王紹清

(濰坊科技學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，山東濰坊 262700)

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基于RecurDyn的擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特性分析

王紹清

(濰坊科技學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，山東濰坊 262700)

汽車空調(diào)是汽車舒適性的重要保障之一，汽車空調(diào)的功能主要是控制空氣流向和分配，其中擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)是送風(fēng)模式控制機(jī)構(gòu)的重要組成部分。建立了擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的三維實(shí)體模型，在RecurDyn軟件中對擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行動態(tài)分析，得到了機(jī)構(gòu)的位移、速度和加速度等運(yùn)動參數(shù)。分析結(jié)果表明：使用RecurDyn軟件分析四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動規(guī)律，操作過程簡單，仿真結(jié)果可信，為機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)初期方案的篩選和優(yōu)化提供了理論支持。

RecurDyn；擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)；運(yùn)動特性分析

0 引言

擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)[1-3]是汽車送風(fēng)模式控制機(jī)構(gòu)的重要組成部分。其中圖解法[4-5]和解析法[6-7]是擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)常用的運(yùn)動分析方法，但只能對構(gòu)件上特定點(diǎn)的位移、速度和加速度進(jìn)行分析。RecurDyn[8-10]是由韓國FunctionBay公司開發(fā)出的新一代多體系統(tǒng)動力學(xué)仿真軟件。它采用相對坐標(biāo)系運(yùn)動方程理論和完全遞歸算法，使RecurDyn具有飛馳般的求解速度，非常適合于求解大規(guī)模的多體系統(tǒng)動力學(xué)問題;完全的基于Windows開發(fā)的軟件，操作界面友好;求解穩(wěn)定，結(jié)果令人信服。

建立了擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的三維模型，利用RecurDyn軟件對擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行了運(yùn)動仿真，得到了該機(jī)構(gòu)的位移、速度和加速度等運(yùn)動參數(shù)，為設(shè)計(jì)提供有價(jià)值的理論依據(jù)。

1 工作原理

已知AB=100mm，AC=350mm，曲柄AB為原動件，以n=50r/min勻速轉(zhuǎn)動，初始位置為水平位置。導(dǎo)桿BC為從動件，通過滑塊B將曲柄AB的連續(xù)轉(zhuǎn)動變?yōu)閷?dǎo)桿BC的往復(fù)擺動。如圖1所示。

圖1 擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)工作原理

2 仿真分析模型的建立

運(yùn)動仿真模型是進(jìn)行運(yùn)動特性分析的數(shù)學(xué)模型，它為計(jì)算提供所有原始數(shù)據(jù)。模型的形式直接影響計(jì)算精度、計(jì)算時(shí)間、所需內(nèi)存大小及計(jì)算過程能否完成。在UG中按設(shè)計(jì)圖紙尺寸對擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行了簡化的三維建模，利用UG與RecurDyn軟件的接口將所建立的擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)入RecurDyn軟件中，在“joint”選項(xiàng)卡中創(chuàng)建曲柄和機(jī)架之間的轉(zhuǎn)動副、曲柄和滑塊之間的轉(zhuǎn)動副、導(dǎo)桿和機(jī)架之間的轉(zhuǎn)動副，定義滑塊和導(dǎo)桿之間的移動副。在運(yùn)動副中的“屬性”對話框中選中“joint”選項(xiàng)卡，單擊“motion”按鈕設(shè)置驅(qū)動，設(shè)置轉(zhuǎn)速為5.23rad/s,如圖2所示。

圖2 擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的三維模型

3 仿真分析

利用RecurDyn軟件中的工具箱仿真工具，設(shè)置仿真終止時(shí)間和仿真工作步長之后，對擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行仿真計(jì)算，得到的結(jié)果如圖3—10所示。

圖3—5為導(dǎo)桿質(zhì)心的運(yùn)動規(guī)律曲線。當(dāng)曲柄以n=50r/min的轉(zhuǎn)速運(yùn)動時(shí)，由運(yùn)動規(guī)律曲線圖可以得到任意時(shí)刻導(dǎo)桿質(zhì)心的位移、速度和加速度的值。

圖3 導(dǎo)桿質(zhì)心位移和時(shí)間關(guān)系圖

圖4 導(dǎo)桿質(zhì)心速度和時(shí)間關(guān)系圖

圖5 導(dǎo)桿質(zhì)心加速度和時(shí)間關(guān)系圖

圖6—8為滑塊沿導(dǎo)桿的運(yùn)動規(guī)律曲線圖，圖9—10為導(dǎo)桿的角速度和角加速度運(yùn)動規(guī)律曲線圖。當(dāng)曲柄以n=50r/min的轉(zhuǎn)速運(yùn)動時(shí)，由運(yùn)動規(guī)律曲線圖可以得到任意時(shí)刻滑塊沿導(dǎo)桿的位移、速度和加速度的值以及導(dǎo)桿的角速度和角加速度的值。輸出的仿真圖形直觀地揭示出了擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動規(guī)律。

圖6 滑塊沿導(dǎo)桿的位移和時(shí)間關(guān)系圖

圖7 滑塊沿導(dǎo)桿的速度和時(shí)間關(guān)系圖

圖8 滑塊沿導(dǎo)桿的加速度和時(shí)間關(guān)系圖

圖9 導(dǎo)桿角速度和時(shí)間關(guān)系圖

圖10 導(dǎo)桿角加速度和時(shí)間關(guān)系圖

4 總結(jié)

建立了擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的三維實(shí)體模型，利用RecurDyn軟件對擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行動態(tài)分析，得到了該機(jī)構(gòu)的位移、速度和加速度運(yùn)動規(guī)律曲線。結(jié)果表明：虛擬樣機(jī)技術(shù)可靠、直觀、可靠，避免了圖解法反復(fù)繪圖和精度不高的問題，有效避

免了解析法推導(dǎo)和論證過程的繁瑣，可以幫助設(shè)計(jì)人員降低設(shè)計(jì)的費(fèi)用，提高設(shè)計(jì)的效率。

【1】應(yīng)琴，陳曉勇.用偏置式轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)破碎袋裝生活垃圾的研究[J].機(jī)械工程師，2010(10):5-6.

【2】劉偉，陳會濤.基于MATLAB的擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)仿真[J].中原工學(xué)院學(xué)報(bào)，2007(18)：48-51.

【3】何雅槐，唐進(jìn)元.擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)鍵合圖建模新方法[J].機(jī)械傳動，2011(10)：47-50.

【4】何偉，李震.基于鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)的解析法及ADAMS仿真[J].巢湖學(xué)院學(xué)報(bào)，2007(2)：80-84.

【5】楊捷，羅康.基于Matlab矩陣運(yùn)算的機(jī)構(gòu)分析解析法[J].機(jī)械研究與應(yīng)用，2012(6):33-35.

【6】張婉云，陸穎榮.圖解法和解析法設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)的精度對比[J].廣西輕工業(yè)，2011(10):57-58.

【7】曹茹.曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的參數(shù)化圖解法優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)，2015(1):50-52.

【8】候紅玲，趙永強(qiáng).基于RecurDyn的精密滾子鏈傳動的運(yùn)動特性仿真分析[J].機(jī)械傳動，38(17):148-151.

【9】GUMMERA,SAUERB.ModelingPlanarSlider-crankMechanismswithClearanceJointsinRecurDyn[J].MultibodySystemDynamics,2014,31(2):127-145.

【10】CHENW,ZHANJM,ZHOUH.ModelingandSimulationofAdaptiveSurfaceTrackedVehicleBasedonRecurDyn[J].OpenJournalofModelingandSimulation,2013,1(4):37-41.

KinematicAnalysisofCrankShaperMechanismBasedonRecurDyn

WANGShaoqing

(SchoolofMechanicalEngineering,WeifangUniversityofScienceandTechnology，WeifangShandong262700,China)

Automotiveairconditioningisoneoftheimportantguaranteeforthecomfortpropertyofcar.Themainfunctionofautomotiveairconditioningisthecontrolofflowanddistributionofair.Crankshapermechanismisanimportantpartofblowingmodecontrolmechanism.Thethree-dimensionalsolidmodelwasestablished.ThedynamicanalysistothecrankshapermechanismwasperformedinRecurDynsoftware.Thedisplacement,velocityandaccelerationofthemechanismwereobtained.Theresultsshowthatanalyzingmovementoffour-barmechanismissimpleandcrediblebyRecurDynsoftware.Itprovidessupportfortheschemeselectionanddesignoptimizationininitialdesignprocess.

RecurDyn;Crankshapermechanism;Kinematiccharacteristicanalysis

2015-11-06

王紹清(1985—)，男，碩士，助教，主要研究方向是機(jī)械結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化。E-mail:wangshaoqing369@163.com。

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