3585 往復式割刀曲柄連桿機構的運動特性仿真

3585 往復式割刀曲柄連桿機構的運動特性仿真,往復,割刀,曲柄,連桿機構,運動,特性,仿真 往復式割刀曲柄連桿機構的運動特性仿真設計說明書學生姓名 xxxxxx 學 號 所屬學院 機械電氣化工程學院 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化班 級 12-1 指導教師 xxxxxx 日 期 2012.05 xxxxxx 大學教務處制目 錄1 緒論 ................................................................................................................................................ 1 1.1 切割器的要求 ........................................................................................................................ 1 1.2 影響切割質量的因素 ............................................................................................................ 1 2 切割器的參數(shù)選取和計算 ........................................................................................................2 2.1 切割器的種類 ....................................................................................................................... 2 2.2 動刀片的結構參數(shù) .................................................................................................................2 2.3 曲柄轉速的確定 ..................................................................................................................... 32.4 收割機的進距計算 ................................................................................................................ 42.5 切割器功率計算 .....................................................................................................................4 2.6 驅動曲柄所需的轉矩 ............................................................................................................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 曲柄柄連桿機構的建模與仿真 ...............................................................................................5 4.1 技術路線 ............................................................................................................................... 6 4.2 曲柄連桿的機構簡圖 .............................................................................................................6 4.3 曲柄連桿機構各零件的建模與裝配 ................................................................................... 7 4.4 干涉檢驗 .................................................................................................................................8 4.5 基于 ADAMS 的往復式割刀曲柄連桿機構的仿真 ..............................................................95 機構優(yōu)化 .........................................................................................................................................95.1 動刀組位置分析 ....................................................................................................................105.2 機構的修改 ...........................................................................................................................11 5.3 修改后的機構零件建模 ........................................................................................................125.4 曲柄連桿機構重新裝配 .......................................................................................................12 6 曲柄連桿機構運動學分析 ......................................................................................................14 7 結論 ...............................................................................................................................................15 小結 ...................................................................................................................................................16 致 謝 ..................................................................................................................................................17參考文獻 ..........................................................................................................................................18 塔里木大學畢業(yè)設計- 1 -1 緒論大力發(fā)展農業(yè)機械化是我國現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展的必要條件，只有實現(xiàn)農業(yè)機械化，才能真正提高農民收入，人民的生活水平才能得以改善。切割器是各種收割機械的重要工作部件。目前，各種收割機械普遍采用的切割器有往復式和回轉式兩種。往復式割刀副較寬，并且工作效率高，可獲得較好的采摘質量，割茬平齊，且不會產生割碎作物的現(xiàn)象。其缺點是工作慣性力大，割臺震動和噪音都很大，廣泛應用于谷物收獲?；剞D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。回轉式切割器的切割速度高，慣性力容易平衡，震動較小，割刀的結構比較簡單。但受回轉直徑的限制，不能用于寬幅切割，割刀的壽命較短，維修費很高。當前，收獲機上使用的切割器以往復式最多，而且制造技術趨于完善，只是在局部有所改進，但其慣性力不平衡仍是主要問題。國內收割機起步較晚，早期以模仿及從蘇聯(lián)，美國及加拿大等國家進口為主。很多連接或支撐部件沒有經(jīng)過詳細的計算，二十根據(jù)發(fā)達國家已造好的收割機的尺寸設計制造的，使得收割機體積龐大，質量偏大。大型收割機是非常復雜的機械裝備，大型收割機的使用對土地的平整和規(guī)模有更高的要求，華北平原，三江平原等重要的小麥，水稻產區(qū)很早就使用聯(lián)合收割機進行生產。相對大型收割機，小型收割機的設計更隨意，現(xiàn)在國內很多院校都開始嘗試針對設計制造小型收割機。這些院校設計適合本地土地環(huán)境和生產力的小型收割機，這種收割機價格低，維修簡單，使用方便，適合各種地形，保養(yǎng)要求低，適合小農戶規(guī)模的生產。往復式割刀驅動機構，其作用是將源動力的旋轉轉換為割刀所需的直線往復式運動。目前，國內的收割機采用的往復式機構種類眾多。大致上可以歸納為曲柄連桿機構和擺環(huán)機構兩類。傳統(tǒng)的往復式手工費器大都采用單邊驅動，慣性力很難平衡，日本久保田麥稻聯(lián)合收割機將刀桿分成兩段，采用兩個曲柄連桿機構雙邊驅動，兩段刃桿的運動方向總是相反，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，因此久保田收割機將刀桿加寬，在其底部挖了排泥孔，割刀在運動時可將進入切割器間隙的泥土及時排出。此外，這種機型還加裝了割刀自動潤滑系統(tǒng)，可將潤滑油自動滴到刀桿上，隨動刀的運動而進入摩擦間隙，以免手工加油發(fā)生危險。1.1 切割器的要求切割器是收獲機械的重要部件之一，它的功用是將田間的作物切斷，切割器應該滿足一下要求：1）切割質量好：割茬整齊，不漏割，不重割，不堵刀，切割損失??；2）切割省力，功率消耗少，振動??；3）通用性好，結構簡單，調整方便。切割器按照其運動方式可分為往復式和回轉式兩種，經(jīng)過多年的研究，其技術已較為成熟，基本可以滿足上述需要，但也存在許多問題。1.2 影響切割質量的因素切割質量與切割器的特性、莖稈的物理性能、切割器與莖稈的相對位置以及切割的速度和方向都有密切的關系。1）切割器的機構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，但如果刃口過于單薄，強度不夠，很快磨損或折斷，影響其使用壽命。往復式切割器使用梯形刀片，其形狀參數(shù)對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成，從結構上講是非均勻體，不同方向上機械性能并不相同，有關專家對橫切、斜切和削切做了對比，證明割刀偏斜 或削切較橫切切割阻力和功耗都降低很多。?45莖稈的剛度對切割也有重要影響，剛度小的莖稈受很小外力就會彎斜，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）切割速度一般來講，隨切割速度的增加，切割阻力會有所降低，但二者并非線性關系，而且切割速度增加時空轉功率也會上升，割臺震動加劇，所以稻麥往復式切割器割刀平均速度一般不超過2m/s。往復式切割器的特點往復式切割器的割刀作直線運動，割刀的平均切割速度較低，切割性能好，結構簡單，工作可靠，廣泛應用在谷物收割機上。它的缺點是工作時慣性力大，割臺振動和噪聲都很大，一次切塔里木大學畢業(yè)設計- 2 -割存在重割和漏割區(qū)域，故割茬不夠整齊。傳統(tǒng)的往復式切割器大都采用單邊驅動，慣性力很難平衡，日本久保田麥稻聯(lián)合收割機將刀桿分成兩段，采用兩個曲柄連桿機構雙邊驅動，兩段刀桿的運動方向總是相反，可部分抵消慣性力。2 切割器的參數(shù)選取和計算2.1 切割器的種類根據(jù)割刀行程，動刀片間距和定刀片間距三者的不同組合關系，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系 如圖 2-1 a） mts2.760?這種形式也叫標準型切割器。其特點是：割刀的切割速度較高，切割性能較好，對粗細莖稈的適應性較好。但切割莖稈時傾斜度大，割茬變化較大。2.1.2 低割型切割器其尺寸關系為： 如圖 2-1 b）ts4.150切割器割刀行程和動刀片間距相等，是護刃齒間距的兩倍。切割谷物時，莖稈橫向傾斜量小，割茬較低，對收割大豆和收割牧草較為有利，但對粗稈作物的適應性較差。低割型切割器由于切割時割刀速度利用段較低，在莖稈青澀和雜草較多時，切割質量較差，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系 如圖 2-1 c）02ts?雙刀距行程特點為：割刀往復式運動的頻率低，曲柄轉速較慢，因而工作時慣性力力較小。對抗振性較差的小型收割機具有特殊意義，適用于小型收割機。綜上所述，通過三種割刀器的對比看出，就收獲牧草量來說，以低割型較好。a) b)c)塔里木大學畢業(yè)設計- 3 -圖 2-1 割刀示意圖2.2 動刀片的結構參數(shù)動刀是切割器的主要工作零件，對刀片的要求為材料硬度高，耐磨，具有一定的彈性。因此動刀采用光刃結構，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。動刀片的結構參數(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 是動刀片的主要參數(shù)，它的大小對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。試驗表明，切割角增大，切割阻力減?。寒?ɑ 由 增至 時，?154切割阻力減小一半。阻力減小的原因在于切割角增加時刀片相對于牧草莖稈的滑切速度 增大。1V（２－１）?sin1V?式中， 為刀片的運動速度，如圖所示。V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； 為切割角；V 為刀?片的運動速度圖 2-2 刀片參數(shù)但切割角 過大時將引起莖稈切割時沿刃線向外滑動。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，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。因為1R21tan?NF?22，?式中， 是動刀片對牧草莖稈的摩擦角，如圖 2-3 所示。 21?圖 2-3 切割原理示意圖得鉗住牧草莖稈的條件為： 。21????經(jīng)測定，光刀動刀片配合時，對牧草莖稈的摩擦角之和為 ~ 。則取動刀片的???521?4塔里木大學畢業(yè)設計- 4 -切割角 的參數(shù)關系為 ，因此動刀寬度 ， ，動刀刃部高度??tan2dch??mc35?d6。mh30?2.3 曲柄轉速的確定在切割過程中，曲柄連桿機構通過中間零件撥叉撥動切割器動刀組相對頂?shù)浇M做往復式運動對牧草進行切割。由于曲柄每轉一圈割刀完成 2 個割刀行程（ ）s所以（２－２）3062nvp??式中： ——曲柄的轉速nmin/r——割刀行程 ss4.15對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sm/度又不宜過大，這里取 2.5 。/可得： in/92r?為了方便計算 in/50r?2.4 收割機的進距計算進距：割刀運動一個行程時，機器前進的距離進距也是影響切割器切割性能的重要因素，進距太小重割區(qū)太大，浪費功率；進距太大漏割區(qū)增大。（２－３）nvtvHmm3026?式中： ——機器前進的速度 mvs/——曲柄的轉速 ninr2.5 切割器功率計算根據(jù)能量守恒定律可知，往復式切割器消耗的功率等于曲柄輸入的功率。往復式切割器的切割功率包括切割牧草的功率和空轉時的摩擦功率兩部分。2.5.1 切割功率的計算切割功率和機器前進的速度、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系。根據(jù)經(jīng)驗公式有（２－４）10LBvNmp??式中 ： ——收割機的前進速度 ；mv svm/6.——收割機的割副 ；BB24——切割牧草單位面積所消耗的功率 ;0L對于牧草 ~ ，這里取2?/30kw20/3kwL?所以可得Np16.2.5.2 摩擦空轉功率的確定摩擦空轉功率 目前還沒有確定的計算公式，摩擦空轉功率與割刀的安裝狀態(tài)有很大關系，mN經(jīng)大量試驗確定，每米割副的空轉功率隨曲柄的轉速不同在 0.59~1.1 之間變化，為更好的mk/保證此次設計的質量取 1.0 。kw/則有 wm2.401.??塔里木大學畢業(yè)設計- 5 -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： kwNmp 4016.2016.????2.6 驅動曲柄所需的轉矩驅動曲柄所需的轉矩：（２－４）?NnT95式中： 為曲柄的轉角速度?sradn/2602?????所以 NmT85.413 切割圖的繪制與分析切割圖是根據(jù)刀片結構參數(shù)以及割刀行程，還有收割機進距確定的一個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）計算割刀進距 H，并畫出動刀片原始和走過兩個行程后的位置。mv3）以動刀片原始位置的刃部 A 點為基準，用作圖法畫出該點的軌跡線。①以 A 點為始點，以曲柄 r 為半徑作半圓，在圓弧上分成 n 等分：1，2，3，……n，并作出標記。②在動刀片的進距線上分成同等的 n 等分：1，2，……n，并作出標記。③在圓弧的各等分點，畫縱向平行線；在進距線的等分點，畫橫向平行線。找出同樣標記的縱、橫線的交點并連成曲線。即為動刀片的軌跡線。4)按 A 點的軌跡圖型，在 AB 及 CD 兩刃線的端點畫出其軌跡線，即得動刀片刃部在兩個行程中對地面的掃描圖形—切割圖。3.2 切割圖分析1）一次切割區(qū)：大多數(shù)莖桿沿割刀運動方向傾斜，茬較低。2）重割區(qū)：刃線兩次通過，茬殘再遭重割，浪費功率。3）漏割區(qū)：刃線不通過此區(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）進距 H↑，切割圖形↑，空白區(qū)增加，重割區(qū)減少，動刀刃高↑，漏割區(qū)↓，重割區(qū)↑塔里木大學畢業(yè)設計- 6 -圖 3-1 切割圖4 曲柄柄連桿機構的建模與仿真4.1 技術路線4.2 曲柄連桿的機構簡圖往復式曲柄連桿機構是將旋轉運動轉化為直線運動，如圖所示，曲柄轉動帶動拉桿運動，拉桿與中間連桿的交接處作往復直線運動，中間連桿的另一端使得撥叉作繞固定軸轉動，從而帶動滑塊做平面運動，最終帶動動刀組作往復式直線運動。塔里木大學畢業(yè)設計- 7 -自由度： ，可以得到確定運動。1027323???????HLPnF圖 4-1 曲柄連桿機構簡圖4.3 曲柄連桿機構各零件的建模與裝配4.3.1 零件的建模根據(jù)原理要求和結構簡圖，對機構中零件進行建模。首先，曲柄是通過偏心輪形式表現(xiàn)出來的如圖 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刀組上，帶動動刀做往復直線運動，另一滑塊相對撥叉做平動運動；然后，導向桿如圖 4-2（c）的作用是將旋轉運動轉換為往復直線運動，而且連接水平面方向與豎直方向上的運動。零件還有拉桿如圖 4-2（d）連接曲柄和導向桿，固定支座限定導向桿只能在一個方向上做往復式直線運動，中間連桿如圖 4-2（f ）連接導向桿和撥叉將導向桿的運動傳遞給撥叉，使得撥叉繞定軸擺動。（a）撥叉 (b) 動刀組撥桿及滑塊塔里木大學畢業(yè)設計- 8 -(c)導向桿 (d)拉桿(e)偏心輪 (f)中間連桿圖 4-2 零件模型圖4.3.2 機構的裝配圖 4-3 曲柄連桿裝配塔里木大學畢業(yè)設計- 9 -4.4 干涉檢驗干涉檢驗是在 solidworks 環(huán)境下進行的，主要是對曲柄連桿機構在運動過程中是各零部件之間是否存在運動沖突進行檢驗。選擇干涉檢驗，將沖突檢驗設置為在全局范圍內檢驗，在運動過程中發(fā)生干涉時，顯示發(fā)生干涉零件透明，最后根據(jù)干涉區(qū)域的大小對發(fā)生干涉的零件進行結構上的修改。由于檢驗得到發(fā)生干涉的零件如圖 4-4 所示，可以看出在運動過程中中間連桿機構和撥叉發(fā)生干涉，根據(jù)干涉區(qū)域的大小對中間連桿進行尺寸上的修改，在修改后再進行干涉檢驗，如此反反復復，直到無干涉為止。圖 4-4 干涉檢驗4.5 基于 ADAMS 的往復式割刀曲柄連桿機構的仿真4.5.1 為模型添加約束往復式割刀機構的三維模型是在 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，再給輸入文件一個字母名稱，完成文件的導入。在 ADAMS 中導入的三維軟件模型是沒有質量等信息的，我們需要對導入的模型定義材料，如果不添加信息仿真會失效。在添加運動副約束時避免過約束和欠約束尤其是過約束或者約束錯誤。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，同樣各個連桿之間添加轉動副；其次，將導向筒與 ground 鎖定，并與導向桿構成移動副；最后要注意的是，動刀撥動桿與動刀組導軌只能構成平面移動副而不能定義為滑塊移動副，否則為過約束。如圖 4-5 所示。塔里木大學畢業(yè)設計- 10 -圖 4-5 添加連接方式4.5.2 機構的運動仿真首先，為曲柄連桿機構添加馬達 motion，動力輸入軸即運動軸為偏心輪軸，ADAMS 中motion 添加在 joint 中，這里添加在 joint_1 即偏心輪與底座的轉動約束中。馬達的參數(shù)為 speed，由于偏心輪的轉速為 500 轉/ 分，而馬達速度的單位為 D/S 即每秒轉多少度，所以馬達的速度等于3000D/S；其次，點擊 simulation 定義分析類型為 default，軟件會根據(jù)運動副和自由度的關系自動選擇分析類型，另外設置 end time 20，steps 500；最后，點擊開始仿真。如圖 4-6 所示。塔里木大學畢業(yè)設計- 11 -圖 4-6 運動仿真設置圖5.1 動刀組位置分析5.1.1 運動仿真完畢后即可生成測量結果曲線。啟動 ADAMS/PostProcessor，設置視圖布置設置三個視窗，激活左邊的屏幕視窗，將鼠標置于視窗上，用鼠標右鍵打開彈出式菜單。選擇 Load Animation 命令，調入 ADAMS/VIEW 的仿真計算結果，可以再屏幕上看見已調入的曲柄連桿機構，如圖 5-1 所示。圖 5-1 測試仿真結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，繪制動刀撥動桿的位移曲線圖。圖 5-2 動刀組位移曲線5.1.2 結果分析1）從位移曲線來看它也不是簡諧運動，切割性能不是很好；2）割刀行程沒達到所要求的 152.4mm；3）經(jīng)過多次調整位置以及修改尺寸，發(fā)現(xiàn)此機構割刀行程的變化范圍很小，不能滿足要求；4）機構較復雜傳動效率降低，并且移動副摩擦大。5.2 機構的修改割刀行程無法滿足設計要求，可能是因為中間連桿與撥叉存在相對轉動，不能很好的傳遞運動，撥叉不能實現(xiàn)較大角度的擺動，針對以上情況，現(xiàn)對機構做一下改動，結構簡圖如圖所示。按修改后的結構簡圖對個別零件重新建模，最后再重新裝配，機構簡圖如圖 5-3 所示。塔里木大學畢業(yè)設計- 12 -圖 5-3 結構簡圖5.3 修改后的機構零件建模a）導向桿 b）中間連桿 圖 5-4 修改后的零件塔里木大學畢業(yè)設計- 13 -5.4 曲柄連桿機構重新裝配圖 5-5 裝配圖在曲柄連桿機構中，影響割刀行程的主要因數(shù)是曲柄的偏心距和動刀組撥桿與導向桿的相對位置?，F(xiàn)使偏心距不變，通過調整動刀組撥桿與導向桿的相對位置，測試相應的割刀行程。如表5-1 所示。表 5-1 尺寸關系 (mm) 曲柄偏心距 撥動桿與刀桿的垂直距離 割刀的行程50 230.546 8050 246.304 9450 246.587 10650 240.632 10650 252.433 12650 260.124 14450 265.477 42950 260.827 14550 261.912 14950 262.986 153確定好曲柄連桿機構中各桿件間的相對位置，將裝配圖另存為*parasolid 格式并導入ADAMS，并添加連接關系，進行仿真，結果測試。塔里木大學畢業(yè)設計- 14 -圖 5-6 修改后的曲柄連桿機構添加約束圖 5-7 測試結果圖 5-8 動刀組運動位移由曲線形狀可以得知，動刀組運動為簡諧運動，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計要求 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，繪制動刀組撥動桿的速度曲線。塔里木大學畢業(yè)設計- 15 -圖 5-9 動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，設置在新的一頁繪制曲線；選擇 Add Curve 按鈕，產生新的一頁并繪制動刀組撥動桿加速度曲線。圖 5-10 動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、加速度都是時間 t 的函數(shù)，各時刻的參數(shù)大小都可以從表格中直接讀取，并且對表格處理得出：最大位移為 179 ，最大速度為m250，最大加速度為 60000 。sm/ 2/sm6 曲柄連桿機構運動學分析圖 6-1 結構簡圖A 點的坐標 tEOAx??cos?yinsi0zB 點的坐標 ??coscoABtBxAB???0?zyC 點的坐標 CtECxB?coscs0Bzy塔里木大學畢業(yè)設計- 16 -D 點的坐標 ???? sincoscssinCDBAtECDx ?????0CDy?zD 點的速度 ?sin????vDzDD 點的加速度 ??cosi2????C7 結論將單個的零部件設計和分析技術結合在一起，在計算機上建造出產品的整體尸體模型，針對該產品在實際投入使用后的各種工況進行仿真分析，預測產品的整體性能，進而對產品進行改進設計、提高產品性能的新技術；是從分析解決產品整體性能及其相關問題的角度出發(fā)，解決傳統(tǒng)的設計、制造過程中存在弊端的新技術。虛擬樣機技術可使產品設計人員在各種虛擬環(huán)境中真實地模擬產品整體的運動及受力情況，快速分析多種設計方案，進行對物理樣機來說難以進行或根本無法進行的試驗，知道獲得最優(yōu)的優(yōu)化設計方案。虛擬樣機技術的應用貫穿在產品整個設計過程中，可以再概念設計和方案論證中，設計人員可以把自己的經(jīng)驗與想象結合在計算機的虛擬樣機中充分發(fā)揮創(chuàng)造力，進而縮短開發(fā)周期，提高設計質量和設計效率。利用 solidworks 對收割器曲柄連桿機構進行建模裝配和 ADAMS 運動仿真，可以實時觀測各機構運動過程，觀察機構運動是否產生干涉。通過生成曲線與數(shù)據(jù)檢測被測對象的運動規(guī)律是否滿足工作要求。虛擬運動分析能夠準確確定并優(yōu)化機構的運動，大大減少了設計的工作量和縮短了設計周期，提高了分析機構運動的效率與質量，同時也為往復式割刀曲柄連桿機構的研究提供了理論上的支持。小 結通過此次畢業(yè)設計，使我更加扎實的掌握了有關虛擬樣機技術方面的知識，在設計過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考，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欠缺和經(jīng)驗不足。實踐出真知，通過親手動手做，使我們掌握的知識不再是紙上談兵。過而能改，善莫大焉。在畢業(yè)設計過程中，我不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領悟，不斷獲取。最終的檢測調試環(huán)節(jié)，本身就是在踐行“過而能改，善莫大焉”的知行觀。這次計終于順利完成了，在設計中遇到很多問題，最后在老師的幫助下，終于得到解決。在今后社會的發(fā)展和學習實踐過程中，一定要不懈努力，不能遇到問題就想到退縮，一定要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問題所在，然后一一進行解決，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。塔里木大學畢業(yè)設計- 17 -致 謝值此設計結束之際，在此我對幫助我和關心我的老師、朋友、同學和家人表示真摯的感謝。首先我要特別地感謝我的指導教師周嶺教授。周老師面對繁重的科研與教學任務，仍然擠出寶貴的時間，咨詢我設計情況，督促我設計進度以及指導我解決在設計過程中所與到的很多問題。我還要感謝我的同鄉(xiāng)魏流鋒同學。由于我之前對 ADAMS 軟件從未接觸過，做仿真這一類的設計，我感到有些力不從心。多虧魏流鋒在軟件上對我的指導和幫助，由此表示真誠的感謝。另外，還要感謝其他室友以及好友，對我設計和生活上的關心和幫助。最后，感謝我的家人對我學習自始自終的支持和關心。塔里木大學畢業(yè)設計- 18 -參考文獻[1] 陳樹人，盧強，李繼偉，朱維忠，曹德明．基于 ADAMS 秧草收割機往復式割刀機構的運動學仿真[J]. 農業(yè)裝備技術， 2010.6:53-55．[2] 王振強，趙春花，劉偉.手扶牧草收割機往復式切割器主要參數(shù)試驗分析 [J]．山西農業(yè)科學，2011．9：1001-1004．[3] 陳曉峰．窄節(jié)距低割往復式切割器的研究[J]. 中國農機 ,2006．2：68-70．[4] 王攀峰，尚士友,，劉海亮，楊文輝，王小軍．9GSCC-1.4H 水草收割機切割裝置改進設計[J]．農機化研究,2010.9:69-72.[5] 李青林，戴青玲．基于 ADAMS 油菜聯(lián)合收獲機割刀驅動機構的仿真[J].農機化研究，2009．3：56-58．[6] 熊永森，王金雙，徐中偉.．小型往復式果園割草機設計 [J].農機化研究，2007．6：68-69．[7] 徐秀英，張維強，楊和梅，齊曉丹．小型牧草收獲機雙動切割裝置設計與運動分析[J]. 農業(yè)工塔里木大學畢業(yè)設計- 19 -程學報，2011.7：159-161．[8] 鄭建榮.ADAMS 虛擬樣機技術入門與提高 [M].第 1 版.北京：機械工業(yè)出版社，2004.5．[9] 李增剛.ADAMS 入門詳解與實例 [M].第 1 版．北京：國防工業(yè)出版社，2009.8．[10]吳艷英,吳錦行.基于 UG 平臺的往復式切割器的運動仿真分析[J]．安徽農學通報，2011．14：250-251．1,往復式割刀曲柄連桿機構的運動特性仿真,姓名：高紅波 指導教師：周嶺,設計流程,,目 錄,切割器的參數(shù),2,模型的建立,運動仿真,測試結果,3,切割器參數(shù)的確定,,割刀行程 刀片參數(shù) 曲柄轉速 收割機距 切割功率,媒 介 計 劃,,,24,模型的建立,運動仿真,測試結果,動刀組位移曲線,從位移曲線來看它也不是簡諧運動，切割性能不是很好； 割刀行程沒達到所要求的152.4mm； 經(jīng)過多次調整位置以及修改尺寸，發(fā)現(xiàn)此機構割刀行程的變化范圍很小，不能滿足要求；,機構改進與調試,運動仿真與結果分析,多謝觀看 請各位老師批評指正,5, 往復式割刀曲柄連桿機構的運動特性仿真設計說明書學生姓名 xxxxxx 學 號 所屬學院 機械電氣化工程學院 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化班 級 12-1 指導教師 xxxxxx 日 期 2012.05 xxxxxx 大學教務處制目 錄1 緒論 ................................................................................................................................................ 1 1.1 切割器的要求 ........................................................................................................................ 1 1.2 影響切割質量的因素 ............................................................................................................ 1 2 切割器的參數(shù)選取和計算 ........................................................................................................2 2.1 切割器的種類 ....................................................................................................................... 2 2.2 動刀片的結構參數(shù) .................................................................................................................2 2.3 曲柄轉速的確定 ..................................................................................................................... 32.4 收割機的進距計算 ................................................................................................................ 42.5 切割器功率計算 .....................................................................................................................4 2.6 驅動曲柄所需的轉矩 ............................................................................................................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 曲柄柄連桿機構的建模與仿真 ...............................................................................................5 4.1 技術路線 ............................................................................................................................... 6 4.2 曲柄連桿的機構簡圖 .............................................................................................................6 4.3 曲柄連桿機構各零件的建模與裝配 ................................................................................... 7 4.4 干涉檢驗 .................................................................................................................................8 4.5 基于 ADAMS 的往復式割刀曲柄連桿機構的仿真 ..............................................................95 機構優(yōu)化 .........................................................................................................................................95.1 動刀組位置分析 ....................................................................................................................105.2 機構的修改 ...........................................................................................................................11 5.3 修改后的機構零件建模 ........................................................................................................125.4 曲柄連桿機構重新裝配 .......................................................................................................12 6 曲柄連桿機構運動學分析 ......................................................................................................14 7 結論 ...............................................................................................................................................15 小結 ...................................................................................................................................................16 致 謝 ..................................................................................................................................................17參考文獻 ..........................................................................................................................................18 塔里木大學畢業(yè)設計- 1 -1 緒論大力發(fā)展農業(yè)機械化是我國現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展的必要條件，只有實現(xiàn)農業(yè)機械化，才能真正提高農民收入，人民的生活水平才能得以改善。切割器是各種收割機械的重要工作部件。目前，各種收割機械普遍采用的切割器有往復式和回轉式兩種。往復式割刀副較寬，并且工作效率高，可獲得較好的采摘質量，割茬平齊，且不會產生割碎作物的現(xiàn)象。其缺點是工作慣性力大，割臺震動和噪音都很大，廣泛應用于谷物收獲?；剞D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。回轉式切割器的切割速度高，慣性力容易平衡，震動較小，割刀的結構比較簡單。但受回轉直徑的限制，不能用于寬幅切割，割刀的壽命較短，維修費很高。當前，收獲機上使用的切割器以往復式最多，而且制造技術趨于完善，只是在局部有所改進，但其慣性力不平衡仍是主要問題。國內收割機起步較晚，早期以模仿及從蘇聯(lián)，美國及加拿大等國家進口為主。很多連接或支撐部件沒有經(jīng)過詳細的計算，二十根據(jù)發(fā)達國家已造好的收割機的尺寸設計制造的，使得收割機體積龐大，質量偏大。大型收割機是非常復雜的機械裝備，大型收割機的使用對土地的平整和規(guī)模有更高的要求，華北平原，三江平原等重要的小麥，水稻產區(qū)很早就使用聯(lián)合收割機進行生產。相對大型收割機，小型收割機的設計更隨意，現(xiàn)在國內很多院校都開始嘗試針對設計制造小型收割機。這些院校設計適合本地土地環(huán)境和生產力的小型收割機，這種收割機價格低，維修簡單，使用方便，適合各種地形，保養(yǎng)要求低，適合小農戶規(guī)模的生產。往復式割刀驅動機構，其作用是將源動力的旋轉轉換為割刀所需的直線往復式運動。目前，國內的收割機采用的往復式機構種類眾多。大致上可以歸納為曲柄連桿機構和擺環(huán)機構兩類。傳統(tǒng)的往復式手工費器大都采用單邊驅動，慣性力很難平衡，日本久保田麥稻聯(lián)合收割機將刀桿分成兩段，采用兩個曲柄連桿機構雙邊驅動，兩段刃桿的運動方向總是相反，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，因此久保田收割機將刀桿加寬，在其底部挖了排泥孔，割刀在運動時可將進入切割器間隙的泥土及時排出。此外，這種機型還加裝了割刀自動潤滑系統(tǒng)，可將潤滑油自動滴到刀桿上，隨動刀的運動而進入摩擦間隙，以免手工加油發(fā)生危險。1.1 切割器的要求切割器是收獲機械的重要部件之一，它的功用是將田間的作物切斷，切割器應該滿足一下要求：1）切割質量好：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?。?）通用性好，結構簡單，調整方便。切割器按照其運動方式可分為往復式和回轉式兩種，經(jīng)過多年的研究，其技術已較為成熟，基本可以滿足上述需要，但也存在許多問題。1.2 影響切割質量的因素切割質量與切割器的特性、莖稈的物理性能、切割器與莖稈的相對位置以及切割的速度和方向都有密切的關系。1）切割器的機構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，但如果刃口過于單薄，強度不夠，很快磨損或折斷，影響其使用壽命。往復式切割器使用梯形刀片，其形狀參數(shù)對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成，從結構上講是非均勻體，不同方向上機械性能并不相同，有關專家對橫切、斜切和削切做了對比，證明割刀偏斜 或削切較橫切切割阻力和功耗都降低很多。?45莖稈的剛度對切割也有重要影響，剛度小的莖稈受很小外力就會彎斜，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）切割速度一般來講，隨切割速度的增加，切割阻力會有所降低，但二者并非線性關系，而且切割速度增加時空轉功率也會上升，割臺震動加劇，所以稻麥往復式切割器割刀平均速度一般不超過2m/s。往復式切割器的特點往復式切割器的割刀作直線運動，割刀的平均切割速度較低，切割性能好，結構簡單，工作可靠，廣泛應用在谷物收割機上。它的缺點是工作時慣性力大，割臺振動和噪聲都很大，一次切塔里木大學畢業(yè)設計- 2 -割存在重割和漏割區(qū)域，故割茬不夠整齊。傳統(tǒng)的往復式切割器大都采用單邊驅動，慣性力很難平衡，日本久保田麥稻聯(lián)合收割機將刀桿分成兩段，采用兩個曲柄連桿機構雙邊驅動，兩段刀桿的運動方向總是相反，可部分抵消慣性力。2 切割器的參數(shù)選取和計算2.1 切割器的種類根據(jù)割刀行程，動刀片間距和定刀片間距三者的不同組合關系，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系 如圖 2-1 a） mts2.760?這種形式也叫標準型切割器。其特點是：割刀的切割速度較高，切割性能較好，對粗細莖稈的適應性較好。但切割莖稈時傾斜度大，割茬變化較大。2.1.2 低割型切割器其尺寸關系為： 如圖 2-1 b）ts4.150切割器割刀行程和動刀片間距相等，是護刃齒間距的兩倍。切割谷物時，莖稈橫向傾斜量小，割茬較低，對收割大豆和收割牧草較為有利，但對粗稈作物的適應性較差。低割型切割器由于切割時割刀速度利用段較低，在莖稈青澀和雜草較多時，切割質量較差，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系 如圖 2-1 c）02ts?雙刀距行程特點為：割刀往復式運動的頻率低，曲柄轉速較慢，因而工作時慣性力力較小。對抗振性較差的小型收割機具有特殊意義，適用于小型收割機。綜上所述，通過三種割刀器的對比看出，就收獲牧草量來說，以低割型較好。a) b)c)塔里木大學畢業(yè)設計- 3 -圖 2-1 割刀示意圖2.2 動刀片的結構參數(shù)動刀是切割器的主要工作零件，對刀片的要求為材料硬度高，耐磨，具有一定的彈性。因此動刀采用光刃結構，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。動刀片的結構參數(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 是動刀片的主要參數(shù)，它的大小對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。試驗表明，切割角增大，切割阻力減小：當 ɑ 由 增至 時，?154切割阻力減小一半。阻力減小的原因在于切割角增加時刀片相對于牧草莖稈的滑切速度 增大。1V（２－１）?sin1V?式中， 為刀片的運動速度，如圖所示。V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； 為切割角；V 為刀?片的運動速度圖 2-2 刀片參數(shù)但切割角 過大時將引起莖稈切割時沿刃線向外滑動。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，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。因為1R21tan?NF?22，?式中， 是動刀片對牧草莖稈的摩擦角，如圖 2-3 所示。 21?圖 2-3 切割原理示意圖得鉗住牧草莖稈的條件為： 。21????經(jīng)測定，光刀動刀片配合時，對牧草莖稈的摩擦角之和為 ~ 。則取動刀片的???521?4塔里木大學畢業(yè)設計- 4 -切割角 的參數(shù)關系為 ，因此動刀寬度 ， ，動刀刃部高度??tan2dch??mc35?d6。mh30?2.3 曲柄轉速的確定在切割過程中，曲柄連桿機構通過中間零件撥叉撥動切割器動刀組相對頂?shù)浇M做往復式運動對牧草進行切割。由于曲柄每轉一圈割刀完成 2 個割刀行程（ ）s所以（２－２）3062nvp??式中： ——曲柄的轉速nmin/r——割刀行程 ss4.15對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sm/度又不宜過大，這里取 2.5 。/可得： in/92r?為了方便計算 in/50r?2.4 收割機的進距計算進距：割刀運動一個行程時，機器前進的距離進距也是影響切割器切割性能的重要因素，進距太小重割區(qū)太大，浪費功率；進距太大漏割區(qū)增大。（２－３）nvtvHmm3026?式中： ——機器前進的速度 mvs/——曲柄的轉速 ninr2.5 切割器功率計算根據(jù)能量守恒定律可知，往復式切割器消耗的功率等于曲柄輸入的功率。往復式切割器的切割功率包括切割牧草的功率和空轉時的摩擦功率兩部分。2.5.1 切割功率的計算切割功率和機器前進的速度、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系。根據(jù)經(jīng)驗公式有（２－４）10LBvNmp??式中 ： ——收割機的前進速度 ；mv svm/6.——收割機的割副 ；BB24——切割牧草單位面積所消耗的功率 ;0L對于牧草 ~ ，這里取2?/30kw20/3kwL?所以可得Np16.2.5.2 摩擦空轉功率的確定摩擦空轉功率 目前還沒有確定的計算公式，摩擦空轉功率與割刀的安裝狀態(tài)有很大關系，mN經(jīng)大量試驗確定，每米割副的空轉功率隨曲柄的轉速不同在 0.59~1.1 之間變化，為更好的mk/保證此次設計的質量取 1.0 。kw/則有 wm2.401.??塔里木大學畢業(yè)設計- 5 -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： kwNmp 4016.2016.????2.6 驅動曲柄所需的轉矩驅動曲柄所需的轉矩：（２－４）?NnT95式中： 為曲柄的轉角速度?sradn/2602?????所以 NmT85.413 切割圖的繪制與分析切割圖是根據(jù)刀片結構參數(shù)以及割刀行程，還有收割機進距確定的一個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）計算割刀進距 H，并畫出動刀片原始和走過兩個行程后的位置。mv3）以動刀片原始位置的刃部 A 點為基準，用作圖法畫出該點的軌跡線。①以 A 點為始點，以曲柄 r 為半徑作半圓，在圓弧上分成 n 等分：1，2，3，……n，并作出標記。②在動刀片的進距線上分成同等的 n 等分：1，2，……n，并作出標記。③在圓弧的各等分點，畫縱向平行線；在進距線的等分點，畫橫向平行線。找出同樣標記的縱、橫線的交點并連成曲線。即為動刀片的軌跡線。4)按 A 點的軌跡圖型，在 AB 及 CD 兩刃線的端點畫出其軌跡線，即得動刀片刃部在兩個行程中對地面的掃描圖形—切割圖。3.2 切割圖分析1）一次切割區(qū)：大多數(shù)莖桿沿割刀運動方向傾斜，茬較低。2）重割區(qū)：刃線兩次通過，茬殘再遭重割，浪費功率。3）漏割區(qū)：刃線不通過此區(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）進距 H↑，切割圖形↑，空白區(qū)增加，重割區(qū)減少，動刀刃高↑，漏割區(qū)↓，重割區(qū)↑塔里木大學畢業(yè)設計- 6 -圖 3-1 切割圖4 曲柄柄連桿機構的建模與仿真4.1 技術路線4.2 曲柄連桿的機構簡圖往復式曲柄連桿機構是將旋轉運動轉化為直線運動，如圖所示，曲柄轉動帶動拉桿運動，拉桿與中間連桿的交接處作往復直線運動，中間連桿的另一端使得撥叉作繞固定軸轉動，從而帶動滑塊做平面運動，最終帶動動刀組作往復式直線運動。塔里木大學畢業(yè)設計- 7 -自由度： ，可以得到確定運動。1027323???????HLPnF圖 4-1 曲柄連桿機構簡圖4.3 曲柄連桿機構各零件的建模與裝配4.3.1 零件的建模根據(jù)原理要求和結構簡圖，對機構中零件進行建模。首先，曲柄是通過偏心輪形式表現(xiàn)出來的如圖 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刀組上，帶動動刀做往復直線運動，另一滑塊相對撥叉做平動運動；然后，導向桿如圖 4-2（c）的作用是將旋轉運動轉換為往復直線運動，而且連接水平面方向與豎直方向上的運動。零件還有拉桿如圖 4-2（d）連接曲柄和導向桿，固定支座限定導向桿只能在一個方向上做往復式直線運動，中間連桿如圖 4-2（f ）連接導向桿和撥叉將導向桿的運動傳遞給撥叉，使得撥叉繞定軸擺動。（a）撥叉 (b) 動刀組撥桿及滑塊塔里木大學畢業(yè)設計- 8 -(c)導向桿 (d)拉桿(e)偏心輪 (f)中間連桿圖 4-2 零件模型圖4.3.2 機構的裝配圖 4-3 曲柄連桿裝配塔里木大學畢業(yè)設計- 9 -4.4 干涉檢驗干涉檢驗是在 solidworks 環(huán)境下進行的，主要是對曲柄連桿機構在運動過程中是各零部件之間是否存在運動沖突進行檢驗。選擇干涉檢驗，將沖突檢驗設置為在全局范圍內檢驗，在運動過程中發(fā)生干涉時，顯示發(fā)生干涉零件透明，最后根據(jù)干涉區(qū)域的大小對發(fā)生干涉的零件進行結構上的修改。由于檢驗得到發(fā)生干涉的零件如圖 4-4 所示，可以看出在運動過程中中間連桿機構和撥叉發(fā)生干涉，根據(jù)干涉區(qū)域的大小對中間連桿進行尺寸上的修改，在修改后再進行干涉檢驗，如此反反復復，直到無干涉為止。圖 4-4 干涉檢驗4.5 基于 ADAMS 的往復式割刀曲柄連桿機構的仿真4.5.1 為模型添加約束往復式割刀機構的三維模型是在 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，再給輸入文件一個字母名稱，完成文件的導入。在 ADAMS 中導入的三維軟件模型是沒有質量等信息的，我們需要對導入的模型定義材料，如果不添加信息仿真會失效。在添加運動副約束時避免過約束和欠約束尤其是過約束或者約束錯誤。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，同樣各個連桿之間添加轉動副；其次，將導向筒與 ground 鎖定，并與導向桿構成移動副；最后要注意的是，動刀撥動桿與動刀組導軌只能構成平面移動副而不能定義為滑塊移動副，否則為過約束。如圖 4-5 所示。塔里木大學畢業(yè)設計- 10 -圖 4-5 添加連接方式4.5.2 機構的運動仿真首先，為曲柄連桿機構添加馬達 motion，動力輸入軸即運動軸為偏心輪軸，ADAMS 中motion 添加在 joint 中，這里添加在 joint_1 即偏心輪與底座的轉動約束中。馬達的參數(shù)為 speed，由于偏心輪的轉速為 500 轉/ 分，而馬達速度的單位為 D/S 即每秒轉多少度，所以馬達的速度等于3000D/S；其次，點擊 simulation 定義分析類型為 default，軟件會根據(jù)運動副和自由度的關系自動選擇分析類型，另外設置 end time 20，steps 500；最后，點擊開始仿真。如圖 4-6 所示。塔里木大學畢業(yè)設計- 11 -圖 4-6 運動仿真設置圖5.1 動刀組位置分析5.1.1 運動仿真完畢后即可生成測量結果曲線。啟動 ADAMS/PostProcessor，設置視圖布置設置三個視窗，激活左邊的屏幕視窗，將鼠標置于視窗上，用鼠標右鍵打開彈出式菜單。選擇 Load Animation 命令，調入 ADAMS/VIEW 的仿真計算結果，可以再屏幕上看見已調入的曲柄連桿機構，如圖 5-1 所示。圖 5-1 測試仿真結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，繪制動刀撥動桿的位移曲線圖。圖 5-2 動刀組位移曲線5.1.2 結果分析1）從位移曲線來看它也不是簡諧運動，切割性能不是很好；2）割刀行程沒達到所要求的 152.4mm；3）經(jīng)過多次調整位置以及修改尺寸，發(fā)現(xiàn)此機構割刀行程的變化范圍很小，不能滿足要求；4）機構較復雜傳動效率降低，并且移動副摩擦大。5.2 機構的修改割刀行程無法滿足設計要求，可能是因為中間連桿與撥叉存在相對轉動，不能很好的傳遞運動，撥叉不能實現(xiàn)較大角度的擺動，針對以上情況，現(xiàn)對機構做一下改動，結構簡圖如圖所示。按修改后的結構簡圖對個別零件重新建模，最后再重新裝配，機構簡圖如圖 5-3 所示。塔里木大學畢業(yè)設計- 12 -圖 5-3 結構簡圖5.3 修改后的機構零件建模a）導向桿 b）中間連桿 圖 5-4 修改后的零件塔里木大學畢業(yè)設計- 13 -5.4 曲柄連桿機構重新裝配圖 5-5 裝配圖在曲柄連桿機構中，影響割刀行程的主要因數(shù)是曲柄的偏心距和動刀組撥桿與導向桿的相對位置?，F(xiàn)使偏心距不變，通過調整動刀組撥桿與導向桿的相對位置，測試相應的割刀行程。如表5-1 所示。表 5-1 尺寸關系 (mm) 曲柄偏心距 撥動桿與刀桿的垂直距離 割刀的行程50 230.546 8050 246.304 9450 246.587 10650 240.632 10650 252.433 12650 260.124 14450 265.477 42950 260.827 14550 261.912 14950 262.986 153確定好曲柄連桿機構中各桿件間的相對位置，將裝配圖另存為*parasolid 格式并導入ADAMS，并添加連接關系，進行仿真，結果測試。塔里木大學畢業(yè)設計- 14 -圖 5-6 修改后的曲柄連桿機構添加約束圖 5-7 測試結果圖 5-8 動刀組運動位移由曲線形狀可以得知，動刀組運動為簡諧運動，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計要求 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，繪制動刀組撥動桿的速度曲線。塔里木大學畢業(yè)設計- 15 -圖 5-9 動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，設置在新的一頁繪制曲線；選擇 Add Curve 按鈕，產生新的一頁并繪制動刀組撥動桿加速度曲線。圖 5-10 動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、加速度都是時間 t 的函數(shù)，各時刻的參數(shù)大小都可以從表格中直接讀取，并且對表格處理得出：最大位移為 179 ，最大速度為m250，最大加速度為 60000 。sm/ 2/sm6 曲柄連桿機構運動學分析圖 6-1 結構簡圖A 點的坐標 tEOAx??cos?yinsi0zB 點的坐標 ??coscoABtBxAB???0?zyC 點的坐標 CtECxB?coscs0Bzy塔里木大學畢業(yè)設計- 16 -D 點的坐標 ???? sincoscssinCDBAtECDx ?????0CDy?zD 點的速度 ?sin????vDzDD 點的加速度 ??cosi2????C7 結論將單個的零部件設計和分析技術結合在一起，在計算機上建造出產品的整體尸體模型，針對該產品在實際投入使用后的各種工況進行仿真分析，預測產品的整體性能，進而對產品進行改進設計、提高產品性能的新技術；是從分析解決產品整體性能及其相關問題的角度出發(fā)，解決傳統(tǒng)的設計、制造過程中存在弊端的新技術。虛擬樣機技術可使產品設計人員在各種虛擬環(huán)境中真實地模擬產品整體的運動及受力情況，快速分析多種設計方案，進行對物理樣機來說難以進行或根本無法進行的試驗，知道獲得最優(yōu)的優(yōu)化設計方案。虛擬樣機技術的應用貫穿在產品整個設計過程中，可以再概念設計和方案論證中，設計人員可以把自己的經(jīng)驗與想象結合在計算機的虛擬樣機中充分發(fā)揮創(chuàng)造力，進而縮短開發(fā)周期，提高設計質量和設計效率。利用 solidworks 對收割器曲柄連桿機構進行建模裝配和 ADAMS 運動仿真，可以實時觀測各機構運動過程，觀察機構運動是否產生干涉。通過生成曲線與數(shù)據(jù)檢測被測對象的運動規(guī)律是否滿足工作要求。虛擬運動分析能夠準確確定并優(yōu)化機構的運動，大大減少了設計的工作量和縮短了設計周期，提高了分析機構運動的效率與質量，同時也為往復式割刀曲柄連桿機構的研究提供了理論上的支持。小 結通過此次畢業(yè)設計，使我更加扎實的掌握了有關虛擬樣機技術方面的知識，在設計過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考，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欠缺和經(jīng)驗不足。實踐出真知，通過親手動手做，使我們掌握的知識不再是紙上談兵。過而能改，善莫大焉。在畢業(yè)設計過程中，我不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領悟，不斷獲取。最終的檢測調試環(huán)節(jié)，本身就是在踐行“過而能改，善莫大焉”的知行觀。這次計終于順利完成了，在設計中遇到很多問題，最后在老師的幫助下，終于得到解決。在今后社會的發(fā)展和學習實踐過程中，一定要不懈努力，不能遇到問題就想到退縮，一定要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問題所在，然后一一進行解決，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。塔里木大學畢業(yè)設計- 17 -致 謝值此設計結束之際，在此我對幫助我和關心我的老師、朋友、同學和家人表示真摯的感謝。首先我要特別地感謝我的指導教師周嶺教授。周老師面對繁重的科研與教學任務，仍然擠出寶貴的時間，咨詢我設計情況，督促我設計進度以及指導我解決在設計過程中所與到的很多問題。我還要感謝我的同鄉(xiāng)魏流鋒同學。由于我之前對 ADAMS 軟件從未接觸過，做仿真這一類的設計，我感到有些力不從心。多虧魏流鋒在軟件上對我的指導和幫助，由此表示真誠的感謝。另外，還要感謝其他室友以及好友，對我設計和生活上的關心和幫助。最后，感謝我的家人對我學習自始自終的支持和關心。塔里木大學畢業(yè)設計- 18 -參考文獻[1] 陳樹人，盧強，李繼偉，朱維忠，曹德明．基于 ADAMS 秧草收割機往復式割刀機構的運動學仿真[J]. 農業(yè)裝備技術， 2010.6:53-55．[2] 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