机械原理课程设计报告机器马 第9页
maxis=3.1416*0.02*0.02*1.4*density; //主轴为圆柱
paxis=(0.85-0.55)/2;
mcam=3.1416*0.175*0.175*0.03*density; //该部分为圆盘
pcam=0.775;
mothers=mneck+mhead+maxis+mcam;
pothers=(mneck*pneck+mhead*phead+maxis*paxis+mcam*pca
m)/mothers;
cout<<"其它部分（颈、头、主轴、凸轮）质量及质心位置为：
mothers="<<mothers<<","<<"pothers="<<pothers;
cout<<endl; cout<<endl; cout<<endl;
//以下计算整个机器马的质量和质心位置
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www.751com.cn cout<<"机器马的总质量为："<<m<<endl;
cout<<"机器马的质心坐标为："<<p<<endl;
cout<<endl;
cout<<endl;
cout<<"退出程序请输入'exit',然后按回车"<<endl;
cin>>x;
return 0;
}
以上即为重心计算及参数选择和优化时用到的计算程序，该程序
主要包括以各构件质量及重心位置计算及系统质量和重心的计算。
材料选择时，首先使用 ADAMS 中默认的钢料，即输入：
density_a=density_b=7800;械原理课程设计
从计算结果（下页图 1）中可以看出重心横坐标为 x=0.8092，而前腿
坐标为 x’=1.030，从 ADAMS 读出马的步长大约为 0.3 到 0.4 之间，
也就是说运动过程中可能会出现失稳现象。为解决这个问题，可以考
虑把马头部和颈部的换为密度较小的材料，比较铝合金。当换成铝合
金后，即输入：desity_a=7800;densit_b=2700;
这时可得重心位置坐标(下页图 2)为 x=3931，能很好地满足稳定性的
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图 2 中所示，机器马的质心位置的确满足要求，但是其质量却达
到了 500 千克以上，显然这与马的实际体重相比过大（常见种类的马
的实际体重约为 200 千克左右），而且对电机的要求也将大大提高，
所以还将选择其它的材料，使得最终的系统重心满足既定要求，材料
强度符合指标，同时质量也要与马的实际质量相近。经过反复的对比
修改，最终选定的材料为：头部和颈部采用 PVC（聚氯乙烯，密度约
为 1.3g/cm^3）,腿部采用铝合金材料（密度为 2.7g/cm^3）。最7
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终得到的结果如下页图 3 所示，质量和重心位置均符合要求。
在选定材料之后，如果要将作品进行实际加工，需要对强度进行
校核及选择电机功率。根据本次设计的特点，下面从定性方面分析上
述两项内容，以避免过多繁琐的计算过程。
首先，主要承力部分是马小腿部分。这一部分的材料为铝合金。
查资料可知铝合金的抗压强度和许用应力均为 200MPa 以上。而这一
部分杆件的危险截面积（取最小截面面积）为 5*10^(-4)平米，承力
约为 500 牛顿（最大不超过 1000 牛顿，不可能一只脚着地），所以受
到的应力约为 1MPa，远远小于许用应力大小，也就是说强是肯定是
符合要求的。
二、电机功率的定性分析
对于电机功率的选择，从 ADAMS 仿真分析中可以得到，主轴上受
力情况为：运动开始时受到一个较大的力矩作用，而运动稳定后受力
矩极小。这也就是说，尽管系统重量等很大，只要它开始运动之后，
其所需要的驱动功率其实是很小的。所以电机功率的选择不必过大，
但是对启动设置要求非常严格。因为如果选用中小功率的电动机，如
果启动转矩非常大，会造成电机电枢电流过大，严重时可能会出现电
动机损坏等情况。所以，电机选择不必太大，但启动方式需要较好地
控制电枢电流大小。根据电工学的有关知识可以知道，利用降压启动
和电枢高电阻启动可以很好地达到所以需要的目标。而且这两种启动
方式的参数选择有很大的灵活性，可以根据具体情况进行分析。因为
本次设计着重考虑的应该是机构方面的内容，电路方面并非重点，所
以这里不展开介绍。更详细的内容在高等教育出版社出版、秦增煌主
编的《电工学》和《电机与拖动》一书中均有详细介绍。
