平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真模型分析

平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真模型分析1前言

平面四桿機(jī)構(gòu)是是平面連桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)，它雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但其承載能力大，而且同樣能夠?qū)崿F(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)軌跡曲線(xiàn)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，因而在工程實(shí)踐中得到廣泛應(yīng)用。

平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析,就是對(duì)機(jī)構(gòu)上某點(diǎn)的位移、軌跡、速度、加速度進(jìn)行分析,根據(jù)原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,求解出從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)方法有很多，傳統(tǒng)的有圖解法、解析法和實(shí)驗(yàn)法。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)分析已逐漸脫離傳統(tǒng)方法，取而代之的是計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)。本文在UGNX5環(huán)境下對(duì)平面四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行草圖建模，通過(guò)草圖中的尺寸約束、幾何約束及動(dòng)畫(huà)尺寸等功能確定各連桿的尺寸，之后建立相應(yīng)的連桿、運(yùn)動(dòng)副及運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)，對(duì)建立的運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，給出構(gòu)件上某點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡及其速度和加速度變化規(guī)律曲線(xiàn)，文章最后簡(jiǎn)要分析幾個(gè)應(yīng)用于工程的平面四桿機(jī)構(gòu)實(shí)例。

2平面四桿機(jī)構(gòu)的建模

2.1問(wèn)題的提出

平面四桿機(jī)構(gòu)因其承載能力大，可以滿(mǎn)足或近似滿(mǎn)足很多的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，所以其應(yīng)用非常廣泛，本文以基于曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的物料傳送機(jī)構(gòu)為例，討論其建模及運(yùn)動(dòng)分析。

如圖1所示，ABCD為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，曲柄AB為主動(dòng)件，機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)中要求連桿BC的延伸線(xiàn)上E點(diǎn)保持近似直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，其中直線(xiàn)軌跡為工作行程，圓弧軌跡為回程或空程，從而實(shí)現(xiàn)物料傳送的功能。

2.2平面四桿機(jī)構(gòu)的建模

由于物料傳送機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，所以它符合曲柄存在條件。根據(jù)機(jī)械原理課程中的應(yīng)用實(shí)例[1]，選取AB=100，BC=CD=CE=250，AD=200，單位均為毫米。在UGNX5的Sketch環(huán)境里，創(chuàng)建如圖2所示的草圖，并作相應(yīng)的尺寸約束和幾何約束，其中EE＇為通過(guò)E點(diǎn)的水平軌跡參考線(xiàn)，用以檢驗(yàn)E點(diǎn)的工作行程運(yùn)動(dòng)軌跡?，F(xiàn)通過(guò)草圖里的尺寸動(dòng)畫(huà)功能，令A(yù)B與AD的夾角從0°到360°變化，可看到E點(diǎn)的變化軌跡為直線(xiàn)和圓弧，如圖3所示為尺寸動(dòng)畫(huà)的四個(gè)截圖，其中圖3（a）中的E點(diǎn)為水平軌跡的起點(diǎn)，圖3（b）中的E點(diǎn)為水平軌跡的中點(diǎn)，圖3（c）中的E點(diǎn)為水平軌跡的終點(diǎn)，而圖3（d）中的E點(diǎn)為圓弧軌跡（圖中未畫(huà)出）即回程的中點(diǎn)。

如E點(diǎn)軌跡不符合設(shè)計(jì)要求，則可適當(dāng)調(diào)整各桿件的尺寸，再通過(guò)尺寸動(dòng)畫(huà)功能檢驗(yàn)。劃線(xiàn)位置為卸料的初始位置。注意這里的兩個(gè)極限位置是通過(guò)UGNX5/Motion后處理中的整體機(jī)構(gòu)軌跡（TraceEntireMechanism）功能得到的，并非由幾何作圖獲得（下同）。

如圖10所示為汽車(chē)車(chē)門(mén)開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)為偏置搖桿滑塊機(jī)構(gòu)，當(dāng)搖桿1由動(dòng)力驅(qū)動(dòng)后繞固定鉸鏈A轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)連桿2（與車(chē)門(mén)固連）使滑塊3沿固定導(dǎo)路4作往復(fù)移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)汽車(chē)車(chē)門(mén)開(kāi)關(guān)的目的，圖中雙點(diǎn)劃線(xiàn)位置為汽車(chē)車(chē)門(mén)開(kāi)啟狀態(tài)。這里對(duì)滑塊3定義了兩個(gè)運(yùn)動(dòng)副，即3與2之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副以及3與4之間的滑動(dòng)副。

如圖11所示為飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)，A、D為固定鉸鏈，搖桿1由動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，搖桿3與飛機(jī)著陸輪相連，當(dāng)搖桿1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)通過(guò)連桿2使搖桿3放下或收起，從而實(shí)現(xiàn)飛機(jī)起落架收放的目的，圖中雙點(diǎn)劃線(xiàn)位置為飛機(jī)起落架收起狀態(tài)。

5結(jié)論

通過(guò)UGNX5，對(duì)平面四桿機(jī)構(gòu)模型進(jìn)行草圖建模，并建立其運(yùn)動(dòng)仿真模型，在運(yùn)動(dòng)分析后可生成機(jī)構(gòu)上指