摆角可调机构的运动学及动力学研究

摘要

在自动化生产中，往往要求机器实现几个可供选择的任务，以便机器具有较广的适用性。在这种情况下，可调机构就比机器人有更多的优点，比如可靠性高、精确度好、容易操作和维修、以及能量消耗少等。基于构件的几何参数和惯性参数可变的可调机构可用于实现多个预期的运动规律或多项动力学要求，可用于提高运动学和动力学的性能。这些特性使得可调机构具有了广阔的应用前景。本文以往复摆动装置试验机中的摆角可调机构为主要研究对象，根据摆角可调机构的结构特点和工作原理，对摆角可调机构进行运动学及动力学研究。 本文系统的介绍了摆角可调机构的运动学和动力学的仿真分析。主要内容包括如何用MATLAB编程的方式实现摆角可调机构中弯曲主动杆上取点；如何使用Pro/E软件调用外部文件，生成弯曲主动杆形状，并利用Pro/E软件对建模和装配，建立起摆角可调机构的实体模型；如何运用ADAMS软件对建立好的模型进行运动学和动力学分析。目前，国内外把可调机构的研究提高到相当重要的地位，传统的比较粗略的计算已不能满足要求，而且也需要对可调机构的动力性方面进行分析，因此就需要建立可调机构的三维模型并且运用多刚体系统动力学等方法对模型进行分析。 首先对摆角可调机构的结构及工作特点、设计原则进行了全面的论述。摆角可调的四杆机构是弯曲杆的平面四杆机构，要求从动杆在最大摆角完全对称于铅垂线，角速度在左右两侧尽量对称，这些条件的摆角机构以采用主动杆为弯曲杆的平面四杆机构。通过调节弯曲主动杆上滑块的位置，就可以改变从动杆最大摆角的大小。该机构应用于摆动实验机，主动杆可以由曲柄或其他动力驱动。实用于重量大的物体的实验，具有工程使用价值。然后通过摆角可调机构的实例给出了模型的建模，仿真和分析过程和结果。编程取点的目的就是生成可以供Pro/E使用的文件，在Pro/E中调用该文件就可以生成弯曲主动杆的曲线。用MALAB软件编写程序，可以很容易得到弯曲主动杆的曲线点。利用MALAB编程后生成的<'*>.ibl文件，这个文件可以直接被Pro/E软件调用生成图形。 最后，利用ADAMS软件对摆角可调机构进行运动学和动力学分析和优化。虽然ADAMS软件本身具有建模功能，但是它的功能不够强大，因此，通过Pro/E的接口模块MECHANISM/Pro，把Pro/Engineer环境下建立的摆角可调机构的三维实体模型传送到ADAMS/View中，利用ADAMS求解器强大的求解功能对机构进行运动学和动力学仿真分析。通过运动学分析，分析比较了主动杆长度变化，连杆长度变化，回转端位置变化对运动学和动力学的影响规律；根据主动杆速度数据，我们可以测算到电机的最高功率，这与驱动系统的选择有着重要的关系；通过动力学仿真和优化分析，得到了连杆和从动杆在运动过程中所受的惯性力，并且找出了各铰点在运动过程中所受力影响最大的铰点位置，从而为整个机构的优化提供了重要依据。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

第2章摆角可调机构的构成

第3章摆角可调机构的Pro/E建模

第4章基于ADAMS的摆角可调机构的运动学和动力学仿真

第5结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

声明

致谢