AMESim在四连杆机构教学中的应用及效果分析

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四连杆机构作为最典型的-类平面连杆机构，是《机械原理》课程教学的-项重要内容，在实际教学中，四连杆机构各杆件的位置难以准确计算和画出，各参数之间的关系难以描述，致使该部分内容 比较抽象，利用仿真软件建立模型可以进行演示以改善教学效果。

连杆机构常用的方法有几何法和解析法[1J。几何法直观方便但精度较低：解析法计算复杂但精度高。在计算机辅助设计与分析中得到普遍应用[2-3]。利用 MATLAB等软件分析机构运动时，所建立的几何方程是含有三角函数的非线性方程组，求解困难，需要编写较复杂的数值求解程序，涉及选三分算法、确定步长和差分格式等专业性较强的数学问题[4-6]，AMESim采用图形化建模方式 ，自动选择积分算法，可以在积分过程中监视方程特性的改变并 自动变换积分算法以获得最佳结果，不需要推导复杂的数学模型，可以更多地关注问题本身，仿真效率高，使用方便。

因此可以利用 AMESim仿真软件图形化建模方式，可以方便地建立四连杆机构的仿真模型，进行动态演示，并通过对单个参数及多个参数的改变生动形象地演示相关特性和概念。

1四连杆机构的几何方程四连杆机构如图 1所示。已知 AB、BC、CD、DA的长度分别 为 L140mm，L2100mm，L380mm，L4120mm，主动件 AB杆以角速度W绕铰接点 A匀速转动。由封闭矢量四边形投影法1]可建立如下方程组 L1sin 1L2sin 2L3sin 3 2 四连杆机构仿真模型的建立作者简介：李玉兰(1977-)，女，河北高碑店人，军事交通学院汽车工程系，讲师，博士，研究方向为车辆装备性能测试与仿真。

在 AMES 环境下新建-个文件 ，即进入草图模式，如图2所 示 。 选 取 PlanarMechanical模型库 中的相关元件 ，搭建四 。

连杆机构。在草图模式下，只需要确定各杆件和铰接点的连接C图 1四连杆机构简图关系，不必考虑几何尺寸和位置关系。在模拟铰接点A的元件上，依次添加 Mechanical模型库中的扭簧模型和角速度输入元件 ，以及 Signal，Control模型库中的常量信号源，成为匀角速度的输入，所建立的模型如图 3所示。图中左上角的两个元件分别用于进行重力设置和仿真前生成四连杆机构的装配流程。

图2 AMESim仿真环境在子模型模式中为所有元件选择默认的子模型。

进入参数模式，点击各元件分别设置参数。设置表示杆件 L1、L2和 L3的各元件的坐标值 ，由于各杆的坐标系· 214· 价值工程： L。

- 图3 四连杆机构模型是相互独立的，通过各杆两个端点在各 自坐标系中的坐标值就可以计算出杆件的长度。L4的长度由模拟铰接点 D的元件的X坐标来确定。此时已经完成-个可以运动的四连杆机构的仿真模型。但是，为了使机构的初始位置符合要求，还需要给定主动件 AB杆的初始角度，以及 BC杆的角度，从而保证机构运动的初始位置具有唯-性。完成参数设置后，点击左上角的装配元件，进入装配显示窗口可以看到如图4所示的装配关系图，但是各杆件并没有在初始位置上。

进入仿真模式，装配元件 自动完成机构的装配过程，显示窗口中的图形由图4变成图5的样子，各杆件都已位于运动的初始位置。

/1图4 四连杆机构装配关系图 图 5 四连杆机构运动初始位置图设定仿真时间为 10s，采样时间间隔为 0.1s。运行之后，在显示窗口可以演示该四连杆机构的运动过程，图 6所示为运行至第 4s时的位置。

图6四连杆机构运动演示窗口截图(t4s)3仿真运行结果图7、图 9所示分别为四连杆机构各杆随时间转动的时间-角度曲线和时间-角速度曲线，图 8所示为 L2、L3杆与 U 杆转动角度的关系，图 10中的曲线 Y1和 Y2分别表示铰接点 C相对于铰接点 A的距离和角度的随时间的变化情况。

4 结束语利用 AMESim建立四连杆机构的仿真模型，可以实现整个运动过程的动态演示：可以实现任意位置或任意运动时刻的定位 ：可以通过参数曲线比较各构件的运动和位置情况及相对变化情况，与传统教学手段相比，可以方便快捷、直观形象地展示出更多地信息，有助于改善教学效果。