毕业设计(论文)-基于ADAMS的六连杆机构的运动学分析.doc

西安石油大学本科毕业设计（论文）

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本科毕业设计（论文）

题 目： 基于ADAMS的六连杆机构的运动学分析
学生姓名：
院 （系）： 机械工程学院
专业班级： 机械1004班
指导教师： 于洋
完成时间： 2014 年 月 日
基于ADAMS的六连杆机构的运动学分析

摘要：虚拟样机技术是一种崭新的产品开发技术，其中ADAMS软件是目前最著名的虚拟样机分析软件之一。本文阐述了虚拟样机技术和ADAMS软件的特点及其应用，以六连杆机构在牛头刨床中的应用为研究对象，对其进行动力学分析。主要运用我们学习过的机械原理和理论力学知识对机构进行运动学和动力学的相关理论计算；利用ADAMS软件在图形显示方面的优势，采用其基本模块ADAMS/View(界面模块) 和ADAMS/PostProcessor（后处理模块）进行一系列建模、运动分析和动态模拟仿真工作。验证模型的正确性，并对机构在整个周期内的可行性进行计算分析，记录相应信息，输出所需要的位置、速度、加速度、力矩等曲线与理论结果比较，充分展现虚拟样机技术与物理样机比较之下的优越性，为虚拟样机技术的深入研究打下基础。

关键词：ADAMS；六连杆机构 ；运动学分析；仿真
The Kinematic Analysis of Six Bar Linkage based on ADAMS

Abstract：Virtual prototyping technology is a new product development technology, and software ADAMS is one of the most famous virtual prototype analysis software software. This article expounds the characteristics and application of virtual prototype technology and ADAMS software, chose the application in six bar linkage as research body and do some dynamics analysis. Mainly use the knowledge of mechanical principle and the theory of mechanical we have already learned, kinematics and dynamics of mechanism related to the theoretical calculated. Using ADAMS software in graphic display advantages and using the basic module of ADAMS/View (interface module) and ADAMS/PostProcessor (post-processing module) to a series of modeling, motion analysis and dynamic simulation work. To prove the validity of the model and the feasibility of institutions in the whole cycle calculation analysis, record the corresponding information, output the required position, velocity, acceleration, torque curve compared with theoretical results, such as to fully demonstrate the virtual prototype technology and the superiority of physical prototype, lays the foundation for the further study of virtual prototype technology.

Keywords：ADAMS ,Six Bar Linkage, Kinematic Analysis, Smulation

目录

1 绪论 1
1.1 虚拟样机技术及其研究现状 1
1.1.1 虚拟样机技术的基本概念 1
1.1.2 虚拟样机技术的应用及其特点 1
1.1.3 虚拟样机技术的研究现状与发展趋势 2
1.2 ADAMS软件 3
1.2.1 ADAMS软件简介 3
1.2.2 ADAMS软件的模块 4
1.2.3 ADAMS软件的特点 4
1.2.4 ADAMS软件的应用 4
1.3 连杆机构概况 5
1.3.1 连杆机构及其传动特点 5
1.3.2 平面六杆机构的分类 6
1.4 课题研究的内容与目的 6
2 六连杆牛头刨床机构的相关特性分析 7
2.1 六连杆牛头刨床工作原理和要求 7
2.2 机构运动学分析 7
2.2.1 机构的自由度与行程速度比 8
2.2.2 用矢量方程图解法在右极限处作机构的速度分析 8
2.2.3 用矢量方程图解法在右极限处作机构的加速度分析 11
2.3 机构的动力学分析 15
2.3.1 惯性力的计算 15
2.3.2 惯性力偶矩 15
2.3.3 拆分杆组 16
2.3.4 机构受力分析 16
2.4 小结 18
3 基于ADAMS的六连杆机构的建模与仿真 19
3.1 工作环境设置 19
3.2 创建模型 19
3.2.1 求特殊位置时各点的坐标 19
3.2.2 用ADAMS创建各构件 20
3.3 Body特性修改 21
3.3.1 曲柄1和滑块2的质量、转动惯量修改 21
3.3.2 摇杆3、连杆4和滑块5的质量与转动惯量修改 21
3.4 添加约束和驱动 21
3.4.1 添加约束 22
3.4.2 添加驱动 22
3.5 施加载荷 23
3.6 模型仿真 24
3.6.1 模型验证 24
3.6.2 简单仿真与动画回放 25
3.6.3 模型测量 26
3.7 小结 27
4 仿真结果分析 29
4.1.1 ADAMS/PostProcessor简介 29
4.1.2 由仿真结果绘制曲线图的类型 29
4.2 仿真结果曲线图与分析比较 30
4.2.1 曲柄1(PART_2) 30
4.2.2 滑块5（(PART_6) 32
4.3 小结 33
5 总结 35
参考文献 36
致 谢 37

Ⅱ
1 绪论

1.1 虚拟样机技术及其研究现状
1.1.1 虚拟样机技术的基本概念
虚拟样机技术是一种基于产品计算机仿真的数字化设计方法，这些数字模型即虚拟样机（VP）支持并行工程方法学。虚拟样机技术涉及多体系统运动学和动力学建模理论及其技术实现，是基于先进的建模技术、多领域仿真技术、信息管理技术、交互式用户界面技术和虚拟现实技术的综合应用技术[1]。虚拟样机技术是在CAX(如CAD，CAM，CAE等)/DFX(如DFA，DFM等)技术基础上的发展，它进一步融合信息技术、先进制造技术和先进仿真技术，并将这些技术应用于复杂系统的全生命周期和全系统，以便对系统进行综合管理。从系统层面来分析复杂系统，虚拟样机支持“由上至下”的复杂系统开发模式。利用虚拟样机代替物理样机对产品进行创新设计、测试和评估，可缩短开发周期，降低成本，改进产品设计质量，提高面向客户和市场的能力。
虚拟样机技术在产品设计开发中，将分散的零部件设计和分析技术融合在一起，在计算机上建造出产品的整体模型，并针对该产品在投入使用后的各种工况进行仿真分析，预测产品的整体性能，进而改进产品设计，提高产品性能。
在传统的设计与制造过程中，首先是概念设计和方案论证，然后进行产品设计。在设计完成后，为了验证设计通常要制造物理样机进行试验，通过试验发现问题，再回头修改设计和进行样机验证。只有通过周而复始的设计——试验——设计过程，产品才能达到所要求的性能。这一过程是较长的，尤其对与结构复杂的系统，设计周期更加漫长，无法适应市场的变化，且物理样机的制造增加了生产成本。
虚拟样机技术是从分析解决产品整体性能以及相关问题的角度出发，解决传统的设计与制造过程弊端的高新技术。该技术使用系统仿真软件在各种虚拟环境中真实地模拟系统的运动，并对其在各种工况下的运动和受力情况进行仿真分析，观测并试验各组成部分的相互运动情况。利用虚拟样机技术可以方便的修改方案缺陷，优化设计方案，且可以缩短开发周期，提高设计效率。
1.1.2 虚拟样机技术的应用及其特点
目前，虚拟样机技术在一些发达国家，如美国、德国、日本等已得到广泛的应用，应用领域从汽车制造、工程机械、航空航天、造船、机械电子工业、国防、通用机械到人机工程学生物力学医学以及工程咨询等很多方面。在各个领域里，针对各种产品，虚拟样机技术都为用户节省了开支、时间并提供了满意的设计方案。如美国波音公司的波音777大型客机是世界上首架以无图纸研发及制造出来的飞机。其设计、装配、性能评价及分析就是采用了虚拟样机技术，这不但是研发周期大大缩短、研发成本大大降低，而且确保了最终产品一次性装接成功。对比以往的飞机，波音公司减少了93%的更改和94%的花费。通用动力公司1997年建成第一个全数字化机车虚拟样机，并行地进行产品的设计、分析、制造及夹具、模具工装设计和可维修设计等。在我国农业机械领域，虚拟样机技术也有应用，有人利用虚拟样机技术设计蔗糖收获机，实现了产品和产品设计方法的创新，取得了良好的效果。
虚拟样机技术具有下述特点[2]：
（1）新的研发模式
传统的研发方法是一个串行过程，而虚拟样机技术真正的实现了系统角度的产品优化。它基于并行工程使产品在概念设计阶段就可以迅速地分析、比较多种设计方案，确定影响性能的敏感参数，并通过可视化技术设计产品，预测产品在真实工况下的特征，以及具有的响应，直至获得最优的工作性能。
（2）更低的研发成本、更短的研发周期、更高的产品质量
通过计算机技术建立产品的数字化模型，可以完成无数次物理样机无法进行的虚拟实验，从而无须制造及试验物理样机就可获得最优方案，不但减少了物理样机的数量，而且缩短了研发周期，提高了产品质量。
（3）实现动态联盟的重要手段
动态联盟是为了适应快速变化的全球市场，克服单个企业资源的局限性而出现的在一定时间内通过互联网临时缔结的一种虚拟企业。为实现设计和制造，参盟企业之间产品信息的交流尤其重要，而虚拟样机是一种数字化模型，通过互联网输送产品信息，具有传递快速、反馈及时的特点，进而使动态联盟的活动具有高度的并行性。
1.1.3 虚拟样机技术的研究现状与发展趋势
国外的虚拟样机技术已走向商业化。国内的企业在虚拟样机技术的应用上，主要是集成现成的国外软件，如ADAMS等。随着计算机技术的不断发展[3]，借助ADAMS软件可以对机构的运动进行仿真分析，在虚拟的环境下确定构件的运动情况。检验构件是否干涉以及执行件的运动是否符合期望的运动规律等，不仅得到的结果直观可靠而且工作效率大大提高。有些单位和公司企业采用对市场上现有软件进行二次开发的方式，来满足设计分析的需要。
关于虚拟样机技术的研究主要是依托专业研究机构及高校研究机构，各高校针对不同的领域有各自的研究成果。国内有些高校正努力针对专业领域开发实用化软件，力求开发出国产的商业化软件。由于虚拟样机技术涉及多领域知识的综合应用。不同的研究机构，在建模仿真、动力学分析等方面各有优势，在大型复杂系统的开发中，常采用多个机构合作的方式。协同设计、复杂产品的开发方法等方面仍有待研究。我国已在着手开发复杂产品的虚拟系统。寻找研究方法和思路，已经取得了阶段性的成果，建立了研究框架，但仍需要长时间的研究和努力。
虚拟样机概念正向广度和深度发展，其范畴正从单一领域向多领域综合设计扩展，涉及的内容从产品CAX/DFX设计向面向系统全生命周期的过程、业务和商业化设计扩展，目的从设计优化向决策分析和知识重用拓展，方法上从单系统建模仿真向复杂系统并行协同设计发展[4]。今后的虚拟样机技术将更加强调部件、技术、知识的重用，强调便于虚拟样机柔性协同的运行管理的组织重构，强调跨领域技术的沟通支持。因此，虚拟样机作为一个面向复杂多领域的研究方向，它需要先进的管理思路、方法论、实现技术和好的理论工具，体系结构必须具有足够的开放性、灵活性和适应性，综合与设计相关的各领域各阶段、过程、技术资源及其组织形式。重点在以下
几个方面进行研究：
(1)基于虚拟样机的优化设计
(2)以虚拟样机为中心的并行设计
(3)设计、分析和仿真工具的集成
(4)虚拟样机系统的容错性
1.2 ADAMS软件
1.2.1 ADAMS软件简介
ADAMS，即机械系统动力学自动分析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)，是虚拟样机软件的代表性软件，该软件是由美国MDI公司(Mechanical Dynamics Inc.)开发的虚拟样机分析软件[5]。ADAMS已经被全世界各行各业的数百家主要制造商采用。根据1999年机械系统动态仿真分析软件国际市场份额的统计资料，ADAMS软件销售总额近八千万美元、占据了51%的份额，现已经并入美国MSC公司。
ADAMS软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。
ADAMS一方面是虚拟样机分析的应用软件，用户可以运用该软件非常方便地对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。另一方面，又是虚拟样机分析开发工具，其开放性的程序结构和多种接口，可以成为特殊行业用户进行特殊类型虚拟样机分析的二次开发工具平台。ADAMS软件有两种操作系统的版本：UNIX版和Windows NT/2000版。
1.2.2 ADAMS软件的模块
ADAMS软件由基本模块、扩展模块、接口模块、专业领域模块及工具箱5类模块组成。用户不仅可以采用通用模块对一般的机械系统进行仿真，而且可以采用专用模块针对特定工业应用领域的问题进行快速有效的建模与仿真分析[6]。本文只应用基本模块： 用户界面模块 ADAMS/View。
下面介绍ADAMS的三个最基本模块的功能：
用户界面模块ADAMS/View是ADAMS的核心模块之一，采用以用户为中心的交互式图形环境，将图像操作、菜单操作、鼠标点击操作与交互式建模、仿真计算、动画显示、优化设计、X-Y曲线图处理、结果分析和数据打印等功能集成在一起。用户界面模块ADAMS/View采用简单的分层模式完成建模，提供了丰富的零件几何图形库、约束库和力库，此外还提供了位移函数，速度函数，力函数等。
求解器模块ADAMS/ Solver ，ADAMS/Solver能够自动形成机械系统模型的动力学方程，提供静力学、运动学和动力学的计算求解结果。ADAMS/Solver有各种建模和求解选项，以便方便地解决各种工程学问题。
后处理模块ADAMS/Postprocessor，该模块主要用于处理仿真结果数据、显示动画仿真等。主要特点是：可快速检索对象，具有丰富的数据作图、数据处理和文件传输等功能，支持模态形状动画等。
1.2.3 ADAMS软件的特点
（1）利用交互式图形环境和零件库、约束库和力库建立机械系统三维参数化模型。
（2）分析类型包括运动学、静力学和准静力学分析，以及线性和非线性动力
学分析，包含刚体和柔体分析。
（3）具有先进的数值分析技术和强有力的求解器，使求解快速、准确。
（4）具有组装、分析和动态显示不同模型或同一个模型在某一个过程变化的
能力，提供多种虚拟样机模型。
（5）具有强大的函数库供用户自定义和运动发生器。
（6）具有开放式结构，允许用户集成自己的子程序。
（7）自动输出位移、速度、加速度和反作用力曲线，仿真结果显示为动画和曲线图形。
（8）支持同大多数CAD和控制设计软件包之间的双向通讯。
1.2.4 ADAMS软件的应用
由于界面友好、功能强大、性能稳定的商品化虚拟样机软件的发展逐渐成熟，ADAMS技术在工程上的应用也日益增加[7]。其中，包括汽车制造业、工程机械、航海航天、国防工业等诸多方面。
1.3 连杆机构概况
1.3.1 连杆机构及其传动特点
作为在机械制造特别是在加工机械制造中主要用作传动的机构型式--连杆机构,同其他型式机构特别是凸轮机构相比具有很多优点。连杆机构采用低副连接,结构简单,易于加工、安装并能保证精度要求。连杆机构可以将主动件的运动通过连杆传递到与执行机构或辅助机构直接或间接相连的从动件,实现间歇运动,满足给定的运动要求,完成机器的工艺操作。
连杆机构的应用十分广泛，它不仅在众多工农业机械和工程机械中得到广泛的应用，而且诸如人造卫星太阳能板的展开机构，机械手的传动机构，折叠伞的收放机构及人体假肢等也都用有连杆机构[8]。连杆机构的共同特点是原动件的运动都要经过一个不与机架直接相连的中间机构（称为连杆，coupler）才能传动从动件，故称之为连杆机构（linkage mechanism）。
根据连杆机构中各构件之间的相对运动为平面运动或空间运动，连杆机构可分为平面连杆机构和空间连杆机构。根据机构中构件数目的多少分为四杆机构、五杆机构、六杆机构等，一般将五杆及五杆以上的连杆机构称为多杆机构。当连杆机构的自由度为1时，称为单自由度连杆机构；当自由度大于1时，称为多自由度连杆机构。根据形成连杆机构的运动链是开链还是闭链，亦可将相应的连杆机构分为开链连杆机构（机械手通常是运动副为转动副或移动副的空间开链连杆机构）和闭链连杆机构。单闭环的平面连杆机构的构件数至少为4，因而最简单的平面闭链连杆机构是四杆机构，其他多杆闭链机构无非是在其基础上扩充杆组而成；单闭环的空间连杆机构的构件数至少为3，因而可由三个构件组成空间三杆机构。
连杆机构具有以下一些传动特点[9]：
（1）连杆机构中的运动副一般为低副。其运动副元素为面接触，压力较小，承载能力较大，润滑好，磨损小，加工制造容易，且连杆机构中的低副一般是几何封闭，对保证工作的可靠信有利。
（2）在连杆机构中，在原动件的运动规律不变的条件下，可用改变各构件的相对长度来使从动件得到不同的运动规律。
（3）在连杆机构中，连杆上各点的轨迹是各种不同形状的曲线（称为连杆曲线），其形状随着各构件的相对长度的改变而改变，故连杆曲线的形式多样，可以满足一些特定工作的需求。
利用连杆机构还可很方便的达到改变运动的传递方向，扩大行程，实现扩力和远距离传送等目的。
连杆机构也存在以下一些缺点：
（1）由于连杆机构的运动必须经过中间构件进行传递，因而传动路线较长，易产生较大的误差累积，同时也使机械效率降低。
（2）在连杆机构运动中，连杆及滑块所产生的惯性力难以用一般平衡方法加以消除，因而连杆机构不宜用于高速运动。
（3）虽然可以利用连杆机构来满足一些运动规律和运动轨迹的设计要求，但其设计却是十分繁难的，且一般只能近似地得以满足。
1.3.2 平面六杆机构的分类
六连杆机构，虽然结构简单、制造和研究过程都比四杆机构复杂，但可实现四杆机构无法实现的运动要求。六杆机构的分类是建立在六杆转动副链的基础之上，而六杆转动副链是由四杆转动副链加上一个双杆组扩展而成。
按照双杆组连接到四杆转动副链的相对杆还是连接到相邻杆的两种不同情况，可以产生两种六杆转动副链,一种是具有相对的三副杆的六杆转动副链(斯蒂芬逊链),另一种是具有相邻的三副杆的六杆转动副链(瓦特链)。如果瓦特运动链固定任一个二副杆做机架,则称为瓦特I型六杆机构,固定任意一个三副杆做机架,则称为瓦特II型六杆机构。对于斯蒂芬逊型,有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型六杆机构之分,它们分别固定两端均与三副杆相连的任意一个二副杆互相邻接的任意一个二副杆和任意一个三副杆为机架。从瓦特链派生出来的瓦特型六杆机构可视为两个四杆机构的串接,第一个四杆机构的从动运动即是第二个四杆机构的主动运动。
1.4 课题研究的内容与目的
本文从工程实际出发，应用虚拟样机技术，依靠多体动力学的基本理论，利用ADAMS软件的核心模块ADAMS/View，对六连杆机构牛头刨床建立虚拟样机，从而对建立的模型进行仿真计算、动画显示和结果分析，输出相关特性曲线，找出适合工业应用的最佳方案，同时也为机械设备的优化设计提供值得参考的设计思路。本课题的研究目的是学习虚拟样机技术和ADAMS软件以及它们在各行各业的应用，虚拟样机技术建立的模型和传统物理样机相比下的优越性。同时，提高学生的查阅文献、自己发现问题解决问题等综合能力。
2 六连杆牛头刨床机构的相关特性分析

六连杆牛头刨床机构，AB=100mm,CD=500mm，DE=200mm，AC=200mm，滑块轨道偏心距，滑块尺寸自定；曲柄1逆时针方向转动，转速为，构件质量，，，构件1,2的质量忽略不计，质心位置都在杆的中心位置处，构件3，4绕质心的转动惯量，，行程速比系数K=1.4,该机构在工作行程时刨头5受与行程相反的阻力，各运动副的摩擦忽略不计。机构简图如图2-1所示：

图2-1 六连杆牛头刨床机构简图
2.1 六连杆牛头刨床工作原理和要求
牛头刨床实现刨头切削的关键机构是图2-1所示的六连杆机构，六连杆机构由摆动导杆机构1-2-3-4构成，刨床工作时,曲柄1转动,通过六杆机构驱动刨头作往复移动. 刨头左行时, 刨刀进行切削, 称工作行程，此时要求刨刀的速度较低且平稳，以减小原动机的容量提高切削质量；刨头右行时，刨刀不工作，称为空行程，此时要求刨刀的速度较高以提高生产效率。另外，从改善传力性能和提高机械效率方面考虑，要求机构工作时的最大压力角尽可能小。
2.2 机构运动学分析
下图2-2中，位置①为任意位置，位置②、③为右、左极限位置：

图2-2 左右极限位置及任意位置
2.2.1 机构的自由度与行程速度比
该机构为Ⅱ级杆组，具有确定运动的自由度为：
（2-1）
由已知条件知：
所以机构的极位夹角： （2-2）
2.2.2 用矢量方程图解法在右极限处作机构的速度分析
对图2-2所示的位置①分析[10-12]：
（1）B点处的速度
由已知条件，得出 （2-3）
即构件1的角速度为
取构件1,2,3的重合点(B1,B2,B3)进行速度分析：
对于构件1： （2-4）
对于构件2：构件2和构件1在点B处构成旋转副，故速度相等，且都垂直于AB
即： （2-5）
对于构件3： （2-6）
式中,表示构件2和构件3在B点的绝对速度，表示在B点构件3相对构件2的速度。
选取速度比例尺为:，取极点P，作速度多边形如图2-3所示:

图2-3 B点速度多边形
其中，为的速度方向，为的速度方向，为的速度方向。

所以：
（2-7）
（2-8）
求CD的加速度：
因为在①位置时，夹角为26.56°，所以：
（2-9）
杆CD的速度: （2-10）
（2）E点的速度
（2-11）
式中VE 、VD分别为滑块E和杆CD的绝对速度，VED为滑块E相对于D的相对速度。
作速度多边形如图2-4所示:

图2-4 E点速度多边形
（2-12）
（2-13）
DE的角速度为： （2-14）
各速度值如表2-1所示：
表2-1 速度
速度

单位:m/s
0.628
0.628
0.303
0.4696
0.936
0.97
0.256
各角速度值如表2-2所示：

表2-2 角速度
角速度

单位：rad/s
2π
1.872
4.85
2.2.3 用矢量方程图解法在右极限处作机构的加速度分析
（1） B点的加速度
取构件1、构件2和构件3的重合点为研究对象，则：
因为曲柄1做逆时针匀速转动，故：
曲柄（构件1）的加速度为：
（2-15）
构件2和构件1在B点处构成转动副，所以：
（2-16）
（2-17）
又： （2-18）
因为点的加速度等于法向加速度和切向加速度的矢量和，所以:
（2-19）
式中,是的法向和切向加速度，是相对的相对加速度，由于构件2和构件3构成移动副，所以,则,方向平行于相对移动方向，即平行于CD但大小未知；为科氏加速度，它的大小为:
其中为相对速度和牵连角速度之间的夹角，对于平面运动，的方向垂直于运动平面而的方向在运动平面内，故，从而科氏加速度的方向就是将构件3和构件2的相对加速度旋转90°。
（2-20）
选取加速度比例尺为：，作加速度多边形，如图2-5所示:

图2-5 B点加速度多边形
其中是的矢量，方向由B指向C，是的矢量，方向为BA方向，是科氏加速度的矢量，方向垂直于BC,和的大小未知，方向分别垂直于BC和平行于BC。

所以：
（2-21）
（2-22）
（2-23）
为与CD之间的夹角，所以：

（2-24）
（2）D点的加速度
构件3的角加速度为:
（2-25）
由理论力学知识定轴转动刚体上任意点的法向加速度等于角速度矢量与该点速度矢量的矢积；切向加速度等于角加速度与该点矢径的矢积得：
(2-26)
(2-27)
所以： (2-28)
构件3的加速度和DC之间的夹角为

（2-29）
（3）E点的加速度
（2-30）
式中是E的法向加速度，因为构件5（刨头）作直线运动，所以，是E的切向加速度，是E相对D的法向加速度，方向为从E指向D,是E相对D的切向加速度，方向为垂直于ED，式中只有和是未知的。
用图解法进行求解，取一点P,作加速度多边形如图2-6所示：

图2-6 E点加速度多边形
已知，,则它们的矢量长度分别为：
，
又:
所以的矢量长度为：

(2-31）
角加速度： (2-32)
各机构的加速度值如表2-3所示：

表2-3 各机构的加速度
加速度

单位：m/ s2
3.944
3.944
1.767
12.41
13.192
2.3 机构的动力学分析
构件质量，，，构件1,2的质量忽略不计，质心位置都在杆的中心位置处，构件3，4绕质心的转动惯量，，行程速比系数K=1.4,该机构在工作行程时刨头5受与行程相反的阻力
2.3.1 惯性力的计算
构件3的惯性力：
(2-33）
所以： (2-34)
构件4的惯性力：
（2-35）
(2-36)
构件5的惯性力：

(2-37)
2.3.2 惯性力偶矩
对于构件3： （2-38）
对于构件4： （2-39）
因为构件5，即刨头在工作台上做平移运动，所以
惯性力和惯性力矩值如表2-4所示:

表2-4 惯性力和惯性力矩
力、力矩

N、N•m
8.84
3.723
817.914
0.948
1.649
0
2.3.3 拆分杆组
将机构的机架及与机架相连的原动件从机构中拆分开来，由其余构件构成的构建组必然为自由度为零的构件组，而这个自由度为零的构件组有时还可以拆成更简单的自由度为零的构件组，把最后不能再拆的简单的自由度为零的构件组称为基本杆组或阿苏尔杆组，简称为杆组。即任何机构都可以看作是由若干个基本杆组依次连接与原动件和机架上构成的。最简单的基本杆组是由两个构件和三个低副构成的，这种基本杆组被称为Ⅱ级组。图2-1所示机构为二级机构，杆组拆分如图2-7所示：

图2-7 杆组拆分
2.3.4 机构受力分析
（1）4-5杆组示力体共受5个力，分别为Fr，G5，FI5，FR65，F34。其中FI5和F34分别为滑块5的惯性力和构件3对构件4的力，FI5的大小已知，方向由运动学分析可知水平向右，F34的方向为从E指向D；重力G5和支座反力FR65均垂直于质心。选取力比例尺μN=100N/mm，作力的多边形如图2-8所示：

图2-8 4-5杆组力多边形

因为： （2-40）
（2-41）

故： （2-42）
(2-43)
(2)对2-3杆组共受5个力，分别为G3、FI3、F12、F34、FR63，其中FI3是惯性力，F12，F43分别为构件1对构件2的作用力和构件4对构件3的作用力，F12的方向平行于AB,大小未知，F43与F34是作用力与反作用力，大小相等方向相反，FR63是机架对构件3的作用力。分析图如图2-9所示:

图2-9 2-3杆组受力分析
对C点取矩，得：

代入数据,得：

解得： (2-44)
又
解得： (2-45)
(3)对机架与构件1受力分析，由于构件1的质量忽略不计，所以只受两个力的作用，即构件2对构件1的作用力F21，与机架铰链处的支反力F61。受力分析图如图2-10所示：

图2-10 机架与构件1受力分析
因为,所以:
(2-46)
2.4 小结
本章通过应用机械原理和理论力学知识，对六连杆牛头刨床机构进行了运动学与动力学的相关特性分析。主要计算了六连杆机构在图2-2所示的②位置各点的速度、加速度、角速度，并对机构进行杆组拆分，分析计算了个杆组的受力情况。

3 基于ADAMS的六连杆机构的建模与仿真

3.1 工作环境设置
ADAMS/View中有三种坐标系，分别为笛卡尔坐标系、柱坐标系和球坐标系，这里选取笛卡尔坐标系[13]。
将栅格设置为矩形，工作环境的网格尺寸和网格间距设置为：
Size: X=750mm,Y=750mm
Spacing: X=10mm,Y=10mm
3.2 创建模型
通常使用的建模方法有两种，特殊位置法和辅助点法，这里采用特殊位置法。
3.2.1 求特殊位置时各点的坐标

图3-1 特殊位置时的结构图
由图可知,则
所以，同理得出点D到工作台的距离为52.79mm
创建各构件时关键点的位置如表3-1所示：

表3-1 关键点坐标值
位置
A
B
C
D
E
坐标mm
(0,0,0)
(100,0,0)
(0,-200,0)
(223.57,247.23,0)
(416.48,300.02,0)
3.2.2 用ADAMS创建各