基于MATLAB与ADAMS的四杆机构优化设计与仿真.pdf

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1、Academic学术基于MATLAB与ADAMS的四杆机构优化设计与仿真100083中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京一陈晃胡元洲成相宜摘要：以平面四杆机构为研究对象，为了得到符合预定轨迹且杆长最短的四杆机构，运用MATLAB建立模型并对其进行优化设计，得到各杆长的最优解。在最优解的基础上，对结果进行ADAMS仿真，进一步确定优化结果，使四杆机构能在质量最轻、结构最紧凑的情况下得到规定的轨迹。Abstract：Astheresearchobjectwith建立如图1．1所示的坐标系，其中‘、^、、‘、f42．1优化实例theplanarfourbarmechanism，inordert

2、o分别为相应的杆长，O、B为定位∞和的固定设计一曲柄摇杆机构，再现轨迹上的12个点。obtainaplanarfourbarmechanismthatmeet给定轨迹点坐标及于此对应主动轴曲柄相对于第角度，中、、、为随曲柄的运动变化的thetrajectoryrequirementandkeepthe一位置的转角=．，如表21所列，固定角度，只要得到P点横、纵坐标随某些参变量变化lengthshortest，MATLABwasinvestigatedto铰接点的坐标030ram，04=20mm，许用传的表达式，即可求得P点的轨迹。establishthemodelofthefourbarmec

3、hanism动角[Y]-4o。，即[In=[]-40。，=180~andoptimizethedesign．tOobtaintheoptimum[]=180。solutionofthelengthofeachbar．Basedon一theoptimumsolution．useAtosimulate毫=Il．一t

4、'薯仁1≯t≯，．书卜．“V．2、：：‘：。theresulttofurtherdeterminethesolution，inordertomakesurethefourbarmechanism此例中，希望连杆上P点轨迹尽可能的接近以一声couldbegotinarequiredtra

5、jectorywiththe上l2个点，对这12个点的纵坐标都有一定的要求，lightestweighandthemostcompactstructure．Ej，0oos一^coso但是对第2，3，4点的横坐标并无一定的要求，因此，KeyWords：Thefourbarmechanism：=l+sina一^nm可将3，4也作为变量，增加了轨迹的秉L生。0ptimumdesign：MATLABADAMS：：生：：尘2．2数学模型的建立引言目标函数应能尽量满足实际曲线与预定轨迹一+^Ⅻ+‘Ⅻ平面四杆机构作为最简单的连杆机构，在工致，因此目标函数为实际点与预定点的偏差平方和作z+^dn@I+^曩in

6、+)程实际中应用广泛，如搅拌机构，破碎机，活塞杆为目标函数，表达式如下：等都采用了四杆机构的原理。根据机械的用途和性得到P点坐标随一系列参数变化，通过优化(j二l，已⋯n)——预定轨迹匕一系列点的坐标能要求的不同，对连杆机构设计的要求是多种多样设计确定这些参数的过程，就是求解P点轨迹的过(j二1，2，⋯n)——机构实际轨迹一系列点的的，但这些设计要求可归纳为以下三类问题：程。坐标(1)满足预定的连杆位置：即要求连杆能占1．2优化设计方法的实用性设计变量应取能直接控制的，对目标影响较大据一有序系列的预定位置。故这类设计问题要求机一般情况下，给定连杆轨迹如Y=f(x)，连杆的，需要的出优化结果的，

7、最重要的-ea#~，因此构能引导连杆按一定方位通过预定位置。因而又称上并不一定能找到一点恰好满足轨迹曲线的要求。取设计变量为：为刚体引导问题。在工程实际中，常常要求连杆完成复杂的轨迹，连j=，，，，⋯⋯，lJ，6’噶妈，∞n(2)通过预定的运动规律要求：如要求两连杆轨迹无法用函数表达式表示出来。这种情况下，约束条件应综合考虑影响模型所受的约束，架杆的转角能够满足预定的对应位移关系；或要求可以取轨迹上的M个点，只要连杆上有一点P能够此题中，考虑存在曲柄条件，需满足：在原动件运动规律一定的条件下，从动件能准确或按要求通过这些点，就可认为连杆曲线符合轨迹曲五>0五十‘与+‘‘+，】毛+毛五十s毛十近

8、似地满足预定的运动规律要求(又称函数生成问线。假设P点轨迹求解一共包含N个未知数。由此得出约束条件：题，functiongeneration)。根据连杆求解的知识有以下三种情况：尚∞一‘》O(3)满足预定的轨迹要求：即要求在机(1)N=M，连杆轨迹有唯一解；lb茸'‘+‘一一so蜀·(

9、r)‘·‘一一‘构运动过程中，连杆上的某些点的轨迹能符合(2)N