基于Adams的凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真教程

1、姓名：xx 專業(yè)：機(jī)電信息工程 班級(jí)：機(jī)自xx 學(xué)號(hào)：xx基于adams的凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真摘要：虛擬樣機(jī)技術(shù)是一種嶄新的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù)，其中ADAMS軟件是目前最著名的虛擬樣機(jī)分析軟件之一。本文闡述了虛擬樣機(jī)技術(shù)和ADAMS軟件的特點(diǎn)及其應(yīng)用，以凸輪機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。主要運(yùn)用我們學(xué)習(xí)過(guò)的機(jī)械原理等理論知識(shí)對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的相關(guān)理論計(jì)算；利用ADAMS軟件在圖形顯示方面的優(yōu)勢(shì)，采用其基本模塊ADAMS/View(界面模塊)進(jìn)行一系列建模、運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)態(tài)模擬仿真工作，驗(yàn)證模型的正確性，并對(duì)機(jī)構(gòu)在整個(gè)周期內(nèi)的可行性進(jìn)行計(jì)算分析，記錄相應(yīng)信息，輸出所需要的位置、速度、加速度等曲

2、線與理論結(jié)果比較，充分展現(xiàn)虛擬樣機(jī)技術(shù)的優(yōu)越性，為虛擬樣機(jī)技術(shù)的深入研究打下基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：ADAMS；凸輪機(jī)構(gòu)；運(yùn)動(dòng)學(xué)分析；仿真引言 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用十分廣泛，在生產(chǎn)機(jī)械中應(yīng)用凸輪機(jī)構(gòu)可以較容易的實(shí)現(xiàn)不同的工作要求。特別是實(shí)現(xiàn)間歇式的運(yùn)動(dòng)過(guò)程！但是，目前對(duì)于該類模型的動(dòng)態(tài)仿真很少。本例主要就推程、回程等要求進(jìn)行預(yù)設(shè)。力圖通過(guò)adams實(shí)現(xiàn)對(duì)該凸輪機(jī)構(gòu)的構(gòu)建以及后續(xù)的仿真，并嘗試進(jìn)行一定的機(jī)構(gòu)優(yōu)化。1. 研究?jī)?nèi)容 這里，我主要研究?jī)?nèi)容為理論凸輪設(shè)計(jì)在adams中的設(shè)計(jì)及其動(dòng)態(tài)仿真。后續(xù)，根據(jù)輸出的相應(yīng)的速度、加速度曲線等將進(jìn)行一定的設(shè)計(jì)優(yōu)化。力圖真實(shí)還原凸輪機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)中的真實(shí)過(guò)程。2. 工作原理

3、凸輪機(jī)構(gòu)是由凸輪，從動(dòng)件和機(jī)架三個(gè)基本構(gòu)件組成的高副機(jī)構(gòu)。 凸輪是一個(gè)具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件，一般為主動(dòng)件，作等速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。 通過(guò)對(duì)凸輪輪廓進(jìn)行不同的設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件不同形式的運(yùn)動(dòng)。以此來(lái)滿足機(jī)械設(shè)計(jì)中對(duì)于運(yùn)動(dòng)的精細(xì)控制過(guò)程。3. 動(dòng)力學(xué)建模 （1）建模前期準(zhǔn)備情景設(shè)想：某公司需要設(shè)計(jì)一凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的間歇夾緊過(guò)程。其給出相應(yīng)數(shù)據(jù)如下。注：其他的暫不作要求。 （2）設(shè)計(jì)前期準(zhǔn)備。目前，凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要有：利用excel創(chuàng)建凸輪運(yùn)動(dòng)軌跡點(diǎn)，再導(dǎo)入相應(yīng)三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行建模。隨后再導(dǎo)入adams進(jìn)行一定的分析。利用函數(shù)直接在adams里進(jìn)行凸輪的創(chuàng)建與仿真。但是，這兩種方法

4、在實(shí)際的工程中都存在著極大地弊端。第一種方法，由于要在幾個(gè)軟件之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。一旦仿真出現(xiàn)問(wèn)題，就必須要修改原始的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。也就意味著所有的步驟都要重新做一遍。雖然也可以，但會(huì)耗費(fèi)大量的時(shí)間。對(duì)于工程實(shí)際來(lái)講往往不可取。第二種方法的話，雖然簡(jiǎn)介明了，但是由于涉及到函數(shù)問(wèn)題。就必須要求設(shè)計(jì)者對(duì)語(yǔ)言應(yīng)用能力有一定的造詣。同時(shí)，隨著仿真的難度加大，這類問(wèn)題必將會(huì)越來(lái)越明顯，也就會(huì)令凸輪的設(shè)計(jì)只能是那一部分人來(lái)做。不利于大眾的推廣！因而，基于上面的原因。下面我們將介紹一種新的設(shè)計(jì)方式！它對(duì)第二種方式（基于函數(shù)創(chuàng)建的方式）進(jìn)行了優(yōu)化。這里主要利用adams2014版本的凸輪插件進(jìn)行。（3）打開(kāi)adams軟

5、件，創(chuàng)建模型。 注：為了得出理想數(shù)據(jù)，這里不施加重力 （4）在Machinery（機(jī)構(gòu)）菜單下找到如下所示板塊。依次如圖進(jìn)行操作。 （5）進(jìn)行操作1，點(diǎn)開(kāi)后如下圖 注：Motion Type（運(yùn)動(dòng)類型）選擇Cam Angle Bassed（基于凸輪角度） Method（創(chuàng)建方式）選擇Function Bulider（函數(shù)創(chuàng)建）； Follow Displacement（推桿移動(dòng)方式）選擇Translational（平移） 5.1創(chuàng)建推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 注：第一段設(shè)置為POLY（直線），取斜率為0.3333； 第二段設(shè)置為CONST（常數(shù)），取其為40； 第三段設(shè)置位POLY（直線），取斜率為-0.

6、3333； 第四段設(shè)置為CONST（常數(shù)），取其為0； 5.2進(jìn)入下一步，查看結(jié)果 5.3一直下一步，因?yàn)榍€已經(jīng)符合設(shè)計(jì)要求，所以不對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化； （6）創(chuàng)建凸輪的輪廓線 6.1設(shè)置凸輪的基本參數(shù) 注：Cam Shape（凸輪類型）設(shè)置為Disk（盤型）； Minimum radius(基圓半徑)設(shè)置為35mm； Thickness（厚度）設(shè)置為10mm； Axis of rotation（轉(zhuǎn)動(dòng)軸）設(shè)置為Z軸。 6.2確定創(chuàng)建凸輪輪廓的依據(jù) 注：Follow Motion name（從動(dòng)件名字）選擇上一步創(chuàng)建的從動(dòng)件； Follow Arrangement（從動(dòng)件組合形式）選擇inline（

7、對(duì)心） Follow motion type（從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律）選擇translation（平移） Follow Geometry（從動(dòng)件結(jié)構(gòu)）選擇knife edge（尖頂） 6.3瀏覽凸輪輪廓線上的點(diǎn)數(shù)據(jù)集 6.4點(diǎn)擊finish完成凸輪創(chuàng)建 （7）創(chuàng)建凸輪機(jī)構(gòu) 7.1點(diǎn)擊machinerycam中的第3個(gè)按鈕如下圖，開(kāi)始創(chuàng)建凸輪的輪廓線。 7.2指定名字 這里指定凸輪機(jī)構(gòu)的名字，推桿的名字，以及凸輪輪廓。 直接下一步 7.3確定從動(dòng)件的個(gè)數(shù)以及凸輪-從動(dòng)件之間的連接方式 注：這里設(shè)定為只用一個(gè)從動(dòng)件，二者之間用約束（constraint）的形式連接。 7.4確定凸輪。 注：右鍵選擇前面創(chuàng)建

8、的凸輪 7.5確定凸輪和地面的連接方式。 注：注意rigid body name（剛體名字）右鍵選擇為地面 7.6指定從動(dòng)件的形狀及運(yùn)動(dòng)形式 注：這里不可更改，它是尖頂、平移、對(duì)心 7.7指定從動(dòng)件的幾何參數(shù) 注：設(shè)定推桿的總長(zhǎng)為100mm，尖端是20mm，其截面為5mm的圓形，直立。 7.8指定從動(dòng)件與機(jī)架之間的連接方式 注：確定它與地面之間是移動(dòng)副。 7.9指定推桿上所施加的載荷 注：為了得出理想數(shù)據(jù)，這里不施加載荷 7.10定義質(zhì)量參數(shù)。3.數(shù)據(jù)分析通過(guò)施加驅(qū)動(dòng)，得出如下圖形：（1）檢測(cè)位移曲線分析：通過(guò)圖片可以看到，該圖形完全達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期效果（2）檢測(cè)壓力角分析：可見(jiàn)，最大的壓力角小于

9、30度。一般直動(dòng)推桿的許用壓力角為30度，所以這里壓力角是滿足要求的。 （3）查看速度與加速度分析：可見(jiàn)，速度和加速度符合運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律。圖中可以看出，運(yùn)行圖像還是相對(duì)較平穩(wěn)。易于控制升程回程時(shí)間。但在幾個(gè)部分交界處，加速度以及速度有明顯突變。根據(jù)F=ma，可見(jiàn)在此處有極大的沖擊。因而，不符合工程實(shí)際。需要進(jìn)行機(jī)構(gòu)優(yōu)化。4. 機(jī)構(gòu)優(yōu)化 由于實(shí)際工作中，存在重力。而且，凸輪以及推桿實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)是需要考慮材料的。同時(shí)，尖頂推桿實(shí)際工作中腳容易磨損。故試進(jìn)行下列優(yōu)化： （1）添加重力 （2）對(duì)凸輪輪廓及推桿進(jìn)行優(yōu)化 注：其他設(shè)置無(wú)太大變化，主要是這里的Follow Geometry（從動(dòng)件結(jié)構(gòu)）選擇cir

10、cular end（推桿接觸部分為滾子）。創(chuàng)建后，嘗試添加驅(qū)動(dòng)進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，出現(xiàn)下圖： 錯(cuò)誤原因大致為：封閉曲線,曲線/ 1,第一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)和最后一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)需要有相同的坐標(biāo)。請(qǐng)改變曲線的數(shù)據(jù)來(lái)滿足這個(gè)要求。如下圖，原因可清晰看出 經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試，最終原因確定為由于預(yù)定函數(shù)圖像為線形圖像，在結(jié)合處不夠圓滑。導(dǎo)致實(shí)際生成凸輪輪廓在接口處會(huì)有突變。如果使用尖頂凸輪的話，因尖頂不存在半徑，所以解算時(shí)不考慮。但如果為其他滾輪等，因?yàn)橛邪霃酱嬖凇３绦蛐枰紤]半徑的情況。兩者結(jié)合引發(fā)沖突，所以會(huì)報(bào)錯(cuò)。故這里暫選用尖頂，不設(shè)計(jì)為滾輪等。 （3）對(duì)推桿添加彈簧，構(gòu)成力封閉。從而保證仿真接近實(shí)際 注：由于這里沒(méi)有實(shí)際參

11、數(shù)規(guī)定。所以只是設(shè)計(jì)為剛度系數(shù)取為100（N/mm）；阻尼系數(shù)取為1（N-sec/mm）。最終建立后，得出如下圖：1、監(jiān)測(cè)位移曲線可見(jiàn)，壓力角在32度左右。勉強(qiáng)符合壓力角規(guī)定。2、檢測(cè)位移曲線注：符合預(yù)設(shè)條件3、檢測(cè)速度、加速度曲線注：前者為優(yōu)化后，后者為優(yōu)化前?？梢钥匆?jiàn)加速度變小了。相應(yīng)的，所承載的力也就減少了。這說(shuō)明通過(guò)添加重力以及彈簧力后，機(jī)構(gòu)是能夠進(jìn)行一定的優(yōu)化的。力的結(jié)果如下5.總結(jié)及感悟本次模擬仿真試驗(yàn)，一定程度的還原了利用adams進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)的過(guò)程。當(dāng)然，最后的結(jié)果實(shí)在不理想。主要反映為預(yù)設(shè)條件不是太恰當(dāng)和自己能力不強(qiáng)等方面。通過(guò)此次大作業(yè)，可以說(shuō)讓我進(jìn)一步掌握了對(duì)adams軟

12、件的操作。同時(shí)，在本次作業(yè)中。我也深刻體會(huì)到了基礎(chǔ)知識(shí)的重要性。猶記得剛開(kāi)始我的凸輪設(shè)計(jì)是采用函數(shù)設(shè)計(jì)。當(dāng)時(shí)去查了很多資料，但還是一頭霧水。后來(lái)，聽(tīng)取老師建議選擇excel加三維軟件再加adams的模式。但實(shí)際設(shè)計(jì)下來(lái)，發(fā)現(xiàn)這樣的方式轉(zhuǎn)換下來(lái)有一定的工作量。于是，我就開(kāi)始上網(wǎng)去查閱資料，尋求解決辦法。終于有一天我發(fā)現(xiàn)adams2014版本已經(jīng)支持基于圖像的凸輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。于是，我便最終選擇了這種模式。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，基本屬于摸著石頭過(guò)河。由于英語(yǔ)基礎(chǔ)本就不太好，每個(gè)界面的單詞幾乎都要去查閱資料。同時(shí)，對(duì)于實(shí)際過(guò)程的那個(gè)分段設(shè)計(jì)過(guò)程，也很是費(fèi)腦筋。雖然看起來(lái)就是幾條直線組合起來(lái)。但因?yàn)閷?duì)該界面很不熟悉，費(fèi)了很多腦筋。同時(shí)，后面的那個(gè)壓力角，也讓我發(fā)現(xiàn)了