定律运动力学原理分析论文

摘要：机械能守恒定律是否服从力学相对性原理，曾经是物理学上存在广泛争议的问题。笔者从兴趣出发，通过查阅相关研究资料，结合自身的学习和理解，对机械能守恒定律服從力学相对性原理的条件进行分析。今天小编为大家推荐《定律运动力学原理分析论文 (精选3篇)》仅供参考，希望能够帮助到大家。

定律运动力学原理分析论文 篇1：

力学原理在提高健美操运动成绩中的应用价值探讨

摘要：在人类各式各样的运动当中，都蕴含着丰富的力学原理。在健美操运动当中，运动员通过科学利用力学原理，不仅能保证运动的安全性，还可以使健美操的动作最大限度地展示出精彩，随着我国体育事业的不断发展，我国的健美操运动也得到了不断地发展。为了进一步证实力学原理在健美操运动中的应用价值，文章采用文献资料法等，对力学原理在提高健美操运动成绩中的应用价值展开探讨。

关键词：力学原理;健美操运动;应用价值

健美操是一项结合形体、力量、节奏和技巧为一体的运动项目，对于运动员的运动技巧有着极高的要求。运动员通过不同难度的动作的组合，将力量与优美进行有机结合，并通过形体美表现出来，形成了一项独具特色的运动项目，并吸引了运动界和艺术界的广泛关注。通过分析健美操中所蕴含的力学原理，可以有效帮助健美操项目找到突破的方向。

一、健美操动作中的力学原理分析

健美操是一种独居风格特色的体育运动，在社会上受到了越来越多人的青睐。根据健美操动作的结构和特点，我一般将其划分为两个类别：一类是静止姿态地用力动作，主要依靠肢体各部之间相互作用保持身体的平衡，包括平衡类动作、支撑类动作、托聚类动作等;另一类是动力型动作，依靠身体的爆发力进行多种形式所结合的动作，包扣腾跃、转体、伏地、屈体等。

近年来，大量学者在健美操领域进行了丰富的研究，并发表阐述了多方面的不同观点，但很少有学者从力学的角度对健美操运动进行研究和分析，这种现象不利于健美操运动的发展和完善。健美操的动作离不开肢体各部分的配合，通过四肢配合保持身体的平衡，做出优美的动作从而获取理想的分数，这其中离不开力学理论依据的指导，因此研究力学在健美操运动中的作用有着极高的价值。

二、力学原理对提高健美操运动成绩中的应用价值

前面我们分析了健美操动作中的力学原理，以下将健美操的动作分为静止姿势地用力方式、动力型动作用力两个类别进行价值探讨。

(一)静止姿势中的力学原理价值

1.平衡状态的力学条件

在基础物理学中，力是改变物体运动状态的因素，因此，在健美操运动中，要想保持平衡的动作，就需要分析人體在此动作下的受力平衡条件，分析其所受的合外力等因素，使其在任何方向上的合力和加速度均为0，这样健美操运动员才保持受力平衡状态。

2.影响人体平衡状态的因素

健美操运动员在比赛过程中要想使身体处于平衡状态，就需要克服外界的各种干扰，使身体各部分受力状态保持稳定。在实际比赛的过程中，影响人体平衡的条件有很多，体重就是其中一项重要的影响因素。由于不同运动员的体重不同，其所受到的重力也有很大的差异，不同体重的运动员稳定也有一定的差异，一般来讲健美操运动的体重越大，那么他在静止姿势下的动作稳定性就会越高。不同动作与支撑面的接触面积也有所不同，接触面的大小对动作的稳定性有着很大的影响，在静止姿势下健美操运动员的接触面积越大，其稳定性越强;反之，接触面积越小，越不利于健美操运动员保持身体平衡。此外，重心的高度和位置也会影响运动员动作的稳定性，大多数运动员在比赛过程中的失误都是因为在运动过程中重心稳定性较差，不能及时建立新的平衡而导致的。

3.静态动作的力学要点

通过上述分析，我们可以得出静止姿势中的力学原理价值，要想有效提高健美操运动员的成绩，帮助其在健美操比赛过程中发挥更加真实有效的水平，可以采取有效的方式来提高静态动作的稳定性，如，在不破坏运动员本身的形体美的前提下适当增加运动员体重，并让运动员在完成动作的过程中尽量增大与支撑面相接触的面积，通过降低重心，可以有效提高健美操运动员动作的稳定性。

(二)动力动作下力学原理价值

1.腾起类动作

腾起类动作一般是转体类动作的前体，包括俯卧撑起、起跳类动作等各种腾空动作。这一动作与运动员腾起的高度和滞空时间有着较高的要求，较高的高度和较长的滞空时间有利于后续动作的完成，从而帮助运动员取得理想的成绩。在腾空起跳的过程中，运动员需要先将自己的重心放低，采用蹲姿预备，并双腿迅速伸直，对支撑面突然施加爆发型的压力，同时，运动员受到支撑面的反作用力的作用，瞬间起跳，完成腾起动作离开地面。在此过程中，运动员除了受到地球地心引力引起的重力 G外，还受到支撑面提供的向上的支持力N，并得到加速度a=N/m(运动员质量)，符合牛顿第二定律的相关内容。因此，运动员在完成腾起类动作时，要对支撑面施加足够大的压力，保证腾空的高度充分满足后续动作的需求。教练在对运动员开展日常训练的过程中，除了对运动员耐力的相关训练外，要充分锻炼其爆发力，确保满足不同动作的需求。

2.转体类动作

转体类动作是指绕某一特定直线进行身体旋转的动作，这一动作需要合理地控制腰部与四肢的关系才能保证旋转的幅度与力度，确保动作迅速、节奏均匀而准确，从而获取较高的分数。通过对这一动作进行相关的力学分析，我们发现，在转动过程中，运动员的双臂、双脚所展开的幅度大小和选择的旋转半径都会影响这一动作的发挥，若人体在运动过程中没有保持好重心的稳定，还容易发生动作的偏斜，从而影响动作的发挥。运动员在完成转体类动作时，要控制好四肢的展幅和发力的时间和大小，保证肢体的平衡，合理控制转动的浮动，从而稳定地完成转体动作。

3.倒地类动作

倒地类动作是指运动员以较高的速度从站立姿态或空中俯卧的动作，该动作的重点与倒地前的缓冲动作，由前脚掌着地迅速过渡到全脚掌，并屈膝进行缓冲动作，在极短时间内完成倒地前的缓冲。这一动作的力学分析主要涉及动量守恒的定律，即Ft=mv-mv0，冲击力F与缓冲时间T、速度v都会影响这一动作的顺利完成。运动员在进行这一动作的练习时，为了避免巨大的冲击力对人体关节等造成伤害，平稳地完成落地动作，就需要利用各个关节进行有效的缓冲，延长落地这一过程所需的时间，减少冲量，从而实现对人体的保护。运动员要想安全地完成这一动作，可以通过控制初速度，减少落地时双脚与地面之间的冲击力，尽量延长缓冲实践，减小缓冲动作对关节的压力。

4.摆腿类动作

摆腿类动作主要指在保持身体平衡点同时将双腿伸直并拢，将一条腿微屈，支撑自身身体的重量，另一条腿向前后进行挥摆，其挥摆的高度具有严格的要求和标准。运动员在进行这一动作时，要求运动员严格控制好摆腿的高低程度，旋转的惯性和身体的支撑点都会影响这一动作的稳定性。在摆腿动作的前期，运动员需要将中心原理旋转肉，使腿部获得更大的初始速度和转动动能，从而带动身体进行转动;动作后期，为了保持身体的稳定和平衡，就需要运动员将中心靠近旋转轴，更加有效地控制腿部的加速与制动。

5.屈体类动作

屈体类动作在健美操比赛中的应用一般相对较少，在忽略空气阻力的情况下，运动员在运动过程中仅仅受到地面的支撑力和自身重力的影响。在此动作过程中，运动员的受力满足动量守恒定律p=mv-mv0，在进行屈腿类动作时，人体下蹲时，躯干、双臂和双腿弯曲紧绷，对地面产生向下的压力，而向空中弹起是迅速绷直，向地面施加压力，同时受到地面的反作用力作用，满足动量守恒定律。

三、力学原理在提高健美操运动成绩中的应用方式

通过对健美操运动动作进行性力学的分析，可以帮助运动员和教练分析每一个动作要领，并在日常的训练过程中对这些要领进行有针对性的训练和练习，有效地提高训练的效果，帮助运动员在比赛中取得更加优异的成绩。在训练过程中，教练可以指导运动员根据动作的受力条件和发力特点，制定有针对性的训练方案，帮助运动员克服自身的不利条件，如有些运动员平衡能力较弱，教练可以对其进行有关平衡的训练，锻炼其重心的调整能力，帮助其在比赛过程中更好地发挥出自身的实力。

有些运动员耐力较差，较长时间的比赛往往有些力不从心，教练可以根据他的身体情况，对其进行超负荷的训练，让其在疲惫状态下继续高强度的训练，锻炼其坚强的意志品质，克服重重困难完成比赛任务;有些运动员的下肢的爆发能力较弱，腾起动作上升的高度和滞空时间不能满足后续转体类动作的需求，从而导致动作失误，分数不够理想，针对这一项现象，教练要指导运动员进行有规律的下肢增强训练，让运动员充分熟悉发力的方式与时机，配合上肢的带动作用进行发力训练，同时指导运动员掌握好转体的力度和程度，才会使得运动动作组合更加连贯、优美，最终才能获得更加优异的健美操成绩。

四、总结

健美操运动，是通过力学原理对肢体语言进行表达的运动，通过加强健美操中力学知识的研究，无论是对于提高我国健美操运动的水平，还是健美操运动员的运动成绩来说，都有着非常重要的作用和价值。健美操运动对运动员身体素质有着较高的要求，教练员要充分挖掘健美操运动背后所蕴含的力学知识，要让运动掌握每一个动作的发力特点和结构性质，协调好自身的肢体，充分掌握静止型发力动作与动力型发力动作的不同特点，发挥力学在该运动中的重要作用。在力学的基本原理的指导下，健美操运动员通过不断锻炼自己的能力，正确把握动作的要领，才能在健美操比赛中获取更好的成绩。

参考文献

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[5]韋俊，王楠，李严.健美操运动的力学研究[J].中学物理教学参考，2018，47(12)：60–61.

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[7]姜涛，侯京卫.健美操动作的力学分析[J].中学物理教学参考，2018，47(04)：70–71.

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[13]李玲.健美操运动中力学原理的应用[J].中学物理教学参考，2015，44(24)：68–69.

作者：娄鹏程

定律运动力学原理分析论文 篇2：

机械能守恒定律服从力学相对性原理的思考

摘 要：机械能守恒定律是否服从力学相对性原理，曾经是物理学上存在广泛争议的问题。笔者从兴趣出发，通过查阅相关研究资料，结合自身的学习和理解，对机械能守恒定律服從力学相对性原理的条件进行分析。

关键词：机械能守恒定律;力学相对性原理;服从性

一、 前言

力学相对性原理指出，在不同惯性系中，力学规律具有相同形式。即对S系中的基本表达式进行单纯加撇代换，即可得到S′系中的对应表达式。如果S系中的功能原理表达式也可以通过单纯的加撇变换得到S′系中的功能原理表达式，则说明功能原理服从力学相对性原理。而机械能守恒定律是只有保守力做工的功能原理，有必要对其与力学相对性的服从性进行探讨。

二、 机械能守恒定律服从力学相对性原理的条件

(一) 功能原理的服从条件

在一个保守力学系统中，惯性系S的第i个支点矢量位置为ri，所受的非保守外力为Fi，系统内力为fi，根据牛顿定律有Fi+fi=midvi/dt。将上式两边同时乘以质点i的相对位移，可得到Fi·dri+fi·dri=mivi·dvi=d(miv2i/2)。对系统中的所有质点进行求和，即可得到∑iFi·dri+∑ifi·dri=d∑i(miv2i/2)。在保守系统中引入是能概念，则有∑iFi·dri=d∑i(miv2i/2+Ep)，即S系统的功能原理。取另一个惯性系S′，设其相对于S系统的速度为u，对S系统中的功能原理进行伽利略变换，即∑iFi·dri=∑iFi·(dri′+udt)=∑iFi·dri′+(∑iFi)·udt。由此可以得出，外力对系统做工与参考系有关。对d∑i(miv2i/2)进行伽利略变换，可以得到d∑i(miv2i/2)=d∑i(miv2i′/2)+(∑iFi)·udt，说明动能改变也与参考系有关。

对dEp进行伽利略变换，并代入上述公式，可以得到∑iFi·dri′=d[∑i(miv2i′/2)+Ep′]，与∑iFi·dri=d∑i(miv2i/2+Ep)相比仅仅是由加撇变量代替了原变量，因此功能原理遵循力学相对性原理。

(二) 机械能守恒定律的服从条件

机械守恒定律是只有定律是只有保守力做工的动能原理，非保守力不做工，或做工之和为0，即∑iFi·dri=0。将这个条件代入上述伽利略变化的推导过程，中间可以得到d[∑i(miv2i/2)+Ep]=0，和d[∑i(miv2i′/2)+Ep′]=0，不能利用伽利略变换将前一个表达式转化为后一个表达式，因此机械能守恒定律不一定服从力学相对定律。只有在(∑iFi)·udt=0成立时，才能通过伽利略变换，由d[∑i(miv2i/2)+Ep]=0得到d[∑i(miv2i′/2)+Ep′]=0。由此可以得出结论，系统在某惯性系中如果满足∑iFi的方向与u的方向垂直，或∑iFi为0，则机械守恒定律服从力学相对性原理。

三、 机械能守恒定律服从力学相对性原理的例题分析

(一) 水平运动体系的服从性分析

在本文中，为了能够清楚地分析水平运动体系的服从性，根据物理课程中的机械能守恒定律，将会通过以下例题进行系统的描述：

【例1】 某车厢以速度u在水平面沿某一方向做运动，同时在车厢中的光滑水平面上存在一个弹簧，其劲度系数用k表示。此时，弹簧的两端各连接着一个小球，质量分别为M、m。在开始的过程中，需要将弹簧压缩至△x以后，以静止的状态释放，当其恢复至原始状态时，两个小球与车厢的相对速度分别用v1、v2表示。在研究水平运动体系的服从性时，需要将车厢中弹簧、两个小球所构成的一个整体为具体的研究对象，那么在这个整体中，其运动产生的机械能量守恒定是否服从力学相对性原理，具体的分析内容如下：

在此题中，该系统受到的非保守力F，即两个小球所受的桌面支持力垂直于相对速度u，该系统中机械能守恒定律服从力学相对性原理。设车厢的参考系为S，在参考系S中，系统的机械能守恒，可以得出E1=E2，因此系统在参考系S中的机械能守恒定律的表达式为k(Δx)2/2=mv21/2+Mv22/2。以地面为参考系，在地面参考系S′中，系统的机械能也守恒，即E1′=E2′，初态E1′=(M+m)u2/2+k(Δx)2/2，末态E2′=M(u+v2)u2/2+m(u-v1)2/2=(M+m)u2/2+Mv22/2+mv21/2+(Mv2-mv1)u。根据系统的动量守恒可以得出v2=mv1/M。再将v2=mv1/M代入上一表达式，可以得到E2′=(M+m)u2/2+Mv22/2+mv21/2。最后将其代入E1′=E2′，即可得到参考系S′中的机械能守恒定律表达式，即k(Δx)2/2=mv21/2+Mv22/2，由此可以得出结论，在该系统中，机械能守恒定律服从力学相对性原理。

(二) 斜面运动体系的服从性分析

斜面运动是高中物理课程中重要的内容，学习难度也较大。那么，在斜坡运动中的机械能守恒定律是否服从力学相对性原理是学习中遇到的难题，下面通过例2进行具体解析：

【例2】 某车厢在水平面上，以速度等于v0的状态匀速的向右行驶。在该车厢中，存在一个的被固定的、倾斜角度等于θ的光滑斜面，上面存放着一块质量等于M的滑块从斜面的顶端自由花滑落(在计算过程中可以将其看做一个质点)。将斜面与滑块视为一个系统，分析机械能量守恒定是否服从力学相对性原理?

在该题中，若以滑块和斜面作为研究对象，那么在车厢参考系中，系统所受非保守力Fi，即斜面对滑块的支持力对滑块不做功，由此可以判断系统机械能守恒。而在地面参考系中，由于非保守力Fi不与滑块位移垂直，因此非保守力Fi对系统做功了，在该参考系中机械能不守恒。与前文得到的结论相同，即非保守力Fi不为零且不与相对速度u垂直时，机械能守恒定律不服从力学相对性原理。

四、 结束语

综上所述，通过对机械能守恒定律服从动能相对性原理的条件进行思考，可以加深我们对机械能守恒定律的理解，从而把握好应用条件，避免出错。

参考文献：

[1]付喜锦.机械能守恒定律遵循力学相对性原理的条件[J].物理教师，2010，31(01)：63-64.

[2]张九铸.关于力学相对性原理和机械能守恒定律的讨论——也谈机械能守恒定律和相对性原理[J].大学物理，2000，(02)：14-22.

作者简介：

马凯，辽宁省北票市，辽宁省北票市高级中学。

作者：马凯

定律运动力学原理分析论文 篇3：

基于ADAMS的机械四连杆机构运动仿真分析

摘 要： 机械四连杆机构是机械类的典型机构，其设计与运动分析具有很强的理论性和实践性。针对作图法和解析法对该类机构进行运动分析的不足，在基于经典机构学理论的基础上，采用ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)动力学仿真方法，可实现对铰链四杆机构的运动特性的直观、高效而准确的计算机辅助分析。然后，采用多体系统动力学理论，通过ADAMS分析了机构的简化方法并进行运动学仿真，对四连杆机构中杆件的传动角、位移、速度及运动轨迹进行了分析。

关键词：四连杆机构;多体系统动力学;ADAMS运动仿真

【

【Key words】： Four-Bar linkage mechanism;Multi-body system dynamics; ADAMSmotion simulation

0引言

机械四连杆机构是一种机械类的典型机构，常见的平面连杆机构分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。这些类型的机构在生活中运用比较广泛，例如汽车刮雨器、普通缝纫机动力部分等是曲柄摇杆机构，例如火车驱动轮等是双曲柄机构，例如港口用起重机吊臂等。机械四连杆机构主要由三部分组成，主要包括机架、连架杆、连杆。机械四连杆机构具有很多优点：四杆机构能够承受较大的载荷，各杆件之间的连接处容易润滑;加工制造简便，其运动精度较高;相邻两构件之间的接触相对封闭;四杆机构的构造能够实现许多种运动规律和轨迹需求。通常机械四连杆机构的主要有急回、压力与传动角、死角三个特性[1]。通过运用ADAMS对机械四连杆机构进行运动仿真分析，能够更深入地理解多体动力学理论，能实现对铰链四杆机构的运动特性的直观而准确分析。

1多体系统动力学理论与应用

对多体系统动力学问题的研究是当今力学领域的研究热点和难点之一，利用该理论能解决机械、航空、航天、兵器、机器人等领域中出现的机械问题[2]。多体系统是指由多个物体通过运动副连接的复杂机械系统。多体系统动力学的根本目的是应用计算机技术进行复杂机械系统的动力学分析与仿真。求解与建模是多体动力学分析的两个阶段，多体动力学理论源于经典力学理论，该系统最常见的情况是质点自由和刚体数量较少[3]。通過对此的学习可以对该种动力学的基本理论有较深入的了解，为运用ADAMS进行机构运动仿真的理论基础。

利用该动力学理论可以对机械系统的动态性进行评估，也能够对机械系统的优化设计提供理论与技术支持。在很多重要重大的工程领域都需要利用多体系统动力学来指导建模、设计和控制。这种力学理论对我国解决众多工程问题，如方法建模、策略求解、控制设计、软件开发、创新发明的研究具有很多的发展潜力与优势。在多体动力学分析中，经常使用矢量力学或者分析力学这两种原理来解决力学中常见的问题。矢量力学是利用Newton-Euler(N/E)方法进行隔离体分析。分析力学是利用Lagrange方程从系统的能量角度入手建立动力学方程。Kane方程拥有矢量力学的隔离分析特性，也有分析力学的能动分析特性[4]。无论使用哪种原理方法，各动力学求解方程与使用原理都具有等同性。

多体系统动力学方程求解时，其系数矩阵均为高度非线性，并且求解过程中初始条件或参数出现微小改动或者计算产生误差，这些变动的积累都将可能使ADAMS建模仿真的结果出现很大偏差并且最终可能导致发散[5]。

1.1动力学理论基础

动力学是指研究物体在做机械运动时，与之相对应产生相互作用力，研究该运动与力的关系的一门学科。动力学拥有三大基本定律：第一定律(惯性定律)是指不受力作用的质点，将保持静止或作匀速直线运动。质点保持其初始运动情况的属性称为惯性。第二定律(力与加速度关系定律)是指质点的质量与加速度的乘积，等于作用质点所受的力，质点运动的加速度的方向与即为力的方向。

第三定律(作用与反作用定律)是指两个物体间相互作用的作用力和反作用力总是大小相等、方向相反，沿着同一作用线同时分别作用在这两个物体上[6]。

1.2质点动力学的两类基本问题

在质点动力学中通常存在两类基本问题，我们需解决这两类问题来对质点动力学进行分析。第一类基本问题：已知质点的运动，求作用在质点上的力。这类问题其实质可归结为数学上的求导问题。第二类基本问题：已知作用在质点上的力，求质点的运动[7]。这类问题其实质可归结为数学上的解微分方程或求积分问题。在解决这两种问题时，通常采用两种坐标法：相对坐标系法为在每一个研究的质点上添加一个特定坐标系，是质点动力学最常用的求解方法;绝对坐标系法是用唯一的坐标系代表整个系统的状态，这种坐标系法求解计算效率低，使用率不高。

2多体动力学与ADAMS仿真联系

2.1多体动力学仿真步骤

在解决多体动力学问题时，通常采用以下步骤：(1)问题的描述、定义和分析;(2)建立仿真模型;(3)数据采集和筛选;(4)仿真模型的确认; (5)仿真模型的编程实现与验证;(6)仿真试验设计;(7)仿真模型的运行;(8)仿真结果的输出、记录;(9)分析数据，得出结论[8]。

2.2多体动力学专用分析软件ADAMS

ADAMS是一种机械系统动力学分析软件，该软件主要用于开发虚拟样机分析。ADAMS是目前机械系统动态仿真分析软件在国际建模仿真运动软件中应用相对广泛，其动力学分析功能强大，有多个专业模块适合不同行业需求，但三维建模功能较差，可从其它三维软件导入[9]。

利用ADAMS软件可以分析出所研究的机械产品的运动特性。ADAMS运动运动仿真分析时，首先分析机械系统由哪些机构组成，确定其中的构件与自由度，选定构件中的运动副，并根据实际长度选取合适的比例尺，确定各杆件之间的位置，设计出四连杆机构的运动简图。其次，为使四连杆机构的运动学研究更简单便捷，在利用ADAMS软件初始建模时，往往通过高副低代进行仿真分析，最后通过分析机构的六个自由度来确定运动构件。最终，在ADAMS中仿真出四连杆机构的运动轨迹与动态曲线[10]。

通过分析了机械四连杆机构的组成后，在ADAMS软件中导出四连杆机构的运动简图，确定了该构件中机架的长度，以及摇杆、连杆之间的位置关系，确定哪一个是主动件，哪一个是从动件。如图1所示，ADAMS软件中具有创建模型的功能区，在该功能区可以进行实体建模，并设定运动副，通过驱动与施加力等仿真模块来给予模型进行运动仿真。最后通过图2所示的连接关系功能区模块来确定各构件之间的关系。各运动副包括构件之间的固定副、移动副、旋转副等。并通过驱动模块给摇杆添加驱动力，模拟四连杆机构运动的实际运动情况。最后在设置框里添加所需的仿真参数。利用多体动力学原理来指导ADAMS进行仿真，最后采用多体动力学理论来验证仿真曲线或者仿真动态图准确性。这样就可以通过ADAMS的仿真将运动过程大大简化，减少了运动学研究的工作量，并且提高了辅助分析的精确性与高效性[11]。

3典型的机械四连杆机构运动仿真

3.1平面四杆机构理论知识

平面连杆机构在现代工程机械和现代农业机械中应用相当广泛。通过曲柄摇杆机构、导杆机构、曲柄滑块机构三种机构的逐渐演变，形成了铰链四杆机构。平面四杆机构作为现代机械中较为经典的机械系统中的一种。在研究平面四杆机构时，主要研究四杆机构的分类，是否存在曲柄，以及摇杆最大转动角，曲柄与摇杆之间的压力角、传动角之间的关系，机构不同位置的死点问题[12]。在图3所示中，四杆机构中的摇杆在左右两边存在极限位置，AB作为该机构的曲柄，以一定的角速度做匀速转动，BC为连杆，CD作为从动件，CD杆绕着D点转动，C1、C2为CD杆转动时的两个极限位置时的极限点，CD杆与BC杆之间所形成的夹角为极位角。从图4中可知，AB杆逆时针转动时，为曲柄的正行程，将曲柄转过的角度设为α，当AB杆回位转动时，其转过的角度设为β，则曲柄正向转动与回位转动时的平均速度之比i为

當曲柄AB杆以另一个速度作匀速转动时，连杆BC与摇杆CD在点C的受力情况如图3所示。其中，Ft是带动摇杆向前运动的有效分力，它与力F所形成的锐角a 称为压力角，Fn是在四杆机构运动中，由BC引起的阻挡CD向前运动的分力，它与力F的夹角δ称为传动角，传动角δ与压力角a互为余角。力Fn， F，Ft关系为

3.2ADAMS运动仿真分析

通过仿真建模与机构简图进行分析计算，已经得出了四杆机构中摇杆的运动路径，并且确定了摇杆受力大小与压力角之间的关系。但是对于摇杆的摆动规律、曲柄的角速度、压力角随时间变化规律，解析法与作图法都存在局限性，并且工作量大、计算难度高、解决过程复杂。在学习这一类机械系统运动规律过程中，受实验器材和时间的制约，采用作图法很难得出结果，用解析法进行求解，基本以数学公式为主，推导难度较大，求解过程复杂，即便推导出相关公式，由于计算量很大，在求解过程中容易出错，对于求解机械系统的运动属性没有优势，严重影响了研究的进度与准确性，利用作图法和解析法不能够把机构创新设计更好的应用于机械工程中，设计出具有创造性的机械产品难度较高。

针对作图法与解析法求解问题时的不足，采用ADAMS运动学仿真软件，在ADAMS/View界面下，建立四杆机构的模型，如图5所示。在所建立的四杆机构中，A点为曲柄转动中心点，D点为摇杆一端固定点，A点和D点的位置不会随着机构的运动而改变。曲柄为AB杆件，连杆为BC杆，摇杆为CD杆，由于AD两点固定，故A点与D点的连线为机架。创建好模型后，在创建连接关系的功能区模块中，进行约束添加，曲柄与摇杆为转动副，并设置曲柄AB的驱动力为120N。设定的仿真时间为3s，当曲柄转动一周时，其最高步长为120mm。静力学、运动学、动力学的问题都可以利用ADAMS/Solver中建立的机构系统模型来求解，并通过该软件里的后处理Postprocessor模块来仿真处理结果，最终求解得出的位移、速度、加速度、反作用力等通过动画、曲线或者报表来显示ADAMS所得出的求解结果。

利用ADAMS软件里的分析模块，通过模块里的点轨迹追踪的功能可以清晰的显示出摇杆点C的运动轨迹，与普通作图法相比较，左右极限点位置一样，但是ADAMS追踪出来的轨迹更直观准确。传动角是鉴别平面四连杆机构传力状况优劣的一项重要参数，通过ADAMS软件分析可知，传动角越大传动情况越好，但是通过传统的作图法和解析法不能直接地体现传动角随时间的变化情况，不能分析出曲柄的传动特性，通过ADAMS软件的运动仿真分析功能，可以测出传动角随时间变化的规律曲线，如图6所示。通过ADAMS可以分析出摇杆的运动特性曲线，通过摇杆点C的位移、速度来表现摇杆CD的运动特性，如图7所示。通过曲线可以分析出摇杆作往复运动，同时可以知道曲柄正转时用的时间比曲柄回位使用的时间长，与运动学理论相符合。图7直观地显示了摇杆的运动特性，这是作图法和解析法都不能体现的，因此通过ADAMS的分析研究模块为平面四杆机构的研究提供了便利，不断对机構进行优化设计，使目标达到设计所需。

4结论

本文通过ADAMS动力学运动仿真软件对平面四连杆机构进行分析，分析出了摇杆传动角、位移、速度的运动特性，弥补了作图法和解析法的不足，增强了机械系统求解问题的方法，直观的体现了多体动力学的运动情况。有利于多体动力学理论的研究，缩短了机械系统创新设计的周期，使机械系统研究更具科学性，对多体动力学理论理解更为深刻。

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作者：栾建举　杜茂华