曲柄搖桿機構(gòu)運動學仿真

馬樂

摘 要：曲柄搖桿機構(gòu)在平面四桿機構(gòu)中占重要地位，創(chuàng)建機構(gòu)的幾何模型，使用Adams和SolidWorks對機構(gòu)的幾何模型進運動學方面的初步仿真。對從動件搖桿的位姿等運動參數(shù)進行簡單的分析。

關(guān)鍵詞：曲柄搖桿機構(gòu)；幾何模型；初步仿真；分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.15.217

1 緒論

四桿機構(gòu)的應(yīng)用幾乎遍及現(xiàn)代工業(yè)的各個方面。持續(xù)高速發(fā)展進的制造業(yè)對曲柄搖桿機構(gòu)的機構(gòu)尺寸、結(jié)構(gòu)布局、運動特性及結(jié)構(gòu)整體受力狀況等提出了很高的要求，以適用于新型機械設(shè)備。連桿機構(gòu)的設(shè)計問題通?？蓺w為按給定的運動規(guī)劃設(shè)計和按給定的運動規(guī)律設(shè)計。

本論文將基于Matlab的對曲柄搖桿機構(gòu)的基礎(chǔ)優(yōu)化與運動學仿真分析結(jié)合成綜合性的設(shè)計方案，從而提升并驗證二維曲柄搖桿機構(gòu)的綜合機能。

2 曲柄搖桿機構(gòu)的運動學仿真分析

2.1 SolidWorks Motion分析

本文采用的是SolidWorks Motion分析功能進行簡單的初步運動學仿真分析。SolidWorks Motion的Phoronomics仿真有ADAMS系統(tǒng)的強效支撐，運動學仿真功能較為完善。曲柄搖桿機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，依據(jù)前文所給優(yōu)化后實例，鑒于本文只做初步運動學分析，將該曲柄搖桿機構(gòu)視作簡單理想剛體進行運動仿真，忽略桿件本體質(zhì)量（引力）及各轉(zhuǎn)動副摩擦，只研究搖桿的一系列運動特性。

2.2 仿真分析過程

確認軟件已經(jīng)加載了SolidWorks Motion插件，用SolidWorks 2016繪制的曲柄搖桿機構(gòu)三維圖，設(shè)置文檔單位，添加驅(qū)動——馬達，機構(gòu)中的原動件以100r/min勻速轉(zhuǎn)動，現(xiàn)只考慮搖桿的輸出數(shù)據(jù)，輸出的圖表結(jié)果圖2至圖7：

以上為搖桿輸出角度方面的各個運動參數(shù)的數(shù)據(jù)曲線圖表，具體名稱見上圖。綜合以上圖表數(shù)據(jù)，依據(jù)前文Matlab優(yōu)化得到的曲柄搖桿機構(gòu)各個桿件尺寸繪制的曲柄搖桿機構(gòu)裝配體，基本滿足所要求的約束條件，仍然存在一定誤差，有待后續(xù)改進。加速度曲線顯示出該機構(gòu)具有一定的急回特性。

3 總結(jié)

運用SolidWorks 2016建立曲柄搖桿機構(gòu)的三維模型，借助Motion分析功能對模型進行運動學仿真分析；軟件輸出機構(gòu)運轉(zhuǎn)過程中搖桿的位移、速度和加速度等隨時間變化的數(shù)據(jù)曲線圖表。

分析數(shù)據(jù)，依據(jù)得到的數(shù)據(jù)曲線圖表，機構(gòu)整體運動較為平順，穩(wěn)定流暢。得到實例經(jīng)Matlab優(yōu)化得到曲柄搖桿機構(gòu)可以較為穩(wěn)定流暢地運轉(zhuǎn)。

山東省教育廳項目：J17KB033；2018山東省農(nóng)機裝備研發(fā)創(chuàng)新計劃項目：2018YF013

通訊作者：孟維云