1、 0机械原理课程虚拟样机仿真实验报告题 目： 基于 ADAMS 的八杆机构的运动学分析姓 名： 何志敏学 号： 13071090班 级： 130714 班2015 年 6 月 4 日1基于 ADAMS 的八杆机构的运动学分析13071090 130714班北京航空航天大学 机械工程及自动化学院 （北京 100191）摘 要本文主要针对八杆机构，理论分析了该机构输出构件的位置、速度和加速度的变化规律；并利用 ADAMS 软件对机构进行了建模仿真，得到了输出构件的位置、速度和加速度的变化曲线；通过仿真结果与理论分析的比较，验证了理论分析的正确性。关键词： ADAMS；八杆机构；运动学分析2目 录1
2、、题目要求 42、自由度计算 43、构件位置、速度及加速度方程的求解（封闭向量法） 43.1.位置与角度 63.2.速度与角速度 63.3.加速度与角加速度 74、ADAMS 软件仿真模型的建立及结果分析 74.1 仿真模型的建立 74.2 仿真结果分析 85、结束语 11参考文献 1131、题目要求试计算图1所示运动链的自由度，并判断该运动链是否具有确定的运动。若有复合铰链、局部自由度和虚约束，应明确指出。其中构件1为主动件，构件7为输出构件。图 1 八杆机构2、自由度计算该 机 构 有 确 定 的 运 动 1027323nHLpFC、E处为复合铰链，无局部自由度和虚约束。3、构件位置、速度
3、及加速度方程的求解（封闭向量法）如图 2 所示，建立直角坐标系，定义各杆向量，其中将偏距 e 看成一定常量，由此机构组成一个封闭向量四边形，可写出如下封闭向量方程式Csel21 ）（ 1分别向 x 轴和 y 轴投影得Csll ell 2211coscosinin ）（ 24图 2 解析法作曲柄滑块机构的运动分析消去连杆转角 ，得0)sin2()cos(s 12112 ellellCC ）（ 3由此解得11121211 sinsicsellelMlsC ）（ 4式中，型参数 M=1，应按照所给机构的装配方案或滑块移动的连续性选取。如图 3 所示，连杆实线位置 M=+1，连杆虚线位置 M=-1。滑
4、块的位置 确定后，连杆转角 即可由式（2）唯一确定，即Cs112cosintalsercC ）（ 5求连杆的角速度 和角加速度 时，可将式（2）中的第二式对时间求导2一次和二次，即可得如下方程1212cosl ）（ 62122 tanta）（ ）（ 7将式（2）对时间求导一次及二次，可得滑块的速度及加速度方程)tacos(sin2111 lsvC ）（ 8tnsi()taco 2221la ）（ 9设 D 点坐标为 ，则有DECDlyx） ，（ ,5AECAD11）（ 10向 x 轴投影得ECDxxx1）（ 1进一步推导得CDE)1( ）（ 2对式（11）求一次导数得 01ECDvvv )ta
5、ncos(sin1v 211E lsC ）（ 13对式（11）求二次导数得01ECDaa ）（ 4 )tansi(co)tnsi(co1 22212 llsaCE ）（ 15下面拟定一组具体参数，求解所给参数位置下的输出参数。ml8.301l052 6.81me05srads/7/5xD0451将上述已知条件带入上面推得的公式中，解出其位置参数如下：3.1.位置与角度 mellellsxC 05sin2sincos 11121211 87.36cositan112lsrCmxxCDE50)(3.2 速度与角速度 slsvC /36.4)tancos(sin2111 6ssradl /875.1
6、/0327.cos1212 msvCC /4.6E3.3 加速度与角加速度 22221121 /184.0)tansi(co)tansi(co sllsaC 322 35/10856.tan srd）（ 2/4.msaCE综上所述，理论计算该四杆机构的结果如下表 1 所示：表 1 理论计算结果构件 4 构件 2 构件 7位置与角度 mxC5087.36mxE350速度与角速度 sv/36.s/5.12sv/6.4加速度与角加速度 184.0aC230. 218.0aE4、ADAMS软件仿真模型的建立及结果分析4.1 仿真模型的建立按着下面这组参数建立 ADAMS 模型： ， ，ml8.301l
7、052， ， ， ， 。6.81me05srads/0872./51xD41所建立八杆机构模型图如下所示，其中红色曲柄连接着 on ground 选项，即为机架。7图 3 ADAMS 机构模型图4.2 仿真结果分析通过仿真模型得到构件 4 和构件 7 的位置、速度、加速度曲线如图 4 所示，其中红线为位置，蓝线为速度，紫线为加速度。图 4 构件 4 和构件 7 位置、速度、加速度曲线构件 2 的角度、角速度和角加速度曲线如图 5 所示，其中红线为角度曲线，蓝线为角速度曲线，紫线为角加速度曲线。8图 5 构件 2 的角度、角速度和角加速度曲线为了便于验证上述理论方法计算结果的正确性，取横坐标为构
8、件 1 相对机架的角度，得到构件 4 和构件 7 的位置、速度、加速度曲线如图 6-8 所示。图 6 构件 4（红线）和构件 7（蓝线）的位置9图 7 构件 4（红线）和构件 7（蓝线）的速度图 8 构件 4（红线）与构件 7（蓝线）的加速度取横坐标为构件 1 相对机架的角度，构件 2 的角度、角速度和角加速度变化曲线如图 9 所示。图 9 构件 2 的角度（红线）、角速度（蓝线）和角加速度（紫线）曲线10从上面的仿真曲线图中可以得到：在构件 1 与水平方向夹角为 66.8时，仿真得到的构件 4（part4）和构件 7（part8 ）的位置、速度、加速度值和构件2（part3 ）的速度、角速度
9、和角加速度值列在表 2 中。表 2 ADAMS 仿真的运动学结果综上，表 2 中所得到的仿真结果与表 1 中理论计算的结果基本吻合。可以说明理论计算的方法是正确的，结果是可信的。而采用 ADAMS 软件的仿真，尤其对于理论分析起来非常困难的模型来说，是一种相对而言更便捷的方法。5、结束语运用ADAMS 虚拟样机仿真分析软件，可以快速方便的建立机构的模型，并对其进行运动学与动力学仿真。由于虚拟样机有别于物理样机，只要能够表达机构真实的运动情况即可，并不需要完全再现机构本身的所有细节。通过对模型进行参数化，可以实现设计参数的可更改性和关联性，对提高设计效率和产品系列化有重要意义。虚拟样机具有低成本，易复制，易系列化等特点，对于节约设计成本和缩短产品开发周期有重要意义。参考文献:1郭卫东. 虚拟样机技术与ADAMS 应用实例教程M. 北京:北京航空航天大学出版社, 2009年2月.构件 4 构件 2 构件 7位置与角度 mxC0.587.36mxE0.35速度与角速度 sv/736s/5.12sv/6.4加速度与角加速度 418.0aC2830. 2718.0aE
