虚拟样机实验报告_虚拟样机技术实验报告

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机械原理课程虚拟样机仿真

实验报告

课题：双滑块机构虚拟样机仿真实验 姓名：

学号： 班级： 指导教师：

2012年5月1日

0 自主设计双滑块机构的虚拟样机仿真

摘要

本实验在学习的机械原理基础课程上，通过自己构思，设计机构，用Adams软件进行机构建模，并对机构的运动进行一些列的模拟和分析，以验证所设计机构的运动规律及其可行性，并通过进一步思考，提出该机构可能的应用构想。

关键词：双滑块、虚拟样机、ADAMS应用、仿真 目录

1、问题的分析..........................................................................................................32、双滑块机构虚拟样机建模.....................................................................................3 2.1设置工作环境..............................................................................................3 2.2双滑块机构的模型创建................................................................................33、机构的相关运动量的分析.....................................................................................5 3.1滑块6的运动量分析....................................................................................5 3.2滑块7的运动量分析....................................................................................6 3.3滑块7压力角的补充分析.............................................................................7 3.4对滑块6和滑块7的运动性质进行对比........................................................74、基于机构分析的机构应用探讨..............................................................................85、实验感想.............................................................................................................8 参考文献...................................................................................................................8

1、问题的分析

通过本学期机械原理课程的学习，使我对机械机构的相关知识有了一定的了解，激发了我对于机械机构运动的极大兴趣，通过本次仿真实验，我对机械机构中的最为简单的杆和滑块构件进行组合，设计出一种简单的结构，以期通过对它的模型创建和运动分析找到其应用途径。简单的原理图如图1所示，通过曲柄的转动，和杆的传动带动两个滑块做交替的往复运动。

2、双滑块机构虚拟样机建模

新建一个ADAMS模型，对其命名，由于本机安装软件不支持汉语命名，所以采用英文命名。

2.1设置工作环境

在建立虚拟样机之前，一般都需要进行必要的工作环境设置，如选择坐标系、单位、工作栅格、重力方向等。由于本文只是简略地建立模型进行仿真分析，对工作环境没有特殊要求，因此使用默认设置即可。

2.2双滑块机构的模型创建

本文的建模对象是双滑块机构，这个机构是在连杆滑块机构上改进而来，所以基本构件还是连杆和滑块。可以从原动件开始，先创建基本的构件体，然后将它们的位置做适当的整理，最后添加各个运动副，并在原动件上添加动力，实现整个机构的周期运动。整个机构共有7个可动构件，8个转动副，2个移动副，所以机构自由度为1.2.2.1创建曲柄滑块机构模型

创建机构成型所需的各连杆和滑块。如图2所示，各构件编号如图。（后文中提到的构件编号均以本图为依据）

2.2.2添加构件之间满足运动要求的运动副 如图3所示，各运动副编号在图中给出。

2.2.3添加驱动力

根据最初设计，在杆1上添加驱动力，通过杆1的匀速圆周运动，带动其余 构件的运动，实现杆1向末端两滑块的传动。如图4所示，杆1上的驱动为逆时针方向的匀角速度转动。

3、机构的相关运动量的分析

对机构的运动关注主要集中于对两滑块儿的相关运动量的分析及它们之间的相互比较。

3.1滑块6的运动量分析

首先观察滑块6，其位移，速度以及加速度曲线分别如图5至图7所示。

对其运动曲线进行分析可得一下结论：（1）对位移分析得极大值坐标（0.936,270.0515），极小值坐标（6.648，-32.78），所以滑块6行程为302.8315mm，由左极限位置到右极限位置所用时间为5.712s，表明滑块6具有较小的急回系数，急回特性并不是那么明显。

（2）对速度分析可知，滑块6的最大速度为86.7458mm/s，曲线显示没有速度突变。

（3）对加速度分析可知，最大加速度49.1055mm/s2，此时对应着最小的压力角。

3.2滑块7的运动量分析

然后观察滑块7，其位移，速度以及加速度曲线分别如图8至图10所示。

（1）对位移分析得极大值坐标（3.0,172.6973），极小值坐标（11.544,48.611），所以滑块7的行程为124.0863mm，由左极限位置到右极限位置所用时间为8.544s，可见滑块7的急回特性比滑块6明显得多。

（2）对速度分析可知82.0154m/s，速度虽然没有突变，但是速度的变化规律比滑块6复杂得多，这是由于滑块7的间接传动连杆尺寸及位置导致的。

（3）对加速度分析可知，最大加速度为158.2039mm/s2，并且在曲线上可以看到加速度的变化也更加尖锐。

3.3滑块7压力角的补充分析

分析结果如图11所示。

从曲线观察得压力角极大值坐标为（11.544,55.6283），极小值坐标（4.272，1.3563），可见压力角的在滑块运动过程中会有较大波动，而且在左极限位置取得最大压力角。

3.4对滑块6和滑块7的运动性质进行对比 从以上分析可知，滑块6在速度和加速度的变化上都比滑块7要简单，滑块7的压力角状况也比滑块6差，最大压力角大并且波动明显，对整个机构的可靠性造成很大影响。所以，整体来看，滑块7的运动性能远差于滑块6，主要原因在于滑块6是直接与主动曲柄相连，而滑块7则是由曲柄带动的摇杆间接带动，其运动与摇杆的位置及中间连杆的尺寸都有密切关系。

4、基于机构分析的机构应用探讨

从以上的分析可知及机构的实际运动情景的模拟可知，由曲柄带动的两个滑块会做交替的往复运动。设想的一种应用是爬行机器人，两个滑块可以作为双足，交替运动，实现前进。但是由于两滑块的运动并不协调，这将导致机器人的前进不稳定，通过以上分析也可以知道，可以通过改变2杆和4杆的尺寸，以及4杆与地面之间的运动副的位置可以改善滑块7的运动性能，可以设想，还能通过这种随机调节，实现两滑块的运动的可控差异，实现爬行机器人的转向等运动。

这样的双滑块还可以进一步拓展，构建多滑块机构，这样可以增加从动件数量，实现多个不同要求的工作运动，提高工作效率和原动件的利用率。

5、实验感想

本次虚拟样机实验是在机械原理课程基础上进行的一次自主设计，通过建模到运动分析，我对机械机构的协调运动有了更为生动的理解，极大提高了对于机械学科的兴趣。但是在操作过程中遇到的一些困难也说明我对ADAMS软件的操作还存在很大不足，还需要以后更多的实验来熟悉改进。

参考文献

[1] 郭卫东.机械原理.北京：科学出版社，2010.[2] 郭卫东.虚拟样机技术与ADAMS应用实例教程.北京：北京航空航天大学出版社，2008.