平面連桿機(jī)構(gòu)急回特性教學(xué)實(shí)踐-開槽機(jī)為例

白亞瓊

摘要：針對(duì)高職《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》平面連桿機(jī)構(gòu)中急回特性教學(xué)中，學(xué)生難以理解、學(xué)習(xí)興趣不高且效果差的狀況，提出采用ADAMS軟件為手段，以開槽機(jī)為例進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真分析，分析開槽機(jī)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角、死點(diǎn)位置和急回特性。借此說明，將ADAMS軟件應(yīng)用高職《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》于教學(xué)中，能增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，取得較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：ADAMS;急回特性;運(yùn)動(dòng)仿真;開槽機(jī)

0 ?引言

高職學(xué)生對(duì)《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》這門課中的平面連桿機(jī)構(gòu)急回特性的理解，停留在機(jī)構(gòu)急回特性工作行程的速度比回程過程的速度慢。雖然我們使用了Flash動(dòng)畫、視頻等多媒體方式展示其動(dòng)畫過程，在一定程度上提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)積極性，但這些方法并未在本質(zhì)上對(duì)機(jī)械原理教學(xué)難以理解內(nèi)容做改進(jìn)。而學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中更是不會(huì)應(yīng)用其它計(jì)算機(jī)輔助軟件學(xué)習(xí)機(jī)械原理中的“運(yùn)動(dòng)”，也就無從談及創(chuàng)新設(shè)計(jì)了。本文借助于ADAMS軟件為手段，以開槽機(jī)為例進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真分析，分析開槽機(jī)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角、死點(diǎn)位置和急回特性，利用ADAMS快速將頭腦中的構(gòu)思以運(yùn)動(dòng)形式形象的表達(dá)出來，在Adams/View中的建立模型，在Adams/Postprocessor中得到機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析曲線，可形象清晰地將機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、傳動(dòng)角變化、死點(diǎn)位置及急回特性展示在學(xué)生面前。

1 ?開槽機(jī)機(jī)構(gòu)的建模與運(yùn)動(dòng)分析

如圖1所示開槽機(jī)機(jī)構(gòu)，原動(dòng)件BC勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度？棕=2？仔 rad/s。已知a=80mm，b=200mm，lAD=100mm，lDF=400mm，其中原動(dòng)件BC桿為主曲柄，AC桿為副曲柄。運(yùn)用軟件 Adams 對(duì)開槽機(jī)機(jī)構(gòu)進(jìn)行建模，在 Adams/View 中設(shè)定各構(gòu)件長(zhǎng)度，并在連接處進(jìn)行鉸鏈約束，其中在B點(diǎn)處為BC桿與機(jī)架的連接處定義一個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)置為 360deg/sec，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間為3s。見圖2所示開槽機(jī)機(jī)構(gòu)仿真模型。

從圖3中可以看出DF桿的擺角大約為29.5°，范圍從-12°至17.5°之間。從圖5、圖6可以看出在-12°或17.5°時(shí)DF桿與滑塊之間的夾角最大，也就是壓力角最大，滑塊的速度也是最大，DF桿對(duì)滑塊所受的力最大，而傳動(dòng)角最小。從圖3、圖4可以看出DF桿的擺角在0°時(shí)，DF桿恰好與滑塊有兩次共線，這時(shí)滑塊的速度最小趨向于零。假如原動(dòng)件不是曲柄BC桿，而是滑塊，這時(shí)就會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)死點(diǎn)位置。從圖3、圖4中還可以看出DF桿的速度、加速度在工作過程或回程中變化很明顯，呈現(xiàn)出一慢一快的急回特性。

從圖7中可以看出滑塊的工作行程時(shí)間大約為0.7s，速度變化呈開口向下拋物線狀，最大值大約為480mm/s;加速度呈緩慢增加趨勢(shì)。回程時(shí)間大約為0.3s，速度變化也呈開口向下拋物線狀，最大值大約為1100mm/s，可以很明顯看出滑塊的一慢一快的急回特性。而圖8中加速度在工作行程時(shí)先下降后上升呈開口向上拋物線狀，在回程起始時(shí)迅速急劇上升達(dá)到最大值8000mm/s2后短暫急劇下降和上升至加速度最大值，而后繼續(xù)急劇下降，周而復(fù)始。因此學(xué)生可以直觀的看出滑塊的速度、加速度的變化曲線，機(jī)構(gòu)的急回運(yùn)動(dòng)的特性。

2 ?結(jié)束語(yǔ)

采用ADAMS對(duì)開槽機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，讓學(xué)生直觀的看到“運(yùn)動(dòng)”的機(jī)構(gòu)，可形象清晰地將機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、傳動(dòng)角變化、死點(diǎn)位置及急回特性展示在學(xué)生面前，使學(xué)生獲得對(duì)機(jī)構(gòu)急回特性的感性認(rèn)識(shí)。

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