曲柄摇杆机构建模与仿真分析

1、    曲柄摇杆机构建模与仿真分析    张海霞 刘月英 王南摘 要：本文以曲柄摇杆机构为例，根据其固有的要求和特性，建立曲柄摇杆机构的模型。并使用matlab软件对所建立的曲柄摇杆机构进行仿真分析。分析结果为曲柄摇杆机构进一步优化提供理论依据。关键词：曲柄摇杆机构;matlab;仿真分析1.前言平面连杆机构在机械装备制造业中应用非常广泛。经过长期的实践它表现出各种各样的特性，其中最突出的是它能够通过改变构件的相对长度来得到各种各样的运动规律，来适合不同类型的工作条件。其中最基础的是铰链四杆机构。由于四杆机构中大多都是由低副组成的运动副，所以接触类型都是

2、面与面接触。这样的结構可以承载更大的压力，制造起来也简单可靠。但是缺点是铰链四杆机构在运动的时候会引起机构的强迫性震动，会降低构件的可靠性和运动的平稳性。本文以曲柄摇杆机构为例，应用pro/e软件建立模型，并使用matlab软件对所建立的模型进行仿真分析。分析结果为曲柄摇杆机构进一步优化提供理论依据。2.曲柄摇杆机构实体建模曲柄摇杆机构的零件包括曲柄、连架杆、摇杆、支架杆等。这些零件结构简单，应用pro/e建模时要使其建模过程尽量简化。（1）创建支架选择界面中的拉伸指令，选择top作为草绘平面。采用系统默认参照平面和草绘方向，进入草绘模式。绘制一个长3mm宽3mm的长方形，完成后进入创建拉伸长

3、度的界面，然后在“深度值”输入拉伸距离为30mm，完成了特征的创建。然后在零件中设计的位置平面上再拉伸出一个直径2mm、高3mm的圆柱。在建模过程中要考虑连杆在整个运动中所受到的力不会使连杆产生变形，在受到各个方向拉、压、弯、剪、扭等作用力的时候，也不会发生断裂、过大的残余变形等现象，这也是设计者对毛坯最基本的要求，所以支架设计尺寸要合理，满足设计的零件质量小等要求。（2）创建曲柄选用拉伸指令，进入工作区下方“操作板”栏，首先选择front面作为草绘零件的平面，在草绘界面中，绘制好平面图形参数，然后在工作区下方的“深度值”输入框中输入拉伸值10mm，完成曲柄零件的建模。如图1-1所示。（3）创

4、建摇杆使用拉伸指令，进入工作界面下方的“操作板”栏，选择top面作为草绘平面，然后进入系统默认的参照平面和草绘平面。在草绘界面中，绘制好平面图形参数，然后在工作区下方的“深度值”输入框中输入拉伸值18mm，完成摇杆零件的建模。如图1-2所示。（4）创建连架杆建模步骤与曲柄建模过程一样，在工作区下方的“深度值”输入框中输入拉伸17mm。如图1-3所示。（5）曲柄摇杆机构整体装配在pro/e中新建一个名为zuzhuang的组件，在界面的属性栏里选择“缺省”。然后选择“装配”，新建约束把零件按步骤添加安装。整体装配如图1-4所示。3.曲柄摇杆机构仿真分析运用matlab软件对曲柄摇杆机构中各杆的角位移、角速度和角加速度的运动变化规律进行分析。编制程序进行仿真，绘制出了模拟曲线。如图1-5所示。4.结论曲柄摇杆机构摇杆为图1-5所示位置时，ab为曲柄、bc为连杆、cd为摇杆，四杆机构运动较平稳，回程时急回特性不太明显，但速度和加速度的曲线波动较大。通过分析得到机构的传力性能常用传动角来限定，为了保证机构具有良好的传动性能， 一般要求40°。传动角的大小随机构运动位置变化而变化，所以为了省力，四杆机构运动时应使工作行程的传动角接近最大值。参考文献：1 武丽梅，回丽.机械原理m.机械工业出版社，2015，8.2 黄康，黄国兴.平面连杆机构的计算机辅助设计.机械设