基于ADAMS的连杆机构运动学分析文献综述

 2022-07-30 17:00:27

综述

近年来国内外对连杆机构的相关研究十分广泛，涉及到了生活的方方面面。

发动机作为所有机器的心脏，里面的连杆机构十分重要，对此的相关研究也十分热门。比如西华大学利用UG及ADAMS软件建立发动机曲轴连杆机构的虚拟样机,对曲轴连杆机构进行了多体动力学仿真,得到发动机曲轴连杆及活塞动力学特征数据曲线,为后续发动机的噪声与振动的分析和预测,提供了更为准确的约束条件，真实模拟发动机振动噪声激励载荷[1]。中北大学吴迪利用三维设计软件Pro/E对某6V150柴油机曲柄连杆机构系统进行了结构设计，同时在ADAMS/View环境下搭建了曲轴、连杆、活塞的虚拟样机模型，对该系统进行了活塞的运动学分析，提高了发动机研制的效率和水平，同时为进一步更精细的研究提供了可靠的基础[2]。浙江树人大学以ADAMS的动态仿真工具为平台，建立单缸内燃机曲柄连杆机构动力分析的仿真模型，研究曲柄连杆机构的惯性力对机体产生的干扰和平衡问题。研究结果表明，改变曲轴的质量特性参数对机体的干扰力有不同程度的影响，其质心位置对惯性力平衡有较大的影响，准确地得到机构的运动与动力参数，从而为机构的选型和优化设计提供参考依据[3]。双对置柴油发动机以其节能、高效的特性受到汽车工业的青睐。为了更好地研究其性能,西安理工大学以ADAMS软件作为虚拟样机设计平台，对双对置发动机的曲柄连杆机构进行建模与运动学仿真，为后续的优化设计奠定了基础[4]。

压力机是一种用途广泛的重要机械，广泛用于切断、冲孔、落料、弯曲、铆合和成形等工艺，因此这方面也是研究热点。攀枝花学院根据六连杆压力机的工艺特性要求和具体的约束条件及优化目标，构建了其优化设计的数学模型，利用ADAMS/View建立了六连杆压力机的优化设计模型，对压力机的六连杆机构进行了优化设计，该优化设计提高了机构的急回特性，达到了压力机冲压工艺的要求和设计目的[5]。安徽理工大学采用复向量记法对往复泵内--组单曲柄双连杆机构进行理论公式推导,给出单曲柄双连杆机构的运动学和动力学一般方程,利用Solidworks三维软件对机构建模,基于ADAMS软件对往复泵内的三曲柄六连杆机构进行仿真分析,得出主要构件的位移、速度、加速度及受力变化规律，验证了该结构在往复泵上运用的稳定性,为进一步校核和优化设计提供理论依据[6]。西安思源学院针对传统的曲柄压力机不能满足低速高效的问题,对传统的曲柄压力机的压力不易控制、工艺适应性差、工件易产生裂纹等方面进行了归纳，提出了一种三角连杆机构压力机。推导出三角连杆式压力机的运动学方程，利用ADAMS软件建立了三角连杆机构压力机模型,采用多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方程方法,对其进行了运动学和动力学仿真[7]。河北工程大学建立多梁四连杆型液压支架的三维参数化模型,并以支架四连杆机构的前连杆受力作为优化目标,利用ADAMS软件对四连杆机构进行优化设计，优化后不仅改善了支架内部的受力，而且降低了对部件的强度要求,使得支架的受力更合理,增强了支架的稳定性[8]。另外在基建、矿山、救灾等方面作用非凡的挖掘机，大家一看就知道是个连杆机构的实际运用，因此对挖掘机的研究必定少不了。国内的延边大学利用ADAMS/View参数优化设计模块对铲斗连杆机构进行了参数化建模及优化分析。通过对铲斗连杆机构模型参数化、变量设计研究及优化设计分析，在铲斗连杆机构变化较小的情况下,获得了最大传动比优化方案，使铲斗连杆机构最大挖掘力有了较大的提高[9]。湘潭大学运用ADAMS对挖掘机铲斗连杆机构进行了参数化建模和仿真优化，表明在铲斗液压缸行程变化很小的情况下，可以很大地提高铲斗连杆机构的传动比，该方法对复杂机构的优化设计具有一定的参考价值[10]。此外，国外的密苏里大学采矿与核工程系基于运动学模型，在ADAMS环境中，建立了液压挖掘机三维虚拟样机，对液压挖掘机的运动进行了时间步长的仿真，并利用仿真数据对液压挖掘机的挖掘、摆动进行了仿真和数值分析，验证了仿真机的有效性。以及铲车机械的卸料动作。该模拟器为进一步的动力学建模和动态液压挖掘机性能研究提供了坚实的基础[11]。

现如今小汽车走进了千家万户，对此的研究也十分深入。例如国外的温莎大学进行的用多体动力学模拟软件包在计算机上对车辆进行建模的项目，并将该项目与物理漫游地面和实验室测试相结合，以缩短车辆开发时间。此项研究旨在尽可能地反映物理车辆的行为，以便协助确定其在不同道路条件下的耐久性特征。建模工作很重要，因为如果以足够的保真度完成，它可以用来评估使用不同悬架部件或有效载荷的车辆响应。通过对机械系统（ADAMS）软件包的自动动态分析，建立了虚拟动力汽车模型。该模型的计算输出将与实际车辆道路试验或伺服液压道路试验模拟器（RTS）收集的力和位移数据进行比较，直到计算出的响应与物理车辆的响应接近，从而将虚拟和现实结果联系起来[12]。

当然了，相关研究肯定不止上述例子，它深入到了生活中的每一块领域。例如武汉大学以柔性连杆为研究对象,应用多体系统动力学对曲柄滑块机构进行了仿真研究.基于ADAMS建立了机构的虚拟样机模型，利用动力学仿真得到高速、重载下连杆柔性对系统性能的影响;通过连杆的振动模态分析了系统性能变化的机理，并用有限元法对连杆的动应力分布进行了计算和分析,使得在结构设计阶段就可以预估机构的疲劳寿命,实现了机构的虚拟样机设计[13]。东华大学以簇绒地毯机针连杆机构为研究对象,采用ADAMS仿真软件对簇绒地毯织机针连杆机构建立简易模型,并进行动力学仿真分析，得到簇绒针连杆机构各铰接点处的支反力、工作阻碍力矩和作用在曲柄上的平衡力矩曲线图，并与实验数据进行数值分析得到的曲线图进行对比,验证了动力学仿真分析的正确性，并为簇绒针连杆机构的优化设计提供了依据[14]。珠海格力电器股份有限公司运用ADAMS建立连杆机构虚拟模型，并通过ADAMS分析研究，主要针对运动轨迹优化设计、连杆运动轨迹方案设计负载及摩擦系数对机构的平稳性进行研究，从而研究连杆运动机构平稳性影响因素及解决方法[15]。中国地质大学在分析泥浆泵曲柄连杆机构的结构和受力的基础上,运用Pro/E软件对泥浆泵曲柄连杆机构进行三维实体建模及装配，利用多体系统动力学理论，在ADAMS中给模型施加约束和驱动，对其进行运动学仿真分析,得出活塞的位移、速度和加速度曲线,验证了模型的可用性,实现了泥浆泵曲柄连杆机构的虚拟样机设计[16]。

上述众多案例展示了连杆机构在机械中的重要地位，以及ADAMS在机械系统动力学仿真中的广泛运用。本课题以发动机连杆机构为研究对象，借助ADAMS工具进行相关的动力学分析，为相关设计人员提供参考依据。

参考文献：

  1. 赵艳杰, 陈翀. 发动机曲轴连杆机构振动源仿真分析[J]. 拖拉机与农用运输车, 2009, 36(5).
  2. 吴迪, 崔志琴, 朱国霞, et al. 基于ADAMS柴油机曲柄连杆机构运动学分析[J]. 机械工程与自动化, 2014(6):42-43.
  3. 闵剑青. 基于ADAMS的单缸内燃机曲柄连杆机构动力分析[J]. 农机化研究, 2006(10):208-210.
  4. 蒋淑娟, 姜明. 双对置发动机曲柄连杆机构的运动学仿真[J]. 科技资讯, 2012(7):76-77.
  5. 陈新德. 基于ADAMS的机械压力机六连杆机构的优化设计[J]. 机械传动, 2016(6):97-100.
  6. 张金龙, 王鹏彧. 基于ADAMS的三曲柄六连杆往复泵仿真分析研究[J]. 煤矿机械, 2017(02):175-177.
  7. 贾先, 谭栓斌, 范淑琴. 基于ADAMS的三角连杆机构压力机仿真分析[J]. 机电工程, 2016, 33(9):1080-1083.
  8. 牛清娜, 杨立洁, 尹冬晨. 基于ADAMS的液压支架四连杆机构优化设计[J]. 煤矿机械, 2017(3).
  9. 徐素霞, 文学洙. 基于ADAMS的挖掘机铲斗连杆机构参数优化设计[J]. 机械工程师, 2013(9).
  10. 马颖, 朱石沙. 基于ADAMS的挖掘机铲斗连杆机构的优化[J]. 机械工程与自动化, 2011(4):32-34.
  11. Frimpong S, Li Y. Virtual prototype simulation of hydraulic shovel kinematics for spatial characterization in surface mining operations[J]. International Journal of Surface Mining Reclamation amp; Environment, 2005, 19(4):238-250.
  12. Ferry W B, Frise P R, Andrews G T, et al. Combining virtual simulation and physical vehicle test data to optimize durability testing[J]. Fatigue amp; Fracture of Engineering Materials amp; Structures, 2010, 25(12):1127-1134.
  13. 吴庆鸣, 梅华锋, 张志强. 基于ADAMS的连杆机构多体动力学仿真研究[J]. 工程设计学报, 2005, 12(6):344-347.
  14. 李丁霖, 徐洋. 基于ADAMS的簇绒地毯机针连杆机构动力学分析[J]. 机械传动, 2016(2):100-103.
  15. 赵成龙, 刘汉. 基于ADAMS的空调连杆机构优化设计[J]. 日用电器, 2017(4):52-54.
  16. 朱凤霞, 童志伟, 黄忠礼. 基于ADAMS的泥浆泵曲柄连杆机构动态仿真分析[J]. 煤矿机械, 2009, 30(7):84-86.
  17. 王新海, 陈志华. 基于ADAMS的平面四连杆机构仿真分析[J]. 机械工程师, 2018(6).
  18. 任晓路. 基于ADAMS的四连杆机构运动学分析[J]. 机械管理开发, 2018, 33(11):123-125.
  19. 赵长荣, 郭雄华. 基于ADAMS软件的弹性平面四连杆机构动态特性分析[J]. 轻工机械, 2009, 27(4):50-52.
  20. 杨帆, 周立志, 辜文娟. 一种典型连杆机构的运动学仿真与优化[J]. 南昌工程学院学报, 2008, 27(6):64-67.

资料编号：[90032]

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