曲柄滑塊機(jī)構(gòu)建模與仿真

曲柄滑塊機(jī)構(gòu)建模與仿真一 軟件介紹機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)軟件是集成建模求解，可視化技術(shù)一體的運(yùn)動(dòng)仿真軟件，是當(dāng)前世界上使用范圍最廣，最負(fù)盛名的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真分析平臺(tái)。簡(jiǎn)稱ADAMS。該軟件是美國(guó)MDI公司(Mechanical Dynamics Inc.)開發(fā)的虛擬樣機(jī)分析軟件。ADAMS一方面是虛擬樣機(jī)分析的應(yīng)用軟件，用戶可以運(yùn)用該軟件非常方便地對(duì)虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析。它使用交互式圖形環(huán)境和零件庫、約束庫、力庫，創(chuàng)建完全參數(shù)化的機(jī)械系統(tǒng)幾何模型，其求解器采用多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論中的拉格朗日方程方法，建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程，對(duì)虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線。另一方面，又是虛擬樣機(jī)分析開發(fā)工具，其開放性的程序結(jié)構(gòu)和多種接口，可以成為特殊行業(yè)用戶進(jìn)行特殊類型虛擬樣機(jī)分析的二次開發(fā)工具平臺(tái)。它分為四個(gè)模塊：ADAMS/VIEW,ADAMS/Solver，ADAMS/Postprocessor以及ADAMS/Insight。二 幾何模型建立建立一個(gè)偏置滑塊機(jī)構(gòu)，滑塊在驅(qū)動(dòng)力的作用下推動(dòng)滑塊運(yùn)動(dòng)，滑塊曲柄力的作用下做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。主動(dòng)桿長(zhǎng)度為100mm,偏心距e=60mm，從動(dòng)桿長(zhǎng)300mm；w=3600r/min，兩桿的截面尺寸為10mm*25mm,滑塊長(zhǎng)100mm，底面直徑為80mm。所有構(gòu)件的材料為鑄鋼，密度為7800Kg/m3,彈性模量為E=2.02*105MPa,泊松比u=0.3。1.設(shè)置建模環(huán)境雙擊Adams -View圖標(biāo)，啟動(dòng)Adams View程序，建立一個(gè)New model，輸入Model Name，重力設(shè)置選擇Earth Normal參數(shù)；選擇系統(tǒng)默認(rèn)的工作單位MMKS系統(tǒng)，進(jìn)入到軟件界面，在settings菜單里選擇柵格間距及大小，間距設(shè)定為10mm。2.幾何建模（1）創(chuàng)建設(shè)計(jì)點(diǎn)根據(jù)桿件及滑塊的位置，預(yù)先創(chuàng)建Marker點(diǎn)，為后面的建模提供坐標(biāo)支持。（2）曲柄滑塊建模根據(jù)曲柄和滑塊的尺寸用主工具箱里的建模工具畫出曲柄和滑塊的模型，如下圖。圖1 曲柄滑塊模型（3）修改構(gòu)件的材料屬性在buildmaterialsnew中，出現(xiàn)添加新材料對(duì)話框，按照要求可以修改材料的屬性，這里將構(gòu)件的材料使用為鋼。3.添加運(yùn)動(dòng)約束（1）創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)副 在工具中選擇、然后選擇 出現(xiàn)參數(shù)欄設(shè)置，并設(shè)置參數(shù)欄參數(shù)。 （2）創(chuàng)建移動(dòng)副約束 在主工具欄上選擇相應(yīng)工具，在出現(xiàn)的參數(shù)設(shè)置欄中設(shè)置相應(yīng)參數(shù)。4.添加旋轉(zhuǎn)約束在主工具欄中選擇、 工具，在出現(xiàn)的對(duì)話框中設(shè)置參數(shù)。 目前已經(jīng)完成樣機(jī)的整個(gè)設(shè)計(jì)過程。以上步驟操作完成后可生成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的完整模型，如下圖所示：圖2 曲柄滑塊樣機(jī)模型三 運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析點(diǎn)擊工具欄中選擇仿真按鈕、 ，并分別設(shè)置“end time”和steps為0.05s和500，開始仿真。仿真結(jié)束后，進(jìn)入Postprocessor，分別繪制滑塊的質(zhì)心的位移、速度及加速度曲線，如下圖所示：圖3 滑塊質(zhì)心位移、速度及加速度曲線圖4 滑塊質(zhì)心位移曲線圖5 滑塊質(zhì)心速度曲線圖6 滑塊質(zhì)心加速度曲線仿真結(jié)果分析：從圖3 中可以看到滑塊質(zhì)心位移、速度及加速度的變化曲線，由于有偏心距存在，因此滑塊質(zhì)心的運(yùn)動(dòng)符合正弦規(guī)律，從圖形中也驗(yàn)證了這一點(diǎn)，可以看出曲線與實(shí)際運(yùn)動(dòng)較吻合。圖4是滑塊質(zhì)心位移曲線，由于滑塊始終與導(dǎo)桿相接觸，故滑塊質(zhì)心位移近似與正弦曲線，圖形中也顯示出來這一特征。圖5是滑塊質(zhì)心速度曲線，質(zhì)心速度的變化規(guī)律依然符合正弦曲線的規(guī)律，具有周期性的變化規(guī)律。圖6 是滑塊質(zhì)心加速度曲線，它是速度的導(dǎo)數(shù)，因此曲線與速度曲線的變化規(guī)律基本一致，仍然具有周期性變化規(guī)律。四 動(dòng)力學(xué)仿真分析在頂桿的端部作用著一個(gè)大小為200N的力，然后點(diǎn)擊工具欄中的仿真按鈕，把仿真類型變?yōu)閐ynamic，并分別設(shè)置“end time”和steps為4.0s和400，開始仿真。仿真結(jié)束后，進(jìn)入Postprocessor，分別繪制彈簧力、凸輪驅(qū)動(dòng)力矩及凸輪頂桿接觸力的曲線,如下圖所示：圖7 添加驅(qū)動(dòng)力矩變化曲線圖8 添加驅(qū)動(dòng)力矩和阻力變化曲線仿真結(jié)果分析：圖7是添加驅(qū)動(dòng)力矩變化曲線，由于滑塊和導(dǎo)桿一起做正弦曲線運(yùn)動(dòng)，變化規(guī)律也符合正弦曲線，圖形驗(yàn)證了這一點(diǎn)。圖8 是添加驅(qū)動(dòng)力矩和阻力變化曲線，從圖形中可以看出驅(qū)動(dòng)力矩也是周期性變化，里面含有高頻成分，整體變化規(guī)律符合正弦曲線。五 心得體會(huì)通過這次凸輪頂桿機(jī)構(gòu)建模與仿真，我初步學(xué)會(huì)了使用ADAMS軟件，并對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真分析。從仿真曲線看，基本符合機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，只有合適的參數(shù)才能生成較好的曲線形狀，這一點(diǎn)也需要在以后的學(xué)習(xí)工作中慢慢探索。 另外，我感覺對(duì)于工程應(yīng)用類軟件，要想真正的學(xué)好它，并不是能簡(jiǎn)