机械电子工程毕业论文-基于ADAMS的牛头刨床机构的运动学仿真.doc

1、 本科毕业论文（20 届）基于 ADAMS 的牛头刨床机构的运动学仿真所在学院专业班级 机械电子工程学生姓名指导教师完成日期诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名： 2015 年 6 月 5 日毕业设计任务书设计题目： 基于 ADAMS 的牛头刨床机构的运动学仿真 1.课题意义及目标本课题通过对牛头刨床机构的运动分析，运用 ADAMS 软件建立多个机构仿真力学模型，并对其进行数值仿真分析，比较仿真结果，得到合适的力学模型。2设计的基本要求和内容分析牛头刨床机构的运动形式，建立机构模型（数学模型） 。

2、在 ADAMS 软件中建立 2-3 个机构力学模型，并进行仿真分析，比较结果。3主要参考文献1）濮良贵，机械设计（第八版）M，高等教育出版社，2010.62）孙恒，机械原理（第七版）M，高等教育出版社，2012.73）范成建，虚拟样机软件 MSCADAMS 应用与提高M，机械工业出版社，2006.14进度安排设计各阶段名称 起 止 日 期1 查阅文献，完成开题报告 3 月 3 日3 月 23 日2 完成牛头刨床的结构分析 3 月 24 日4 月 13 日3 完成牛头刨床的 adams 模型建立 4 月 14 日5 月 4 日4 完成仿真分析、数据比较并撰写设计说明书 5 月 5 日6 月 1

3、日5 提交及修改设计说明书，答辩 6 月 2 日6 月 22 日审核人： 年 月 日I基于 ADAMS 的牛头刨床机构的运动学仿真摘要：虚拟样机技术是一种较新的产品开发技术，而 ADAMS 软件是目前最普遍的虚拟样机分析软件之一。本文简单介绍了虚拟样机技术以及 ADAMS 软件的特点和应用，以牛头刨床中六连杆机构为研究对象，对其进行运动学分析。运用我们学过的理论力学对机构运动学的相关理论计算；使用 ADAMS 软件进行建模、运动学分析及动态模拟仿真工作。验证构件模型的准确性，并对机构的可行性进行计算分析，记录相应的信息并与理论结果进行比较，充分展现了虚拟样机技术的优越性，为以后研究虚拟样机技术

4、的研究打下了基础。关键词：ADANMS 牛头刨床六连杆机构 运动学仿真 Shaper Mechanism Kinematics Simulation Based on ADAMSAbstract：Virtual prototype technology is a relatively new product development technology, and ADAMS software is currently one of the most common form of virtual prototype analysis software. This article simply i

5、ntroduces the characteristics and application of virtual prototype technology and ADAMS software, with six bar linkage in shaping machine as the research object, carries on the kinematics analysis. We learned from using the theory of mechanics of kinematics related theoretical calculation; Using ADA

6、MS software modeling, kinematics analysis and dynamic simulation work. Verify the accuracy of the component model and the feasibility of institutional analysis, record the corresponding information and compared with theoretical results, to fully demonstrate the advantages of virtual prototype techno

7、logy, virtual prototype technology for later research laid the foundation of the research.Keywords: ADANMS ，Shaper six bar linkage ，Kinematics simulationII目录1 绪论.11.1 虚拟样机技术现状.11.2ADAMS 软件.11.2.1ADAMS 软件简介 .11.2.2 ADAMS 软件模块的介绍.11.2.3 ADAMS 软件的特点.21.2.4 ADAMS 软件的应用.22 六连杆牛头刨床机构的相关特性分析.22.1 六连杆牛头刨床工作

8、原理和要求.32.2 机构运动学分析.32.2.1 机构的自由度与行程速度比.42.2.2 用矢量方程图解法在右极限处作机构的速度分析.42.2.3 用矢量方程图解法在右极限处作机构的加速度分析.73 基于 ADAMS 的六连杆机构的建模与仿真.113.1 工作环境设置.113.2 创建模型.113.2.1 求特殊位置时各点的坐标.113.2.2 用 ADAMS 创建各构件.123.3 Body 特性修改.133.3.1 曲柄 1 和滑块 2 的质量与转动惯量修改.133.3.2 摇杆 3、连杆 4 和滑块 5 的质量与转动惯量修改.13III3.4 添加约束和驱动.143.4.1 添加约束.

9、143.4.2 添加驱动.153.5 施加载荷.163.6 模型仿真.173.6.1 模型验证.173.6.2 仿真与动画回放.183.6.3 模型测量.194 仿真结果分析.214.1 ADAMS/PostProcessor 模块.214.2 仿真结果曲线图与分析比较.214.2.1 曲柄 1(PART_2).214.2.2 滑块 5（(PART_6).245. 总结.27 参考文献.29致谢.3011 绪论1.1 虚拟样机技术现状虚拟样机技术是基于计算机仿真的数字化设计中的一种方法,该技术的核心是机械动力学、运动学和控制理论。它通过不断指导设计中的反馈信息使产品开发顺利进行。虚拟样机技术强

10、调部件、技术、知识的作用，强调便于虚拟样机柔性协同的运行管理的组织重构，强调跨领域技术的沟通交流。因此，虚拟样机作为面向复杂多领域的研究方向，它需要先进的管理思路、方法及实现技术最好的理论，因此，体系结构必须具有足够的开放性、灵活性和适应性，重点在以下几个方面进行研究：(1)基于虚拟样机的优化设计(2)以虚拟样机为中心的并行设计(3)设计、分析、仿真工具的集成(4)虚拟样机系统的容错性1.2ADAMS 软件1.2.1ADAMS 软件简介 ADAMS 软件创建完全参数化的机械系统几何模型需要使用交互的图形环境和零件库、约束库、力库，采用多刚体动力学理论中的拉格郎日方程方法求解。1.2.2 ADA

11、MS 软件模块的介绍ADAMS 软件由基本模块、扩展模块、接口模块、专业领域模块及工具箱 5类模块组成。用户不仅可以采用通用模块对一般的机械系统进行仿真，而且可以采用专用模块针对特定工业应用领域的问题进行快速有效的建模与仿真分析1。1.2.3 ADAMS 软件的特点2（1）建立机械系统三维参数化模型利用的是交互化的图形环境零件库、约束库及力库。（2）对刚体及柔体的类型包括运动学、静力学和准静力学进行线性及非线性分析。（3）求解快速、准确，因为拥有先进的数值分析技术和先进的求解器。（4）提供多种虚拟样机模型，可以组装、分析和动态显示不同模型或同一个模型在某一个过程变化。（5）强大的函数库可以供用

12、户自定义运动形式。（6）开放式结构可以允许用户集成自己的子程序。（7）仿真结果显示为动画和曲线图形，可以自动输出机构的位移、速度、加速度和反作用力曲线。（8）支持同大多数 CAD 和控制设计软件包之间的双向通讯。1.2.4 ADAMS 软件的应用由于界面友好、功能强大、性能稳定的商品化虚拟样机软件的发展逐渐成熟，ADAMS 技术在工程上的应用也日益增加 2。其中，包括汽车制造业、工程机械、航海航天、国防工业等诸多方面。2 六连杆牛头刨床机构的相关特性分析六连杆牛头刨床机构，AB=100mm,CD=500mm，DE=200mm，AC=200mm，滑块轨道偏心距 e=300mm，滑块尺寸自定；曲柄

13、 1 逆时针方向转动，转速为n=60r/min，构件质量 m3=20kg，m4=3kg，m5=62kg，构件 1,2 的质量忽略不计，质心位置都在杆的中心位置处，构件 3，4 绕质心的转动惯量JS3=0.0124kg/m，JS4=0.024kg/m，行程速比系数 K=1.4,该机构在工作行程时刨头 5 受与行程相反的阻力 ，各运动副的摩擦忽略不计。机构简图580rFN如图 1 所示：3图 1 六连杆牛头刨床机构简图2.1 六连杆牛头刨床工作原理和要求牛头刨床实现刨头切削的关键机构是图 1 所示的六连杆机构，六连杆机构由摆动导杆机构 1-2-3-4 构成，刨床工作时,曲柄 1 转动,从而驱动刨头

14、作往复移动. 刨头左行时, 刨刀进行切削, 称工作行程，此时要求刨刀的速度低且平稳，以减小原动机的容量从而提高刨床的切削质量；刨头右行时，刨刀不工作，称为空行程，此时要求刨刀的速度较高以提高生产效率。另外，从改善传力性能和提高机械效率方面考虑，要求机构工作时的最大压力角尽可能小。2.2 机构运动学分析下图 2 中，位置为某一任意位置，位置、为右、左极限位置4图 2 左右极限位置及任意位置2.2.1 机构的自由度与行程速度比该机构为级杆组，自由度为：（2-1）13(2)35(270)1hFnP因为：K=（180+）/（180-）=1.4所以极位夹角：=30 （2-2）2.2.2 用矢量方程图解法在右极限处作机构的速度分析对图 2 所示的位置分析：（1）B 点处的速度由 n=60r/min，得出 w1=2n/60= 2/s （2-3）即构件 1 的角速度为 w1=2/s对构件 1,2,3 的重合点(B 1,B2,B3)进行速度分析：