牛頭刨床論文PPT-史寶周

基于ADAMS軟件對(duì)牛頭刨床導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的建模與仿真分析專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化答辯人：史寶周指導(dǎo)老師：敬志臣基于ADAMS對(duì)牛頭刨床導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的建模與仿真分析1.背景2.牛頭刨床的理論分析3.牛頭刨床執(zhí)行機(jī)構(gòu)的三維建模4.牛頭刨床的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析5.牛頭刨床運(yùn)動(dòng)學(xué)建模、仿真及結(jié)果后處理6.動(dòng)力學(xué)分析7.優(yōu)化設(shè)計(jì)8.結(jié)論9.本次設(shè)計(jì)分析的工作展望主要內(nèi)容背景1.隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，“中國制造2025”的提出與“工業(yè)4.0”時(shí)代的到來，可見制造業(yè)技術(shù)的創(chuàng)新、研發(fā)顯得尤為重要。而評(píng)價(jià)一個(gè)國家制造業(yè)的高低，取決于工作母機(jī)的加工質(zhì)量。恰好，刨床因其結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉，其加工平面效率很高，一直在制造業(yè)中被廣泛應(yīng)用，所以對(duì)其創(chuàng)新、優(yōu)化勢(shì)在必行。2.虛擬樣機(jī)技術(shù)是一種嶄新的產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)計(jì)技術(shù)。能夠模擬產(chǎn)品在真實(shí)環(huán)境下各種運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性，并根據(jù)仿真結(jié)果優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案，避免傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中物理樣機(jī)的反復(fù)制造、修改過程，大大縮短開發(fā)周期，降低研發(fā)成本，提高了面向客戶與市場的需求能力。ADAMS軟件與其它建模軟件聯(lián)合運(yùn)用顯得更加重要。牛頭刨床的理論分析Loremipsumdolorsitamet,consecteturadipisicingelit,seddoeiusmodtemporincididuntutlaboreetdoloremagnaaliqua.Utenimadminimveniam,quisnostrudexercitationullamcolaborisnisiutaliquipexeacommodoconsequat.1.工作原理：當(dāng)主動(dòng)件曲柄2勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，搖桿4左右擺動(dòng)，帶動(dòng)刨刀6沿著固定的軌跡運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的功能。2.牛頭刨床機(jī)構(gòu)具有急回特性，即刨刀在切削工作行程中速度較慢，且要求平穩(wěn)，切削完成后快速空載返回到原來位置。為確定其平穩(wěn)性是否滿足要求，就必須對(duì)其進(jìn)行仿真分析。牛頭刨床實(shí)體機(jī)構(gòu)的三維建模

利用croe軟件的虛擬裝配功能對(duì)牛頭刨床進(jìn)行實(shí)體建模，按照一定順序?qū)⑵浒惭b，使其表現(xiàn)更為直觀。牛頭刨床傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的實(shí)體建模牛頭刨床總裝實(shí)體圖

通過對(duì)牛頭刨床導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的簡化，運(yùn)用適量解析法對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，下面為運(yùn)動(dòng)簡圖。本文主要對(duì)牛頭刨床六桿機(jī)構(gòu)刨頭E點(diǎn)的位移、速度、加速度進(jìn)行分析。牛頭刨床的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析位移分析：先建立一直角坐標(biāo)系，C點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，并標(biāo)出各桿矢量及其方位角，各構(gòu)件構(gòu)成矢量封閉形，機(jī)構(gòu)各矢量構(gòu)成兩個(gè)適量封閉方程為：速度分析：由以上兩式對(duì)時(shí)間求導(dǎo)得速度關(guān)系式，寫成矩陣形式如下：加速度分析：對(duì)速度關(guān)系式求時(shí)間的導(dǎo)數(shù)即得加速度關(guān)系式，如下：牛頭刨床運(yùn)動(dòng)學(xué)建模、仿真及結(jié)果后理機(jī)構(gòu)的建模模型參數(shù)的定義施加約束添加驅(qū)動(dòng)或力結(jié)果仿真和后處理分析曲柄搖桿機(jī)構(gòu)建模虛擬樣機(jī)如左圖所示.仿真基本流程：添加驅(qū)動(dòng)或力結(jié)果仿真和后處理分析機(jī)構(gòu)的仿真

輸入仿真時(shí)長為6s，仿真步長為200步，則機(jī)構(gòu)完成一個(gè)周期的運(yùn)動(dòng)。牛頭刨床傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的實(shí)體模型仿真牛頭刨床總裝實(shí)體模型仿真仿真的分析及結(jié)果后處理從仿真結(jié)果可知：刨頭E的行程為500mm，滿足工作行程。刨頭E在工作行程（0-3.5s）內(nèi)速度和加速度波動(dòng)較小，在空行程（3.5-6s）內(nèi)速度和加速度波動(dòng)較大，這就保證了刨頭E在工作行程時(shí)有較均勻的切削速度，在空行程時(shí)有急回運(yùn)動(dòng)特性。從仿真結(jié)果可以看出牛頭刨床按照設(shè)計(jì)預(yù)訂的軌跡運(yùn)動(dòng)，沒有卡死現(xiàn)象，運(yùn)動(dòng)性能良好。123動(dòng)力學(xué)分析根據(jù)構(gòu)件上所有外力在x軸上的投影的代數(shù)和為零，構(gòu)件上所有外力在y軸上的投影的代數(shù)和為零以及構(gòu)件上所有外力對(duì)其質(zhì)心的力矩的代數(shù)和為零，對(duì)各構(gòu)件受力分析及平衡方程如下：對(duì)構(gòu)建1有：對(duì)構(gòu)建2有：對(duì)構(gòu)建3有：對(duì)構(gòu)4有：對(duì)構(gòu)建5有：將上述各構(gòu)件的平衡方程式，整理成以運(yùn)動(dòng)副反力和平衡力距為未知量的線性方程組，并寫成矩陣形式，（其中式中：C為系數(shù)矩陣；為未知力矩陣；D為已知力矩陣）即，動(dòng)力學(xué)建模與仿真

按已知條件分別設(shè)置曲柄1，滑塊2.擺動(dòng)桿3，連桿4和刨頭5的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，并對(duì)刨頭5設(shè)置阻力，完成動(dòng)力學(xué)仿真設(shè)置。動(dòng)力學(xué)仿真及結(jié)果后處理如下：運(yùn)動(dòng)副A處的約束反力運(yùn)動(dòng)副A處的平衡力距刨頭5所受阻力刨頭5所受的垂直反力從圖可以看出：(1).牛頭刨床刨頭在工作進(jìn)程中，機(jī)構(gòu)在x（水平）方向的受力明顯比y（垂直）方向要平滑些，且力的方向莫有變化，而y（垂直）方向的受力卻出現(xiàn)了較大的變化。因此可以得出：y（垂直）方向的受力主要是由于機(jī)器振動(dòng)而引起。(2).牛頭刨床刨頭在工作進(jìn)程中，平衡力矩變化較平緩，而空行程時(shí)變化較大，符合實(shí)際要求，故仿真是正確的。牛頭刨床的最優(yōu)設(shè)計(jì)

已知刨床的行程速比系數(shù)K、曲柄、機(jī)構(gòu)的行程H和刨頭切削區(qū)域h。希望：①在切削區(qū)域h內(nèi)機(jī)構(gòu)的最大壓力角最??；②結(jié)構(gòu)緊湊，且有小的滑距S和小的推桿。牛頭刨床幾何尺寸關(guān)系:導(dǎo)桿:機(jī)構(gòu)極位夾角:機(jī)構(gòu)行程速比系數(shù)K:機(jī)構(gòu)壓力角及函數(shù)關(guān)系:導(dǎo)桿在

處的壓力角：導(dǎo)桿在

處的壓力角：導(dǎo)桿在

處的壓力角：偏距：本設(shè)計(jì)以滿足機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)性能為前提，令機(jī)構(gòu)最小傳動(dòng)角等于已知許用傳動(dòng)角[γ]，追求機(jī)構(gòu)工作效率最高、機(jī)構(gòu)行程速比系數(shù)K最大為尋優(yōu)目標(biāo)函數(shù)。由機(jī)構(gòu)幾何關(guān)系知，當(dāng)e?x最小時(shí)，機(jī)構(gòu)行程速比系數(shù)K最大，則以機(jī)構(gòu)行程速比系數(shù)K最大建立尋優(yōu)目標(biāo)函數(shù)為：當(dāng)已知機(jī)構(gòu)允許的最小許用傳動(dòng)角[γ]、行程H,連桿時(shí),要使機(jī)構(gòu)最小傳動(dòng)角呈最大,必然有:聯(lián)立各式有：另外刨頭滑桿位置下移量x需要有:同時(shí)需要有：最優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的建立:（1）通過ADAMS軟件對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真輸出的圖像可以看出：牛頭刨床滑枕的行程長度滿足要求，工作行程時(shí)時(shí)間長、速度慢、較平穩(wěn)，加速度值較?。换爻虝r(shí)速度快、加速度較大，滿足行程速比要求。

（2）運(yùn)用作圖法分析牛頭刨床執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀況，特別是加上從機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)時(shí)，過程復(fù)雜繁瑣，且準(zhǔn)確率低，不直觀，從以上分析可知，運(yùn)用ADAMS軟件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，具有很大的優(yōu)越性，不僅可以直觀地看清楚機(jī)構(gòu)的造型和裝配關(guān)系，而且使整個(gè)仿真過程更精確，更直觀，可視化程度高。

（3）在Croe2.0裝配環(huán)境下，可以對(duì)組件進(jìn)行直觀的干涉檢驗(yàn)，可以幫助設(shè)計(jì)人員及時(shí)查漏，提高了工作效率，節(jié)省了大量的人力物力。

（4）根據(jù)運(yùn)動(dòng)仿真輸出的圖像和數(shù)據(jù)，方便設(shè)計(jì)人員對(duì)牛頭刨床機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其快速高效地設(shè)計(jì)出理想的機(jī)構(gòu)。

結(jié)論本次設(shè)計(jì)分析的工作展望1.本次設(shè)計(jì)牛頭刨床的工作臺(tái)只能實(shí)現(xiàn)前后移動(dòng)，未能實(shí)現(xiàn)上下移動(dòng)，還缺少一個(gè)錐齒輪傳動(dòng)裝置；2.牛頭刨床執(zhí)行機(jī)構(gòu)主從運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的連接是通過齒輪連接實(shí)現(xiàn)的，其存在不少誤差，運(yùn)行精度不高，改善建議：使用凸輪機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)3.在使用Croe2.0和ADAMS軟件進(jìn)行裝配和仿真時(shí)發(fā)現(xiàn)，雖然此款軟件在數(shù)據(jù)庫，和參數(shù)化設(shè)計(jì)等方面具有無與倫比的優(yōu)勢(shì)，但它并不是萬能。要想出色的設(shè)計(jì)出符合要求的、完美的機(jī)構(gòu)，還需和其他軟件配合，這樣取長補(bǔ)短，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，才能發(fā)揮其設(shè)計(jì)的功能。4.基于ADAMS對(duì)牛頭刨床的建模與仿真分析只做了一種情況下運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)仿真分析，應(yīng)該仿真多種情況，并加以對(duì)比。5.本次設(shè)計(jì)運(yùn)用Croe2.0和ADAMS軟件中的仿真模塊，只是仿真了牛頭刨床執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，機(jī)構(gòu)中的重力、摩擦力等都沒有考慮進(jìn)去。要想精確的分析出機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)，還需要和專門的有限元軟件結(jié)合使用并進(jìn)一步分析研究?；贏DAMS虛擬樣機(jī)技術(shù)的展望

虛擬樣機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)，改變了傳動(dòng)的設(shè)計(jì)方式，采用信息技術(shù)、數(shù)字技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。能夠在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)：設(shè)計(jì)——實(shí)驗(yàn)——設(shè)計(jì)的反復(fù)過程。大大降低研發(fā)周期和研發(fā)成本，同時(shí)也推動(dòng)著制造業(yè)領(lǐng)域的數(shù)字化、信息化、智能化。目前，ADAMS軟件很好的實(shí)現(xiàn)著仿真功能，方便的改