基于ADAMS的曲柄滑块机构运动学分析

文献综述：

曲柄滑块机构是铰链四杆机构的形状而演化来的, 由曲柄、连杆、滑块用低副 (转动副、移动副) 联接而成的一种机构。常用于将曲柄的回转运动转换为滑块的往复直线运动, 或者将滑块的往复直线运动转换为曲滑块的往复直线运动, 或者将滑块的往复直线运动转换为曲柄的回转运动。对曲柄滑块机构的运动特性分析是当已知各构件尺寸参数、位置参数、原动件运动规律时, 研究机构其余构件上各点的位置、位移、速度、加速度、轨迹等。随着工业化的发展, 不同规格的曲柄滑块机构被应用到了各个方向, 在机械制造工业的生产中的作用愈来愈显著。

ADAMS软件作为一款世界知名的虚拟样机分析软件对于任何一位机械设计制造工程师来说都是十分有用的工具。ADAMS软件能够帮助我们分析曲柄滑块的运动学特性，进行运动仿真用来校对数据，比如运动速度曲线、原从动件的动力学特性等。

曲柄滑块机构具有承载力大，利于润滑，磨损轻，寿命长，易于加工，成本低等优点。故在机械行业中得到广泛应用。随着机械产品朝着高速化、精密化方向发展，人们对机械产品的要求日益增高^[1]。学者们从单自由度机构的曲柄滑块提升到了对立体曲柄摇杆机构的研究, 并且已经提出了一些有关于这类多自由度机构的综合分析方法。在使用的要求上也从简单的运动学要求兼顾到机构的动力学特性。在运动学方面, 平面连杆机构可以用来改变运动的形式和特性, 实现刚体的导引、生成轨迹和函数等。

对一些在复杂运行环境下工作的机械，如液压挖掘机和起重机，由于长时间的在外工作，轴与轴套之间的间隙，摩擦和磨损现象更加严重，间隙越来越大，轴与轴套间隙碰撞力增大,直接导致零件失效。间隙的不合理设计给工业生产带来巨大的经济损失。间隙的存在，严重的影响了机构的稳定性和可靠性。我国学者利用六缸内燃机作为研究对象，根据几何参数，建立虚拟样机模型，由于内燃机在运动过程中会产生振动和噪音，都会影响内燃机的使用和它的寿命所以对其运动规律和受力状况进行分析，通过ADAMS仿真分析所得的结果，可直接用于后续发动机整机振动、噪声分析、疲劳寿命等研究工作中^[2]。

另外压力机中的曲柄滑块机构也可简化成平面连杆机构，是单自由度的平面连杆机构。考虑这种机构一般受非线性定常几何约束，因此我们称此机构为完整的平稳系统，其自由度即为原动件数^[3]。当驱动它运动的构件已知时其余的也就能确定了。因此可以用等效数学模型来研究，这样系统动力学问题就转化成了一个等效构件的动力学问题，避免了联立求解各构件运动微方程的麻烦，简化了问题。所以有人通过研究平面刚体的运动,导出了转化到原动件（曲柄）上的等效转动惯量计算公式^[4]。

连杆作为发动机曲柄连杆机构的核心构件之一，对其进行性能的研究，可以促使发动机的性能得以改善。近几十年来国外学者对连杆做了大量研究，我国学者对于连杆的研究也投入了很多精力，促使我国发动机制造技术有了很大的进步。目前国内外学者对连杆的分析归结起来主要有：连杆的有限元强度应力分析、连杆的动响应分析、连杆的可靠性分析、连杆的优化设计等^[5]。

国内目前还在研究一种可展机构，所谓的可展机构就是通过机构运动改变并保持结构的不同形态。而可展机构基于平面四杆机构曲柄滑块机构的可展机构的设计方法，需要分析平面四杆曲柄滑块机构的轨迹特征和所得函数特征，得到曲柄滑块运动链的的构型变化和几何变化特点分析其可行性从而设计^[6]。