我們看到由兩種方法得到的運動曲線幾乎一致。唯一不同的是在兩種位移曲線的對比中，縱坐標的數(shù)值有些差別，其差值卻完全一致。經(jīng)分析，在兩種方法中所建立的局部坐標系原點的位置有所差別，這正是位移曲線縱坐標不同而速度、加速度曲線的縱坐標卻完全吻合的原因。因而，微小差別可忽略不計。

綜上，ADAMS虛擬樣機技術更加簡便、直觀，避免了解析法煩瑣的分析、論證等過程的問題。運用ADAMS軟件對機構進行分析和論證，仿真得到各個構件的運動特征，有利于機構設計初期方案的篩選和優(yōu)化。

5.2 結論

綜上，機構的設計總結如下：①理論分析。根據(jù)設計目的來構想出幾種可行的設計方案，綜合比較后確定最終設計方案。②ADAMS仿真分析。根據(jù)①中結果，得出各個構件的最佳尺寸，建模裝配，導入ADAMS中建立模型并進行運動仿真分析。③加工樣品。根據(jù)在①、②中得到的構件尺寸及其材料加工實物，進行實驗臺搭建試驗運動分析，繪制出主要點的運動曲線，與理論分析和仿真分析的結果進行對比，減小誤差，以期獲得最理想的機構。

【參考文獻】

【1】麓山文化.UG NX8 中文版 機械設計 從入門到精通.北京：機械工業(yè)出版社，2012.