往復(fù)式割刀曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性仿真設(shè)計(jì)

往復(fù)式割刀曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性仿真設(shè)計(jì),往復(fù)式割刀曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性仿真設(shè)計(jì),往復(fù),割刀,曲柄,連桿機(jī)構(gòu),運(yùn)動(dòng),特性,仿真,設(shè)計(jì) 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 往復(fù)式割刀曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性仿真 設(shè)計(jì)說(shuō)明書 學(xué)生姓名 xxxxxx 學(xué) 號(hào) 所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí) 12-1 指導(dǎo)教師 xxxxxx 日 期 2012.05 xxxxxx大學(xué)教務(wù)處制 - 19 - 目 錄 1緒論 1 1.1切割器的要求 1 1.2影響切割質(zhì)量的因素 1 2切割器的參數(shù)選取和計(jì)算 2 2.1 切割器的種類 2 2.2動(dòng)刀片的結(jié)構(gòu)參數(shù) 2 2.3曲柄轉(zhuǎn)速的確定 3 2.4 收割機(jī)的進(jìn)距計(jì)算 4 2.5切割器功率計(jì)算 4 2.6 驅(qū)動(dòng)曲柄所需的轉(zhuǎn)矩 4 3切割圖的繪制與分析 5 3.1切割圖的繪制步驟 5 3.2切割圖分析 5 4曲柄柄連桿機(jī)構(gòu)的建模與仿真 5 4.1 技術(shù)路線 6 4.2曲柄連桿的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 6 4.3 曲柄連桿機(jī)構(gòu)各零件的建模與裝配 7 4.4干涉檢驗(yàn) 8 4.5基于ADAMS的往復(fù)式割刀曲柄連桿機(jī)構(gòu)的仿真 9 5機(jī)構(gòu)優(yōu)化 9 5.1動(dòng)刀組位置分析 10 5.2機(jī)構(gòu)的修改 11 5.3修改后的機(jī)構(gòu)零件建模 12 5.4曲柄連桿機(jī)構(gòu)重新裝配 12 6曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 14 7結(jié)論 15 小結(jié) 16 致 謝 17 參考文獻(xiàn) 18 1緒論 大力發(fā)展農(nóng)業(yè)機(jī)械化是我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的必要條件，只有實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化，才能真正提高農(nóng)民收入，人民的生活水平才能得以改善。切割器是各種收割機(jī)械的重要工作部件。目前，各種收割機(jī)械普遍采用的切割器有往復(fù)式和回轉(zhuǎn)式兩種。往復(fù)式割刀副較寬，并且工作效率高，可獲得較好的采摘質(zhì)量，割茬平齊，且不會(huì)產(chǎn)生割碎作物的現(xiàn)象。其缺點(diǎn)是工作慣性力大，割臺(tái)震動(dòng)和噪音都很大，廣泛應(yīng)用于谷物收獲?；剞D(zhuǎn)式切割器用于收獲牧草、青飼料、粗稈作物等，少數(shù)谷物也使用這種切割器?；剞D(zhuǎn)式切割器的切割速度高，慣性力容易平衡，震動(dòng)較小，割刀的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。但受回轉(zhuǎn)直徑的限制，不能用于寬幅切割，割刀的壽命較短，維修費(fèi)很高。 當(dāng)前，收獲機(jī)上使用的切割器以往復(fù)式最多，而且制造技術(shù)趨于完善，只是在局部有所改進(jìn)，但其慣性力不平衡仍是主要問(wèn)題。 國(guó)內(nèi)收割機(jī)起步較晚，早期以模仿及從蘇聯(lián)，美國(guó)及加拿大等國(guó)家進(jìn)口為主。很多連接或支撐部件沒(méi)有經(jīng)過(guò)詳細(xì)的計(jì)算，二十根據(jù)發(fā)達(dá)國(guó)家已造好的收割機(jī)的尺寸設(shè)計(jì)制造的，使得收割機(jī)體積龐大，質(zhì)量偏大。大型收割機(jī)是非常復(fù)雜的機(jī)械裝備，大型收割機(jī)的使用對(duì)土地的平整和規(guī)模有更高的要求，華北平原，三江平原等重要的小麥，水稻產(chǎn)區(qū)很早就使用聯(lián)合收割機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)。相對(duì)大型收割機(jī)，小型收割機(jī)的設(shè)計(jì)更隨意，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)很多院校都開始嘗試針對(duì)設(shè)計(jì)制造小型收割機(jī)。這些院校設(shè)計(jì)適合本地土地環(huán)境和生產(chǎn)力的小型收割機(jī)，這種收割機(jī)價(jià)格低，維修簡(jiǎn)單，使用方便，適合各種地形，保養(yǎng)要求低，適合小農(nóng)戶規(guī)模的生產(chǎn)。 往復(fù)式割刀驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其作用是將源動(dòng)力的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為割刀所需的直線往復(fù)式運(yùn)動(dòng)。目前，國(guó)內(nèi)的收割機(jī)采用的往復(fù)式機(jī)構(gòu)種類眾多。大致上可以歸納為曲柄連桿機(jī)構(gòu)和擺環(huán)機(jī)構(gòu)兩類。 傳統(tǒng)的往復(fù)式手工費(fèi)器大都采用單邊驅(qū)動(dòng)，慣性力很難平衡，日本久保田麥稻聯(lián)合收割機(jī)將刀桿分成兩段，采用兩個(gè)曲柄連桿機(jī)構(gòu)雙邊驅(qū)動(dòng)，兩段刃桿的運(yùn)動(dòng)方向總是相反，可部分抵消慣性力。由于南方水田深泥腳，水稻收獲是切割器易被泥土卡住，因此久保田收割機(jī)將刀桿加寬，在其底部挖了排泥孔，割刀在運(yùn)動(dòng)時(shí)可將進(jìn)入切割器間隙的泥土及時(shí)排出。此外，這種機(jī)型還加裝了割刀自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)，可將潤(rùn)滑油自動(dòng)滴到刀桿上，隨動(dòng)刀的運(yùn)動(dòng)而進(jìn)入摩擦間隙，以免手工加油發(fā)生危險(xiǎn)。 1.1切割器的要求 切割器是收獲機(jī)械的重要部件之一，它的功用是將田間的作物切斷，切割器應(yīng)該滿足一下要求： 1）切割質(zhì)量好：割茬整齊，不漏割，不重割，不堵刀，切割損失小； 2）切割省力，功率消耗少，振動(dòng)?。? 3）通用性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便。 切割器按照其運(yùn)動(dòng)方式可分為往復(fù)式和回轉(zhuǎn)式兩種，經(jīng)過(guò)多年的研究，其技術(shù)已較為成熟，基本可以滿足上述需要，但也存在許多問(wèn)題。 1.2影響切割質(zhì)量的因素 切割質(zhì)量與切割器的特性、莖稈的物理性能、切割器與莖稈的相對(duì)位置以及切割的速度和方向都有密切的關(guān)系。 1）切割器的機(jī)構(gòu) 刀片的斷面一般呈楔形，楔角的頂部就是刃口，刃口越薄切割阻力就越小，但如果刃口過(guò)于單薄，強(qiáng)度不夠，很快磨損或折斷，影響其使用壽命。往復(fù)式切割器使用梯形刀片，其形狀參數(shù)對(duì)夾持莖稈并輕快切割具有決定性作用。 2）作物莖稈有纖維素構(gòu)成，從結(jié)構(gòu)上講是非均勻體，不同方向上機(jī)械性能并不相同，有關(guān)專家對(duì)橫切、斜切和削切做了對(duì)比，證明割刀偏斜或削切較橫切切割阻力和功耗都降低很多。莖稈的剛度對(duì)切割也有重要影響，剛度小的莖稈受很小外力就會(huì)彎斜，割刀必須具有一定的切割速度，或給予莖稈一定的支撐，才能保證順利切割。 3）切割速度 一般來(lái)講，隨切割速度的增加，切割阻力會(huì)有所降低，但二者并非線性關(guān)系，而且切割速度增加時(shí)空轉(zhuǎn)功率也會(huì)上升，割臺(tái)震動(dòng)加劇，所以稻麥往復(fù)式切割器割刀平均速度一般不超過(guò)2m/s。 往復(fù)式切割器的特點(diǎn) 往復(fù)式切割器的割刀作直線運(yùn)動(dòng)，割刀的平均切割速度較低，切割性能好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，廣泛應(yīng)用在谷物收割機(jī)上。它的缺點(diǎn)是工作時(shí)慣性力大，割臺(tái)振動(dòng)和噪聲都很大，一次切割存在重割和漏割區(qū)域，故割茬不夠整齊。 傳統(tǒng)的往復(fù)式切割器大都采用單邊驅(qū)動(dòng)，慣性力很難平衡，日本久保田麥稻聯(lián)合收割機(jī)將刀桿分成兩段，采用兩個(gè)曲柄連桿機(jī)構(gòu)雙邊驅(qū)動(dòng)，兩段刀桿的運(yùn)動(dòng)方向總是相反，可部分抵消慣性力。 2切割器的參數(shù)選取和計(jì)算 2.1 切割器的種類 根據(jù)割刀行程，動(dòng)刀片間距和定刀片間距三者的不同組合關(guān)系，分成下列三種類型的切割器。 2.1.1 單刀距行程型割刀器 其尺寸關(guān)系 如圖2-1 a） 這種形式也叫標(biāo)準(zhǔn)型切割器。其特點(diǎn)是：割刀的切割速度較高，切割性能較好，對(duì)粗細(xì)莖稈的適應(yīng)性較好。但切割莖稈時(shí)傾斜度大，割茬變化較大。 2.1.2 低割型切割器 其尺寸關(guān)系為：如圖2-1 b） 切割器割刀行程和動(dòng)刀片間距相等，是護(hù)刃齒間距的兩倍。 切割谷物時(shí)，莖稈橫向傾斜量小，割茬較低，對(duì)收割大豆和收割牧草較為有利，但對(duì)粗稈作物的適應(yīng)性較差。 低割型切割器由于切割時(shí)割刀速度利用段較低，在莖稈青澀和雜草較多時(shí)，切割質(zhì)量較差，割茬不齊并有堵刀現(xiàn)象。 2.1.3 雙刀距行程型切割器 其尺寸關(guān)系如圖2-1 c） 雙刀距行程特點(diǎn)為：割刀往復(fù)式運(yùn)動(dòng)的頻率低，曲柄轉(zhuǎn)速較慢，因而工作時(shí)慣性力力較小。對(duì)抗振性較差的小型收割機(jī)具有特殊意義，適用于小型收割機(jī)。 綜上所述，通過(guò)三種割刀器的對(duì)比看出，就收獲牧草量來(lái)說(shuō)，以低割型較好。 a) b) c) 圖2-1 割刀示意圖 2.2動(dòng)刀片的結(jié)構(gòu)參數(shù) 動(dòng)刀是切割器的主要工作零件，對(duì)刀片的要求為材料硬度高，耐磨，具有一定的彈性。因此動(dòng)刀采用光刃結(jié)構(gòu)，光刃切割省力，割茬整齊，但易磨鈍，工作中需要經(jīng)常磨刀。動(dòng)刀片是一種易損零件，為了保證具有較好的耐磨性和一定的沖擊韌性，刀片一般有T9碳素工具鋼制成，刃部需淬火和回火。 動(dòng)刀片的結(jié)構(gòu)參數(shù)有：切割角α（即刃線的傾角）、刃部高度h、刀片的寬度c和d。切割角ɑ是動(dòng)刀片的主要參數(shù)，它的大小對(duì)切割性能有著重要的影響。既影響切割阻力的大小，又決定能否鉗住莖稈保證可靠地切割。試驗(yàn)表明，切割角增大，切割阻力減小：當(dāng)ɑ由增至?xí)r，切割阻力減小一半。阻力減小的原因在于切割角增加時(shí)刀片相對(duì)于牧草莖稈的滑切速度增大。 　　　　　　　　　　　　　（２－１） 式中，為刀片的運(yùn)動(dòng)速度，如圖所示。 注：c為刀片后寬；d為刀片前寬；h為刀片刃部高度；A為刀刃的起始點(diǎn)；為切割角；V為刀片的運(yùn)動(dòng)速度 圖2-2 刀片參數(shù) 但切割角過(guò)大時(shí)將引起莖稈切割時(shí)沿刃線向外滑動(dòng)。甚至鉗不住莖稈，不能保證可靠切割。為此，必須以鉗住牧草莖稈為前提，盡量選擇較大的切割角。 切割瞬時(shí)，鉗住牧草莖稈的條件為：兩刃作用于莖稈的合力、必須在同一條直線上。因?yàn)? ， 式中，是動(dòng)刀片對(duì)牧草莖稈的摩擦角，如圖2-3所示。 圖2-3 切割原理示意圖 得鉗住牧草莖稈的條件為：。 經(jīng)測(cè)定，光刀動(dòng)刀片配合時(shí)，對(duì)牧草莖稈的摩擦角之和為~。則取動(dòng)刀片的切割角的參數(shù)關(guān)系為，因此動(dòng)刀寬度，，動(dòng)刀刃部高度。 2.3曲柄轉(zhuǎn)速的確定 在切割過(guò)程中，曲柄連桿機(jī)構(gòu)通過(guò)中間零件撥叉撥動(dòng)切割器動(dòng)刀組相對(duì)頂?shù)浇M做往復(fù)式運(yùn)動(dòng)對(duì)牧草進(jìn)行切割。 由于曲柄每轉(zhuǎn)一圈割刀完成2個(gè)割刀行程（） 所以 　　　　　　　　　　　?。ǎ玻玻? 式中：——曲柄的轉(zhuǎn)速 ——割刀行程 對(duì)于切割平均速度是選用值，谷物干、脆取1~2，牧草青、濕、取大一些，但速度又不宜過(guò)大，這里取2.5。 可得： 為了方便計(jì)算 2.4 收割機(jī)的進(jìn)距計(jì)算 進(jìn)距：割刀運(yùn)動(dòng)一個(gè)行程時(shí)，機(jī)器前進(jìn)的距離 進(jìn)距也是影響切割器切割性能的重要因素，進(jìn)距太小重割區(qū)太大，浪費(fèi)功率；進(jìn)距太大漏割區(qū)增大。 　　　　　　　　　?。ǎ玻常? 式中：——機(jī)器前進(jìn)的速度 ——曲柄的轉(zhuǎn)速 2.5切割器功率計(jì)算 根據(jù)能量守恒定律可知，往復(fù)式切割器消耗的功率等于曲柄輸入的功率。往復(fù)式切割器的切割功率包括切割牧草的功率和空轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦功率兩部分。 2.5.1切割功率的計(jì)算 切割功率和機(jī)器前進(jìn)的速度、收割器的割副以及收割牧草單位面積所消耗的功率有密切關(guān)系。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式 有 　　　　　　　　　　?。ǎ玻矗? 式中 ：——收割機(jī)的前進(jìn)速度 ； ——收割機(jī)的割副 ； ——切割牧草單位面積所消耗的功率 ; 對(duì)于牧草~，這里取 所以可得 2.5.2 摩擦空轉(zhuǎn)功率的確定 摩擦空轉(zhuǎn)功率目前還沒(méi)有確定的計(jì)算公式，摩擦空轉(zhuǎn)功率與割刀的安裝狀態(tài)有很大關(guān)系，經(jīng)大量試驗(yàn)確定，每米割副的空轉(zhuǎn)功率隨曲柄的轉(zhuǎn)速不同在0.59~1.1之間變化，為更好的保證此次設(shè)計(jì)的質(zhì)量取1.0。 則有 2.5.3 切割器消耗的總功率 綜合以上分析可得切割器消耗的總功率： 2.6 驅(qū)動(dòng)曲柄所需的轉(zhuǎn)矩 驅(qū)動(dòng)曲柄所需的轉(zhuǎn)矩： 　　　　　　　　　?。ǎ玻矗? 式中：為曲柄的轉(zhuǎn)角速度 所以 3切割圖的繪制與分析 切割圖是根據(jù)刀片結(jié)構(gòu)參數(shù)以及割刀行程，還有收割機(jī)進(jìn)距確定的一個(gè)可以直接反映切割器切割性能的圖表。 3.1切割圖的繪制步驟 1）先在圖上畫出兩個(gè)相鄰定刀片的中心線和刃線的軌跡（即縱向平行線）。 2）按給定的參數(shù)（及n）計(jì)算割刀進(jìn)距H，并畫出動(dòng)刀片原始和走過(guò)兩個(gè)行程后的位置。 3）以動(dòng)刀片原始位置的刃部A點(diǎn)為基準(zhǔn)，用作圖法畫出該點(diǎn)的軌跡線。 ①以A點(diǎn)為始點(diǎn)，以曲柄r為半徑作半圓，在圓弧上分成n等分：1，2，3，……n，并作出標(biāo)記。 ②在動(dòng)刀片的進(jìn)距線上分成同等的n等分：1，2，……n，并作出標(biāo)記。 ③在圓弧的各等分點(diǎn)，畫縱向平行線；在進(jìn)距線的等分點(diǎn)，畫橫向平行線。找出同樣標(biāo)記的縱、橫線的交點(diǎn)并連成曲線。即為動(dòng)刀片的軌跡線。 4)按A點(diǎn)的軌跡圖型，在AB及CD兩刃線的端點(diǎn)畫出其軌跡線，即得動(dòng)刀片刃部在兩個(gè)行程中對(duì)地面的掃描圖形—切割圖。 3.2切割圖分析 1）一次切割區(qū)：大多數(shù)莖桿沿割刀運(yùn)動(dòng)方向傾斜，茬較低。 2）重割區(qū)：刃線兩次通過(guò)，茬殘?jiān)僭庵馗睿速M(fèi)功率。 3）漏割區(qū)：刃線不通過(guò)此區(qū)，其禾桿被推向下一行程的一次切割區(qū)，縱向傾斜，割茬較高，切割力集中，阻力較大。 4）進(jìn)距H↑，切割圖形↑，空白區(qū)增加，重割區(qū)減少，動(dòng)刀刃高↑，漏割區(qū)↓，重割區(qū)↑ 圖3-1 切割圖 4曲柄柄連桿機(jī)構(gòu)的建模與仿真 4.1 技術(shù)路線 4.2曲柄連桿的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 往復(fù)式曲柄連桿機(jī)構(gòu)是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，如圖所示，曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)拉桿運(yùn)動(dòng)，拉桿與中間連桿的交接處作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，中間連桿的另一端使得撥叉作繞固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)滑塊做平面運(yùn)動(dòng)，最終帶動(dòng)動(dòng)刀組作往復(fù)式直線運(yùn)動(dòng)。 自由度：，可以得到確定運(yùn)動(dòng)。 圖4-1 曲柄連桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 4.3 曲柄連桿機(jī)構(gòu)各零件的建模與裝配 4.3.1零件的建模 根據(jù)原理要求和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，對(duì)機(jī)構(gòu)中零件進(jìn)行建模。首先，曲柄是通過(guò)偏心輪形式表現(xiàn)出來(lái)的如圖4-2（e）所示；其次，執(zhí)行部件是雙滑塊，其中一滑塊固定在動(dòng)刀組上，帶動(dòng)動(dòng)刀做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，另一滑塊相對(duì)撥叉做平動(dòng)運(yùn)動(dòng)；然后，導(dǎo)向桿如圖4-2（c）的作用是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，而且連接水平面方向與豎直方向上的運(yùn)動(dòng)。零件還有拉桿如圖4-2（d）連接曲柄和導(dǎo)向桿，固定支座限定導(dǎo)向桿只能在一個(gè)方向上做往復(fù)式直線運(yùn)動(dòng)，中間連桿如圖4-2（f）連接導(dǎo)向桿和撥叉將導(dǎo)向桿的運(yùn)動(dòng)傳遞給撥叉，使得撥叉繞定軸擺動(dòng)。 （a）撥叉 (b) 動(dòng)刀組撥桿及滑塊 (c)導(dǎo)向桿 (d)拉桿 (e)偏心輪 (f)中間連桿 圖4-2 零件模型圖 4.3.2機(jī)構(gòu)的裝配 圖4-3 曲柄連桿裝配 4.4干涉檢驗(yàn) 干涉檢驗(yàn)是在solidworks環(huán)境下進(jìn)行的，主要是對(duì)曲柄連桿機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中是各零部件之間是否存在運(yùn)動(dòng)沖突進(jìn)行檢驗(yàn)。選擇干涉檢驗(yàn)，將沖突檢驗(yàn)設(shè)置為在全局范圍內(nèi)檢驗(yàn)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中發(fā)生干涉時(shí)，顯示發(fā)生干涉零件透明，最后根據(jù)干涉區(qū)域的大小對(duì)發(fā)生干涉的零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的修改。 由于檢驗(yàn)得到發(fā)生干涉的零件如圖4-4 所示，可以看出在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中中間連桿機(jī)構(gòu)和撥叉發(fā)生干涉，根據(jù)干涉區(qū)域的大小對(duì)中間連桿進(jìn)行尺寸上的修改，在修改后再進(jìn)行干涉檢驗(yàn)，如此反反復(fù)復(fù)，直到無(wú)干涉為止。 圖4-4 干涉檢驗(yàn) 4.5基于ADAMS的往復(fù)式割刀曲柄連桿機(jī)構(gòu)的仿真 4.5.1為模型添加約束 往復(fù)式割刀機(jī)構(gòu)的三維模型是在solidworks中建立的，如圖所示。建好模型后將其保存為*parasolid格式，再打開ADAMS后選擇import a file 打開ADAMS彈出文件輸入框，選擇import a file，file type 選擇parasolid，然后瀏覽到由solidworks生成的*parasolid文件，再給輸入文件一個(gè)字母名稱，完成文件的導(dǎo)入。 在ADAMS中導(dǎo)入的三維軟件模型是沒(méi)有質(zhì)量等信息的，我們需要對(duì)導(dǎo)入的模型定義材料，如果不添加信息仿真會(huì)失效。 在添加運(yùn)動(dòng)副約束時(shí)避免過(guò)約束和欠約束尤其是過(guò)約束或者約束錯(cuò)誤。首先，將偏心輪固定座與ground鎖定，并在其與偏心輪之間添加鉸鏈約束，同樣各個(gè)連桿之間添加轉(zhuǎn)動(dòng)副；其次，將導(dǎo)向筒與ground鎖定，并與導(dǎo)向桿構(gòu)成移動(dòng)副；最后要注意的是，動(dòng)刀撥動(dòng)桿與動(dòng)刀組導(dǎo)軌只能構(gòu)成平面移動(dòng)副而不能定義為滑塊移動(dòng)副，否則為過(guò)約束。如圖4-5所示。 圖4-5 添加連接方式 4.5.2機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真 首先，為曲柄連桿機(jī)構(gòu)添加馬達(dá)motion，動(dòng)力輸入軸即運(yùn)動(dòng)軸為偏心輪軸，ADAMS中motion添加在joint中，這里添加在joint_1即偏心輪與底座的轉(zhuǎn)動(dòng)約束中。馬達(dá)的參數(shù)為speed，由于偏心輪的轉(zhuǎn)速為500轉(zhuǎn)/分，而馬達(dá)速度的單位為D/S即每秒轉(zhuǎn)多少度，所以馬達(dá)的速度等于3000D/S；其次，點(diǎn)擊simulation定義分析類型為default，軟件會(huì)根據(jù)運(yùn)動(dòng)副和自由度的關(guān)系自動(dòng)選擇分析類型，另外設(shè)置end time 20，steps 500；最后，點(diǎn)擊開始仿真。如圖4-6所示。 圖4-6 運(yùn)動(dòng)仿真設(shè)置圖 5.1動(dòng)刀組位置分析 5.1.1運(yùn)動(dòng)仿真完畢后即可生成測(cè)量結(jié)果曲線。 啟動(dòng)ADAMS/PostProcessor，設(shè)置視圖布置設(shè)置三個(gè)視窗，激活左邊的屏幕視窗，將鼠標(biāo)置于視窗上，用鼠標(biāo)右鍵打開彈出式菜單。選擇Load Animation 命令，調(diào)入ADAMS/VIEW的仿真計(jì)算結(jié)果，可以再屏幕上看見已調(diào)入的曲柄連桿機(jī)構(gòu)，如圖5-1所示。 圖5-1 測(cè)試仿真結(jié)果 激活右上方的屏幕視窗，該視窗名為Plot_2。在控制區(qū)，選擇；然后依次選擇Model=.gaohongbo，F(xiàn)ilter=body，Characteristic=CM_Position，Component=Z；選擇Add Curve按鈕，繪制動(dòng)刀撥動(dòng)桿的位移曲線圖。 圖5-2 動(dòng)刀組位移曲線 5.1.2結(jié)果分析 1） 從位移曲線來(lái)看它也不是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，切割性能不是很好； 2） 割刀行程沒(méi)達(dá)到所要求的152.4mm； 3） 經(jīng)過(guò)多次調(diào)整位置以及修改尺寸，發(fā)現(xiàn)此機(jī)構(gòu)割刀行程的變化范圍很小，不能滿足要求； 4） 機(jī)構(gòu)較復(fù)雜傳動(dòng)效率降低，并且移動(dòng)副摩擦大。 5.2機(jī)構(gòu)的修改 割刀行程無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求，可能是因?yàn)橹虚g連桿與撥叉存在相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，不能很好的傳遞運(yùn)動(dòng)，撥叉不能實(shí)現(xiàn)較大角度的擺動(dòng)，針對(duì)以上情況，現(xiàn)對(duì)機(jī)構(gòu)做一下改動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖所示。按修改后的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖對(duì)個(gè)別零件重新建模，最后再重新裝配，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖5-3所示。 圖5-3 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 5.3修改后的機(jī)構(gòu)零件建模 a）導(dǎo)向桿 b）中間連桿 圖5-4 修改后的零件 5.4曲柄連桿機(jī)構(gòu)重新裝配 圖5-5 裝配圖 在曲柄連桿機(jī)構(gòu)中，影響割刀行程的主要因數(shù)是曲柄的偏心距和動(dòng)刀組撥桿與導(dǎo)向桿的相對(duì)位置?，F(xiàn)使偏心距不變，通過(guò)調(diào)整動(dòng)刀組撥桿與導(dǎo)向桿的相對(duì)位置，測(cè)試相應(yīng)的割刀行程。如表5-1所示。 表5-1 尺寸關(guān)系 (mm) 曲柄偏心距 撥動(dòng)桿與刀桿的垂直距離 割刀的行程 50 230.546 80 50 246.304 94 50 246.587 106 50 240.632 106 50 252.433 126 50 260.124 144 50 265.477 429 50 260.827 145 50 261.912 149 50 262.986 153 確定好曲柄連桿機(jī)構(gòu)中各桿件間的相對(duì)位置，將裝配圖另存為*parasolid格式并導(dǎo)入ADAMS，并添加連接關(guān)系，進(jìn)行仿真，結(jié)果測(cè)試。 圖5-6 修改后的曲柄連桿機(jī)構(gòu)添加約束 圖5-7 測(cè)試結(jié)果 圖5-8 動(dòng)刀組運(yùn)動(dòng)位移 由曲線形狀可以得知，動(dòng)刀組運(yùn)動(dòng)為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，切割器具有很好的切割性能。另外，圖形中波峰與波谷之差顯然大于設(shè)計(jì)要求152.4mm，滿足割副要求。 激活右下方的屏幕視窗，該視窗名為Plot_3。在控制區(qū)，選擇Sourc=Object；然后依次選擇Model=.gaohongbo，F(xiàn)ilter=body，Characteristic=CM_Velocity，Component=Z；選擇Add Curves按鈕，繪制動(dòng)刀組撥動(dòng)桿的速度曲線。 圖5-9 動(dòng)刀組速度曲線 在控制區(qū)，選擇Object=ON；然后依次選擇：Model=.gaohongbo，F(xiàn)ilter=body，Characteristic=CM_Vcceleration和Component=Z。選擇One Curve Per Plot項(xiàng)，設(shè)置在新的一頁(yè)繪制曲線；選擇Add Curve按鈕，產(chǎn)生新的一頁(yè)并繪制動(dòng)刀組撥動(dòng)桿加速度曲線。 圖5-10 動(dòng)刀組加速度曲線 由以上各曲線圖可以看出，割刀的位移、速度、加速度都是時(shí)間t的函數(shù)，各時(shí)刻的參數(shù)大小都可以從表格中直接讀取，并且對(duì)表格處理得出：最大位移為179，最大速度為，最大加速度為60000。 6曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 圖6-1 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 A點(diǎn)的坐標(biāo) B點(diǎn)的坐標(biāo) C點(diǎn)的坐標(biāo) D點(diǎn)的坐標(biāo) D點(diǎn)的速度 D點(diǎn)的加速度 7結(jié)論 將單個(gè)的零部件設(shè)計(jì)和分析技術(shù)結(jié)合在一起，在計(jì)算機(jī)上建造出產(chǎn)品的整體尸體模型，針對(duì)該產(chǎn)品在實(shí)際投入使用后的各種工況進(jìn)行仿真分析，預(yù)測(cè)產(chǎn)品的整體性能，進(jìn)而對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)、提高產(chǎn)品性能的新技術(shù)；是從分析解決產(chǎn)品整體性能及其相關(guān)問(wèn)題的角度出發(fā)，解決傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造過(guò)程中存在弊端的新技術(shù)。虛擬樣機(jī)技術(shù)可使產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員在各種虛擬環(huán)境中真實(shí)地模擬產(chǎn)品整體的運(yùn)動(dòng)及受力情況，快速分析多種設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行對(duì)物理樣機(jī)來(lái)說(shuō)難以進(jìn)行或根本無(wú)法進(jìn)行的試驗(yàn)，知道獲得最優(yōu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。虛擬樣機(jī)技術(shù)的應(yīng)用貫穿在產(chǎn)品整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以再概念設(shè)計(jì)和方案論證中，設(shè)計(jì)人員可以把自己的經(jīng)驗(yàn)與想象結(jié)合在計(jì)算機(jī)的虛擬樣機(jī)中充分發(fā)揮創(chuàng)造力，進(jìn)而縮短開發(fā)周期，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率。 利用solidworks對(duì)收割器曲柄連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行建模裝配和ADAMS運(yùn)動(dòng)仿真，可以實(shí)時(shí)觀測(cè)各機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程，觀察機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)是否產(chǎn)生干涉。通過(guò)生成曲線與數(shù)據(jù)檢測(cè)被測(cè)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是否滿足工作要求。虛擬運(yùn)動(dòng)分析能夠準(zhǔn)確確定并優(yōu)化機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，大大減少了設(shè)計(jì)的工作量和縮短了設(shè)計(jì)周期，提高了分析機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的效率與質(zhì)量，同時(shí)也為往復(fù)式割刀曲柄連桿機(jī)構(gòu)的研究提供了理論上的支持。 小 結(jié) 通過(guò)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我更加扎實(shí)的掌握了有關(guān)虛擬樣機(jī)技術(shù)方面的知識(shí)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中雖然遇到了一些問(wèn)題，但經(jīng)過(guò)一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識(shí)欠缺和經(jīng)驗(yàn)不足。實(shí)踐出真知，通過(guò)親手動(dòng)手做，使我們掌握的知識(shí)不再是紙上談兵。 過(guò)而能改，善莫大焉。在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我不斷發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲取。最終的檢測(cè)調(diào)試環(huán)節(jié)，本身就是在踐行“過(guò)而能改，善莫大焉”的知行觀。這次計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到很多問(wèn)題，最后在老師的幫助下，終于得到解決。 在今后社會(huì)的發(fā)展和學(xué)習(xí)實(shí)踐過(guò)程中，一定要不懈努力，不能遇到問(wèn)題就想到退縮，一定要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在，然后一一進(jìn)行解決，只有這樣，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上披荊斬棘，而不是知難而退。 致 謝 值此設(shè)計(jì)結(jié)束之際，在此我對(duì)幫助我和關(guān)心我的老師、朋友、同學(xué)和家人表示真摯的感謝。 首先我要特別地感謝我的指導(dǎo)教師周嶺教授。周老師面對(duì)繁重的科研與教學(xué)任務(wù)，仍然擠出寶貴的時(shí)間，咨詢我設(shè)計(jì)情況，督促我設(shè)計(jì)進(jìn)度以及指導(dǎo)我解決在設(shè)計(jì)過(guò)程中所與到的很多問(wèn)題。 我還要感謝我的同鄉(xiāng)魏流鋒同學(xué)。由于我之前對(duì)ADAMS軟件從未接觸過(guò)，做仿真這一類的設(shè)計(jì)，我感到有些力不從心。多虧魏流鋒在軟件上對(duì)我的指導(dǎo)和幫助，由此表示真誠(chéng)的感謝。 另外，還要感謝其他室友以及好友，對(duì)我設(shè)計(jì)和生活上的關(guān)心和幫助。 最后，感謝我的家人對(duì)我學(xué)習(xí)自始自終的支持和關(guān)心。 參考文獻(xiàn) [1] 陳樹人，盧強(qiáng)，李繼偉，朱維忠，曹德明．基于ADAMS秧草收割機(jī)往復(fù)式割刀機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真[J].農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)，2010.6:53-55． [2] 王振強(qiáng)，趙春花，劉偉.手扶牧草收割機(jī)往復(fù)式切割器主要參數(shù)試驗(yàn)分析[J]．山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011．9：1001-1004． [3] 陳曉峰．窄節(jié)距低割往復(fù)式切割器的研究[J].中國(guó)農(nóng)機(jī),2006．2：68-70． [4] 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