平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)精度分析與仿真

1、<p><b>　　引言</b></p><p>　　1.1 平面連桿機(jī)構(gòu)的現(xiàn)狀</p><p>　　平面連桿機(jī)構(gòu)是許多接卸上都廣泛使用的機(jī)構(gòu)。對(duì)連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行誤差分析和綜合以期實(shí)現(xiàn)較高的運(yùn)動(dòng)精度，一直是人們致力研究的課題。眾所周知，由于連桿機(jī)構(gòu)本身的固有機(jī)構(gòu)原因，其輸出只能在機(jī)構(gòu)的少數(shù)位置是精確的，而在其他機(jī)構(gòu)位置總是存在著誤差的。為了使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)盡可能逼近

2、設(shè)計(jì)所期望的運(yùn)動(dòng)，優(yōu)化設(shè)計(jì)方法得到廣泛的應(yīng)用[1]。但是由于有限的構(gòu)建制造精度、不可避免的裝配誤差、相對(duì)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件之間必不可少的運(yùn)動(dòng)副間隙、構(gòu)件的長(zhǎng)度差異等因素使得機(jī)構(gòu)的真實(shí)運(yùn)動(dòng)不同甚至產(chǎn)生嚴(yán)重偏離其設(shè)計(jì)預(yù)定的理想運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致精度的誤差。隨著機(jī)械向高速、精密化發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)向大規(guī)模自動(dòng)化發(fā)展，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)精密越來(lái)越稱(chēng)為衡量機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)性能的重要指標(biāo)，因此探索更能符合客觀、更科學(xué)、更精確、更經(jīng)濟(jì)的機(jī)構(gòu)分析越來(lái)越引起人們的重視。</p>

3、<p>　　1．2 平面連桿機(jī)構(gòu)精度研究的現(xiàn)狀與發(fā)展</p><p>　　平面及空間連桿機(jī)構(gòu)在許多機(jī)械上應(yīng)用非常廣泛。連桿機(jī)構(gòu)的輸出誤差是由理想機(jī)構(gòu)本身固有的結(jié)構(gòu)誤差和由于制造誤差、運(yùn)動(dòng)副間隙所產(chǎn)生的機(jī)械誤差兩部分組成。對(duì)連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行誤差分析與綜合以期實(shí)現(xiàn)較高的運(yùn)動(dòng)精度一直是令人感興趣的研究課題。20世紀(jì)40年代，蘇聯(lián)學(xué)者勃魯也維奇、卡拉希尼柯夫等相繼對(duì)機(jī)構(gòu)的誤差傳遞規(guī)律進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究。目前，國(guó)際

4、、國(guó)內(nèi)仍有很多學(xué)者對(duì)機(jī)構(gòu)輸出誤差的隨機(jī)特征進(jìn)行研究。歸納起來(lái)，連桿機(jī)構(gòu)誤差分析方法主要有以下五種。</p><p>　　1) 輸出表達(dá)式的直接全微分法[2]：該方法將輸出運(yùn)動(dòng)參數(shù)表達(dá)成輸入?yún)?shù)和機(jī)構(gòu)各構(gòu)件結(jié)構(gòu)參數(shù)的顯函數(shù)并直接進(jìn)行全微分，從而將輸出參數(shù)誤差表述為各結(jié)構(gòu)參數(shù)誤差的線性函數(shù)，便于進(jìn)行概率分析。但在計(jì)算各誤差敏度系數(shù)時(shí)卻遇到了非常復(fù)雜的數(shù)學(xué)問(wèn)題，因?yàn)閷?duì)于稍微復(fù)雜一些的平面機(jī)構(gòu)和空間機(jī)構(gòu)其輸出位移表達(dá)式都

5、非常復(fù)雜，將其對(duì)各結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行微分并非易事，尤其對(duì)于多桿機(jī)構(gòu)。</p><p>　　2) 微小位移合成法[2,3]：徐衛(wèi)良提出的微小位移合成法，基于構(gòu)件相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理給出了機(jī)構(gòu)誤差分析的微小角位移合成方程和微小線位移合成方程。應(yīng)用該方法只要合適選擇參考坐標(biāo)和計(jì)算點(diǎn)，并向合適的坐標(biāo)軸投影就能避開(kāi)一些中間運(yùn)動(dòng)誤差變量，建立較為簡(jiǎn)單的誤差方程，從而成功地解決了空間機(jī)構(gòu)和機(jī)器人的位置誤差分析問(wèn)題。</p>&

6、lt;p>　　3) 轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)法[4]：根據(jù)原始誤差獨(dú)立作用原理得到轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，求出每個(gè)原始誤差引起的誤差，然后疊加得到總誤差，這種方法適用于簡(jiǎn)單平面機(jī)構(gòu)的誤差分析，很難推廣應(yīng)用于復(fù)雜平面機(jī)構(gòu)和空間機(jī)構(gòu)。</p><p>　　4) 矩陣法[5]：徐衛(wèi)良通過(guò)對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)約束方程進(jìn)行全微分建立了機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)誤差</p><p>　　的矩陣方程，關(guān)玉祥則直接采用矩陣微分法研究空間閉鏈機(jī)構(gòu)的位置誤差。

7、但是，</p><p>　　這些方法沒(méi)能考慮到結(jié)構(gòu)參數(shù)誤差和間隙誤差的隨機(jī)性而進(jìn)一步給出機(jī)構(gòu)輸出運(yùn)動(dòng)誤差的概率模型。</p><p>　　5) 環(huán)路增量法[6]：劉深厚、石則昌基于空間閉鏈機(jī)構(gòu)位姿環(huán)路方程及微變換原理提出了位置誤差的環(huán)路增量法，解決了復(fù)雜平面機(jī)構(gòu)和簡(jiǎn)單空間機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)誤差分析問(wèn)題。這種方法避開(kāi)了計(jì)算誤差敏度系數(shù)的數(shù)學(xué)困難，無(wú)疑是進(jìn)行確定性誤差分析的有效方法，但由于其輸出誤差表

8、達(dá)式中常包含有其它輸出參數(shù)誤差，因而在進(jìn)一步進(jìn)行誤差概率分析時(shí)卻遇到了非常棘手的相關(guān)性問(wèn)題。在考慮間隙對(duì)輸出誤差的影響方面，現(xiàn)有的文獻(xiàn)總是假設(shè)運(yùn)動(dòng)副中銷(xiāo)軸在間隙空間內(nèi)浮動(dòng)，間隙矢量的頂點(diǎn)位于間隙空間內(nèi)或邊界上任一點(diǎn)的概率相等，即服從于均勻分布，并以此分析機(jī)構(gòu)的輸出運(yùn)動(dòng)特性。之所以這樣假設(shè)，是由于間隙副的相對(duì)運(yùn)動(dòng)比較復(fù)雜，分析含間隙機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律比較困難所致。</p><p>　　1.3 ADAMS軟件，虛擬樣機(jī)

9、技術(shù)概述</p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的日臻成熟，進(jìn)來(lái)在對(duì)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行分析中，出現(xiàn)了虛擬樣機(jī)技術(shù)。虛擬樣機(jī)技術(shù)（Virtua Prototyping Technology）是一項(xiàng)新生的工程技術(shù)。它采用計(jì)算機(jī)仿真與虛擬技術(shù)，在計(jì)算機(jī)上通過(guò)CAD/CAM/CAE等技術(shù)把鏟平的資料集成到一個(gè)可視化的環(huán)境中們實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的仿真、分析。虛擬樣機(jī)技術(shù)在設(shè)計(jì)的初級(jí)階段——概念設(shè)計(jì)階段就可以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行完整的分析，可以觀察并

10、誓言各組成部件的相互運(yùn)動(dòng)情況。使用系統(tǒng)仿真軟件在各種環(huán)境中真實(shí)的模擬系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)，它可以在計(jì)算機(jī)上方便地修改設(shè)計(jì)缺陷，仿真實(shí)驗(yàn)不同的設(shè)計(jì)方案，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)不斷該井，直至獲得最優(yōu)設(shè)計(jì)佛納甘以后，再做出物理樣機(jī)[7]。</p><p>　　ADAMS軟件，是由美國(guó)機(jī)械動(dòng)力公司開(kāi)發(fā)的最優(yōu)秀的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真軟件，是目前世界上最具權(quán)威性的，使用范圍最廣泛的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析軟件，在全球占有率最高。ADAMS軟件廣泛應(yīng)用于航空航

11、天、汽車(chē)工程、鐵路車(chē)輛及裝備、工業(yè)機(jī)械、工程機(jī)械等領(lǐng)域。國(guó)外的一些著名大學(xué)也已開(kāi)設(shè)了介紹ADAMS軟件的課程。ADAMS軟件一方面是機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)仿真軟件的應(yīng)用軟件，用戶(hù)可以運(yùn)用該軟件方便對(duì)虛擬樣機(jī)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析。另一方面，又是機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真分析開(kāi)發(fā)工具，其開(kāi)放性的程序結(jié)構(gòu)和多種接口可以成為特殊行業(yè)用戶(hù)進(jìn)行特殊類(lèi)型機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真分析的二次開(kāi)發(fā)工具平臺(tái)。ADAMS與陷阱的CAD軟件 UG/PRO/E以及CAE軟件AN

12、YS 可以通過(guò)計(jì)算機(jī)圖形交換格式文件相互交換以保持一致性。ADAMS軟件支持進(jìn)行工程環(huán)境，節(jié)省大量的時(shí)間和經(jīng)費(fèi)。利用ADAMS軟件建立參數(shù)化模型可以進(jìn)行設(shè)計(jì)研究、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和優(yōu)化分析，為系統(tǒng)參數(shù)化提供一種高效開(kāi)發(fā)工具[8] 。</p><p>　　2 理想平面連桿機(jī)構(gòu)桿長(zhǎng)誤差精度分析</p><p>　　通過(guò)在ADAMS軟件中導(dǎo)入理想連桿機(jī)構(gòu)，進(jìn)行仿真分析，通過(guò)VB程序編寫(xiě)出能夠模擬連桿機(jī)

13、構(gòu)運(yùn)動(dòng)的程序，通過(guò)改變連桿的長(zhǎng)度及開(kāi)始的角度來(lái)獲得不同的理想平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)來(lái)分析其運(yùn)動(dòng)規(guī)律。</p><p>　　曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)模擬及精度分析</p><p>　　2.1.1 VB編程建立數(shù)學(xué)模型</p><p>　　在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若兩個(gè)連架桿之一為曲柄而另一是搖桿，則此機(jī)構(gòu)稱(chēng)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)在這種機(jī)構(gòu)中，當(dāng)曲柄為原動(dòng)件，搖桿為從動(dòng)件時(shí)，可將曲柄的連連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)

14、變成往復(fù)擺動(dòng)，取曲柄與機(jī)架的鉸接點(diǎn)A點(diǎn)為坐標(biāo)的原點(diǎn)，機(jī)架1,在X軸上，因此需要輸入4個(gè)形狀參數(shù)變量，即l1、l2 、l3、l4即可確定鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的形狀。由圖2-1 </p><p>　　圖2-1 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)示意圖</p><p>　　引入矢量法，之后在ADAMS程序中根據(jù)所得點(diǎn)的坐標(biāo)建立曲柄連桿機(jī)構(gòu)的模型，進(jìn)行模擬，分析運(yùn)動(dòng)精度，VB生成EXE軟件如圖2-2：</p>&

15、lt;p>　　圖2-2 VISUAL BASIC 計(jì)算并模擬四桿機(jī)構(gòu)</p><p>　　如圖程序可以通過(guò)改變4根桿的長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的連桿機(jī)構(gòu)，同時(shí)得到4個(gè)鉸接點(diǎn)的坐標(biāo)方便在ADAMS中建立虛擬樣機(jī)，按下計(jì)算按鈕可以得到對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)值，按下動(dòng)畫(huà)按鈕可以進(jìn)行連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)模擬。</p><p>　　2.1.2 利用ADAMS軟件進(jìn)行建模</p><p>　　由于平

16、面連桿機(jī)構(gòu)模型較為簡(jiǎn)單，利用ADAMS/VIEW提供的建模工具可以方便的簡(jiǎn)歷連桿機(jī)構(gòu)模型。連桿機(jī)構(gòu)模型的建立是通過(guò)創(chuàng)建設(shè)計(jì)點(diǎn)、創(chuàng)建連桿、添加轉(zhuǎn)動(dòng)副和轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)這四步實(shí)現(xiàn)的。</p><p>　　第一步，在ADAMS/VIEW的主工具箱中點(diǎn)擊圖標(biāo) 創(chuàng)建地面上4個(gè)工作點(diǎn)A、</p><p><b>　　B、C、D</b></p><p>　　第二步，

17、在主工具箱內(nèi)點(diǎn)擊圖標(biāo)，創(chuàng)建依附于第一步中創(chuàng)建的設(shè)計(jì)點(diǎn)上的新零件連桿。</p><p>　　第三步，在主工具箱內(nèi)點(diǎn)擊圖標(biāo)，在各個(gè)鉸點(diǎn)添加轉(zhuǎn)動(dòng)副，將連桿用轉(zhuǎn)動(dòng)副連接起來(lái)。</p><p>　　第四步，在主工具箱內(nèi)點(diǎn)擊圖標(biāo)，在曲柄與機(jī)架交接點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)副上添加轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)，這樣一個(gè)理想曲柄連桿機(jī)構(gòu)模型就建立完成了，如圖2-3，</p><p>　　圖2-3 ADAMS虛擬樣機(jī)圖(曲

18、柄搖桿機(jī)構(gòu))</p><p>　　然后再主工具箱內(nèi)點(diǎn)擊圖標(biāo)，對(duì)完成的曲柄連桿機(jī)構(gòu)的模擬運(yùn)動(dòng)，在ADAMS窗口上方的Build菜單中選擇Measure->Point to point->New。進(jìn)行測(cè)量仿真并查看結(jié)果。分別取桿長(zhǎng)L1為100mm，170mm兩種連桿機(jī)構(gòu) 其余桿長(zhǎng)分別為L(zhǎng)2=220mm、L3=250mm、L4=300mm來(lái)分析桿長(zhǎng)對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的影響。驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速為30當(dāng)L1為100mm時(shí)c點(diǎn)速度

19、和加速度曲線如圖2-4、2-5</p><p>　　圖2-4 L1=100mm時(shí)C點(diǎn)的速度</p><p>　　圖2-5 L1=100mm時(shí)C點(diǎn)的 加速度</p><p>　　圖2-6 L1=170mm時(shí)C點(diǎn)的速度</p><p>　　圖2-7 L1=170mm時(shí)C點(diǎn)的加速度</p><p>　　2.2 雙曲柄機(jī)構(gòu)的

20、理想機(jī)構(gòu)建模</p><p>　　用與曲柄搖桿機(jī)構(gòu)相同的VB程序來(lái)計(jì)算雙曲柄機(jī)構(gòu)各點(diǎn)坐標(biāo)，保證機(jī)架為最短桿，其余條件與曲柄搖桿機(jī)構(gòu)相同，得出各點(diǎn)的坐標(biāo)，同時(shí)在ADAMS上建立模型進(jìn)行精度分析。如圖2-8</p><p>　　圖2-8 ADAMS虛擬樣機(jī)圖（雙曲柄）</p><p>　　取L1桿長(zhǎng)分別為200mm和320mm其他干桿L2、L3、L4 分別為220mm、

21、250mm、150mm比較C點(diǎn)的速度和加速度。如圖2-9到2-12</p><p>　　圖2-9 L1=200mm時(shí)速度曲線</p><p>　　圖2-10 L1=200mm時(shí)加速度曲線</p><p>　　圖2-11 L1=320mm時(shí)速度曲線</p><p>　　圖2-12 L1=320mm時(shí)加速度曲線</p><p&

22、gt;　　2.3 桿長(zhǎng)誤差對(duì)連桿機(jī)構(gòu)的精度影響</p><p>　　連桿機(jī)構(gòu)的各個(gè)桿長(zhǎng)在制造時(shí)不可避免的存在誤差，此誤差必然的影響連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)精度，為了研究此誤差對(duì)運(yùn)動(dòng)精度的影響程度，需要反復(fù)的修改參數(shù)后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，這時(shí)，可以用人工方法一次次修改樣機(jī)模型，然后進(jìn)行反復(fù)的仿真分析，建立桿長(zhǎng)誤差與運(yùn)動(dòng)精度的關(guān)系，但是，這種分析方法往往需要盡享大量的單調(diào)乏味的重復(fù)建模工作沒(méi)話(huà)費(fèi)大量的時(shí)間和人力。</p>

23、;<p>　　當(dāng)在原有的機(jī)構(gòu)每根桿上加上一個(gè)L相當(dāng)于桿長(zhǎng)產(chǎn)生了誤差在ADAMS中分析有桿長(zhǎng)變化對(duì)連桿運(yùn)動(dòng)的影響，同上述方法，在桿上加L=0.1mm、0.2mm、0.3mm的誤差時(shí)如圖2-13到2-18。</p><p>　　圖2-13含0.1mm桿長(zhǎng)誤差時(shí)候C點(diǎn)的速度</p><p>　　圖2-14 含0.1mm桿長(zhǎng)誤差時(shí)候C點(diǎn)的加速度</p><p>

24、;　　圖2-15 含0.2mm桿長(zhǎng)誤差時(shí)C點(diǎn)的速度</p><p>　　圖2-16 含0.2mm桿長(zhǎng)誤差時(shí)C點(diǎn)的加速度</p><p>　　圖2-17 含0.3mm桿誤差時(shí)C點(diǎn)的速度</p><p>　　圖2-18 含0.3mm桿長(zhǎng)誤差時(shí)C點(diǎn)的加速度</p><p><b>　　2.4 小結(jié)</b></p>

25、<p>　　通過(guò)仿真如圖2-19看出：桿長(zhǎng)制造誤差越大，連桿曲線軌跡精度越低。由仿真試驗(yàn)可以建立桿長(zhǎng)制造誤差與運(yùn)動(dòng)軌跡精度的數(shù)量級(jí)別關(guān)系。當(dāng)給定連桿曲線軌跡精度后，通過(guò)以上方法可以確定各桿的制造精度，為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的加工制造提供了精度設(shè)計(jì)依據(jù)。</p><p><b>　　層</b></p><p>　　圖2-19 桿長(zhǎng)制造誤差對(duì)連桿曲線軌跡精度的影響&

26、lt;/p><p>　　3 含間隙連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真及精度分析</p><p>　　由于轉(zhuǎn)動(dòng)副存在著間隙，機(jī)構(gòu)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)和預(yù)訂的運(yùn)動(dòng)之間發(fā)生偏差，從而降低機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)精度。間隙量過(guò)小會(huì)使機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)不靈活，并引起運(yùn)動(dòng)副元素的劇烈摩擦而發(fā)熱。加速構(gòu)件磨損。使間隙量變得更大，產(chǎn)生過(guò)大的噪聲，降低機(jī)械效率；間隙量過(guò)大直接降低機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)精度。為了研究運(yùn)動(dòng)副間隙對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)精度的影響程度，需建立含運(yùn)動(dòng)副間隙的

27、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的參數(shù)化模型。運(yùn)動(dòng)副間隙會(huì)導(dǎo)致機(jī)構(gòu)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)偏離所要實(shí)現(xiàn)的預(yù)定運(yùn)動(dòng)要求，其中作用于運(yùn)動(dòng)副中的力起到了很重要的作用，在力的作用下，運(yùn)動(dòng)副產(chǎn)生了劇烈的震動(dòng)。因此要分析運(yùn)動(dòng)副間隙對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡的影響。必須考慮構(gòu)建之間的接觸力的作用。接觸力士?jī)蓚€(gè)構(gòu)建相互接觸發(fā)生生變時(shí)候產(chǎn)生的，接觸力的大小與形變的大小和變形的速度有關(guān)。如果鏈各個(gè)構(gòu)建互分開(kāi)不接觸則接觸力為零。通過(guò)在各鉸接點(diǎn)創(chuàng)建轉(zhuǎn)動(dòng)副的間隙進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，分析輸出運(yùn)動(dòng)曲線圖得出間隙 對(duì)連桿機(jī)

28、構(gòu)運(yùn)動(dòng)的影響。</p><p>　　3.1 含有1個(gè)間隙的連桿機(jī)構(gòu)</p><p>　　依然使用第2章所用的機(jī)構(gòu)，桿L1、L2、L3、L4分別為170mm、220mm、250mm、300mm建立曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和前面所建立機(jī)構(gòu)方法相同，</p><p>　　第一步，在ADAMS/VIEW的主工具箱中點(diǎn)擊圖標(biāo) 創(chuàng)建地面上4個(gè)工作點(diǎn)A、B、C、D</p>&

29、lt;p>　　第二步，在主工具箱內(nèi)點(diǎn)擊圖標(biāo)，創(chuàng)建依附于第一步中創(chuàng)建的設(shè)計(jì)點(diǎn)上的新零件連桿。</p><p>　　第三步，在主工具箱內(nèi)點(diǎn)擊圖標(biāo)，在各個(gè)鉸點(diǎn)添加轉(zhuǎn)動(dòng)副，將連桿用轉(zhuǎn)動(dòng)副連接起來(lái)。</p><p>　　第四步，在主工具箱內(nèi)點(diǎn)擊圖標(biāo)，在曲柄與機(jī)架交接點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)副上添加轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)，這樣一個(gè)理想曲柄連桿機(jī)構(gòu)模型就建立完成了。如圖，</p><p>　　圖3-1 L

30、1=170mm時(shí) 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)</p><p>　　然后在桿的一端建立含間隙的轉(zhuǎn)動(dòng)副，方便起見(jiàn)，將轉(zhuǎn)動(dòng)副等價(jià)成一根軸和一個(gè)套筒，軸半徑R1、孔半徑R2等價(jià)的間隙R1 - R2 。R1=4mm R2=8mm建立如圖3-2</p><p>　　圖3-2軸套代替間隙轉(zhuǎn)動(dòng)副</p><p>　　然后再主工具箱內(nèi)點(diǎn)擊圖標(biāo)，對(duì)完成的曲柄連桿機(jī)構(gòu)的模擬運(yùn)動(dòng)，在ADAMS窗口上方的

31、Build菜單中選擇Measure->Point to point->New。進(jìn)行測(cè)量仿真并查看結(jié)果。</p><p>　　圖3-3含間隙在B點(diǎn)時(shí)C點(diǎn)速度曲線</p><p>　　圖3-4含間隙在B點(diǎn)時(shí)C點(diǎn)加速度</p><p>　　圖3-5 間隙在C點(diǎn)時(shí)C點(diǎn)的輸出速度</p><p>　　圖3-6 間隙在C點(diǎn)時(shí)C點(diǎn)的輸出加速度&

32、lt;/p><p>　　3.2 含兩個(gè)間隙的連桿機(jī)構(gòu)</p><p>　　分別在點(diǎn)B和點(diǎn)C上同時(shí)添加含間隙的轉(zhuǎn)動(dòng)副來(lái)分析連桿運(yùn)動(dòng)精度，R1=6mm,R2=9mm 按下按鈕，可以獲得點(diǎn)C的輸出速度和加速度如圖3-7,3-8。</p><p>　　圖3-7含2個(gè)間隙0.01mm時(shí)為C點(diǎn)的輸出速度</p><p>　　圖3-8含2個(gè)間隙0.01mm時(shí)

33、C點(diǎn)的輸出加速度</p><p>　　如果將R2改為8mm即間隙變?yōu)?.02mm時(shí)再出圖分析獲得C點(diǎn)的速度加速度如圖</p><p><b>　　3-9,3-10。</b></p><p>　　圖3-9 含兩個(gè)間隙且間隙大小為0.02mm時(shí)C點(diǎn)的輸出速度</p><p>　　圖3-10 含兩個(gè)間隙且間隙大小為0.02mm

34、時(shí)C點(diǎn)的輸出加速度</p><p><b>　　3.3小結(jié)</b></p><p>　　運(yùn)動(dòng)副間隙越小，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的軌跡精度越高。鑰匙機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)軌跡精度達(dá)到某一精度，運(yùn)動(dòng)副間隙應(yīng)該小于某一數(shù)值，這一是指可以通過(guò)此仿真確定。另外3-11（a）(b)的誤差曲線2并不是光滑的曲線，這說(shuō)明連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中運(yùn)動(dòng)副連接處的碰接十分激烈從而導(dǎo)致連桿曲線出現(xiàn)多鋸齒，而在機(jī)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用中

35、，希望得到的是光滑的連桿曲線，因此需要對(duì)運(yùn)動(dòng)副間隙加以限制。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　本課題基于虛擬樣機(jī)技術(shù)，對(duì)平面連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)精度分析與仿真研究。</p><p><b>　　本課題主要工作：</b></p><p>　　建立連桿機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型，并將數(shù)

36、學(xué)模型通過(guò)Visual Basic軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)仿真，并且獲得各個(gè)鉸接點(diǎn)坐標(biāo)。</p><p>　　按需要的結(jié)構(gòu)從VB編寫(xiě)的程序中獲得坐標(biāo)在ADAMS軟件上建立虛擬樣機(jī)模型。</p><p>　　分別建立含桿長(zhǎng)誤差連桿機(jī)構(gòu)，含間隙誤差連桿機(jī)構(gòu)，同時(shí)含有桿長(zhǎng)和間隙誤差的連桿機(jī)構(gòu)。</p><p>　　將建立的虛擬樣機(jī)通過(guò)ADAMS的分析出圖功能獲得連桿機(jī)構(gòu)的輸出速度加速度

37、圖形來(lái)分析連桿的精度。</p><p>　　通過(guò)所得圖形進(jìn)行比較得出以下結(jié)論：</p><p>　　桿長(zhǎng)誤差越大，連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)精度越低。</p><p>　　轉(zhuǎn)動(dòng)副間隙越大，連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)精度越低。</p><p>　　由于所學(xué)知識(shí)有限，以及完成時(shí)間比較緊，本設(shè)計(jì)還有諸多不完善處：</p><p>　　在含間隙機(jī)構(gòu)中

38、僅考慮了間隙的大小，并未加入碰撞力的影響因素。</p><p>　　連桿都視作剛體，沒(méi)有考慮連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)中彈性變形的因素。</p><p>　　分析桿長(zhǎng)誤差時(shí)，未將鉸點(diǎn)的坐標(biāo)參數(shù)化分析，僅僅取了特殊位置的點(diǎn)進(jìn)行分析，所得結(jié)果與實(shí)際稍有偏差。</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]

39、億時(shí)雨，金芝英，張啟光. 空間六桿機(jī)構(gòu)的誤差分析及考慮公差和間隙的多目標(biāo)優(yōu)化綜合[J]. 北京航空學(xué)院學(xué)報(bào)，1983, (2)：33-40.</p><p>　　[2] 張啟先. 空間機(jī)構(gòu)的分析與綜合[D]. 廣州： 華南工學(xué)院，1981.</p><p>　　[3] 徐衛(wèi)良等. 用微小位移合成法作平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)誤差分析[J]. 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)1987，(3)：38-53.</p>

40、;<p>　　[4] 楊基厚. 平面多桿機(jī)構(gòu)位置精度的解析法[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì)，1986, (3)：22-25.</p><p>　　[5] 劉深厚等. 空間連桿機(jī)構(gòu)位置誤差分析的環(huán)路增V法[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào)，1991，(4)：13-20.</p><p>　　[6] 沈萬(wàn)年，劉向鋒，機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ).北京：清華大學(xué)出版社，1997.</p><p>

41、　　[7] 徐衛(wèi)良等. 空間開(kāi)鏈和閉鏈連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)誤差研究的微小位移合成法[J]. 北京航空學(xué)院學(xué)報(bào)，1987, (9)：69-81.</p><p>　　[8] 徐衛(wèi)良. 空間機(jī)構(gòu)及機(jī)器人的誤差研究[D]. 北京： 北京航空航天大學(xué)，1987.</p><p>　　[9] 王華坤，范云勛. 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（上）[M]. 北京：兵器工業(yè)出版社，2001.</p><p&g

42、t;　　[10] 方鍵. 機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005. </p><p>　　[11] 曹惟慶. 平面連桿機(jī)構(gòu)分析與綜合[M]. 北京：科學(xué)出版社，1989.</p><p>　　[12] 費(fèi)業(yè)泰. 誤差理論與數(shù)據(jù)處理[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991. </p><p>　　[13] 曹惟慶. 四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)誤差的一個(gè)解法[J]. 機(jī)

43、械工程學(xué)報(bào)，1957，(3)：263-264.</p><p>　　[14] 石則呂，劉深厚. 機(jī)構(gòu)精確度仁[M]. 北京：高等教育出版社，1995. </p><p>　　[15] 勒春梅，邱陽(yáng). 含間隙機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性分析[J]. 機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2001,(1): 55-57.</p><p><b>　　附 錄</b></p>

44、<p><b>　　程序源代碼如下：</b></p><p>　　Private Sub Command1_Click()</p><p>　　Dim l1 As Double, l2 As Double, l3 As Double, l4 As Double, l5 As Double</p><p>　　Dim alpha1 A

45、s Double, aplha2 As Double, aplha3 As Double, beta As Double</p><p>　　Dim ax As Double, bx As Double, cx As Double, dx As Double, ex As Double</p><p>　　Dim ay As Double, by As Double, cy As Doub

46、le, dy As Double, ey As Double</p><p>　　Dim i As Integer</p><p>　　l1 = Val(Text1.Text)</p><p>　　l2 = Val(Text2.Text)</p><p>　　l3 = Val(Text3.Text)</p><p>　

47、　l4 = Val(Text4.Text)</p><p>　　l5 = Val(Text5.Text)</p><p>　　alpha1 = Val(Text6.Text)</p><p>　　'以下計(jì)算alpha3</p><p>　　A = 2 * l1 * l3 * Sin(alpha1)</p><p&g

48、t;　　b = 2 * l3 * (l1 * Cos(alpha1) - l4)</p><p>　　c = l2 ^ 2 - l1 ^ 2 - l3 ^ 2 - l4 ^ 2 + 2 * l1 * l4 * Cos(alpha1)</p><p>　　d = (A - Sqr(A ^ 2 + b ^ 2 - c ^ 2)) / (b - c)</p><p>　　

49、alpha3 = 2 * Atn(d)</p><p>　　'以下計(jì)算alpha2</p><p>　　A = 2 * l1 * l2 * Sin(alpha1)</p><p>　　b = 2 * l2 * (l1 * Cos(alpha1) - l4)</p><p>　　c = l1 ^ 2 + l2 ^ 2 + l4 ^ 2

50、- l3 ^ 2 - 2 * l1 * l4 * Cos(alpha1)</p><p>　　d = (A - Sqr(A ^ 2 + b ^ 2 - c ^ 2)) / (b - c)</p><p>　　alpha2 = 2 * Atn(d)</p><p>　　'以下計(jì)算A,B,C,D,E坐標(biāo)</p><p><b>

51、　　ax = 0</b></p><p>　　bx = l1 * Cos(alpha1)</p><p>　　cx = bx + l2 * Cos(alpha2)</p><p><b>　　dx = l4</b></p><p>　　ex = bx + l5 * Cos(alpha2 + beta)<

52、/p><p><b>　　ay = 0</b></p><p>　　by = l1 * Sin(alpha1)</p><p>　　cy = by + l2 * Sin(alpha2)</p><p><b>　　dy = 0</b></p><p>　　ey = by + l5

53、 * Sin(alpha2 + beta)</p><p><b>　　'輸出坐標(biāo)及畫(huà)圖</b></p><p>　　Picture4.Cls</p><p>　　Picture4.Print "A"</p><p>　　Picture4.Print "B"</p&g

54、t;<p>　　Picture4.Print "C"</p><p>　　Picture4.Print "D"</p><p>　　Picture1.Cls</p><p>　　Picture2.Cls</p><p>　　Picture1.Print ax</p><

55、p>　　Picture1.Print bx</p><p>　　Picture1.Print cx</p><p>　　Picture1.Print dx</p><p>　　Picture2.Print ay</p><p>　　Picture2.Print by</p><p>　　Picture2.Prin

56、t cy</p><p>　　Picture2.Print dy</p><p>　　Picture3.Line (ax + 2000, 4000 - ay)-(bx + 2000, 4000 - by)</p><p>　　Picture3.Line -(cx + 2000, 4000 - cy)</p><p>　　Picture3.Li

57、ne -(dx + 2000, 4000 - dy)</p><p>　　Picture3.Line -(ax + 2000, 4000 - ay)</p><p><b>　　End Sub</b></p><p>　　Private Sub Command2_Click()</p><p>　　Picture4.Pr

58、int "A"</p><p>　　Picture4.Print "B"</p><p>　　Picture4.Print "C"</p><p>　　Picture4.Print "D"</p><p>　　Picture4.Print "E"

59、;</p><p>　　Dim l1 As Double, l2 As Double, l3 As Double, l4 As Double, l5 As Double</p><p>　　Dim alpha1 As Double, aplha2 As Double, aplha3 As Double, beta As Double</p><p>　　Dim ax

60、 As Double, bx As Double, cx As Double, dx As Double, ex As Double</p><p>　　Dim ay As Double, by As Double, cy As Double, dy As Double, ey As Double</p><p>　　Dim i As Integer</p><p>

61、;　　l1 = Val(Text1.Text)</p><p>　　l2 = Val(Text2.Text)</p><p>　　l3 = Val(Text3.Text)</p><p>　　l4 = Val(Text4.Text)</p><p>　　l5 = Val(Text5.Text)</p><p>　　al

62、pha1 = Val(Text6.Text)</p><p>　　Picture4.Cls</p><p>　　Picture4.Print "A"</p><p>　　Picture4.Print "B"</p><p>　　Picture4.Print "C"</p>

63、<p>　　Picture4.Print "D"</p><p>　　For i = 1 To 4000 '動(dòng)畫(huà)效果</p><p>　　'以下計(jì)算alpha3</p><p>　　alpha1 = alpha1 + 2 * 3.1415926 / 4000</p><p>　　A = 2

64、* l1 * l3 * Sin(alpha1)</p><p>　　b = 2 * l3 * (l1 * Cos(alpha1) - l4)</p><p>　　c = l2 ^ 2 - l1 ^ 2 - l3 ^ 2 - l4 ^ 2 + 2 * l1 * l4 * Cos(alpha1)</p><p>　　d = (A - Sqr(A ^ 2 + b ^ 2

65、- c ^ 2)) / (b - c)</p><p>　　alpha3 = 2 * Atn(d)</p><p>　　'以下計(jì)算alpha2</p><p>　　A = 2 * l1 * l2 * Sin(alpha1)</p><p>　　b = 2 * l2 * (l1 * Cos(alpha1) - l4)</p>

66、<p>　　c = l1 ^ 2 + l2 ^ 2 + l4 ^ 2 - l3 ^ 2 - 2 * l1 * l4 * Cos(alpha1)</p><p>　　d = (A - Sqr(A ^ 2 + b ^ 2 - c ^ 2)) / (b - c)</p><p>　　alpha2 = 2 * Atn(d)</p><p>　　'以下計(jì)

67、算A,B,C,D,E坐標(biāo)</p><p><b>　　ax = 0</b></p><p>　　bx = l1 * Cos(alpha1)</p><p>　　cx = bx + l2 * Cos(alpha2)</p><p><b>　　dx = l4</b></p><p&

68、gt;<b>　　ay = 0</b></p><p>　　by = l1 * Sin(alpha1)</p><p>　　cy = by + l2 * Sin(alpha2)</p><p><b>　　dy = 0</b></p><p><b>　　'輸出坐標(biāo)及畫(huà)圖</

69、b></p><p>　　Picture1.Cls</p><p>　　Picture2.Cls</p><p>　　Picture1.Print ax</p><p>　　Picture1.Print bx</p><p>　　Picture1.Print cx</p><p>　　Pi

70、cture1.Print dx</p><p>　　Picture2.Print ay</p><p>　　Picture2.Print by</p><p>　　Picture2.Print cy</p><p>　　Picture2.Print dy</p><p>　　Picture3.Cls</p>

71、<p>　　Picture3.Line (ax + 2000, 4000 - ay)-(bx + 2000, 4000 - by)</p><p>　　Picture3.Line -(cx + 2000, 4000 - cy)</p><p>　　Picture3.Line -(dx + 2000, 4000 - dy)</p><p>　　Pictu

72、re3.Line -(ax + 2000, 4000 - ay)</p><p><b>　　Next</b></p><p><b>　　End Sub</b></p><p>　　Private Sub Command3_Click()</p><p>　　Picture1.Cls</p&

73、gt;<p>　　Picture2.Cls</p><p>　　Picture3.Cls</p><p><b>　　End Sub</b></p><p>　　Private Sub Text1_Change()</p><p><b>　　End Sub</b></p>