基于ADAMS的曲柄导杆机构动力学仿真研究

王思琦

摘要：本文以牛头刨床为研究对象，在分析其工作原理的基础上，主要利用机械系统动力学分析软件ADAMS对其中的曲柄摆动导杆机构进行了参数化建模和动力学仿真分析。将分析出的曲柄导杆机构运动输出图形中的数据进行分析，同时为机构进行优化设计。

关键词：ADAMS;仿真;曲柄导杆机构;优化

前言

随着现代化科学技术的发展以及工程要求的不断提高，现代机械产品越来越朝着机电一体化的方向发展，同时对机械产品的运动速度、运动精度、控制稳定性以及零件结构设计等方面也提出了更高的要求。随着生活越来越机械化和智能化，利用各种软件实体建模分析来研究机械一直是必然的发展趋势。

1曲柄导杆机构动力学分析

要求在整个行程中，推动刨头有较小的压力角。已知LAB=75mm，LDE=100mm，行程速比系数K=2，刨头的行程H=300mm。利用解析法计算，由于行程速比系数K=2，则θ=180°*（K+1）/（K-1）=60°。由几何关系可以确定AC=AB/cos60°=150mm。在推动刨头时，应尽量取较小的压力角，则取两个极限位置压力角都为0°，同样由几何关系可计算出，CD=300mm，e=150 ，取e为259.8。

2建立参数化模型动力学仿真

2.1构建虚拟样机模型

根据以上已知条件，牛头刨床关键点设计坐标：POINT_A：（0，-25，0）、POINT_B：（-62.5，-47，0）、POINT_C：（0，-150，0）、POINT_D：（-155，105，0）、POINT_E：（-260，90，0）。

在操作區“物体”项“基本形状”中，双击点图标;5次单击工作区，创建出5个点;单击鼠标右键，选择“重命名”选项，依次将各个点更改名字为POINT_A、POINT_B、POINT_C、POINT_D、POINT_E;选择POINT_A，单击鼠标右键，选择点，选择修改选项，将各个关键点的坐标值进行修改，并点击应用后选择确定。

在“物体”一栏中，选择刚体创建连杆，依次连接AB、CD、DE。将连杆创建好了之后，开始创建滑块2和滑块5，由于连杆都是倾斜的，使用工具栏中的旋转命令对创建的滑块进行位置更改，且可使用该命令对其他设置不合理的点位置进行微调。

在POINT_2和大地之间添加转动副，添加到A点;在PART_8和大地在C点添加转动副;在PART_6和PART_8之间添加转动副;在PART_6和PART_11之间添加转动副;在PART_8和PART_9之间添加移动副，使用坐标变换命令更改方向;在PART_11和大地之间添加X方向的移动副，使用坐标变换命令更改方向。最终建立几何模型。

选中“驱动”“旋转驱动”给曲柄AB添加驱动。进行运动学仿真。并建立一个新的点，与点E的Y坐标平行。在“设计探索”中选择角度，依次点击三个点，对刨头的压力角进行测量。

2.2模型参数化

点击“设计探索”中的“设计变量”，选择最大值和最小值，依次创建10个变量，分别是从DV_1到DV_10。

选中任意一点鼠标单击右键选择修改，将点的坐标值全部改为变量值，将最后创建的用来检测角度的X坐标值改为（.MODEL_1.DV_9+10），Y值改为（.MODEL_1.DV_10）改好点击确定，如表1所示：

以牛头刨床工作过程中压力角最大时为目标函数。点击设计探索中的设计评价工具，将研究项设为最大值，默认级别为5级。通过上述操作，对比各个变量的仿真结果可知，DV_5、DV_6、DV_8、DV_9和DV_10的敏感性最大，那么这5个变量对该设计的影响也最大，在后面的优化中将选择这5个设计变量。

2.3样机模型优化设计

综上所述，得到函数F= IF（expr1：expr2，expr3，expr4）的含义为：

例如：DV_5的函数设置为IF（DV_5：-5-DV_5，0，DV_5-5），同理，依次将剩下的几个变量对应的约束函数设计好，并对其进行优化，得到图1：

将优化后压力角与初始压力角进行对比进行对比，仿真结果表明，牛头刨床压力角优化后较优化前有所减小，工作压力角越小，则传动角越大，机构的机械效率将会提高。

3结论

本文主要对牛头刨床的曲柄摆动导杆机构进行了动力学仿真建模以及优化设计。机构的运动参数是分析评价工作性能，优化新机构的基本依据。通过动力学仿真和优化设计，能够更有效的分析机构的运动过程中的运动特性和规律，对结构的各个参数进行优化和提升这使得设计人员从复杂的理论计算过程中解放出来，用更多的精力处理其他事情。

参考文献

[1]王国友，陈新响，李文华，et al.基于ADAMS/Hydraulics模块的液压离合器液压系统仿真[J].机床与液压，2010.

[2]林小娟，徐亮.基于Simulink的牛头刨床运动分析仿真及优化[J].装备制造技术，2016.

[3]吕美凤，钱玮.基于ADAMS和MATLAB六自由度机械手运动仿真[J].农业装备与车辆工程，2018.