曲柄摇杆机构的动力学仿真

马乐

摘 要：曲柄摇杆机构在平面四杆机构中占重要地位，本文采用Matlab编制程序进行优化，对其进行运动学仿真分析，验证其性能。创建机构的几何模型，采用Adams和SolidWorks对机构的几何模型进行动力学方面的初步仿真。对从动件摇杆的位姿等动力参数进行简单的分析。

关键词：运动学仿真;位姿;几何模型

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.16.217

现有的对曲柄摇杆机构的优化，大多是将基础优化和动力学独立处理。本论文将基于MATLAB的对曲柄摇杆机构的基础优化与动力学分析，使用Adams和SolidWorks对机构的几何模型进行动力学方面的初步仿真。从而提升并验证二维曲柄摇杆机构的综合机能。

1 数学模型的建立

一曲柄摇杆机构，曲柄杆长参数定为1，机架杆长参数定为6，要求为：曲柄从运转到时（即），摇杆的位置角变化再现最佳的已知運动规律：

已知杆件长度：曲柄，机架，为极位角，规定传动角在：

运行编制的MATLAB程序后，得到输出结果：

连杆及摇杆杆长参数。

摇杆已知运动规律与实际运动规律最小差值。

2 曲柄摇杆机构的动力仿真分析

（1）建立模型。按照前文机构整体优化后得到的各构件尺寸参数，各杆件尺寸定为，曲柄的角速度设定为。

打开Adams/View，按照前文计算得到的各个杆件尺寸建立机构几何模型，利用某一时刻机构存在的特殊位姿来定位机构各个杆件，本文选择曲柄右与机架共线的位置。界面见图2-1所示。

利用余弦定理来求解夹角，确定连架杆与机架所成锐角大小为，建立机架，然后依次建立摇杆、曲柄、连架杆。

（2）添加约束。四个构件，两两之间添加回转副约束即可。

在曲柄摇杆机构中机架默认是固定的，在机架（frame）和工作区域构建固定约束。

（3）为曲柄添加驱动。二维曲柄摇杆机构中，生成数字仿真模型时需要为原动件——曲柄添加驱动。

（4）仿真。应用Simulation完成仿真。在【end time】参数框中输入12，在【steps】参数框中输入100。为防止机构仿真时出现崩溃error，在仿真前，先完成静态Verify，再进行仿真计算。

（5）获得摇杆的运动特性数据。本文对摇杆的运动特性进行研究分析。获取相关数据图表如图2-2至2-5所示。

使用Adams/Post Processor，用户可以对仿真得到的数据曲线图表进行更细致的分析比较处理，如图2-6所示。

以图2-6所示，即为后处理模块对摇杆的Angular Momentum的后处理演示图。

3 总结

本文用Adams/view 2017建立二维曲柄摇杆机构的动力学模型，并进行动力学仿真计算，机构运行较为稳定流畅。针对该机构中的摇杆的运动特性进行一系列的测量【measure】，得到相关数据曲线的图表，并进行了后处理的演示。

山东省教育厅项目：J17KB033; 2018山东省农机装备研发创新计划项目：2018YF013

通讯作者：孟维云