北航机械原理大作业

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机械原理课程虚拟样机仿真实验报告

题目：基于ADAMS的牛头刨床机构

运动学分析

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2013年6月1日

基于ADAMS的牛头刨床机构的运动学分析

北京航空航天大学能源与动力工程学院

摘要

本文主要针对两种不同的牛头刨床机构，理论分析了两种机构运动过程的两个极限位置及各输出构件的位置、速度和加速度的变化规律；具体分析了牛头刨床的机构级数；并利用ADAMS软件对机构进行了建模仿真，得到了各输出构件的加速度、速度和压力角的变化曲线；最后还从加速度、速度及压力角等三方面对于两种牛头刨床机构的优略性进行了分析。

关键词：ADAMS；牛头刨床；运动学分析.

目录

1.题目要求 (6)

2.对于图1的基本参数的分析 (7)

2.1机构运动中极限位置 (7)

2.2机构运动过程 (7)

2.3机构运动中各项参数的变化 (8)

2.4机构运动的级数分析 (8)

3.对于图2的基本参数的分析 (9)

3.1机构运动中极限位置 (9)

3.2机构运动过程 (10)

3.3机构运动中各项参数的变化 (10)

4. 对图1的ADAMS软件仿真模型建立及结果分析 (11)

4.1仿真模型的建立 (11)

4.2仿真结果分析 (11)

5. 对图2的ADAMS软件仿真模型建立及结果分析 (12)

5.1仿真模型的建立 (12)

5.2仿真结果分析 (13)

5. 图1与图2机构的差别 (14)

6. 结束语 (15)

1.题目要求

图1所示为一种常用的牛头刨床机构。从机构组成的观点来看，它属于几级机构，与图2中的机构有何区别？其中，标记蓝色箭头的杆件为主动件，上端的滑块为执行构件。

图1 牛头刨床机构

图2 牛头刨床机构

2.对于图1的基本参数的分析

我们可以看到，从题目中给出了两种牛头刨床机构的机构设计，首先先对与图1设计方案中机构运动中极限位置、运动过程及各项参数的变化等方面进行分析。

2.1机构运动中极限位置

对图1的机构分析可知，其运动过程中有两个极限位置。

上面左右两图分别表示的是机构中车刀到达最右边和到达最左边两种情况下的机构示意图。从上图可清楚的看到，当杆①与杆②相互垂直时，且杆②和杆③共线是，机构分别到达两个边界位置。

2.2机构运动过程

这一种机构杆件及滑块的数量较少，结构较简单，运动过程及各项运动参数易分析计算。

由上面对于机构运动极限位置的可以看出：杆①为曲柄，可以进行周转运动；与杆①用转动铰链连接的移动滑块①可在杆②上滑动；杆②为摇杆，可在两极限位置之间摇摆；与杆②用转动铰链连接的移动滑块②可在水平方向上滑车刀到达最左边 车刀到杆

杆②

滑块

滑块②

车刀到达最左边

杆

动；杆①为主动杆，带动滑块①绕杆①的固定点做圆周运动，带动杆②摆动，进而使滑块②在水平方向上移动，达到车削的要求。

2.3机构运动中各项参数的变化

分析完构件运动中的极限状态及运动的简单过程，接下来对于构件运动的某一时刻的一些具体参数具体分析。

下图所示为机构运动到任意时刻的状态图。

如上图，滑块②正在做从右至左的水平运动。（α为滑块②运动过程中的压力角，V 为其该时刻运动的速度）。在滑块②从右至左做水平运动的过程中，主动杆杆①在逆时针运动，带动杆②向左摆动，进而驱使滑块②从右至左做水平运动。滑块②受到来自杆②，方向为沿杆②的方向。滑块②的运动速度方向沿水平方向向左。随着机构的运动，压力角逐渐减小，速度增大。

2.4机构运动的级数分析

将机构拆成几个基本杆组： v

机构运动到的某一时刻

杆① 杆② 滑块①

滑块② α

= +

由图中所示可得，原构件可以拆分为两部分：一部分为原动件，其中包括一根杆和，包含一个转动副，在杆上作用有主动力矩，是一个Ⅱ级杆组；另一部分由其他从动件组成，其中包括两根杆和两个滑块，并包含四个转动副和两个移动副，是一个Ⅲ级杆组。

机构的级别以组成机构的基本杆组的最高级别命名。机构中包含一个Ⅱ级杆组和一个Ⅲ级杆组。因为Ⅲ级杆组的级别比Ⅱ级杆组的级别要高，所以机构的级别为Ⅲ级。

3.对于图2的基本参数的分析

对与图1设计方案中机构运动中极限位置、运动过程及各项参数的变化等方面进行分析。

3.1机构运动中极限位置

与图1相比，图2只有一根杆改变了。对图2的机构分析可知，其运动过程中也有两个极限位置。

3.2机构运动过程

这一种机构杆件及滑块的数量较少，结构较简单，运动过程及各项运动参数易分析计算。运动过程与图1类似。

3.3机构运动中各项参数的变化

分析完构件运动中的极限状态及运动的简单过程，接下来对于构件运动的某一时刻的一些具体参数具体分析。

下图所示为机构运动到任意时刻的状态图。 滑块②

滑块② 车刀到达最右边 杆① 杆② 滑块① 车刀到达最左边 杆①

杆②

滑块① v

机构运动到的某一时刻 杆①

杆②

滑块① 滑块②

α

在滑块②从右至左做水平运动的过程中，主动杆杆①在逆时针运动，带动杆②向左摆动，进而驱使滑块②从右至左做水平运动。滑块②受到来自杆②，方向为沿杆②的方向。滑块②的运动速度方向沿水平方向向左。随着机构的运动，压力角逐渐减小，速度增大。

4. 对图1的ADAMS软件仿真模型建立及结果分析

4.1仿真模型的建立

按图1所示结构建立ADAMS模型：

（绿色杆为杆①，黄色杆为杆②，灰色杆为杆③，红色物块为滑块①，粉丝杆为滑块②）

ADAMS机构模型图

4.2仿真结果分析

利用ADAMS软件构建上面个机构模型，并通过仿真模型得到滑块②的运动速度、加速度及压力角。