*中国民航飞行学院青年基金项目（Q2012-050）煤矿机械CoalMineMachineryVol.36No.11Nov.2015第36卷第11期2015年11月doi:10.13436/j.mkjx.2015111090引言小型刨床主要用于加工中小型零件各种平面和沟槽，常用于单件小批量生产及机械维修。小型刨床具有急回特性，即在切削工作时刨头运动速度较慢，以保证切削顺利平稳，在空回行程时，刨头运动较快，以降低非工作时间，提高生产效率。因此，为提高小型刨床的工作性能，对刨头的运动学分析非常必要。本文运用ADAMS软件构建小型刨床工作机构虚拟样机模型，完成运动仿真分析，得出刨头位移、速度及加速度曲线，分析刨床的急回特性，切削过程中速度的平稳性。1运动学分析小型刨床工作机构由转动导杆和曲柄滑块机构组成，如图1所示。其中转动导杆机构的曲柄为原动件。工作原理为曲柄匀速转动带动导杆转动，从而再带动曲柄滑块机构中的曲柄转动，然后驱动工作件刨头（滑块6）做往复移动。按照机构自由度F=3n－2PL－PH，在该机构中n=5，PL=7，PH=0，计算得机构自由度F=1。该机构的自由度数与原动件个数相等，机构具有确定的运动。如图1所示，以O点为圆心建立直角坐标系，机构中构件长度如图1所示，则可得B点坐标为B（0，l1）。设刨头（滑块6）的行程为x，其位移为－x，则E点坐标为E（－x，0）。设定原动件曲柄的起始位置为X轴负半轴方向，其转角为θ，原动件匀速转动的角速度为ω，则θ=ωt。由三角关系可得C点坐标为C（－l2cosθ，l2sinθ+l1），则O、C之间的距离为OC=l22+2l2l1sinθ+l12姨（1）图1小型刨床工作机构的示意图1.机架2.曲柄3、6.滑块4.导杆5.连杆定义导杆与X轴之间夹角为φ，则有φ＝arccos（l2cosθOC）=arccos（l2cosθl22+2l2l1sinθ+l12姨）（2）则D点坐标为D（l3cosφ，－l3sinφ）。DE=l4=OE－OD=（－x－l3cosφ，l3sinφ），则可得l4=x2+2xl3cosφ+l32姨（3）整理后可得小型刨床刨头的位移方程基于ADAMS的小型刨床工作机构仿真分析*周蜜1，李飞2（1.中国民用航空飞行学院航空工程学院，四川广汉618307；2.中国民用航空飞行学院机务处，四川广汉618307）摘要：通过理论分析得到小型刨床刨头的运动学方程，运用ADAMS软件建立小型刨床工作机构虚拟样机模型，对该机构进行运动仿真分析，得出小型刨床刨头的位移、速度、加速度随时间变化曲线，并对得到的运动学参数进行分析讨论，仿真结果与理论分析结果基本一致，验证了仿真的正确性。关键词：ADAMS；刨床；建模；仿真分析中图分类号：TP391.9文献标志码：A文章编号：1003－0794（2015）11－0264－02SimulationAnalysisofShaperWorkingMechanismBasedonADAMSZHOUMi1，LIFei2(1.AeroEngineeringInstitute,CivilAviationFlightUniversityofChina,Guanghan618307,China;2.MaintenanceDepartment,CivilAviationFlightUniversityofChina,Guanghan618307,China)Abstract:Thekinematicsequationsofshaperramwereobtainedbytheoreticalanalysis,avirtualprototypemodelofshaperworkingmechanismwasestablishedandthekinematicsimulationanalysiswascarriedoutbytheADAMSsoftware.Thedisplacement,velocity,accelerationcurvesoftheshaperramdependedontimewereprovided,andthekinematicsparameterswereanalyzed.Thesimulationresultswerethesamewiththeresultsoftheoreticalanalysis,whichconfirmedthecorrectnessofthesimulation.Keywords:ADAMS;shaper;modeling;simulationanalysis123456φECBθYFXOl2l3l1l4D264中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net

x2+2xl3cosφ+l32-l42=0（4）其中φ与θ相关，θ与t相关。通过式（4）则可求得某一时刻刨头的位移。对式（4）两边关于时间t求1阶导数，得刨头速度v2xv+2l3vcosφ-2l3xφ′sinφ=0（5）再对式（5）关于时间t求导，可得刨头加速度av2+xa+l3acosφ-2l3vφ′sinφ-l3xφ″sinφ-l3xφ′cosφ=0（6）2ADAMS建模与仿真采用ADAMS软件建模，各构件尺寸参数设置：机架为固定构件，l1=100mm，曲柄的长度l2=200mm，2个滑块尺寸均为200mm×100mm×100mm，OD=l3=200mm，OF=500mm，DE=l4=700mm，原动件的角速度ω=30°/s。（1）小型刨床虚拟样机模型的建立①启动ADAMS/View，选定原动件、导杆与机架共线这个特殊位置构建虚拟样机模型。此时，图1上各关键点坐标为O（0，0，0），B（0，100，0），C（0，300，0），F（0，500，0），D（0，-200，0），E（-670.82，0，0）；②在关键点BC、OF、OD、DE之间创建杆件，并在C点和E点处创建滑块；③由于C点处的滑块处于铅垂位置，需要改变默认生成的滑块位置。利用旋转移动坐标工具按钮，将C点处滑块以C点为中心顺时针旋转90°，使滑块沿着导杆的方向。（2）添加运动副及驱动①按照各构件之间的运动副关系添加转动副和移动副；②为原动件构件添加旋转驱动，转动速度为30°/s，得到刨床工作机构虚拟样机模型，如图2所示。图2小型刨床工作机构虚拟样机模型（3）运动仿真及结果后处理通过运动仿真观察机构运动，该小型刨床工作机构运动平稳流畅，急回特性明显。仿真计算后，进入后处理模块，可得到刨头E点的位移、速度、加速度随时间变化曲线，如图3所示。此机构刨头极限位置出现在曲柄OD与连杆DE两次共线位置上，可知刨头的最小位移为500mm，最大位移为900mm，此结果与图3（a）仿真结果相吻合。通过理论计算可得，机构运动时间为1s和2s时，刨头的位移分别为-743.1mm和-814.4mm，仿真可得时间为1.008s时，刨头位移为-743.67mm，而时间为2.016s时，刨头位移为-815.49mm，对比可知，2种方法结果相差较小，仿真结果是正确的。时间/s（a）刨头位移时间/s（b）刨头速度时间/s（c）刨头加速度图3刨头仿真曲线在图3（b）中部有一个近似于直线的平缓波谷，在此范围内刨头的速度比较稳定，变化不大，此段曲线表明刨头正处于切削行程，较为平稳的速度保证了刨床切削工作的顺利进行，经过切削行程后，刨头速度快速增加，进入空回行程，在下一个切削行程开始前，刨头速度又快速降低，以满足切削需要。由此可见，此机构具有较好的急回特性。从图3（c）加速度曲线可见，切削行程中加速度值较小，空回行程中加速度值变化较大，与实际情况相符。3结语（1）运用ADAMS进行虚拟样机建模可以方便设计人员，使设计过程更加简便直观，便于修改，可以在物理样机建造前进行预先研究，提高了设计效率和质量，节省了时间和成本；（2）运用ADAMS进行机构运动仿真可生成机构运动动画，便于研究人员观察机构的运动过程，找出存在的问题；（3）该方法可以用于其他复杂机构的运动学及动力学分析，与传统的解析法相比，求解更加快速，简便，省去了复杂的计算过程。参考文献：［1］管西巧,赵庆志,高跃武,等.基于Solidworks和ADAMS的牛头刨床导杆机构仿真分析［J］.煤矿机械,2014,35(10):273-275.［2］范彩霞,杨金峰.基于Adams的牛头刨床摆动导杆机构仿真及优化［J］.煤矿机械,2013,34(4):69-70.［3］刘守法,杨宏才.基于ADAMS的B635A型刨床急回机构运动学仿真［J］.煤矿机械,2010,31(7):49-51.［4］王娟平.基于Matlab的牛头刨床运动分析及仿真［J］.煤矿机械,2012,33(1):246-248.［5］马成习.基于Pro/E的牛头刨床运动机构建模及其运动仿真分析［J］.机械设计与制造,2008(10):182-183.［6］吕鲲,袁扬,郭冬.牛头刨床六杆机构的优化设计及仿真［J］.机械传动,2013,37(3):52-55.作者简介：周蜜（1981-），河北唐山人，讲师，主要从事结构动力学仿真，电子信箱：zhoumi1981@126.com.责任编辑：武伟民收稿日期：2015－08－02第36卷第11期Vol.36No.11基于ADAMS的小型刨床工作机构仿真分析———周蜜，等位移/mm速度/mm·s-1加速度/mm·s-20-500-600-700-800-9000-500-600-700-800-90005101520250250200150100500-50-100051015202502001000-100-200510152025265中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net