鎖緊桿槽輪機(jī)構(gòu)——多體動(dòng)力學(xué)報(bào)告

1、學(xué)院： 機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)院目 錄一、 課題內(nèi)容1二、課題分析21、分析機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)情況22、確定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)尺寸33、仿真分析目的4三、 建模仿真71、模型描述72、仿真結(jié)果93、仿真分析結(jié)論1010一、 課題內(nèi)容槽輪機(jī)構(gòu)由槽輪和圓柱銷組成的單向間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，又稱馬爾他機(jī)構(gòu)。它常被用來(lái)將主動(dòng)件的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成從動(dòng)件的帶有停歇的單向周期性轉(zhuǎn)動(dòng)。槽輪機(jī)構(gòu)有外嚙合和內(nèi)嚙合以及球面槽輪等。外嚙合槽輪機(jī)構(gòu)的槽輪和轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)向相反,而內(nèi)嚙合則相同，球面槽輪可在兩相交軸之間進(jìn)行間歇傳動(dòng)。鎖緊桿槽輪機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)曲柄上有一驅(qū)滾子，當(dāng)它進(jìn)入一個(gè)槽時(shí)，輸出輪就會(huì)迅速地轉(zhuǎn)位。在圖1中，鎖止桿上的圓滾（圖中將要滾出槽的圓滾）與槽相嚙

2、合以防止槽輪不轉(zhuǎn)位時(shí)的移動(dòng)。（圖 1）二、 課題分析1、 分析機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)情況根據(jù)課題要求，畫(huà)出機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，見(jiàn)圖2。本機(jī)構(gòu)由三個(gè)構(gòu)件組成：0為機(jī)架；1為六槽的槽輪，通過(guò)鉸鏈與機(jī)架相連；2的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，由一個(gè)凸輪、連桿和連桿末端的滾子組成，凸輪和連桿位置固定，通過(guò)鉸鏈E與機(jī)架相連，而連桿末端的滾子則通過(guò)高副A與槽輪相連；3為兩個(gè)連桿固定位置后通過(guò)鉸鏈D與機(jī)架相連，在兩個(gè)連桿的末端分別有兩個(gè)圓柱銷與連桿固定，其中一個(gè)滾子通過(guò)高副B與構(gòu)件2中的凸輪部分相接觸，另外一個(gè)滾子通過(guò)高副C與槽輪連接。（圖2）一個(gè)作平面運(yùn)動(dòng)的自由構(gòu)件具有三個(gè)自由度。若一個(gè)平面機(jī)構(gòu)共有n個(gè)活動(dòng)構(gòu)件。在未用運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接前，則活動(dòng)

3、構(gòu)件自由度總數(shù)為3n。當(dāng)用運(yùn)動(dòng)副將這些活動(dòng)構(gòu)件與機(jī)架聯(lián)接組成機(jī)構(gòu)后，則各活動(dòng)構(gòu)件具有的自由度受到約束。若機(jī)構(gòu)中有PL個(gè)低副，PH個(gè)高副，則受到的約束，即減少的自由度總數(shù)應(yīng)為2PL+ PH。因此，該機(jī)構(gòu)相對(duì)于固定構(gòu)件的自由度數(shù)應(yīng)為活動(dòng)構(gòu)件的自由度數(shù)與引入運(yùn)動(dòng)副減少的自由度數(shù)之差，該差值稱為機(jī)構(gòu)的自由度，并以F表示，即 F=3n-2PL-PH根據(jù)上述分析，該機(jī)構(gòu)的構(gòu)件總數(shù)N=4；活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n=3；有3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和0個(gè)移動(dòng)副，即低副P(pán)L=3；同時(shí)有3個(gè)高副，但任一時(shí)刻，構(gòu)建3兩端的滾子僅有一個(gè)與槽輪連接或與構(gòu)件2中凸輪連接，故實(shí)際高副P(pán)H=2。由此可得機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)為：F=3n-2PL-PH=33-2

4、3-12=1由于該機(jī)構(gòu)只有一個(gè)自由度，當(dāng)外力只給與一個(gè)動(dòng)力時(shí)，該機(jī)構(gòu)有確定運(yùn)動(dòng)。2、 確定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)尺寸對(duì)于仿真分析，我們需要知道該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸，由于此次仿真沒(méi)有給出具體的機(jī)構(gòu)參數(shù)，只有一張圖紙，為了得到仿真所需的機(jī)構(gòu)尺寸參數(shù)，對(duì)該鎖緊桿槽輪機(jī)構(gòu)ADAMS分析采用將機(jī)構(gòu)圖片輸入到AutoCAD中，通過(guò)在AutoCAD軟件中借助標(biāo)注功能來(lái)獲取運(yùn)動(dòng)尺寸。通過(guò)AutoCAD標(biāo)注得到機(jī)構(gòu)大致運(yùn)動(dòng)尺寸見(jiàn)圖3。（圖3）3、 仿真分析目的鎖緊桿槽輪機(jī)構(gòu)由具有徑向槽的槽輪1、具有圓滾和凸輪的撥桿2和止動(dòng)桿3及機(jī)架所組成。原動(dòng)件2作等速連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件1時(shí)而轉(zhuǎn)動(dòng)，時(shí)而靜止。當(dāng)撥桿2的圓滾A未進(jìn)入槽輪1的徑向槽

5、時(shí)，由于止動(dòng)桿3一端的圓滾將槽輪一槽卡住，故槽輪1靜止不動(dòng)。如圖2所示，當(dāng)原動(dòng)件的圓滾A進(jìn)入槽輪時(shí)，止動(dòng)桿的B端正好被原動(dòng)件的凸輪頂起，而止動(dòng)桿另一端的圓滾則被擠出槽輪，因而圓滾A能驅(qū)使槽輪轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)圓滾A開(kāi)始脫離槽輪的徑向槽時(shí)，槽輪的另一槽又被止動(dòng)桿3的圓滾卡住，致使槽輪1又靜止不轉(zhuǎn)，直至撥桿2的圓滾A再次進(jìn)入槽輪的另一徑向槽時(shí)，兩者又重復(fù)上述運(yùn)動(dòng)過(guò)程。槽數(shù)n和圓銷數(shù)k是槽輪機(jī)構(gòu)的兩個(gè)主要參數(shù)，為了使槽輪開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)和終止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度為零以免剛性沖擊，圓銷進(jìn)入或脫離槽輪的徑向槽時(shí)，圓銷中心的軌跡圓應(yīng)與徑向槽的中心線相切。槽輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)撥桿的轉(zhuǎn)角為 在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)中，槽輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間與原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)時(shí)間之

6、比稱為運(yùn)動(dòng)系數(shù)，用表示。對(duì)于單銷槽輪機(jī)構(gòu)，若原動(dòng)件等速轉(zhuǎn)動(dòng)一周為一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)，則時(shí)間比可轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)角之比，即 由于0，所以0，因此z3。由上式知，這種單銷槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)系數(shù)總小于05，即槽輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間總小于靜止時(shí)間。如果原動(dòng)件上均勻地裝有k個(gè)圓銷，那么，原動(dòng)件每轉(zhuǎn)過(guò)L就是一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán),其中L為槽輪徑向尺寸。若原動(dòng)件轉(zhuǎn)過(guò)一周所需時(shí)間不變，顯然原動(dòng)件完成一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)所需的時(shí)間應(yīng)為L(zhǎng)；帶動(dòng)槽輪轉(zhuǎn)動(dòng)一次所需時(shí)間仍為td，則 由于槽輪總是作間歇轉(zhuǎn)動(dòng)的，故運(yùn)動(dòng)系數(shù)r總小于1，所以由上式可得 由上式可知：當(dāng)z=3時(shí)，k15;當(dāng)z=4或5時(shí)，k=13；當(dāng)z6時(shí)，k12。槽數(shù)n的選擇除應(yīng)滿足工作要求外，還應(yīng)考慮機(jī)

7、構(gòu)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和機(jī)構(gòu)的尺寸大小。當(dāng)中心距a一定時(shí)，z越大，尺寸L也越大，故轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)槽輪的慣性力矩也越大，因此生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)用的槽輪槽數(shù)z常取為48，本例中取槽輪槽數(shù)n=6，理論上正確無(wú)誤。三、 建模仿真1、 模型描述通過(guò)前述分析，該鎖緊桿槽輪機(jī)構(gòu)可以進(jìn)行ADAMS仿真分析。下面為建模過(guò)程分析:第一步建立幾何模型：由于ADAMS軟件建模功能有限，而槽輪機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜，故采用在UG軟件中完成槽輪建模，而在ADAMS中完成其余部分的建模工作。首先在UG軟件中建立槽輪模型，然后將該槽輪模型文件以caolun.x_t格式導(dǎo)入ADAMS軟件中，接著在槽輪模型文件基礎(chǔ)上建立原動(dòng)件撥桿、凸輪和止動(dòng)桿。第二步定義約束

8、：由于在ADAMS中沒(méi)有機(jī)架，故原與機(jī)架相連的的槽輪、撥桿和止動(dòng)桿分別通過(guò)三個(gè)旋轉(zhuǎn)副與地連接；由于撥桿和槽輪、止動(dòng)桿和撥桿凸輪、止動(dòng)桿與槽輪都為高副接觸，所以分別定義三個(gè)接觸以約束撥桿和槽輪、止動(dòng)桿和撥桿凸輪、止動(dòng)桿與槽輪。第三步定義原動(dòng)件：運(yùn)行仿真需要原動(dòng)件提供動(dòng)力，從前述分析可知，該動(dòng)力應(yīng)有撥桿提供，故在撥桿與地的旋轉(zhuǎn)副上施加一個(gè)運(yùn)動(dòng)。第四步施加載荷：原機(jī)構(gòu)圖中有一彈簧與止動(dòng)桿相連，仿真中省略彈簧，以一個(gè)水平方向的力代替彈簧力。（圖4）通過(guò)以上步驟，就可以建立起ADAMS仿真所需的模型，見(jiàn)圖4。但模型的正確與否還需要通過(guò)ADAMS軟件自帶檢測(cè)功能對(duì)建立的模型進(jìn)行檢測(cè)，拓?fù)鋵W(xué)檢測(cè)結(jié)果如下：M

9、odel verified successfullyTopology of model: model_1_jilun Ground Part: ground Part ground Is connected to: jiyuan via JOINT_1 (Revolute Joint) tulun via JOINT_2 (Revolute Joint) zhidonggan via JOINT_3 (Revolute Joint) zhidonggan via SFORCE_1 (Single_Component_Force) Part jiyuan Is connected to: gro

10、und via JOINT_1 (Revolute Joint) tulun via CONTACT_1 (Contact) zhidonggan via CONTACT_3 (Contact) Part tulun Is connected to: ground via JOINT_2 (Revolute Joint) jiyuan via CONTACT_1 (Contact) zhidonggan via CONTACT_2 (Contact) Part zhidonggan Is connected to: ground via JOINT_3 (Revolute Joint) gro

11、und via SFORCE_1 (Single_Component_Force) tulun via CONTACT_2 (Contact) jiyuan via CONTACT_3 (Contact) 通過(guò)檢測(cè)，模型建立正確，可以運(yùn)行仿真。2、 仿真結(jié)果運(yùn)行ADAMS程序，可見(jiàn)鎖緊桿槽輪機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)曲柄上有一驅(qū)滾子，當(dāng)它進(jìn)入一個(gè)槽時(shí)，輸出輪就會(huì)迅速地轉(zhuǎn)位。與此同時(shí)，鎖止桿上在槽輪內(nèi)的圓滾由于與撥桿固定的凸輪將止動(dòng)桿頂起而被擠出槽輪，當(dāng)撥桿末端滾子離開(kāi)槽輪瞬間，由于撥桿受水平向右方向的拉力，撥桿末端的滾子再次與槽輪相嚙合以防止槽輪不轉(zhuǎn)位時(shí)的移動(dòng)。仿真情況見(jiàn)圖5。（圖5）為了檢測(cè)機(jī)構(gòu)性能，我們可以查看槽輪在個(gè)過(guò)程中受沖擊情況，特別是撥桿剛接觸槽輪時(shí)的瞬間沖擊情況，具體可以測(cè)量，槽輪與大地的轉(zhuǎn)動(dòng)副上受到的力矩情況見(jiàn)圖6。（圖5）從上圖可以清楚地看到，該槽輪機(jī)構(gòu)在撥桿剛接觸和離開(kāi)時(shí)受到較大的沖擊，而且離開(kāi)時(shí)收到的沖擊更大，這也說(shuō)明止動(dòng)桿設(shè)計(jì)的不合理，對(duì)機(jī)構(gòu)的是性能產(chǎn)生了較大的影響。3、 仿真分析結(jié)論從以上分析結(jié)果可以看出，鎖緊桿槽輪機(jī)構(gòu)很好的的實(shí)現(xiàn)了槽輪間歇運(yùn)動(dòng)、并能夠有效的防止在槽輪間歇期間的自動(dòng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。但該