重箱转载机械臂的运动学建模与仿真

机构运动仿真基本知识

机构仿真是PROE的功能模块之一。PROE能做的仿真内容还算比较好，不过用好的兄弟不多。当然真正专做仿真分析的兄弟，估计都用Ansys去了。但是，Ansys研究起来可比PROE麻烦多了。所以，学会PROE的仿真，在很多时候还是有用的。我再发一份学习笔记，并整理一下，当个基础教程吧。希望能对学习 仿真的兄弟有所帮助。 术语 创建机构前，应熟悉下列术语在PROE中的定义：主体(Body) - 一个元件或彼此无相对运动的一组元件，主体内DOF=0。 连接(Connections) - 定义并约束相对运动的主体之间的关系。 自由度(Degrees of Freedom) - 允许的机械系统运动。连接的作用是约束主体之间的相对运动，减少系统可能的总自由度。 拖动(Dragging) - 在屏幕上用鼠标拾取并移动机构。 动态(Dynamics) - 研究机构在受力后的运动。 执行电动机(Force Motor) - 作用于旋转轴或平移轴上(引起运动)的力。 齿轮副连接(Gear Pair Connection) - 应用到两连接轴的速度约束。 基础(Ground) - 不移动的主体。其它主体相对于基础运动。 机构(Joints) - 特定的连接类型（例如销钉机构、滑块机构和球机构）。 运动(Kinematics) - 研究机构的运动，而不考虑移动机构所需的力。 环连接(Loop Connection) - 添加到运动环中的最后一个连接。 运动(Motion) - 主体受电动机或负荷作用时的移动方式。 放置约束(Placement Constraint) - 组件中放置元件并限制该元件在组件中运动 的图元。 回放(Playback) - 记录并重放分析运行的结果。 伺服电动机(Servo Motor) - 定义一个主体相对于另一个主体运动的方式。可在机构或几何图元上放置电动机，并可指定主体间的位置、速度或加速度运动。LCS - 与主体相关的局部坐标系。LCS 是与主体中定义的第一个零件相关的缺 省坐标系。 UCS - 用户坐标系。 WCS - 全局坐标系。组件的全局坐标系，它包括用于组件及该组件内所有主体 的全局坐标系。 运动分析的定义 在满足伺服电动机轮廓和机构连接、凸轮从动机构、槽从动机构或齿轮副连接的要求的情况下，模拟机构的运动。运动分析不考虑受力，它模拟除质量和力之外的运动的所有方面。因此，运动分析不能使用执行电动机，也不必为机构指定质量属性。运动分析忽略模型中的所有动态图元，如弹簧、阻尼器、重力、力/力矩以及执行电动机等，所有动态图元都不影响运动分析结果。

曲柄连杆机构运动学仿真

课程设计任务书

目录 1 绪论 (1) 1.1CATIA V5软件介绍 (1) 1.2ADAMS软件介绍 (1) 1.3S IM D ESIGNER软件介绍 (2) 1.4本次课程设计的主要内容及目的 (2) 2 曲柄连杆机构的建模 (3) 2.1活塞的建模 (3) 2.2活塞销的建模 (5) 2.3连杆的建模 (5) 2.4曲轴的建模 (6) 2.5汽缸体的建模 (8) 3 曲柄连杆机构的装配 (10) 3.1将各部件导入CATIA装配模块并利用约束命令确定位置关系 (10) 4 曲柄连杆机构导入ADAMS (14) 4.1曲柄连杆机构各个零部件之间运动副分析 (14) 4.2曲柄连杆机构各个零部件之间运动副建立 (14) 4.3曲柄连杆机构导入ADAMS (16) 5 曲柄连杆机构的运动学分析 (17) 结束语 (21) 参考文献 (22)

1 绪论 1.1 CATIA V5软件介绍 CATIA V5(Computer-graphics Aided Three-dimensional Interactive Application)是法国Dassault公司于1975年开发的一套完整的3D CAD/CAM/CAE一体化软件。它的内容涵盖了产品概念设计、工业设计、三维建模、分析计算、动态模拟与仿真、工程图的生成、生产加工成产品的全过程，其中还包括了大量的电缆和管道布线、各种模具设计与分析、人机交换等实用模块。CATIA V5不但能保证企业内部设计部门之间的协同设计功能而且还可以提供企业整个集成的设计流程和端对端的解决方案。CATIA V5大量应用于航空航天、汽车及摩托车行业、机械、电子、家电与3C产业、NC加工等领域。 由于其功能的强大而完美，CATIA V5已经成为三维CAD/CAM领域的一面旗帜和争相遵从的标准，特别是在航空航天、汽车及摩托车领域。法国的幻影2000系列战斗机就是使用CATIA V5进行设计的一个典范；波音777客机则使用CATIA V5实现了无图纸设计。另外，CATIA V5还用于制造米其林轮胎、伊莱克斯电冰箱和洗衣机、3M公司的粘合剂等。CATIA V5不仅给用户提供了详细的解决方案，而且具有先进的开发性、集成性及灵活性。 CATIA V5的主要功能有：三维几何图形设计、二维工程蓝图绘制、复杂空间曲面设计与验证、三维计算机辅助加工制造、加工轨迹模拟、机构设计及运动分析、标准零件管理。 1.2 ADAMS软件介绍 ADAMS即机械系统动力学自动分析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)，该软件是美国MDI公司(Mechanical Dynamics Inc.)开发的虚拟样机分析软件。目前，ADAMS己经被全世界各行各业的数百家主要制造商采用。根据1999年机械系统动态仿真分析软件国际市场份额的统计资料，ADAMS软件销售总额近八千万美元、占据了51%的份额。 ADAMS软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格郎日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、

机械臂运动学

机械臂运动学基础 1、机械臂的运动学模型 机械臂运动学研究的是机械臂运动，而不考虑产生运动的力。运动学研究机械臂的位置，速度和加速度。机械臂的运动学的研究涉及到的几何和基于时间的内容，特别是各个关节彼此之间的关系以及随时间变化规律。 典型的机械臂由一些串行连接的关节和连杆组成。每个关节具有一个自由度，平移或旋转。对于具有n个关节的机械臂，关节的编号从1到n，有n +1个连杆，编号从0到n。连杆0是机械臂的基础，一般是固定的，连杆n上带有末端执行器。关节i连接连杆i和连杆i-1。一个连杆可以被视为一个刚体，确定与它相邻的两个关节的坐标轴之间的相对位置。一个连杆可以用两个参数描述，连杆长度和连杆扭转，这两个量定义了与它相关的两个坐标轴在空间的相对位置。而第一连杆和最后一个连杆的参数没有意义，一般选择为0。一个关节用两个参数描述，一是连杆的偏移，是指从一个连杆到下一个连杆沿的关节轴线的距离。二是关节角度，指一个关节相对于下一个关节轴的旋转角度。 为了便于描述的每一个关节的位置，我们在每一个关节设置一个坐标系，对于一个关节链，Denavit和Hartenberg提出了一种用矩阵表示各个关节之间关系的系统方法。对于转动关节i，规定它的转动平行于坐标轴z i-1，坐标轴x i-1对准从z i-1到z i的法线方向，如果z i-1与z i相交，则x i-1取z i?1×z i的方向。连杆，关节参数概括如下： ●连杆长度a i沿着x i轴从z i-1和z i轴之间的距离; ●连杆扭转αi从z i-1轴到zi轴相对x i-1轴夹角; ●连杆偏移d i从坐标系i-1的原点沿着z i-1轴到x i轴的距离; ●关节角度θi x i-1轴和x i轴之间关于z i-1轴的夹角。

机械臂建模与控制

一、柔性机械臂协调操作柔性负载 1. 建模方法 1） 假设模态法 假设模态法是利用有限个已知模态函数来确定系数的运动规律。连续系统的解可写作全部模态函数的线性组合，若取前n 个有限项作为近似解，则有 ()()1(,)n i i i y x t x q t φ==∑ 其中(),1,2,,i q t i n =L 为广义坐标，(),1,2,i x i n φ=L 应该为系统的实际模态函数，但计算时常近似地代以假设模态，也就是满足部分或者全部边界条件，但不一定满足动力学方程的试函数族。 采用以广义坐标表示的功和能来描述系统的动态性能，所有不做功的力和约束力在这种方法中均不出现，因此最后得到的方程是封闭形式的表达式，提供了关节力矩和关节运动之间的明显解析关系。同时，柔性机械臂由于连杆柔性会在工作过程中产生扭曲变形、轴向变形、和剪切变形，但考虑到机器人连杆的长度总比其截面线径大的多，运行过程中所产生的轴向变形和剪切变形相对于扭曲变形而言非常小。因而在系统的动力学建模过程中通常可以忽略轴向变形和剪切变形的影响，将每个柔性连杆简化为Euler 一Bemuolii 梁来处理。此时，在拉格朗日方程的基础上，采用假设模态法来描述弹性连杆的变形，该方法具有计算量相对少，方法简单，具有系统性和效率高的特点。即将弹性连杆的高阶模态忽略不计，可以得到离散化的维数较低的动力学方程，进而有利于系统的动力学分析和控制器设计。 2） 有限元法 有限元法是一种以计算机辅助分析为手段的，全新的结构分析方法。在利用有限元法进行建模的过程中，柔性物体被离散化为若干个弹性体单元，而这些弹性体单元在边界点(结点)处相互连接，从而组成整个柔性物体，各个弹性体单元的分布质量可以按照一定的格式集中到各自的结点上。对于每一个弹性体单元，其在物体坐标系内的挠度和转角，可以用结点位移的插值函数来表示，而插值函数实质上就是一种假定振型，这样，整个柔性物体的振动状态就可以用这些节点位移来表示，这里的节点位移并不是对整个结构或某个子结构所取的假定振型，而是具备简单物理意义的参数。 利用有限元法进行数学建模，所得到的数学模型的广义坐标不但维数有限，而且物理意义明确，这就使得获取某些参数不必经过复杂的数值运算而可以直接通过测量得到。从弹性体单元的选择到整个柔性物体运动方程的建立都有统一的方法，这就使得有限元法的相关数值运算可以利用计算机来完成。利用有限元法建立起来的柔性物体模型设计控制器时，不必考虑很多近似因素，可以更加准确的设计控制器。 3） 分布参数法 柔性机械臂分布参数模型的建立，主要利用哈密顿原理，由此得到的是一组复杂的高度非线性的常微分－偏微分耦合方程组，而考虑到在小的挠曲变形的假设下，可以得到一个相对简单的分布参数模型。 哈密顿原理是柔性臂系统分布参数模型动力学建模的理论基础，由哈密顿原理建模的步骤大致是：建立系统的动能、势能和虚功表达式；对系统的变分积分方程进行必要的推导和整理。该方法以能量方式建模，可以避免方程中出现内力项，适用于比较简单的柔性体动力学方程。而对于复杂的结构，函数的变分运算将变得非常繁琐。但是变分原理又有其特点，由于它是将系统真实运动应满足的条件表示为某个函数或泛函的极值条件，并利用此条件确

UG运动仿真教程

运动仿真 本章主要内容： z运动仿真的工作界面 z运动模型管理 z连杆特性和运动副 z机构载荷 z运动分析 9.1 运动仿真的工作界面 本章主要介绍UG/CAE模块中运动仿真的功能。运动仿真是UG/CAE（Computer Aided Engineering）模块中的主要部分，它能对任何二维或三维机构进行复杂的运动学分析、动力分析和设计仿真。通过UG/Modeling的功能建立一个三维实体模型，利用UG/Motion的功能给三维实体模型的各个部件赋予一定的运动学特性，再在各个部件之间设立一定的连接关系既可建立一个运动仿真模型。UG/Motion的功能可以对运动机构进行大量的装配分析工作、运动合理性分析工作，诸如干涉检查、轨迹包络等，得到大量运动机构的运动参数。通过对这个运动仿真模型进行运动学或动力学运动分析就可以验证该运动机构设计的合理性，并且可以利用图形输出各个部件的位移、坐标、加速度、速度和力的变化情况，对运动机构进行优化。 运动仿真功能的实现步骤为： 1．建立一个运动分析场景； 2．进行运动模型的构建，包括设置每个零件的连杆特性，设置两个连杆间的运动副和添加机构载荷； 3．进行运动参数的设置，提交运动仿真模型数据，同时进行运动仿真动画的输出和运动过程的控制； 4．运动分析结果的数据输出和表格、变化曲线输出，人为的进行机构运动特性的分析。 9.1.1 打开运动仿真主界面 在进行运动仿真之前，先要打开UG/Motion（运动仿真）的主界面。在UG的主界面中选择菜单命令【Application】→【Motion】,如图9-1所示。

图9-1 打开UG/Motion操作界面 选择该菜单命令后，系统将会自动打开UG/Motion的主界面，同时弹出运动仿真的工具栏。 9.1.2 运动仿真工作界面介绍 点击Application/Motion后UG界面将作一定的变化，系统将会自动的打开UG/Motion 的主界面。该界面分为三个部分：运动仿真工具栏部分、运动场景导航窗口和绘图区，如图9-2所示。 图9-2 UG/Motion 主界面 运动仿真工具栏部分主要是UG/Motion各项功能的快捷按钮，运动场景导航窗口部分主要是显示当前操作下处于工作状态的各个运动场景的信息。运动仿真工具栏区又分为四个模块：连杆特性和运动副模块、载荷模块、运动分析模块以及运动模型管理模块，如图9-3所示。

三维建模及运动仿真

三维建模及运动仿真 Pro/Engineer 软件集产品的三维造型设计、加工、分析、仿真及绘图等功能于一体，是一套使用方便、参数化造型精确的软件，其强大的造型功能及仿真分析功能受到众多工程人员的青睐。本节将采用Pro/E 软件，完成少齿数齿轮传动机构中所有零件的参数化建模，并对少齿数齿轮减速器进行虚拟装配，在此基础上，对传动机构进行运动仿真。 3.1 齿轮的参数化建模 3.1.1 零件分析 齿轮建模的操作步骤如下： (1)添加齿轮设计参数 (2)添加齿轮关系式 (3)创建齿轮的齿廓曲线 (4)创建螺旋线方程 (5)实体生成： 1)创建螺旋线线方程 2)）拉伸 3)）阵列 3.1.2 绘制齿轮 (1)新建文件： 启动PROE Wildfire4.0，单击工具栏新建工具，或单击菜单“文件/新建”。出现如图3.1所示对话框。选择系统默认“零件”，子类型“实体”方式，“名称”栏中输入“canshuhuachilun ”，同时注意关闭“使用缺省模板”。选择公制模板mmns-part-solid ，如图3.2所示，然后单击“确定”。 (2)创建齿轮程序。 选择菜单栏“工具/程序”命令，出现如图3.3所示对话框。单击“编辑设计”， 依次添加齿轮设计参数及初始值，添加完毕单击“确定”。选择工具菜单“工具/程序”命令，出现如图3.4信息窗口，在其中输入程序如下： Y0=(1/4)*PI*MT+XT*MT*TAN(α t) Xc=(HANX+CNX-XN)*MN-ρ

Yc=(1/4)*PI*MT+HANX*MN*TAN(αt)+ρ*COS(αt) (3)添加齿轮四个圆的关系式。 1)选择“插入/模型基准/ 草绘”特征工具，或单击工具栏 草绘命令，出现如图3.5所示对话框。单击“草绘”确认，进入二维草绘模式如图3.6所示。

机器人机械臂运动学分析

平面二自由度机械臂动力学分析 [摘要] 机器臂是一个非线性的复杂动力学系统。动力学问题的求解比较困难，而且需要较长的运算时间，因此，这里主要对平面二自由度机械臂进行动力学研究。本文采用拉格朗日方程在多刚体系统动力学的应用方法分析平面二自由度机械臂的正向动力学。经过研究得出平面二自由度机械臂的动力学方程，为后续更深入研究做铺垫。 [关键字] 平面二自由度 一、介绍 机器人是一个非线性的复杂动力学系统。动力学问题的求解比较困难，而且需要较长的运算时间，因此，简化解的过程，最大限度地减少工业机器人动力学在线计算的时间是一个受到关注的研究课题。 机器人动力学问题有两类： (1) 给出已知的轨迹点上的，即机器人关节位置、速度和加速度，求相应的关节力矩向量Q r。这对实现机器人动态控制是相当有用的。 (2) 已知关节驱动力矩，求机器人系统相应的各瞬时的运动。也就是说，给出关节力矩向量τ，求机器人所产生的运动。这对模拟机器人的运动是非常有用的。 二、二自由度机器臂动力学方程的推导过程 机器人是结构复杂的连杆系统，一般采用齐次变换的方法，用拉格朗日方程建立其系统动力学方程，对其位姿和运动状态进行描述。机器人动力学方程的具体推导过程如下： (1) 选取坐标系，选定完全而且独立的广义关节变量θr ，r=1, 2,…, n。 (2) 选定相应关节上的广义力F r：当θr是位移变量时，F r为力；当θr是角度变量时， F r为力矩。 (3) 求出机器人各构件的动能和势能，构造拉格朗日函数。 (4) 代入拉格朗日方程求得机器人系统的动力学方程。 下面以图1所示说明机器人二自由度机械臂动力学方程的推导过程。 1、分别求出两杆的动能和势能

柔性机械臂动力学建模

柔性机械臂动力学建模 一,研究现状 柔体动力学建模方面国内外出现很多研究,主要针对关节柔性与柔性臂杆进行建模。 其中,Chang-Jin Li, T、S、 Sankar, 利用拉格朗日方程及假设模态法对柔性机械臂进行建模,提出的该方法可以降低运算量,并用单连杆柔性机器人进行证明验证; B、Subudhi ,A、S、Morris, 基于欧拉-拉格朗日法与假设模态法对多柔性杆与柔性关节进行动力学建模; Gnmarra-Rosado VO,Yuhara, EAO,利用牛顿-欧拉公式与有限元分析法对两柔性两转动关节推导动力学方程; 危清清,采用拉格朗日及假设模态法建立柔性机械臂辅助空间站舱段对接过程的动力学方程; 谢立敏,基于动量、动量矩守恒关系与拉格朗日假设模态法对双柔性关节单柔性臂建模;王海,在考虑外部干扰下对柔性关机机械臂进行动力学建模;刘志全,基于精细模型的空间机械臂对柔性关节进行建模。 1，建模过程原理 1）坐标系的选择(根据机械臂运动姿态选择不同的坐标系,一般包括绝对坐标系与相对坐标系,如表1所示) 设柔性体的变形始终处于弹性范围内,因为任何一个弹性体都具有无限多自由度,忽略轴向变形与剪切变形的影响,仅考虑弯曲变形,通常都将柔性体离散成有限自由度作为近似分析模型。(对变形场进行离散化后得到的常微分方程将有利于对柔性多体系统动力学建模研究的进一步深入)如下表2所列。

根据原理的不同一般常用的可分为牛顿-欧拉方法,拉格朗日方程(第二类),以及凯恩方程。如表3所示。 表3 动力学建模方法 二,单杆柔性机械的建模过程 1,模型简化假设 关节建模时需要注意关节齿轮传动间隙,间隙的存在使得传动机构存在误差,输出运动与输入运动不再就是线性关系;另外,关节臂驱动力就是通过电机来提供,电机中的电感电阻等元件,会影响电机力矩的产生,即关机建模的精细化问题,这里只进行简单的处理,不考虑精细化问题。柔性关节主要由分体式永磁同步电机,谐波减速器,永磁制动器,光电编码器与圆光栅等组成。谐波减速器为柔性关节的减速与驱动装置,一般把把关节视为转子-扭簧系统。

机构运动学仿真

机构运动学仿真 1 机构三维模型的导入 将在solidworks中或其他三维建模软件中装配好的机构装配体以parasolid 格式保存，打开ADAMS，显示如下界面： 选择Create a new model，点击OK，建立一个新的模型，在Model name选项可命名该机构的名称，ADAMS不支持中文，亦不支持中文路径，因此导入、保存文件时文件夹及机构的命名均应以英文表示。 在ADAMS界面做上角File选项，单击Import选项，显示如下对话框： 在File Type栏选择文件格式为Parasolid，在File To Read右侧空白栏，单击鼠标右键，选择Browse查找parasolid文件，在此应注意，文件所存的文件夹必

须是英文命名，不能存于桌面。图示如下： 在Model Name栏，可自己命名，亦可右键Pick，然后点击ADAMS界面左上角的名字。完成后，点击OK，模型即成功导入。 ADAMS左侧主工具箱最下面的Render可实现模型的虚实转换，具体操作一下便知，还有图标Icons和网格Grid，在此不再赘述。 2 机构运动学模型的建立 2.1 设置零件材料和重命名 机构三维模型导入后，首先应设置各个零件的材料属性，若不设置，系统会默认一个值，但大部分时候运行时会出现错误，因此在此建议先设定材料属性，具体操作如下： 点击左上角的Edit，选择Modify，出现如下所示对话框：

双击模型的名字Model_1，列表会出现各个零件的名字，左键单击选择零件，点击OK，弹出对话框： Body栏显示的是模型的名字，在Category栏可选择模型的名字和位置、质量属性，初始速度和位置等几个选项，最常用的是更改零件的名字和更改零件的材料。零件质量属性的修改有三种方式，图示为User Input（用户自输入），用于ADAMS的材料库无法准确描述所用材料时，常用的是 在Material Type栏，右键单击，选择Browse，在弹出的材料库中选择所需要的材料。 另外，亦可直接右键单击零件，在弹出的菜单中选择Modify修改材料属性和Rename修改零件名字，在零件较多时，需对各个零件命名以便于区分。否则，单靠系统默认的命名将难于区分，易产生错误。

双横臂悬架的运动学建模与仿真

第2期(总第147期) 2008年4月 机械工程与自动化 M ECHAN I CAL　EN G I N EER I N G　&　AU TOM A T I ON N o12 A p r1 文章编号:167226413(2008)022******* 双横臂悬架的运动学建模与仿真 兰春亮,杨世文 (中北大学,山西　太原　030051) 摘要:采用虚拟样机技术,借助于ADAM S软件这个操作平台,针对某商务车前悬架建立了多体动力学模型,并对其进行运动学仿真分析,从中获得了随车轮上下跳动的悬架车轮定位参数的变化规律,这为汽车悬架系统开发提供了一种有效的手段。 关键词:双横臂独立悬架;建模;仿真;ADAM S 中图分类号:T P39119∶U463133+5 文献标识码:A 收稿日期:2007209213;修回日期:2007211209 作者简介:兰春亮(19792),男,山西岚县人,助理工程师,硕士研究生,主要研究方向:车辆悬挂系统动力学。

弹簧一端与车身用固定副连接,另一端与上摆臂固结在一起(固接点为C 点,并垂直于纸面),在中间断开并在断开处加一转动副,在转动副上加一扭簧,输入扭杆弹簧的刚度和预载荷即可达到扭杆弹簧的效果。上摆臂由于与扭杆弹簧连接在一起,其扭杆轴向的自由度已限制,所以若上摆臂与车身连接处再用转动副连接则会产生过约束,为了不出现过约束,采用轴套取代转动副。下摆臂与车身连接处采用转动副,减振器上端与车身相连,下端与下摆臂相连。该车前悬架减振器是双向液力式减振器,在A DA M S V ie w 中编制减振器速度—阻尼力特性样条曲线,修改阻尼栏为S p line (自变量是速度,函数为阻尼力),按减振器的阻尼力特性建立相应的S p line ,即可表示减振器非线性特性,再选择该曲线,完成减振器的建模。一般对前悬架而言评价其操纵稳定性和平顺性,主要特性参数见表l 。 表1　主要特征参数 特性参数名称数值参考范围前轮外倾角(o )0～0.5主销后倾角( o )2.5～3.5 主销内倾角(o )15.75前轮前束量(mm ) -3～3扭杆刚度 42.24 2 　仿真分析 悬架的运动学特性首先反映在车轮上下跳动时其定位参数的变化趋势上,车轮定位参数( 前轮外倾角、前轮前束量、 主销内倾角及主销后倾角)的值对汽车的使用性能,特别是操作稳定性影响很大。在ADAM S 软件里建立悬架模型后,将悬架模型与测试平台装配,然后根据前轮上下最大跳动量设置激振台架上下激振位移的最大值。运动激振方程为:F =40sin (360d ×ti m e )(此为软件中的定义表达式设置,d 为旋转角度,ti m e 为时间),使车轮上下跳动,计算可得车轮定位参数。经仿真分析得到运动结果,见图2～图5。 图2　车轮外倾角变化曲线 由以上各性能曲线可以看出,在车轮跳动量为±40mm 的行程内:前轮外倾角变化范围为0103o ～0160o ;前轮前束量变化范围为-014mm ～3125mm ;主销内倾角变化范围为15166o ～1612o ;主销后倾角变化范围为21982o ～3132o 。 从仿真分析得到的数据来看,各项性能参数均较为合理,其变化趋势基本符合理论要求,悬架性能较好,能保证汽车具有较好的操纵稳定性和平顺性。 图3主销后倾角变化曲线 图4　主销内倾角变化曲线 图5前束量变化曲线 3　结束语 利用机械系统仿真软件ADAM S ,建立了某商务 车双横臂独立前悬架模型,并进行了运动学仿真,运动直观,仿真效果良好,提高了设计精度和设计效率,为同类机构的设计提供了一种高效快捷的方法,为进一步制造物理样机奠定了基础。 参考文献: [1]　余志生.汽车理论[M ].北京:机械工业出版社,2002. [2]　金叙龙,郭万富.双横臂独立悬架的运动特性分析[J ].汽 车技术,2001(4):11215. [3]　张洪欣.汽车设计[M ].北京:机械工业出版社,1988. (英文摘要转第80页) ? 77?　2008年第2期 兰春亮,等:双横臂悬架的运动学建模与仿真

运动仿真技术经验

精心整理 一SW 运动仿真 1.简介 二十世纪八十年代以来，设计工程中首次使用计算机辅助工程（CAE ）方法后，有限元分析（FEA ）就成了最先被广泛采用的模拟工具。多年来，该工具帮助设计者在研究新产品的结构性能时节约了大量时间。 由于机械产品日渐复杂，不断加剧的竞争加快了新设计方案投入市场的速度。设计者迫切感到必须使模拟超出FEA 的局限范围，除使用FEA 模拟结构性能外，还需要在构建物理原型之前确定新产品的运动学和动力学性能。 用。 2.装配当几何体发生改变时，可在几秒内更新所有结果。图4为急回机构中滑杆和驱动连杆之间的干涉。 图4急回机构中滑杆和驱动连杆之间的干涉 运动模拟可在短时间内对任何复杂程度的机构进行分析，可能包含刚性连接装置、弹簧、阻尼器和接触面组。如雪地车前悬架、健身器、CD 驱动器等的运动。 图5复杂机构的运动仿真 除机构分析外，设计者还可通过将运动轨迹转换成CAD 几何体，将运动模拟用于机构合成。例如，设计一个沿着导轨移动滑杆的凸轮，用运动仿真生成该凸轮的轮廓。首先将所需滑杆位置表达为时间和滑杆在旋转凸轮上移动轨迹的函数，然后将轨迹路径转换为CAD 几何体，以创建凸轮轮廓。 图6滑杆沿导轨移动的位移函数

图7滑杆沿旋转盘移动绘制的凸轮轮廓 设计者还可将运动轨迹用于很多用途，例如，验证工业机器人的运动、测试工具路径以获取选择机器人大小所需的信息，以及确定功率要求。 图8工业机器人在多个位置之间的移动 运动模拟的另外一项重要应用是模拟零部件之间的碰撞和接触，以研究零部件之间可能形成的缝隙，得出机构的精确结果。例如，通过模拟碰撞和接触，可以研究阀提升机构中凸轮和曲线仪（摇杆）之间可能形成的缝隙。 3.将运动仿真与FEA结合 想了解运动仿真和FEA在机构仿真中如何结合使用，首先要了解每种方法的基本假设。 FEA是一种用于结构分析的数字技术，已成为研究结构的主导CAE方法。它可以分析任何固定支撑的弹性物体的行为，此处弹性是指物体可变性。如图8所示托架，在静态载荷作用下会变形， 形。FEA FEA （1 点反作用力和惯性力。在此步骤中，所有机构连接装置均视为刚性实体。图13中的曲线为曲柄转动一周连杆上接点的反作用力。 图13曲柄转动一周连杆上接点的反作用力 （2）.找出与连杆接点上最大反作用力相对应的机构位置。因为施加最大载荷情况下进行的分析将得到连杆所承受的最大应力。如有必要，可选择多个位置进行分析。 图14与连杆上最大反作用力相对应的位置 （3）.将这些反作用力载荷以及惯性载荷从CAD装配体传输到连杆CAD零件模型。 （4）.作用于从装配体分离出来的连杆上的载荷包括接点反作用力和惯性力，如图15所示。

柔性机械臂动力学建模

柔性机械臂动力学建模 一，研究现状 柔体动力学建模方面国内外出现很多研究，主要针对关节柔性和柔性臂杆进行建模。 其中，Chang-Jin Li, T.S. Sankar,利用拉格朗日方程及假设模态法对柔性机械臂进行建模，提出的该方法可以降低运算量，并用单连杆柔性机器人进行证明验证； B.Subudhi ,A.S.Morris, 基于欧拉-拉格朗日法和假设模态法对多柔性杆和 柔性关节进行动力学建模； Gnmarra-Rosado VO,Yuhara, EAO利用牛顿-欧拉公式和有限元分析法对两柔性两转动关节推导动力学方程； 危清清，采用拉格朗日及假设模态法建立柔性机械臂辅助空间站舱段对接过程的动力学方程； 谢立敏，基于动量、动量矩守恒关系和拉格朗日假设模态法对双柔性关节单柔性臂建模；王海，在考虑外部干扰下对柔性关机机械臂进行动力学建模；刘志全，基于精细模型的空间机械臂对柔性关节进行建模。 1，建模过程原理 1）坐标系的选择（根据机械臂运动姿态选择不同的坐标系，一般包括绝对坐标系和相对坐标系，如表1所示） 2），柔体离散化方法 设柔性体的变形始终处于弹性范围内，因为任何一个弹性体都具有无限多自由度，忽略轴向变形和剪切变形的影响，仅考虑弯曲变形，通常都将柔性体离散成有限自由度作为近似分析模型。（对变形场进行离散化后得到的常微分方程将有利于对柔性多体系统动力学建模研究的进一步深入）如下表2所列。 表2变形体离散化方法

3）动力学的建模方法 根据原理的不同一般常用的可分为牛顿-欧拉方法，拉格朗日方程（第二类），以及凯恩方程。如表3所示。 二，单杆柔性机械的建模过程 1，模型简化假设 关节建模时需要注意关节齿轮传动间隙，间隙的存在使得传动机构存在误差, 输出运

基于UG的运动仿真及高级仿真

《基于UG的运动仿真及高级仿真》

专业文档供参考，如有帮助请下载。． 项目一：机构运动仿真 项目要求：熟悉UG机构运动仿真模块的内容，掌握运动仿真的一般流程和方法，并根据分析输出结果对机构进行优化。 任务一：熟悉掌握运动仿真基础知识

运动分析模块（Scenario for motion）是UG/CAE模块中的主要部分，用于建立运动机构模型，分析其运动规律。通过UG/Modeling的功能建立一个三维实体模型，利用UG/Motion的功能给三维实体模型的各个部件赋予一定的运动学特性，再在各个部件之间设立一定的连接关系既可建立一个运动仿真模型。 UG/Motion模块可以进行机构的干涉分析，跟踪零件的运动轨迹，分析机构中零件的速度、加速度、作用力、反作用力和力矩等。运动分析模块的分析结果可以指导修改零件的结构设计（加长或缩短构件的力臂长度、修改凸轮型线，调整齿轮比等）或调整零件的材料（减轻或加重或增加硬度等）。设计的更改可以反映在装配主模型的复制品分析方案中，再重新分析，一旦确定优化的设计方案，设计更改就可反映在装配主模型中。 一、运动方案创建步骤 1．创建连杆（Links）； 2．创建两个连杆间的运动副（Joints） 3．定义运动驱动（Motion Driver） ?无运动驱动（none）：构件只受重力作用 ?运动函数：用数学函数定义运动方式 ?恒定驱动：恒定的速度和加速度 ?简谐运动驱动：振幅、频率和相位角 ?关节运动驱动：步长和步数 二、创建连杆 创建连杆对话框将显示连杆默认的名字，格式为L001、L002 (00) 专业文档供参考，如有帮助请下载。． 质量属性选项： 质量特性可以用来计算结构中的反作用力。当结构中的连杆没有质量特性时，不能进行动力学分

机械系统动力学作业---平面二自由度机械臂运动学分析

机械系统动力学作业---平面二自由度机械臂运动学分 析 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

平面二自由度机械臂动力学分析 [摘要] 机器臂是一个非线性的复杂动力学系统。动力学问题的求解比较困难，而且需要较长的运算时间，因此，这里主要对平面二自由度机械臂进行动力学研究。本文采用拉格朗日方程在多刚体系统动力学的应用方法分析平面二自由度机械臂的正向动力学。经过研究得出平面二自由度机械臂的动力学方程，为后续更深入研究做铺垫。 [关键字] 平面二自由度机械臂动力学拉格朗日方程 一、介绍 机器人是一个非线性的复杂动力学系统。动力学问题的求解比较困难，而且需要较长的运算时间，因此，简化解的过程，最大限度地减少工业机器人动力学在线计算的时间是一个受到关注的研究课题。 机器人动力学问题有两类： (1) 给出已知的轨迹点上的，即机器人关节位置、速度和加速度，求相应的关节力矩向量Q r。这对实现机器人动态控制是相当有用的。 (2) 已知关节驱动力矩，求机器人系统相应的各瞬时的运动。也就是说，给出关节力矩向量τ，求机器人所产生的运动。这对模拟机器人的运动是非常有用的。 二、二自由度机器臂动力学方程的推导过程 机器人是结构复杂的连杆系统，一般采用齐次变换的方法，用拉格朗日方程建立其系统动力学方程，对其位姿和运动状态进行描述。机器人动力学方程的具体推导过程如下： (1) 选取坐标系，选定完全而且独立的广义关节变量θr ，r=1, 2,…, n。 (2) 选定相应关节上的广义力F r：当θr是位移变量时，F r为力；当θr是角度变量时， F r为力矩。 (3) 求出机器人各构件的动能和势能，构造拉格朗日函数。 (4) 代入拉格朗日方程求得机器人系统的动力学方程。 下面以图1所示说明机器人二自由度机械臂动力学方程的推导过程。

机械系统动力学

《机械系统动力学》 机械系统动力学中分析中的 仿真前沿 学院：机械工程学院 专业：机制一班 姓名：董正凯 学号：S12080201006

摘要 计算机及其相应技术的发展为建立机械系统仿真提供了一个有效的手段，机械系统动力学中的许多难题均可以采用仿真技术来解决，本文主要讲述了目前在机械系统动力学的分析中仿真技术主要的研究重点及其研究中主要存在的问题。 关键词：机械系统动力学仿真系统建模

机械系统动力学中分析中的仿真前沿 机械专业既是一个传统的专业，又是一个不断融合新技术、不断创新的专业。随着科技的发展，计算机仿真技术越来越广泛地应用在各个领域。基于多体系统动力学的机械系统动力学分析与仿真技术，从二十世纪七十年代开始吸引了众多研究者，已解决了自动化建模和求解问题的基础理论问题，并于八十年代形成了一系列商业化软件，到了九十年代，机械系统动力学分析与仿真技术更已能成熟应用于工业界。 目前的研究重点表现在以下几个方面： （1）柔性多体系统动力学的建模理论 多刚体系统的建模理论已经成熟，目前柔性多体系统的建模成了一个研究热点，柔性多体系统动力学由于本身既存在大范围的刚体运动又存在弹性变形运动，因而其与有限元分析方法及多刚体力学分析方法有密切关系。事实上，绝对的刚体运动不存在，绝对的弹性动力学问题在工程实际中也少见，实际工程问题严格说都是柔性多体动力学问题，只不过为了问题的简化容易求解，不得不化简为多刚体动力学问题、结构动力学问题来处理。然而这给使用者带来了不便，同一个问题必须利用两种分析方法处理。大多商用软件系统采用的浮动标架法对处理小变形部件的柔性系统较为有效，对包含大变形部件的柔体多体系统会产生较大仿真分析误差甚至完全错误的仿真结论。最近提出的绝对节点坐标方法，是对有限元技术的拓展和较大创新，在常规有限元中梁单元、板壳单元采用节点微小转动作为节点坐标，因而不能精确描述刚体运动。绝对节点坐标法则采用节点位移和节点斜率作为节点坐标，其形函数可以描述任意刚体位移。利用这种方法梁和板壳可以看作是等参单元，系统的质量阵为一常数阵，然而其刚度阵为强非线性阵，这与浮动标架法有截然不同的区别。这种方法已成功应用于手术线的大变形仿真中。寻求有限元分析与多刚体力学的统一近年来成为多体动力学分析的一个研究热点，绝对节点坐标法在这方面有极大的潜力，可以说绝对节点坐标法是柔性多体力学发展的一个重要进展。另外，各种柔性多体的分析方法之间是否存在某种互推关系也引起了人们的注意，如两个主要分析方法：浮动标架法、绝对节点坐标法之间是否可以互推？这些都具有重大理论意义。 另外柔性多体系统动力学中由于大范围的刚体运动与弹性变形运动相互耦合，采用浮动标架法时，即便是小变形问题，由于处于高速旋转仍会产生动力刚化现象。如果仅仅采用小变形理论，将产生错误的结论，必须计及动力刚化效应。动力刚化现象已成为柔性多体动力学的一个重要研究方面。如何利用简单的补偿方法来考虑动力刚化是问题的关键。 柔性多体系统动力学中关于柔性体的离散化表达存在三种形式：基于有限元分析的模态表达，基于试验模态分析的模态表达和基于有限元节点坐标的有限元列式。有限元列式由于大大地增加了系统的求解规模使其应用受到限制，因而一般采用模态分析方法，对模态进行模态截断、模态综合，从而缩减系统的求解规模。为了保证求解精度，同时又能提高求解速度如何进行模态截断、模态综合就成了一个关键问题。再者如何充分利用试验模态分析的结果也是一个关键性研究课题，这一方面的研究还不够深入。 柔性多体系统动力学可以计算出每一时刻的弹性位移，通过计算应变可计算计算出应力。由于一般的多柔体分析程序不具备有限元分析功能，因而柔性体的应力分析都是由有限元程序处理。由于可以计算出每个柔性体的应力的变化历

机械系统动力学仿真软件ADAMS培训教程

机械系统动力学仿真软件ADAMS培训教程（1周时间） 一机械系统动力学方程基础 以闭环矢量法为例，介绍平面机构的运动学方程推导，瞬态动力学方程求解，方程组装及在Matlab/simulink模块中的实现，让学生对动力学求解有一个感性的认识。 教学内容： 1.1 机构动力学分析。四杆机构，杆长分别为L1,L2,L3和L4, 其中，L3为机架，L1为匀速转动的原动件，杆L4受到一恒定的扭矩T的作用。求各杆的运动和受力。（图中的杆均为均质杆，质量为mi,转动惯量为Ii，i=1,2,3….） 1.2 画出上式的Matlab/Simulink仿真框图（10分） 1.3 编写S函数，并在Simulink中调试实现 使用知识：超越方程的求解，牛顿—莱布尼兹迭代法，相容性检测（位移，速度），任意点的运动信息输出 练习：曲柄滑块机构，从方程推导、矩阵方程组装，流程图，编程实现

二ADAMS软件工程介绍及机构动力学仿真 介绍ADAMS软件的功能，几何模型建立方法和第三方CAD模型导入技巧，材料属性配置，运动副、驱动和载荷的创建，仿真计算参数设置及计算结果后处理。介绍弹簧模型、接触模型和轮胎路谱模型（如果有车辆专业学员的话），凸轮副，齿轮模型等常用模型的仿真。 准备内容：机构三维几何模型，最好还有凸轮，齿轮等常用运动副。 介绍模型的构成，建模方法（含几何模型导入技巧），各种运动副、载荷的施加，接触模型参数设置，学会常见机构动力学分析，结果后处理，包括常用的各种测量的使用。 练习：常规运动，接触，轮胎路谱模型的应用，结果后处理。 三模型参数化，灵敏度分析及优化设计研究 介绍ADAMS的设计变量定义，常用函数的使用，模型形状、尺寸、材料参数化和位置方向参数化，建立各种状态变量、约束和目标函数的测量，进行灵敏度分析和优化设计研究，改进模型的设计。 参数优化几何建模，参数化材料特性、单元属性，本构关系参数。目标函数，约束的建立，灵敏度分析、优化求解参数设定。 练习：机构优化；减振系统优化；

运动仿真

机构仿真之运动分析基础教程 机构仿真是PROE的功能模块之一。PROE能做的仿真内容还算比较好，不过用好的兄弟不多。当然真正专做仿真分析的兄弟，估计都用Ansys去了。但是，Ansys研 究起来可比PROE麻烦多了。所以，学会PROE的仿真，在很多时候还是有用的。我 再发一份学习笔记，并整理一下，当个基础教程吧。希望能对学习仿真的兄弟有所帮助。 创建机构前，应熟悉下列术语在PROE中的定义： 主体 (Body) - 一个元件或彼此无相对运动的一组元件，主体内DOF=0。 连接 (Connections) - 定义并约束相对运动的主体之间的关系。 自由度 (Degrees of Freedom) - 允许的机械系统运动。连接的作用是约束主体之 间的相对运动，减少系统可能的总自由度。 拖动 (Dragging) - 在屏幕上用鼠标拾取并移动机构。 动态 (Dynamics) - 研究机构在受力后的运动。 执行电动机 (Force Motor) - 作用于旋转轴或平移轴上(引起运动)的力。 齿轮副连接 (Gear Pair Connection) - 应用到两连接轴的速度约束。 基础 (Ground) - 不移动的主体。其它主体相对于基础运动。 机构 (Joints) - 特定的连接类型（例如销钉机构、滑块机构和球机构）。 运动 (Kinematics) - 研究机构的运动，而不考虑移动机构所需的力。 环连接 (Loop Connection) - 添加到运动环中的最后一个连接。 运动 (Motion) - 主体受电动机或负荷作用时的移动方式。 放置约束 (Placement Constraint) - 组件中放置元件并限制该元件在组件中运动的图元。回放 (Playback) - 记录并重放分析运行的结果。 伺服电动机 (Servo Motor) - 定义一个主体相对于另一个主体运动的方式。可在机构或几何图元上放置电动机，并可指定主体间的位置、速度或加速度运动。 LCS - 与主体相关的局部坐标系。LCS 是与主体中定义的第一个零件相关的缺省 坐标系。 UCS - 用户坐标系。 WCS - 全局坐标系。组件的全局坐标系，它包括用于组件及该组件内所有主体的 全局坐标系。 运动分析的定义 在满足伺服电动机轮廓和机构连接、凸轮从动机构、槽从动机构或齿轮副连接的 要求的情况下，模拟机构的运动。运动分析不考虑受力，它模拟除质量和力之外的运 动的所有方面。因此，运动分析不能使用执行电动机，也不必为机构指定质量属性。 运动分析忽略模型中的所有动态图元，如弹簧、阻尼器、重力、力/力矩以及执行电动机等，所有动态图元都不影响运动分析结果。 如果伺服电动机具有不连续轮廓，在运行运动分析前软件会尝试使其轮廓连续，

行星齿轮减速器建模与运动学仿真_梁晓峰

——————————————— 收稿日期：2008－01－08 行星齿轮减速器建模与运动学仿真 梁晓峰1，陈艳锋2 （1.海军驻航天七院军事代表工作组，四川 成都 610100；2.海军工程大学 船舶与动力学院，湖北 武汉 430033） 摘要：应用虚拟样机技术可以大幅缩短新产品开发周期和降低开发成本，获得高性能、最优化的产品。在I-DEAS 软件中，对某行星齿轮减速器进行参数化三维实体造型，研究了人字齿轮实体建模及装配的关键点，并利用I-DEAS 与ADAMS 之间的接口技术，在ADAMS 中建立了行星齿轮减速器虚拟样机，对其进行了运动学仿真分析，结果表明，所建立的三维模型及虚拟样机与实际相符。最后，指出了值得进一步研究的方向。 关键词：行星齿轮；三维实体造型；虚拟样机；运动学仿真 中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1006－0316（2008）05－0045－04 Model and motion simulation of planetary gear drive LIANG Xiao-feng 1，CHEN Yan-feng 2 （1.Naval representative workgroup in The seventh academe of the Spaceflight technological company ，Chengdu 610100，China ；2.College of Naval Architecture & Power ，Naval Univ. of Engineering ，Wuhan 430033，China ） Abstract ：The application of virtual prototype technology can greatly shorten circle of new product development ， decrease cost as well as get the most optimized capability of product. Introduce the methods of 3D solid modeling of planetary gear in I-DEAS. Study the key point of modeling herringbone gear. According to the I/O technique of I-DEAS and ADAMS ， establish the virtual prototype of planetary gear in ADAMS. The motion analysis result proved that the model and virtual prototype is precision. Point out the further work in the end. Key words ：planetary gear ；3D solid modeling ；virtual prototype ；motion simulation 行星齿轮减速器以其传动效率高、体积小、重量轻、结构紧凑、传递功率大、负载能力高、传动比范围大等优点，广泛应用于需要大减速比但使用空间较小的场合，如作为飞机、舰艇、汽车等的标准减速装置 [1~4]。其缺点是结构复杂，制造精度要求高，设计中要求考虑的问题错综复杂，计算工作量大。若在计算设计阶段，应用计算机辅助技术，则能大大加快设计过程、提高设计质量，使这种传动装置得到更广泛的应用。 本文将计算机辅助设计（CAD ）技术及运动学仿真应用于行星齿轮减速器的设计之中，在I-DEAS 中建立了行星齿轮减速器的三维实体模型，在ADAMS （Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems ）中建立了减速器的虚拟样机(Virtual Prototype)，并进行了运动学仿真分析。通过仿真研 究结果与理论计算结果的对比分析，证明了模型的合理性，此种研究方法对其它同类产品的设计研究具有重要的参考价值。 1 减速器三维实体造型 随着CAD 技术的广泛应用，针对齿轮实体造型技术的研究日益广泛[5~7]，文献[8，9]对行星齿轮减速器CAD 技术的应用进行了研究，然而，对具有人字齿结构的复杂行星齿轮减速器造型技术的研究较少。人字齿轮结构相当于两个斜齿轮的组合，与直齿轮副相比，斜齿轮副的总接触面积增大，可以承受更大的载荷。另外，在制造过程中，采用高精密加工技术，可以将齿轮间侧隙控制在较小范围内，可以使齿轮在啮合时几乎沿着啮合线作纯滚动，从而降低振动噪声。斜齿轮副在啮合过程中必然产生沿轴线方向的轴向力，而采用人字齿轮结构，可以