COSMOSMotion运动仿真的平面多连杆机构优化设计

COSMOSMotion运动仿真的平面多连杆机构优化设计,让我们看看以下，中国工业协会唯一指定模具设计基地---科技，将为您作详细的介绍。

 0 引言

    
    连杆机构由于能有效地实现给定的运动规律和运动轨迹，很好地完成预定的动作，因而在机械和仪表等多个领域中得到了广泛的应用。传统的基于图解法或分析法的连杆机构设计无论设计精度还是设计效率都相对低下，不能满足现代机械高精度的设计要求。随着计算机技术的不断发展，为机构运用运动仿真实现优化设计提供了有效的手段。
    
    1 平面多连杆机构优化数学模型
    
    某压力机平面八连杆机构的运动简图如图 1所示，此连杆机构通过主动件杆以角速度wt等速转动引起滑块滑动，要求在工作过程中滑块工件的庄紧力保持基本稳定，即滑块的工作行程尽可能小。
   

    1.1 确定工作变量
    
    因影响设计效果的主要因素包括a,b,L1,L2,L3,L4,L5,L6,L7,L8,δ34,δ67等 12个可变参数，故取设计变量:
   

    1.2 建立目标函数
    
    根据设计要求外滑块在压紧工件时保持压紧力基本稳定，这就要求滑块在相应位置上位移波动量最小。根据动力分析结果，相应位置Φ在 107°-211°之间，因此取优化设计目标函数
   

    可将连杆机构分为3个2级机构，并分别计算其运动方程，求出滑块的工作行程S。
    

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    1.3 规定约束条件
    
    1.3.1 考虑曲柄存在条件
   

    1.3.2 考虑机构的动力学特性
    
    为使机构具备良好的传力性能，δ23应满足40°≤δ23≤140°, δ23在δ23.max, δ23min处分别具有最大值和最小值，如图2所示，可得:
   

    1.3.3 考虑工艺及结构要求
    
    首先，要求滑块行程有上下限;其次，机构运动时，上角架在最高位置必须与立柱留有足够的间隙，下角架不允许同横梁相碰。可建立约束函数
    

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    1.3.4 设计变量取值范围
    
    参考常规设计，规定各设计变量的上下界。
   

    综上所述，本机构优化设计的数学模型为求
   

    利用Matlab7.0软件优化工具箱的优化函数，对上述数学模型进行求解。将变量的上下界约束列人 lb和ub向量，优化结果如表 1所示。
   

    2用COSMOSMotion进行机构仿真
    
    2.1COSMOSMotion软件的特点
    
    是基于 Windows环境的参数化三维实体造型软件，其中与之实现无缝集成的COSMOSMotion插件更是一个全功能的运动仿真软件，它可以对复杂机构进行完整的运动学和动力学仿真，得到系统中各个零部件的运动情况，包括能量、动量、位移、速度、加速度、作用力与反作用力等结果，并能以动画、图表及曲线等形式输出;还可将零部件在复杂运动情况下的载荷情况直接输出到主流有限元软件中，从而进行正确的强度和结构分析。
    
    2.2 机构仿真的一般步骤
    
    用COSMOSMotion进行机构运动仿真过程简单、手段快捷。COSMOSMotion的机构仿真一般步骤如图3所示。
   

    2.3 多连杆机构仿真实例
    
    根据优化结果利用 对机构进行建模的装配图如图4所示。
   

    在 装配体模块下直接进人 COSMOSMotion仿真环境。仿真之前，要对仿真运动参数进行设置，如力的单位、时间单位、重力加速度，以及与动画有关的帧时间、帧时间隔等。在这里，设置力的单位为N，时间单位为s，仿真画面时间间隔为0.02s,帧数为100(可根据仿真精度要求适当调节时间间隔和帧数)。然后在智能运动构建器中把两机架设为固定件，其余零件之间的约束副可由COSMOSMotion自动识别，无须设置。再设置连杆1绕机架的角速度为360°/s，然后就可以进行仿真分析了。分页
    2.4 动态干涉检查和仿真输出结果的分析
    
    在仿真结束后可以针对得到的动态干涉结果进行分析，并可直接在装配环境下进行改进，在本例中，由于优化最终结果未发现干涉现象，无须改动。将仿真结果输出为动画或曲线进行分析，判断设计是否达到了设计要求。从本例输出的滑块的最终位置(如图5所示)、速度(如图6所示)和加速度曲线(如图7所示)，可以看出滑块在0.4-0.88s内行程基本不变，说明优化的结果基本满足需要。
   

    3 结束语
    
    应用计算机辅助技术将机构优化设计与运动仿真有机结合起来，为机构设计提供了一种切实可行的可视化、实时化设计新思路。利用文中的方法得出结果，可以将机构设计与ADAMS等动力学分析软件结合进行动力学分析，也可用将得出的力用于应力分析，进行机构可靠性方面的运算求解。