基于ADAMS軟件對牛頭刨床導桿機構的建模與仿真分析專業：機械設計制造及其自動化答辯人：史寶周指導老師：敬志臣基于ADAMS對牛頭刨床導桿機構的建模與仿真分析1.背景2.牛頭刨床的理論分析3.牛頭刨床執行機構的三維建模4.牛頭刨床的運動學分析5.牛頭刨床運動學建模、仿真及結果后處理6.動力學分析7.優化設計8.結論9.本次設計分析的工作展望主要內容背景1.隨著工業技術的發展，“中國制造2025”的提出與“工業4.0”時代的到來，可見制造業技術的創新、研發顯得尤為重要。而評價一個國家制造業的高低，取決于工作母機的加工質量。恰好，刨床因其結構簡單，造價低廉，其加工平面效率很高，一直在制造業中被廣泛應用，所以對其創新、優化勢在必行。2.虛擬樣機技術是一種嶄新的產品研發、設計技術。能夠模擬產品在真實環境下各種運動學和動力學特性，并根據仿真結果優化產品的設計方案，避免傳統設計中物理樣機的反復制造、修改過程，大大縮短開發周期，降低研發成本，提高了面向客戶與市場的需求能力。ADAMS軟件與其它建模軟件聯合運用顯得更加重要。牛頭刨床的理論分析Loremipsumdolorsitamet,consecteturadipisicingelit,seddoeiusmodtemporincididuntutlaboreetdoloremagnaaliqua.Utenimadminimveniam,quisnostrudexercitationullamcolaborisnisiutaliquipexeacommodoconsequat.1.工作原理：當主動件曲柄2勻速轉動時，搖桿4左右擺動，帶動刨刀6沿著固定的軌跡運動，實現回轉運動轉化為直線往復運動的功能。2.牛頭刨床機構具有急回特性，即刨刀在切削工作行程中速度較慢，且要求平穩，切削完成后快速空載返回到原來位置。為確定其平穩性是否滿足要求，就必須對其進行仿真分析。牛頭刨床實體機構的三維建模

利用croe軟件的虛擬裝配功能對牛頭刨床進行實體建模，按照一定順序將其安裝，使其表現更為直觀。牛頭刨床傳動機構的實體建模牛頭刨床總裝實體圖

通過對牛頭刨床導桿機構的簡化，運用適量解析法對其進行運動學分析，下面為運動簡圖。本文主要對牛頭刨床六桿機構刨頭E點的位移、速度、加速度進行分析。牛頭刨床的運動學分析位移分析：先建立一直角坐標系，C點為坐標原點，并標出各桿矢量及其方位角，各構件構成矢量封閉形，機構各矢量構成兩個適量封閉方程為：速度分析：由以上兩式對時間求導得速度關系式，寫成矩陣形式如下：加速度分析：對速度關系式求時間的導數即得加速度關系式，如下：牛頭刨床運動學建模、仿真及結果后理機構的建模模型參數的定義施加約束添加驅動或力結果仿真和后處理分析曲柄搖桿機構建模虛擬樣機如左圖所示.仿真基本流程：添加驅動或力結果仿真和后處理分析機構的仿真

輸入仿真時長為6s，仿真步長為200步，則機構完成一個周期的運動。牛頭刨床傳動機構的實體模型仿真牛頭刨床總裝實體模型仿真仿真的分析及結果后處理從仿真結果可知：刨頭E的行程為500mm，滿足工作行程。刨頭E在工作行程（0-3.5s）內速度和加速度波動較小，在空行程（3.5-6s）內速度和加速度波動較大，這就保證了刨頭E在工作行程時有較均勻的切削速度，在空行程時有急回運動特性。從仿真結果可以看出牛頭刨床按照設計預訂的軌跡運動，沒有卡死現象，運動性能良好。123動力學分析根據構件上所有外力在x軸上的投影的代數和為零，構件上所有外力在y軸上的投影的代數和為零以及構件上所有外力對其質心的力矩的代數和為零，對各構件受力分析及平衡方程如下：對構建1有：對構建2有：對構建3有：對構4有：對構建5有：將上述各構件的平衡方程式，整理成以運動副反力和平衡力距為未知量的線性方程組，并寫成矩陣形式，（其中式中：C為系數矩陣；為未知力矩陣；D為已知力矩陣）即，動力學建模與仿真

按已知條件分別設置曲柄1，滑塊2.擺動桿3，連桿4和刨頭5的質量和轉動慣量，并對刨頭5設置阻力，完成動力學仿真設置。動力學仿真及結果后處理如下：運動副A處的約束反力運動副A處的平衡力距刨頭5所受阻力刨頭5所受的垂直反力從圖可以看出：(1).牛頭刨床刨頭在工作進程中，機構在x（水平）方向的受力明顯比y（垂直）方向要平滑些，且力的方向莫有變化，而y（垂直）方向的受力卻出現了較大的變化。因此可以得出：y（垂直）方向的受力主要是由于機器振動而引起。(2).牛頭刨床刨頭在工作進程中，平衡力矩變化較平緩，而空行程時變化較大，符合實際要求，故仿真是正確的。牛頭刨床的最優設計

已知刨床的行程速比系數K、曲柄、機構的行程H和刨頭切削區域h。希望：①在切削區域h內機構的最大壓力角最小；②結構緊湊，且有小的滑距S和小的推桿。牛頭刨床幾何尺寸關系:導桿:機構極位夾角:機構行程速比系數K:機構壓力角及函數關系:導桿在

處的壓力角：導桿在

處的壓力角：導桿在

處的壓力角：偏距：本設計以滿足機構運動性能為前提，令機構最小傳動角等于已知許用傳動角[γ]，追求機構工作效率最高、機構行程速比系數K最大為尋優目標函數。由機構幾何關系知，當e?x最小時，機構行程速比系數K最大，則以機構行程速比系數K最大建立尋優目標函數為：當已知機構允許的最小許用傳動角[γ]、行程H,連桿時,要使機構最小傳動角呈最大,必然有:聯立各式有：另外刨頭滑桿位置下移量x需要有:同時需要有：最優化數學模型的建立:（1）通過ADAMS軟件對機構的運動仿真輸出的圖像可以看出：牛頭刨床滑枕的行程長度滿足要求，工作行程時時間長、速度慢、較平穩，加速度值較小；回程時速度快、加速度較大，滿足行程速比要求。

（2）運用作圖法分析牛頭刨床執行機構的運動狀況，特別是加上從機構的協調運動時，過程復雜繁瑣，且準確率低，不直觀，從以上分析可知，運用ADAMS軟件進行運動仿真，具有很大的優越性，不僅可以直觀地看清楚機構的造型和裝配關系，而且使整個仿真過程更精確，更直觀，可視化程度高。

（3）在Croe2.0裝配環境下，可以對組件進行直觀的干涉檢驗，可以幫助設計人員及時查漏，提高了工作效率，節省了大量的人力物力。

（4）根據運動仿真輸出的圖像和數據，方便設計人員對牛頭刨床機構運動進行優化設計，使其快速高效地設計出理想的機構。

結論本次設計分析的工作展望1.本次設計牛頭刨床的工作臺只能實現前后移動，未能實現上下移動，還缺少一個錐齒輪傳動裝置；2.牛頭刨床執行機構主從運動的協調運動的連接是通過齒輪連接實現的，其存在不少誤差，運行精度不高，改善建議：使用凸輪機構來實現3.在使用Croe2.0和ADAMS軟件進行裝配和仿真時發現，雖然此款軟件在數據庫，和參數化設計等方面具有無與倫比的優勢，但它并不是萬能。要想出色的設計出符合要求的、完美的機構，還需和其他軟件配合，這樣取長補短，優勢互補，才能發揮其設計的功能。4.基于ADAMS對牛頭刨床的建模與仿真分析只做了一種情況下運動學與動力學仿真分析，應該仿真多種情況，并加以對比。5.本次設計運用Croe2.0和ADAMS軟件中的仿真模塊，只是仿真了牛頭刨床執行機構的運動學分析，機構中的重力、摩擦力等都沒有考慮進去。要想精確的分析出機構的動力學結構，還需要和專門的有限元軟件結合使用并進一步分析研究。基于ADAMS虛擬樣機技術的展望

虛擬樣機技術的出現，改變了傳動的設計方式，采用信息技術、數字技術進行設計。能夠在計算機上實現：設計——實驗——設計的反復過程。大大降低研發周期和研發成本，同時也推動著制造業領域的數字化、信息化、智能化。目前，ADAMS軟件很好的實現著仿真功能，方便的改