哈工程机械动力学大作业

1、机械动力学大作业含弹性摆杆的较链四杆机构动力学仿真学 号：院系名称：机电工程学院专业：机械工程学生姓名：本次进行设计和分析的对象为平面钱链四杆机构，在adams的 环境下，通过对四杆机构进行建模以及运动仿真， 绘制出摆杆的相关 曲线图。为了形成有效的对比，先建立含有刚性摆杆的四杆机构，进 行运动仿真，绘制出摆杆的相关曲线。再建立含有柔性摆杆的钱链四 杆机构，所有参数设置均和刚性摆杆一样。 考虑到弹性摇杆可能发生 较大的形变，不利于观测，绘制摇杆运动曲线时选择摇杆的质心作为 参考点。在adams中主要有三种方法创建柔性构件，第一种是将刚性构 件离散化后采用柔性梁连接；第二种是直接将刚体替换为柔性

2、体； 第 三种是运用有限元分析的方法建立柔性构件。 本次建模，主要采用前 两种方法建立柔性摆杆。运用有限元建立柔性构件，等以后再进行深 入研究。同时两种方法建立的柔性杆可以形成对比。通过本次设计，主要学习了 adams软件建模以及运动仿真、图 形处理、刚柔混合建模的操作方法，对自己也是一个很大锻炼和提升。 设计的为平面曲柄摇杆机构。相关参数如：曲柄长 l=200mm,宽 w=60mm,高 d=30mm;连杆长 l=427mm,宽 w=30mm,高 d=20mm;摇杆长 l=403mm,宽 w=40mm,高 d=20mm;机架长 l=600mm,宽 w=40mm,高 d=20mm;曲柄角速度为

3、40deg/sec经过验证，最短杆长度加上最长杆长度小于中间两根杆的 长度之和，满足曲柄存在的条件，且最长杆为机架，故为曲柄摇杆机 构。、建模过程1、建立四个标记点，这四个点依次连接就可以确定一个钱链四杆机构。2、建立四根杆的模型3、在杆件之间添加转动副4、选择最长杆为机架弁固定5、给曲柄添加驱动，使曲柄角速度为40deg/seg6、使模型的显示方式为实体显示7、进行运动仿真，主要通过时间和步长来控制仿真运动的快慢。8、载入动画，进行图像处理，绘制曲线图gangxmgbaiganzhixmweiyigangxingbaigantime (sec)2015-10*1012:16:51(ee) s

4、eus19、将刚性摇杆换成柔性的摇杆弁添加转动副和驱动柒 elenik,rkerneoink_eienn25 fles«jink_atlachiins-celenn15.cm 加仁由ewb'm 小仁用£印1 7 tm 随 ird 9.tm野野物ink attach f吧 e fjn二ergm4 cm -i fllormb.cnft.11、载入动画，进行图像处理，绘制曲线。12、将连杆改为柔性体，添加转动副，弁生成模型，进行运动仿 真。13、载入动画，生成曲线图。14、将摇杆换成弹性体，生成模型，进行运动仿真。15、载入动画，进行图像处理，生成数据。、运动学及动力学分

5、析图1刚性摆杆质心位移585.00540.00'495.00450.00405.00gangxingbaiganzhixinweiyi:=art 5.cm posilion.x.part 5.cm fosilion.v=art_5.cm fmilion.z.fart 5 后 m fo5ilion.majfl315.00270.00225.00180 00 m135.0090 0045 000.00-00gangxingbaigan100time (sec)15.020.02015-10-10 12:16:51图2柔性摆杆质心位移rouxingbaiganzhixinweiyi(ee)

6、seuo,630.00 -600.00 -570.00 -540.00510.00460.00 -450.00 =420.00 ;390.00 -360.00 -330.00300.00270.00 -240.00 ;210.00 ;1b0.00-150.00120.0090.0060.0030.00 ;0.00-flex_tar*_elemi 3 cm_posjiion x 一- itex_lirft_elem13.cm_pd5jlion y - itex_linfc_elem13.cm jpusilion.z 一他匚knlcelrmlj.cm 二 f 口勺 lion.ma心5.010.01

7、5.020025,030.00.0rouxingbaigantime (sec)2015-10-10 14:50:05图3柔性摆杆质心位移rouxingbaiganlzhixinweiyipart- - - - - - - - - - j ooooooo ooooooooooooooo qo.oo.o suo.o.。0.。00.。 1 09 87 65 4321q98765幺口210 6 65 55 55 55553 44 44 4 44 44 4(ee)jzo)ue,gangxingbaiganweiyicolumn 1:column 2:column 3:column 4:column 5

8、:time.part_5.cm_position.x.part_5.cm_position.y.part_5.cm_position.z.part_5.cm_position.magcolumn 1column 2column 3column 4column 50.0500.0175.05.1557e-o14529.74052.0409.527765.91885.1557e-o14414.7994.0409.037264.48435.1557e-o14414.0896.0464.2506148.98695.1557e-o14487.57128.0543.1388193.36965.1557e-

9、o14576.534110.0443.3365126.8135.1557e-o14461.1 16912.0403.904946.60185.1557e-o14406.584514.0424.717699.50415.1557e-o14436.217916.0527.0899187.90725.1557e-o14559.582718.0500.0175.05.1557e-o14529.740520.0409.527765.91885.1557e-o14414.799time (sec)2015-10-10 15:54:44rouxmgbaiganlrouxingbaiganzhixinweiy

10、icolumn 1:column 2:column 3:column 4:column 5:timeflexink_elem1 3.cm_.flex_link_elem1 3.cm_.flex_link_elem1 3.cm_.flex_link_elem1 3.cm_position.xposition.y position.z position.magcolumn 1column 2column 3column 4column 50.0500.0175.00.0529.74052.0410.025645.2436-3.7433e-o16412.51424.0422.759577.51-2.

11、8319e-o14429.80626.0500.3653175.04992.2868e-o14530.10188.0554.6469194.73283.2532e-o13587.838510.0440.057911 7.74524.oo89e-o15455.53812.041 1.06632.99512.3647e-o14412.388114.0449.4547129.16965.o725e-o15467.647616 0556 799195.33365.1o97e-o15590 068118.0499.9989174.9992-5.o72e-o15529.739220.0410.025645

12、.24361.2o52e-o14412.5142rouxingbsiganl zjiixinwoiyicolumn 1 1-timeooiumn 2二.f*art_7_flex.cm_f*osition.mogoolumn *1oolumn 20.0529.s1 852.041 5之6384.041 4 55876.0487. z 尸64s.o576.46371 0.0.4095i12.0407.08361 4.01 g.o.与 rd e.o520.s1 ©220.041 5.2638分析图1,图2,图3分析摆杆质心位置的变化曲线。刚性和柔性摆杆质心的初始位置 的x坐标均为500mm

13、, y坐标均为175mm, z坐标均为0,说明两 次运动过程起始位置一模一样，两个模型具有对比性。刚性摆杆和柔 性摆杆质心的位置均按类似余弦曲线变化， 说明摇杆在一定角度范围 内转动，与预期相符合。由图中观察和数据分析，周期 t大概为9s左右，从而验证了角 速度仍为40。其中刚性摆杆最低点y坐标大约为50mm左右，说明 摇杆没有运动到水平位置，最高点大约为 200mm左右，说明当曲柄 和连杆共线时，摇杆接近和机架垂直。柔性摆杆质心最低位置y坐标大约25mm,说明摇杆也没有运动到水平位置， 最高位置y坐标也 约为200mm,说明曲柄和连杆共线时，摇杆也能和机架接近垂直。 柔性摆杆最低点y坐标小于

14、刚性摆杆，可能是由于杆发生了弯曲变在任意时刻，柔性摆杆的 x坐标均大于刚性摆杆的，说明杆发 生弯曲了，使得x坐标增大。z坐标没有变化且为0,说明机构在 xy平面内运动，与预期相符合。由图还看出曲柄摇杆机构具有急回 特性。无论在什么方向上，摆杆质心的坐标始终为正，说明摆杆在xy平面的第一象限内运动，并且摆角不超过 180度。gangxingbaiganzhiixmsudugangxingbaigantime (sec)2015-10-10 12:16:51ocdtrtfee) alqo(r>图4刚性摆杆质心速度曲线rouxingbaigantinne (sec)2015-10-10 14:

15、50:05rouxingbaiganzhixinsudu100,00 j90.0080.00-70.00 -60.00"50.00 j40.0030 0020.00"10.00 j 0.00 10.00 :-20.00'-30.00-40.00-50.0060.00-70.00-00.00-90.00 1-0.03.06.0ele<n 13.cm_velocity.x etem13cm_velocitv y &lem13 cm2velqcity z9.012.015.018.021.0图5柔性摆杆质心速度曲线time (sec)rouxingbaiga

16、nzhixinsudu2015-10-10 15 54:44gngxingb3igansuducolumn 1 : column 之 column 3: column 4: column s:time.part_5.cm_velocity.x.part-s.cm-velocity.y.fart_5.cm_velocity.z：.part5.cm_velocity.magcolumn 1column 2column 3column 4column 50.0-57.4932-32.85331.o53e-o15©6.217©2,0-16.824-43.61 294.b146e-o

17、1551.441 a4.09.1 65127.1413-2.2257e-o15m.6476.056.925g51 b6784.o468e-o1577.01 1 gso-20.2893-5.9662-5.oo65e-o1521.148310.0-49.s337-©1 ,1s345.75o7e-o1 578.72b712.01 .35585.7052-5.6484e-o1 65.864114.024.477243.1 1 8-1 .q562e-o1549.681 216.052,1 ©2420,25122o964e-o1©55,963518.0-st.4932-32.

18、85331.0886e-o1 566.217920.0-16.s24-48.61 294.b773e-o1 551 .441brouxingbaiganzhixinsuducolumn 1:column 2:column 3:column 4:column 5:time.n k_elem 1 3.cm_.flex_link_elem1 3,cm_ ,flex_link_elem1 3,cm_ ,flex_link_elem1 3,cm_ velocity.x .velocity, y _velocity.z _velocity. magcolumn 1column 2column 3colum

19、n 4column 5口,00.00.00.00.02.0-1 1.6579-49.35813.6474e-o1350.71624.017.322851.12261.2549 巴=01353.97786.062.524836.5288-2.8925e-01372.41348.0-36.1713-6.45763.9282e-o1336.743210.0-48.7891-75.7851-1 o899e-o1290.131912.08.304927.17192.8468e-o1328.412714.037.761©51.10652.3356e-o1363.543816.035.21625.

20、54832.o2o8f-o1235.650618.0-64.bo5-36.97-8.6157e-01374.608820.0-1 1.6579-49.35814,4329e-01350,7162rolixingt>aigsn dhixinsljdljti me一/尺丁_7_flex_c3ivi_/elocity. msgoo31八2 052 47394qso7397 18.03 9762410.0了 8.55ob1.05.1 3331-4.048 935810,097. "i 71 418.0654999no.o524739分析图4,图5,图6分析摆杆质心速度变化曲线。在z方向

21、上，刚性杆和柔性杆质心 速度始终为0,可见机构在xy平面内运动。在x方向上，刚性杆质心初始速度为-57mm/s,而柔性杆在x方 向上速度为0,由此可以看出，对于刚性杆，任一点的速度都可以用 质心的速度来代替，而柔性杆则不可以。刚性杆运动时整个杆件同时 运动，而柔性杆则是由一部分带动另一部分类似于波的传播过程。从图8柔性摆杆质心x方向加速度图中看出，无论刚性还是弹性的摆杆，质心的速度均有正有负，说明 摇杆是往复摆动，符合实际。在y方向上，刚性摆杆质心初始速度为-33mm/s,而柔性杆初始速 度为0,也说明了刚性构件和弹性构件在运动时的不同。刚性摆杆质 心最低速度大于25mm/sec而柔性摆杆质心

22、最低速度小于 25mm/sec, 说明柔性摆杆由于弯曲变形，使得运动速度变得缓慢。刚性摆杆和柔 性摆杆质心的最大速度几乎相同，说明此时虽然柔性摆杆发生了弹性 形变，但是对速度的影响很低。刚性摆杆速度在最大值附近瞬间变化， 而柔性摆杆几乎是缓慢过渡。在 adams中，对刚性摆杆质心的位移 曲线对时间求导数可以得到质心的速度变化曲线， 和直接生成的质心 速度曲线一致。从中可以看出，速度的变化周期为9s,和预期相符合。而对柔性杆，由于是将构件离散化后采用柔性梁连接， 属于不连 续体，不能直接对质心的位移变化曲线求导来得到相应的速度曲线。虽然x,y方向速度有正有负，但是空间的速度始终为正。图7刚性摆杆

23、质心加速度曲线gangxmgbaiganzhixiqiasudu匚 oo4rojxingbaiganzhixinxfangxiangjiasudurouxingbaigantime (sec)2015-10-10 14:50:05图9柔性摆杆质心加速度匚。一芯型 9 口口<rouxingbaiganzhixinjuasudurouxingbaigantime (sec)2015-10-1015:54:44分析图7,图8,图9由图可以看出，刚性摆杆和柔性摆杆区别十分明显。 刚性摆杆呈 现明显的周期性，而柔性摆杆只在 x方向上有周期性。对于刚性摆 杆，加速度最小值为-50mm/s2,最大值为

24、60mm/s2。分析图9可知， 对于柔性摆杆，在刚启动瞬间，加速度有一个突变，之后几乎一直为 零，说明柔性体在y方向上几乎不受力。由图7和图8均可分析出，摇杆运动的周期为9s图10刚性摆杆质心角速度gangxingbaigan2hixinjiaosudugangxingbaigantime (sec)2015-10-10112:16:51(xjs®口) alpoa)>e-ncbll<图11柔性摆杆质心角速度rouxingganzhixinjiaosudurolixinggantime (seo)图12柔性摆杆质心角速度2015-10-10 14150 05rouxmgba

25、iganlzhixinjiaosudu30o 20.0.0 0.010.015.020.0time (sec)2015-10-10 15:54:445.0rouxingbaiganl分析角速度图10和图11说明，在绕x轴和绕y轴，摆杆的角速度都为0, 说明角速度为绕z轴施加。在绕z轴，角速度有正有负，说明摆杆 是往复摆动。绕z轴的角速度和摆杆在空间的角速度曲线在03秒内完全重合，说明绕z轴的角速度即为摆杆的角速度。虽然绕 z轴 角速度有正，有负，但是在空间，摆杆的角速度始终为正。刚性摆杆 最大角速度为22.5deg/sec最小角速度为-22.5dec/seg说明刚性摆杆 是左右对称的往复运动。

26、柔性摆杆最大角速度36dec/seq最小角速度-33dec/sec最大和最小角速度绝对值不等，说明摆杆在经过同一位置时往复运动速度不一样。从图可以清楚的看出摆杆运动的周期为9s。摆杆在空间的角速度始终为正，当绕 z轴的角速度为负时，将曲 线沿着x轴翻转就得到了摆杆在空间的曲线。图12说明，启动瞬间，摆杆的角速度有一个变化的过程，之后和图10,图11几乎一样，说明采用两种方法建立的柔性体十分类似。gangxiingbaiganzhixinjiaoiiasudupart_5 cm anuialarcderabcin x-,fiart25七m二mgula匚meerabon y part_5 cm_a

27、ngular_ajcce<eratan z-part_5.cm_angufar_acc-e<eraion mag图13刚性摆杆质心角加速度24 0021.00； 13.0015 0012.009.00;3.00 0.00- 3 00- 6 00- 9.00 2-12.00-15.00-18.000.03.0 e,o 9.012.015.018.021.0-21.00-gangxingbaigantime (sec)2015-10-10 12:16:51图14柔性摆杆质心角加速度rouxingbaiganzhixmjiaojiasudurouxingbaiigantime (sec)

28、2015-10-1014:50:05(939 图密 p) uo而星 s3?图15柔性摆杆质心角加速度i 百irt ute戈 cm a力即上rouxingbaiganlzhfxinjiaojiasudu 40e+w53.0e+005-2.0e+005-1.0e+w50.0' 0.05.010015.020.0rouxingbaiganltime (sec)2015-10-1015:54 44分析角加速度曲线对比分析图13和图14,在x,y方向上，角加速度均为0,和角 速度曲线符合。在。到6s内，刚性摆杆角加速度有两个最大值，分 别为19.5,7.5, 一个最小值点为4.5,在1.5秒和6秒的时候，角加速 度为0.且在空间的角加速度为沿着轴的角速度沿着x轴翻转。整个 周期内最大角加速度为24,最小角加速度为-19.5.角加速度的变化周期为9秒。柔性摆杆有三个最值，两个最小值，两个 0点。变化周期而对于图15,空间角加速度在后动瞬间有一个伏变，之后一直 为0。图16连杆和刚性摇杆之间的