凸轮机构五自由度模型动力学分析及计算机动态模拟
凸轮机构的弹性动力学
凸轮机构的弹性动力学分析（附MATLAB 代码）【问题】已知一凸轮系统，欲使其考虑弹性因素后从动件的真实运动规律按照余弦加速度运动规律运动，建立该凸轮系统的弹性动力学模型，分析其未考虑弹性因素时从动件的运动规律，并绘制出从动件的理论运动规律及考虑弹性因素后的真实运动规律。
凸轮系统的运动及动力参数自定。
程序代码需提供电子版，并说明运行环境。
【解答】一、建立动力学模型取图1所示的凸轮机构为研究对象，图2为其所对应的动力学模型。
图1：凸轮机构运动简图 图2：凸轮机构的动力学模型为使得问题简化，力学模型中忽略了凸轮轴的扭转变形、弯曲变形以及回位弹簧的阻尼作用。
图2中k 为系统等效弹簧的刚度，c 为凸轮机构从动组件的阻尼系数，h k 为回位弹簧的刚度，0F 为回位弹簧的预紧力，M 为凸轮机构在从动件侧的当量质量，x 为与凸轮廓线有关的等效凸轮升程（图中所示的凸轮并非真正的凸轮，其廓线对应的升程与真实凸轮廓线对应的升程0x 具备关系0rx x ，其中r 为摇臂比。
因为x 与0x 仅相差一个比例系数r ，为了便于叙述，后文将只注重分析x 与从动件输出的关系，而不再专门区别x 与0x 的差异），y 为从动件的实际升程。
二、建立动力学方程该机构的自由度为1，利用牛顿第二定律建立运动微分方程：)cos 1(2ϕ-=hy 022)()(F y k dtdxdt dy c x y k dt y d M h ------= （式1）设凸轮转动的角速度为ω，它与时间微分dt 、凸轮转角微分ϕd 具有关系：ωϕd dt =（式2）将（式2）代入（式1）并整理可得：0222)(F kx d dx c y k k d dy c d y d M h -+=+++ϕωϕωϕω （式3） 微分方程（式3）有两层含义：①若已知从动件的真实运动规律，可求解出凸轮在高速运转条件下考虑弹性变形影响的理论轮廓；②若已知凸轮廓线，可求解考虑弹性变形的从动件的动力学响应。
5自由度机械手动力学分析与仿真
摘
要： 针对 ５ 自由度机械手 ， 基于 Ｌ ｇａｇ ａｒｎｅ方程建￣ Ｔ５ 自由度机 械手的动力学模型 ， 通过 Ｓｌ ｗ ｒｓ ｏ ｄ ｏｋ ｉ
建立实体仿真模 型 ， 且通 过 Ｃ ｓ ｔ ｎ进行 了动力学仿真 ， 出了各关节力矩和 时间的关系 曲线 ， 并 ｏＭｏ ｏ ｉ 得 分 析了机 械手各 关节在不同角速度下对各关节力矩 的影响 ， 这对改 善机械手 的设计提供 了帮助 ， 并为机
收稿 日期 ：０ ２ ０ — ６ ２ １— ３ １
换矩阵矩 阵如下 ：
ｎＡ
＝ 】
（ １ ）
式 中 ， 为坐标 变换矩 阵 ，为第ｉ 自由度的齐次 个
作者简 介： 程远（９ ３ ）男 ， １７ 一 ， 江苏无锡人 ， 讲师 ， 硕士 ， 研究方 向： 机械手及 自动化设备 。
第２ ８卷 第 ８ 期
２１ ０ ２年 ８ 月
科 技 通 报
ＢＵＬ ＥＴ Ｎ ＣＩ ＮＣ Ｌ Ｉ ０Ｆ Ｓ Ｅ Ｅ ＡＮＤ Ｅ Ｔ ＣＨＮＯＬ Ｙ ＯＧ
Ｖｏ ．８ １ Ｎｏ ８ ２ ．
Ａｕｇ ２ ２ ． ０１
５ 自由度机械手动力学分析 与仿真
程 远
ｆ 无锡职业技术学 院 机 电技术学 院， 江苏 无锡 ２ ４ ２ ） １ １ １
ｏ ｒ ｅ ｏ ｔ ｌ ａ ａ ａｅ ． ｆｄ ｖ ｎ ｃ ｎｒ ｙ ｈ ｓｂ ｓ ｄ ｉ ｏｌ
Ｋｅ ｒ ：ｍ ａ ｉ ｌ ｔｒ ｙｎ ｍｉ ｎａｙ ｉ ｉ ａ ｉｎ ｙ ｗｏ ｄｓ ｎｐｕ ａｏ ；ｄ ａ ｃ ａ ｌｓｓｓｍｕｌｔｏ
本文针对本校研究所 为配合学校教学工作而开发
５ 自由度依 次为腰部 回转 、 个 下臂俯 仰 、 上臂俯仰 图２ 所示 。
五自由度混联机器人优化设计与运动学分析
０ 引 言
农业 机器人技 术是 当今 国际农业机械 化研 究的前沿 领域 ，近年来 随着 新型农业 的发展及新技 术 的开发 ，农 业机器 人 已经得 到 了广泛 的应 用 ，如插秧 、耕作 、果蔬 采摘 、伐木 、筛种 、产品包装机器人等 ｆ Ｉ ４ 】 。农业 生产的 多样 性及 农业作业 的复杂性 等特点对农业 机器人 的先进 性及实用性提 出了较高的要求 。 农业机器 人不再仅仅 局 限于传 统的 串联机 构 ，农业 生产方式 也走 向多样 化市场 ，其 中专 门用 于农 业领域 的 并联机器人具有较 高的研 究价值 一 】 。并联机构与 串联机 构相 比具有结构 紧凑，刚度高 ，承载 能力大等优 点，使得 并联机器人在某些农业领域有着较高地位和应用价值［ ８ － ９ ］ 。
Ｚｈ ａ ｎ ｇ Ｄｏ ｎ ｇ ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ ， Ｘｕ Ｙ ｕ ｎ ｄ ｏ ｕ ， Ｈｏ ｕ Ｚｈ ａ ｏ ｗｅ ｉ ， Ｙ ａ ｏ Ｊ ｉ ａ ｎ ｔ ａ ｏ ， Ｚ ｈ ａ ｏ Ｙｏ ｎ ｇ ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ ． Ｏｐ ｔ ｉ ｍａ ｌ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ ｋ ｉ ｎ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ５ 一 ＤＯＦ
制的两移一转运动冗余平面并联机构 ，该并联机 构任意位置的转轴均为相互平行 的连续转 轴，使其具备 良好的灵活性 。 基 于此平面并联机构 ，构造 出了多种五 自由度混联机 器人 ，首先建立 了五 自由度混联机器人 的运动 学模 型，并对 其进行
了奇异分析，给出 了减少机构奇异位型 的条件 ；然后基 于灵活性指标，对并联机构进行 了尺寸优化 ，绘 制了用于选取结 构尺 寸的性能图谱 ，且借助有 限元 软件对基 于优 化所得结构尺寸绘制 的具有运动冗余特性 的平面机 构进行 了结构拓扑优 化， ，完成 了整体结构优化前后的静力学分析与对 比，结果显示优 化前后整 体变 形仅 增大 ０ ． ５ １ ％，优化前后机构优化部分
基于ADAMS的凸轮机构设计及运动仿真分析_徐芳
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!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!" 【摘 要】 用大型运动学和动力学分析软件 ＡＤＡＭＳ 完成尖顶直动从动件盘形凸轮机构设计和 !!!!!!!!!!!!!!"
实体造型 ， 并对其进行运动分析和仿真 ， 缩短了凸轮的设计周期并提高了设计质量 ， 为凸轮机构的设 计分析提供一种有效的新方法。 关键词 ： ＡＤＡＭＳ ； 凸轮机构 ； 运动仿真 【Ａｂｓｔｒ ａｃｔ】 Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｏｆ ｄｉｓｈ ｃａｍ ｗｉｔｈ ｓｔｒａｉｇｈｔ ｍｏｖｉｎｇ ｆｏｌｌｏｗｅｒ ｉｓ ｇｉｖｅｎ ｂｙ ｔｈｅ ｋｉｎｅｔｉｃｓ
转副之上创建一个每秒钟逆时钟旋转 ３６０ 度的旋转驱动。 这样 ， 一个完整的凸轮机构仿真模型建立起来 ， 如图 ４ 所示 ， 从而可以 进行下一步的运动仿真分析。
２０＊ （１ － ｃｏｓ （６／５＊３６０ｄ＊ｔｉｍｅ）），４０，ＩＦ（ｔｉｍｅ － ７／１２：４０，４０，ＩＦ （ｔｉｍｅ － １１／１２： ４０＊ （２．７５ － ３＊ｔｉｍｅ ＋１／（２＊ｐｉ）＊ｓｉｎ （３＊２＊ｐｉ＊ｔｉｍｅ － ３．５＊ｐｉ）），０，ＩＦ （ｔｉｍｅ － １： ０，０，０））））＂ 。
在模型上施加一定的运动约束副、 力或力矩的运动激仿真实例分析
利用 ＡＤＡＭＳ 进行凸轮机构设计仿真的过程大致可分为凸 轮机构几何建模、 施加约束和载荷、 凸轮机构样机模型检验和 仿真结果后处理、 仿真结果比较分析， 多次仿真及优化设计等
２．１ 已知条件
已知尖顶直动从动件盘形凸轮机构的凸 轮 基 圆 半 径 ｒ０＝６０， 从动件行程 ｈ＝４０， 推程运动角为 !０＝１５０!， 远休止角 !ｓ＝６０!， 回程运 动 角 !０＇ ＝１２０!， 近 休 止 角 为 !ｓ＇ ＝３０! ； 从 动 件 推 程 、 回程分别采用余 弦加速度和正弦加速度运动规律， 对该凸轮机构进行模拟仿 真 ， 各阶段的运动规律如下 ： （ １） 从动件推程 运 动 方 程 。 推 程 段 采 用 余 弦 加 速 度 运 动 规 律 ， 故将已知条件 !０＝１５０!＝５!／６ 、 ｈ＝４０ｍｍ 代入余弦加 速 度 运 动 规律的推程段方程式中 ， 推演得到 ：
汽车五自由度建模
汽车振动大作业一、汽车悬架系统振动模型汽车是一个复杂的振动系统，在振动分析的建模过程当中，要根据所分析的问题对汽车进行简化，建立相应的模型。
现在考虑汽车车身悬架的五自由度模型，如下图1所示，该模型主要考虑左右车辙的不平度差异和较小的轮胎阻尼而得到的，该模型中主要有车身的垂直、俯仰两个自由度和前后车轴质量两个垂直自由度，汽车座椅一个垂直自由度，系统共五个自由度，其中车身质量的垂直、俯仰两个自由度的振动对系统平顺性的影响较大，假设车身是具有垂直和俯仰两个自由度的刚体，其车身的质量和转动惯量分别为：h h I m 和，前后车轮质量、悬架参数和轮胎刚度的符合前加入了分别表示前(front)和后(rear)的下标“f ”和“r ”，如图1示：I(h) m2m(f)m(r)Z(b)abz4z5F(f)F(r)z2z3m1z1k1k2k3k4k5c1c2c3c4c5d图1 五自由度汽车悬架系统图1中：1z 表示前轮转动位移自由度；2z 表示车体垂直位移自由度；3z 1z 表示后轮转动位移自由度；4z 俯仰转动位移自由度；5z 表示驾驶员座椅垂向自由度；1m 表示驾驶员座椅质量；2m 表示车体质量；3)(m f m =表示前轮质量；4)(m r m =表示后轮质量；1k 表示座椅弹簧刚度;5,4,3,2k k k k 悬架弹簧刚度；1c 表示座椅弹簧阻尼；5,4,3,2c c c c 表示悬架弹簧阻尼；a 表示车身质心至前轴距离；b 车身质心至后轴距离，)(),(r F f F 分别为前后轮随机激励力。
二、运动微分方程由图1可得到下述理论值： (1) 系统的动能为：)(212121212121325125524423222211I m z m z m z m z I z m z m T i i i ==++++=∑= (1-2)(2) 系统的势能为：255244232532324223121))((21))((21)(21)(21)(21r F z k f F z k bz z z k az z z k dz z z k V -+-++-++-++-=(1-3)(3) 系统阻尼耗散的能量：55554454332353325332224232423111213121))(())(())(())(())((z c r F z c z c f F zc z bc z c z c z b z zc z dc z c z c z b z zc z dc z c z c zd z zc C ----+-+--+-+--+-+--= (1-4)由拉格朗日运动方程：)5,,2,1(0)()( ==-∂∂+∂∂-∂∂i F z Vz T z T dt d Qi ii i可得到多自由度的运动微分方程：)()()()(t F t Kz t z C t zM =++ 式中：⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=543210000000000000000000m m m m m M ⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡+-+---++-------++---=533343223232221232113232132111110000c c bc c c c ac c bc ac c b c a c d bc ac dc dc c c bc ac dc c c c c dc c c C⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡+-+---++-------++---=5333422232322212321132321321111100000k k ak k k k ak k bk ak k c k a k d bk ak dk dk k k bk ak dk k k k k dk k k K表一 汽车结构参数汽车结构参数数值1m —驾驶员座椅质量kg 65 2m —车体质量kg 7084m —右前、左前轮胎质量 kg 80 5m —左后、右后轮胎质量kg 80)(h I —转动惯量 21060m kg ⋅1k —座椅弹簧刚度m N /23071 32,k k —右前、左前悬架弹簧刚度 m N /20292 54,k k —左后、右后悬架弹簧刚度m N /128701c —座椅弹簧阻尼11500-⋅⋅m s N5432,,,c c c c —悬架弹簧阻尼11000-⋅⋅m s Na —车身质心至前轴距离m 5.1 b —车身质心至后轴距离m 75.0d -座椅到质心距离m 1875.0取汽车结构参数如表一所示，则可求得系统的质量矩阵，阻尼矩阵，刚度矩阵分别为：⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=800000080000001060000007080000065M⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡----------=14808602898919326001490521521920292028989152195570939882432619326202923988262689230710043262029223071K⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡----------=100001500100000100075010000150075023.286575.46825.2811000100075.468350015000025.28115001500C由特征方程0)(2=Φ-M K ω求得固有频率与振型。
五自由度机械手臂功能原理设计与仿真
1 引言目前在我国林果产业快速发展的同时，林果种植机械化水平较发达国家相比还很落后。
林果产业生产环节的修枝、植保、施肥、采摘等机械作业难题较突出。
其中果园喷施农药80%是依靠人力完成，剪枝机械化作业几乎为零，劳动强度非常大，而发达国家喷施农药机械化率已达95%，剪枝机械化作业率为100%，所以农民迫切需要解决林果生产环节机械化作业水平低、劳动强度大、人工作业成本高、作业质量差等问题。
国内在农业机器人方面的研究始于20 世纪90 年代中期, 相对于发达国家起步较晚。
但不少院校、研究所都在进行采摘机器人和智能农业机械相关的研究。
我国是一个农、林业大国，实现农林机械化生产的意义重大。
油茶树因其种子可榨油(茶油)供食用，故名油茶。
茶油色清味香，营养丰富，耐贮藏，是优质的食用油，也可作为润滑油、防锈油用于工业。
茶饼既是农药，又是肥料，可提高农田蓄水能力和防治稻田害虫。
果皮是提制栲胶的原料。
叶部含有花黄素、茶碱等，是医药工业的原料。
具有很高的经济效益。
目前油茶果树的采摘主要是依靠人力，这大大增加了果农的负担，而且人工采摘的效率低下，油茶果的采摘期大概有一个月左右，对于大面积种植油茶果树的果农来说，油茶果的采摘，就成了一个让人头疼的问题。
对于林果采摘机械手臂的研究不仅是和国际接轨的要求，更是国内市场的强烈需求。
本课题试图运用功能原理的求解方法，发散思维，创新结构设计，并通过计算机仿真软件对最终方案进行虚拟样机仿真研究，根据机械运动系统方案建立仿真用虚拟样机三维装配模型，仔细研究其约束条件、和初始输入数据，在成熟的虚拟样机系统中进行运动学和动力学仿真，检验方案的可行性，并查找方案的潜在问题加以修正，直到得到较满意的结果。
2 设计要求与计划2.1设计要求2.1.1 功能性要求机械臂要能够采摘树冠尺寸直径为3米，高3.5米以内的所有油茶树上的油茶果实（直径约 4.5cm），其运动要灵活自如，响应要快同时稳定性要好。
《五自由度并联驱动机构动力学及控制研究》范文
《五自由度并联驱动机构动力学及控制研究》篇一一、引言五自由度并联驱动机构（5-DOF Parallel Drive Mechanism，简称5-DOF PDM）是一种广泛应用于机器人技术、精密制造和自动化生产线的复杂机械系统。
该机构通过多个驱动器并行驱动，实现多方向、多自由度的运动。
然而，由于该机构的结构复杂性和多变量耦合性，其动力学特性和控制策略的研究显得尤为重要。
本文旨在深入探讨五自由度并联驱动机构的动力学特性和控制策略，为相关领域的研究和应用提供理论支持。
二、五自由度并联驱动机构动力学研究（一）动力学模型建立五自由度并联驱动机构的动力学模型主要考虑机构运动过程中的力、力矩、惯量、摩擦等因素。
通过分析机构的运动规律和驱动器的驱动特性，建立动力学模型。
该模型应能准确反映机构在各种工况下的运动特性和受力情况，为后续的控制系统设计和优化提供基础。
（二）动力学特性分析在建立动力学模型的基础上，对五自由度并联驱动机构的动力学特性进行分析。
主要包括机构的刚度、阻尼、惯性等特性，以及这些特性对机构运动的影响。
通过分析机构的动态响应和稳定性，为控制系统的设计和优化提供指导。
三、五自由度并联驱动机构控制策略研究（一）控制系统设计根据五自由度并联驱动机构的动力学特性和应用需求，设计合理的控制系统。
控制系统应具备高精度、高稳定性、高响应速度等特点，以实现对机构的高效控制和优化。
在控制系统设计中，应充分考虑机构的复杂性、多变量耦合性和非线性等因素，采用先进的控制算法和优化方法。
（二）控制策略研究针对五自由度并联驱动机构的控制策略，本文提出了一种基于模糊控制的控制策略。
该策略通过引入模糊逻辑，实现对机构运动的智能控制和优化。
通过分析机构的运动规律和工况变化，建立模糊规则库，实现对机构的精确控制和优化。
同时，该策略还具有较好的鲁棒性和适应性，能够适应不同工况下的机构运动需求。
四、实验验证与分析为了验证五自由度并联驱动机构的动力学特性和控制策略的有效性，本文进行了实验验证和分析。
基于Adams的凸轮机构运动仿真教程
基于Adams的凸轮机构运动仿真教程基于adams的凸轮机构运动仿真摘要：虚拟样机技术是⼀种崭新的产品开发技术，其中ADAMS软件是⽬前最著名的虚拟样机分析软件之⼀。
本⽂阐述了虚拟样机技术和ADAMS软件的特点及其应⽤，以凸轮机构为研究对象，对其进⾏动⼒学分析。
主要运⽤我们学习过的机械原理等理论知识对机构进⾏运动学和动⼒学的相关理论计算；利⽤ADAMS软件在图形显⽰⽅⾯的优势，采⽤其基本模块ADAMS/View(界⾯模块)进⾏⼀系列建模、运动分析和动态模拟仿真⼯作，验证模型的正确性，并对机构在整个周期内的可⾏性进⾏计算分析，记录相应信息，输出所需要的位置、速度、加速度等曲线与理论结果⽐较，充分展现虚拟样机技术的优越性，为虚拟样机技术的深⼊研究打下基础。
关键词：ADAMS；凸轮机构；运动学分析；仿真引⾔凸轮机构的应⽤⼗分⼴泛，在⽣产机械中应⽤凸轮机构可以较容易的实现不同的⼯作要求。
特别是实现间歇式的运动过程！但是，⽬前对于该类模型的动态仿真很少。
本例主要就推程、回程等要求进⾏预设。
⼒图通过adams实现对该凸轮机构的构建以及后续的仿真，并尝试进⾏⼀定的机构优化。
1.研究内容这⾥，我主要研究内容为理论凸轮设计在adams中的设计及其动态仿真。
后续，根据输出的相应的速度、加速度曲线等将进⾏⼀定的设计优化。
⼒图真实还原凸轮机构在设计中的真实过程。
2.⼯作原理凸轮机构是由凸轮，从动件和机架三个基本构件组成的⾼副机构。
凸轮是⼀个具有曲线轮廓或凹槽的构件，⼀般为主动件，作等速回转运动或往复直线运动。
通过对凸轮轮廓进⾏不同的设计，可以实现从动件不同形式的运动。
以此来满⾜机械设计中对于运动的精细控制过程。
3.动⼒学建模（1）建模前期准备情景设想：某公司需要设计⼀凸轮机构实现对物料的间歇夹紧过程。
其给出相应数据如下。
注：其他的暂不作要求。
（2）设计前期准备。
⽬前，凸轮机构的设计主要有：①利⽤excel创建凸轮运动轨迹点，再导⼊相应三维设计软件进⾏建模。
五自由度机械臂运动和控制仿真分析
五自由度机械臂运动和控制仿真分析一、本文概述随着机器人技术的快速发展，机械臂作为其中的重要组成部分，已在工业自动化、医疗、航空航天等领域得到广泛应用。
机械臂的运动和控制问题是机器人研究领域的核心问题之一。
本文旨在探讨五自由度机械臂的运动学和动力学模型，分析其运动特性，并在此基础上研究其控制策略，为机械臂的精确控制和优化提供理论支持。
文章首先介绍五自由度机械臂的基本结构和运动学原理，阐述其运动学模型的建立过程。
然后，通过拉格朗日方法或牛顿-欧拉方法建立机械臂的动力学模型，分析其在不同运动状态下的动力学特性。
接着，文章将研究机械臂的控制策略，包括位置控制、速度控制和力控制等，通过仿真实验验证控制策略的有效性。
文章将总结五自由度机械臂的运动和控制特性，并展望未来的研究方向。
本文的研究对于提高机械臂的运动精度、稳定性和效率具有重要意义，有望为机械臂在实际应用中的优化和升级提供理论指导和技术支持。
二、五自由度机械臂的结构与特点五自由度机械臂是一种高度灵活和复杂的机器人系统，其结构设计和特点决定了其在运动和控制方面的性能。
五自由度机械臂通常包括一个基座、一个旋转关节、两个或更多个移动关节以及一个末端执行器。
这种配置使得机械臂可以在三维空间中实现广泛的运动范围，从而满足各种复杂任务的需求。
结构设计：五自由度机械臂的结构设计通常遵循模块化原则，每个关节都由一个电机、减速器和传动机构组成。
基座关节负责机械臂的整体定位和姿态调整，而移动关节则负责实现末端执行器在三维空间中的精确移动。
这种结构设计使得机械臂具有较高的刚性和稳定性，同时也便于维护和升级。
灵活性：五自由度机械臂的灵活性是其最大的特点之一。
通过合理控制各个关节的运动，机械臂可以在复杂环境中实现精确的操作。
例如，在装配线上，五自由度机械臂可以准确地抓取和放置不同大小和形状的零件；在医疗领域，五自由度机械臂可以用于执行精细的手术操作。
控制精度：为了实现精确的运动控制，五自由度机械臂通常配备有高性能的控制系统。
凸轮机构的动态分析与设计研究
凸轮机构的动态分析与设计研究凸轮机构的动态分析与设计研究摘要：凸轮机构作为一种常见的机械传动装置，在工业应用中起到了重要的作用。
本文通过对凸轮机构的动态分析与设计进行研究，探讨了凸轮机构的工作原理、动力学特性以及设计方法等方面。
通过理论分析和计算模拟，本文旨在提供凸轮机构设计与优化的参考依据，以提高其性能和可靠性。
1. 引言凸轮机构是一种将旋转运动转变为直线运动的机械传动结构，广泛应用于各类机械设备中。
其工作原理是通过凸轮与其上的凸轮跟随件的相互作用，实现运动的传递和控制。
在许多机械装置中，凸轮机构常用于实现定制的运动轨迹和动作周期。
因此，对凸轮机构的动态分析与设计进行深入研究，对于提高机械装置的性能和可靠性具有重要意义。
2. 动态分析凸轮机构的动态分析是研究凸轮运动学和动力学特性的过程。
其中，凸轮运动学是分析凸轮运动轨迹和运动速度的研究，而凸轮动力学则是研究凸轮运动过程中产生的力学特性。
从运动学的角度来看，凸轮的运动轨迹可以通过凸轮的几何形状和旋转运动参数来描述。
而从动力学的角度来看，凸轮机构中的摩擦、惯性和弹性等因素对系统的运动性能和机构的稳定性都有重要影响。
3. 动力学模型为了更深入地研究凸轮机构的动态特性，需要建立凸轮机构的动力学模型。
动力学模型可以通过建立凸轮和跟随件之间的力学关系来描述凸轮机构的运动过程。
在建立动力学模型时，需要考虑凸轮与跟随件之间的接触力、惯性力和弹性力等因素。
通过求解动力学模型，可以获得凸轮机构在不同工况下的运动特性和力学特性。
4. 设计方法凸轮机构的设计是指根据给定的工作要求和运动轨迹，确定凸轮和跟随件的几何形状和运动参数的过程。
凸轮机构的设计方法不仅需要满足凸轮运动学和动力学的要求，还要考虑制造工艺和可靠性等因素。
在设计凸轮机构时，可以采用计算机辅助设计软件进行模拟和优化，以提高设计效率和设计质量。
5. 优化分析为了提高凸轮机构的性能和可靠性，需要对凸轮机构的设计进行优化分析。
高速凸轮-从动件系统动力学模型的建立与动态分析
较为全面地描述系统整个工作循环的运动状态 , 并
可方便地进行频域分析 。
对上述配气凸轮机构 ,设凸轮的角速度为 ω, 则 激振函数 F ( t) 的周期为 T = 2π/ ω, 按付氏级数展
开 F ( t) 后得
F( t)
=
a0 2
∞
+ Σ [ ancos ( n=1
nωt )
+ bnsin (
nωt )
2 单自由度模型系统动力方程的建立
将图 1 (c) 的模型考虑燃气作用力 、气门座刚度 、 气门间隙等因素后 ,就可成为图 2 所示的单自由度 系统动力学计算模型 。该模型着重研究气门的运 动 , m 为等效质量 , k0 为机构等效刚度 , 气门运动时 刚度为 kf 的气门弹簧保持与气门的接触 。kz 为气 门座刚度 , Fz 为气门座摩擦力 , Fg 为燃气作用力 , c 、 cf 为内 、外阻尼系数 δ, h 为气门间隙 , hV 、h T 分别为 气门与挺柱的升程 。
··
my+
·
Cy+
Ky =
∞
Σ [ ancos ( nωt)
+
bnsin ( nωt) ] (9)
n=1
式 (9) 的解包括通解与特解两部分 , 通解部分是
与系统自由振动对应的瞬态响应 , 这类振动响应在
阻尼作用下将逐步衰减 ,可将对应的响应值视为零 。
特解部分是各项简谐分量响应的总和 , 设 yan是与余 弦分量 ancos ( nωt ) 相对应的动态响应分量 , ybn是与 正弦分量 bnsin ( nωt ) 相对应的响应分量 , 则系统的
凸轮机构常规的静态设计和静态分析通常只适 合于运转速度低 、系统刚度大的场合 ,在高速工况 下 ,系统中运动构件的惯性力将剧烈增加 ,构件弹性 变形的 影 响 将 导 致 工 作 端 运 动 规 律 偏 离 预 定 的 要 求 。为了研究凸轮 - 从动件系统工作端的动态运动 规律 ,获得理想的输出运动 ,必须采用动态分析的方 法 ,将凸轮 - 从动件系统当作一组弹性系统来处理 。
凸轮机构的虚拟设计与运动仿真
凸轮机构的虚拟设计与运动仿真
首先，在进行凸轮机构的虚拟设计和运动仿真之前，需要对机构的物
理特性以及设计要求进行分析和确认。
这包括凸轮轴的几何形状、凸轮与
被控件的运动规律和传动比等。
接下来，可以使用CAD软件绘制凸轮轴和被控件的几何形状。
在绘制
凸轮轴时，可以使用CAD软件提供的几何图形工具创建具有不同形状的凸
轮剖面。
在绘制被控件时，可以创建其对应的几何模型，并与凸轮轴进行
连接。
完成几何模型的绘制后，可以使用CAD软件中的运动仿真工具来模拟
凸轮机构的运动。
首先，可以为凸轮轴设置一个恒定速度的输入条件。
然后，可以通过设置凸轮轴与被控件之间的运动关系（例如凸轮与被控件的
接触点位置）来实现凸轮机构的运动仿真。
在进行运动仿真时，可以观察凸轮机构的各个部分的运动情况，并分
析其运动特性，以评估机构的性能。
例如，可以观察被控件的运动轨迹和
速度曲线，以确定被控件是否能够按照要求进行精确的运动。
如果发现机
构存在问题，可以通过调整凸轮轴的几何形状或修改运动关系来进行优化。
除了CAD软件，还可以使用专业的凸轮机构仿真软件来进行虚拟设计
和运动仿真。
这些软件通常具有更强大的仿真功能，可以提供更准确的分
析和评估结果。
通过使用这些软件，可以更好地理解和优化凸轮机构的运
动特性，并减少实际试验的次数和费用。
总之，凸轮机构的虚拟设计与运动仿真可以通过CAD软件或专业仿真
软件来实现。
通过这种方法，可以在设计早期阶段对机构进行分析和优化，从而减少实验和测试的时间和成本，提高设计效率。
基于MATLAB的凸轮机构运动分析与动画模拟
在 Ｍ ＴＡ Ａ Ｌ Ｂ中 ．用 户可采 用 两种 方 法来 制 作动 画 ： 一种是 先 将 制作 的 图 片存储 起 来 ， 后 然 按照播 放 电影 的方 式将 它们按顺 序播 放 出来 （ 称
电影 动 画） ：另一 种是连 续 不断地 擦除并 重 画 图
ｌ３ ３
基Байду номын сангаас孑 ＭＡ Ｌ Ｔ ＡＢ硇 凸轮相构 运动 分 析 与 动 画 模 拟
罗世 民 杨 春辉
（ 华东交通大学 汀两 南昌 ３０ １ ） ３０ ３
摘
要 ： 文 以对 心 滚 子直 动从 动件 盘 形 凸轮 机 构 为 实例 ， 用 ＭＡ Ａ ７１ 件 强 大 的科 学 计 算和 绘 图 本 利 ＴＬ Ｂ ． 软
功 能 ． 发 了凸轮 机 构 的运 动 分 析和 动 画 仿 真 系统 。 开 关键 词 ： 构 ； 动 分 析 ； 画模 拟 ； Ｔ Ａ 机 运 动 ＭＡ Ｌ Ｂ
中图分类号 ： Ｈ１２２ Ｔ １．
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ：０ ８ ７ ５ （０７ ０ 一 １ ３ Ｏ １０ — ３ ４ ２０ ）６ Ｏ ３一 ３
形 中的更新对 象 。 得每 次重 画过 程都 是连 续 的 使 （ 称实 时动 画） 对 凸轮机 构的动画 可采用实 时动 。
画 。先 根据 实际轮 廓线方 程计算 出初 始 图形 ， 然
后用 ＭＡ Ｌ Ｂ的矩 阵旋 转 功能 。连续 地 重 画更 ＴＡ 新 图形 。 凸轮匀 速转 动的 角速 度为 ｏ ｉａ 转 动 设 ｍｇ ， 周数 为 Ｉ １ ．可采用 实 时动画 的方 法编 写 ｃｍ ｖ ａ ｍｏｅ （，， ｅａ ｍｉ ，） 函数 文件 ， ｒ ｔｄ ｔ， ｇ ｎ ． ｒ ｏ ａ ｍ 并在 此 函数 文件 中调用 位移 线图 函数文 件 。 将其存 入 ＭＡ Ｌ Ｂ 并 ＴＡ
五自由度机械臂运动和控制仿真分析
五自由度机械臂运动和控制仿真分析五自由度机械臂是一种能够在三维空间中进行精确运动和控制的机械设备。
它由五个连接在一起的关节组成，每个关节都可以独立地进行运动，从而实现各种姿态和位置的控制。
在机械臂的运动和控制中，仿真分析起着重要的作用。
通过仿真分析，可以通过计算和模拟来研究机械臂的运动学和动力学特性，以及其控制系统的稳定性和精确性。
首先，我们来讨论机械臂的五个自由度。
这五个自由度分别是基座旋转、第一关节旋转、第二关节旋转、第三关节旋转和末端执行器的平移。
通过控制这五个自由度的运动，机械臂可以实现在三维空间中任意姿态和位置的控制。
在运动学分析中，我们需要计算机械臂的正逆运动学。
正运动学用于根据关节角度计算末端执行器的位置和姿态，而逆运动学则用于根据末端执行器的目标位置和姿态计算关节角度。
通过正逆运动学分析，我们可以确定机械臂关节的运动范围，以及实现特定位置和姿态的方法。
在动力学分析中，我们需要研究机械臂的惯性、力矩和加速度等特性。
这些特性决定了机械臂在运动和受力时的稳定性和精确性。
通过动力学分析，我们可以确定机械臂所需的驱动力矩和控制策略，以实现预定的运动轨迹和姿态。
在控制系统方面，我们需要设计和实现适应机械臂运动和控制的控制算法。
这些算法可以基于传感器反馈信息来调整关节的运动，以实现精确的位置和姿态控制。
通过仿真分析，我们可以评估不同控制算法的性能和稳定性，从而选择最合适的控制策略。
为了进行仿真分析，我们可以使用计算机辅助设计和仿真软件。
这些软件可以提供强大的建模和仿真功能，使我们能够快速而准确地模拟机械臂的运动和控制过程。
通过仿真分析，我们可以预测机械臂在特定任务中的性能和表现，从而指导实际应用中的设计和控制。
综上所述，五自由度机械臂的运动和控制仿真分析是了解和优化机械臂工作性能的关键。
通过正逆运动学、动力学和控制仿真分析，我们可以研究机械臂的运动特性、控制策略和性能指标，从而实现更精确、高效的机械臂应用。
五自由度机械臂运动和控制仿真分析
五自由度机械臂运动和控制仿真分析随着工业自动化的快速发展，机器人技术得到了广泛的应用。
其中，五自由度机械臂作为机器人重要的一种形式，在工业制造、医疗康复、航空航天等领域得到了广泛的应用。
因此，对五自由度机械臂的运动和控制进行仿真分析具有重要的意义。
本文将围绕五自由度机械臂运动和控制仿真分析展开讨论，旨在深入探讨五自由度机械臂的运动学、动力学和控制理论等方面的知识，为实际应用提供指导和参考。
五自由度机械臂是指具有五个自由度的机械臂，它在三维空间中能够实现全方位的运动。
由于五自由度机械臂具有较高的灵活性和适应性，因此被广泛应用于各种领域。
例如，在工业制造领域，五自由度机械臂可以用于物体的抓取、搬运、装配等任务；在医疗康复领域，五自由度机械臂可以辅助病人进行肢体康复训练；在航空航天领域，五自由度机械臂可以用于空间物体的操作和维修。
五自由度机械臂的运动学分析主要是研究机械臂末端执行器在空间中的位置和姿态的变化规律。
通过对运动学方程的建立和求解，可以得出机械臂末端执行器的位置和姿态与各关节变量的关系，为机械臂的运动控制提供基础。
五自由度机械臂的动力学分析也是非常重要的，它主要是研究机械臂在运动过程中受到的力和扭矩的变化规律。
通过动力学方程的建立和求解，可以得出机械臂在运动过程中所需要的力和扭矩，为机械臂的运动控制提供依据。
为了对五自由度机械臂的运动和控制进行仿真分析，常用的仿真软件包括Adams、Simulink、Unity等。
利用这些仿真软件，可以建立五自由度机械臂的模型，并进行运动学、动力学和控制等方面的仿真。
通过仿真分析，可以得出机械臂的运动轨迹、速度、加速度等运动特性，以及机械臂在运动过程中所受到的力和扭矩等动力学特性。
同时，还可以对机械臂的控制算法进行验证和优化，为实际应用提供指导和支持。
根据仿真结果，可以得出五自由度机械臂运动和控制的一些特点。
例如，在运动学方面，五自由度机械臂具有较高的灵活性和适应性，可以实现在三维空间中的全方位运动。
五自由度机械手运动性能及动力学分析与仿真要点
五自由度机械手运动性能及动力学分析与仿真机器人技术是新兴的跨学科综合性高新技术,是多个学科知识的综合与交叉。
移动机械手的运动学和动力学问题一直是机器人学的一个重要分支。
随着我国石化工业的发展,各类化学反应容器和输送管道的泄漏检测与维修已经成为石化工业亟待解决的关键技术。
由于泄漏化学品的危害性,具有自主能力的移动机械手便成为代替、辅助人类完成高度危险性修补作业的最佳选择。
同时,移动机械手在拆卸易爆、易燃物品,以及防爆、反恐等社会公共安全和军事方面也具有广泛的应用前景。
本文在国家863项目“极限环境下面向危险品检测的多感官机器人系统”(2006AA04Z221)的支持下,以Hebut-Ⅱ型移动机械手为研究对象,对五自由度机械手的工作空间和奇异性进行了分析和研究,并对机械手的动力学问题进行了研究和仿真,主要研究内容如下:1.介绍了移动机械手在国内外的研究现状以及机器人仿真技术的情况,利用三维建模技术,通过UG软件建立了五自由度机械手的三维实体模型,然后导入ADAMS中建立了该机械手的虚拟样机,为机械手的动力学仿真奠定了基础。
2.推导了五自由度机械手关节的雅可比矩阵,并在Matlab软件中对各个关节的奇异位形进行了计算和仿真;采用数值解法中的蒙特卡罗方法,根据关节变量与工作空间的对应关系,利用随机数产生尽可能多的关节变量组合,通过机器人正向运动学方程求解机械手末端点的集合,得到机械手可达工作空间,并借助Matlab仿真软件对其工作空间进行仿真。
3.采用基于能量的Lagrange动力学方法建立了五自由度机械手动力学模型,并在此基础之上,利用在ADAMS中建立的虚拟样机对机械手进行了动力学仿真,得出了各关节转角和关节力矩、角速度和角加速度的关系曲线,分析了末端机械手速度对各关节力矩、角速度和角加速度的影响。
毕业论文-凸轮机构建摸,受力分析和运动仿真与分析研究
摘要凸轮是一具有曲面轮廓的构件，一般多为原动件（有时为机架）；当凸轮为原动件时，通常作等速连续转动或移动，而从动件则按预期输出特性要求作连续或间隙的往复运动、移动或平面复杂运动。
本文主要介绍凸轮的大体概念与凸轮廓线的设计计算，以及后期使用Pro/E软件仿真其廓线。
凸轮轮廓曲线是凸轮机构设计的关键，常用的设计方法有解析法和图解法。
本文将对这两这种方法进行大致分析与应用设计，利用Pro/E软件绘制凸轮机构实体模型，并用Pro/E软件自带的Pro/MECHANICA Motion插件设计凸轮机构运动模型，进行机构运动学仿真分析，可以较准确掌握机械产品零部件的位移、速度和加速度等动力学参数，进而可分析机构动作的可靠性。
主要技术要求为：熟悉凸轮设计基本原理及相关理论计算；凸轮机构运动仿真及受力分析；指定内容的翻译和Pro/E软件的熟练应用。
本文将重点研究凸轮机构建摸，受力分析和运动仿真与分析。
通过理论上的计算和研究，结合图解以及解析的方法，算出凸轮廓线的大致数据，用Pro/E软件将其绘制出，进行运动仿真，记录和研究其位移、速度和加速度等动力参数，最后分析出机构动作的可靠性。
使以后工作中，可以更准确掌握机械产品零部件的动力方面个参数，减少事故的发生，降低设计的难度。
关键词：凸轮；廓线设计；Pro/E；三维造型；仿真。
AbstractCam is a component with a surface profile is generally more dynamic pieces of the original (sometimes for the rack), when the cam piece to its original form, it is usually in a row for the constant rotation or move, and the follower output characteristics according to the requirements expected for continuous or reciprocating motion of the space, move, or the complexity of sports plane. This paper mainly introduces the general concept of the cam and cam profile design and calculation, and the latter the use of Pro / E software simulation of its profile.Cam cam curve design is the key to the design of methods commonly used analytical method and graphical method. In this paper, two such methods will be more or less analysis and application design, use of Pro/E software cam solid model rendering, and Pro / E software comes with the Pro/MECHANICA Motion cam plug design movement model, the kinematics Simulation can b a more accurate knowledge of machinery parts and components of displacement, velocity and acceleration, such as kinetic parameters, which can analyze the reliability of body movement.The main technical requirements are:familiar with the basic principles of cam design and related theoretical calculation; cam mechanism motion simulation and stress analysis; specify the contents of the translation and Pro/e application software proficiency.This article will focus on cam modeling, stress analysis and motion simulation and analysis. Through theoretical calculations and research, combined with graphical and analytical methods, calculate the approximate convex contour data, using Pro/E software to draw, simulation exercise, record and study the displacement, velocity and acceleration and other dynamic parameters, Finally, the reliability of the agency action. So after work, can be more accurate machinery parts and components of the dynamic parameters, to reduce accidents, reduce the difficulty of design.Keywords:Cam, Profile Design ,Pro/E, Three-dimensional shape,Simulation.目录1绪论 (1)1.1选题意义 (1)1.2 仿真技术的发展 (3)1.3 Pro/Engineer在机械制造中的应用 (5)1.3.1 Pro/Engineer软件介绍 (5)1.3.2Pro/E在我国机械行业中的应用 (8)2凸轮轮廓线的设计 (10)2.1绪论 (10)2.2 凸轮机构的分类 (11)2.2.1 按两活动构件之间的相对运动特性分类 (11)2.2.2 按从动件运动副元素形状分类 (11)2.2.3 按凸轮高副的锁合方式分类 (11)2.3从动件运动规律 (12)2.3.1 基本运动规律 (12)2.4 凸轮轮廓线的设计 (14)2.4.1凸轮轮廓曲线的计算 (14)2.5凸轮机构基本尺寸的确定 (17)2.5.1凸轮机构的压力角及许用值 (17)2.6.2凸轮理论轮廓的外凸部分。
凸轮机构动力学
2
二、动力学模型的简化
等效单自由度动力学模型是这样一个模型：
1）其固有频率等于原系统的第一阶固有频率 2）等效单自由度动力学模型的刚度等于系统的等效刚度ke,例如上例中 的串联系统，等效刚度可用下式计算：
1 1 1 1 ' ' ' ' '' ke k1 k 2 k3
3）等效当自由度动力学模型的质量可如下导出： 固有频率为：
Yr'' (T ) 4
( 1)
2
sin cos[ (2T 1)]
Y '' (2 ) 2 Y (2 ) 2 S
摆线运动规律的弹性动力分析
摆线运动规律的无因次位移表达式
1 S T sin 2T 2 1 Y (2 ) Y (2 ) (T sin 2T ) 2 此微分方程的解为
sin 2T C2 cos 2T (T sin 2T ) 2 2 1
''
1
2
( sin 2T sin 2T )
在升程阶段
0 t th或0 T 1 系统在位移S (T )的作用下作受迫振动， 为主振阶段。 当t t h或T 1,升程结束，激励 )消失，但振动未必消失 S(T 振动方程应改写为 r kyr 0 my 即Y (2 ) Yr 0
e
等效质量为：
ke 1 me
me
12
ke
凸轮机构的弹性动力分析
m k (s y) ks y Fp G y
简化为
m ky ks y
上式为分析从动件理论位移 引起的动力学响应的弹性动 力分析方程
工程类章凸轮机构及其设计
动力学模型：建立凸轮机构的动力学模型，分析其运动规律和受力情况。 动态响应：研究凸轮机构的动态响应，包括位移、速度和加速度等参数。 稳定性分析：分析凸轮机构的稳定性，研究其在不同工况下的运动性能。
优化设计：基于动力学特性分析，对凸轮机构进行优化设计，提高其运动性能和稳定性。
优化目标：提高 凸轮机构的动态 性能和稳定性
凸轮机构的工作原理是，凸轮通过与从动件的接触，使从动件按照预定规律实现往复运 动或摆动。
根据不同的应用需求，可以选择不同类型的凸轮机构，如尖顶凸轮、滚子凸轮、平底凸 轮等。
凸轮机构是一种常见的机械传动机构，由凸轮、从动件和机架组成。 凸轮机构通过凸轮的旋转运动，使从动件按照预定的规律进行往复直线运动或摆动。 凸轮机构的运动特性取决于凸轮的轮廓形状和从动件的位移曲线。 凸轮机构广泛应用于各种机械传动系统，如内燃机、压缩机、印刷机等。
自动化制造
汽车工业
添加标题
添加标题
机器人技术
添加标题
添加标题
航空航天
按形状分类：盘 形凸轮、圆柱凸 轮、圆锥凸轮等
按从动件类型分 类：尖顶从动件、 滚子从动件和平 底从动件等
按运动规律分类： 等速运动、等加 速等减速运动、 余弦加速度运动 和正弦加速度运 动等
按锁合方式分类： 力锁合和形锁合 等
工程类章凸轮机构及 其设计
汇报人：XX
目录
添加目录标题
凸轮机构概述
凸轮机构设计基础
凸轮机构设计方法
凸轮机构动力学分 析
凸轮机构应用实例
添加章节标题
凸轮机构概述
凸轮机构是一种常见的机械机构，由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成。
凸轮机构能够实现精确的定位和复杂的运动轨迹，因此在自动化、机器人、汽车等领域 得到广泛应用。