基于ADAMS的空間折桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動計算機(jī)仿真分析

周蓓 秦立富 黃玉平

摘要：該文利用ADAMS給出了空間折桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動輸入與輸出關(guān)系以及輸出運(yùn)動特點(diǎn)，并且找到了折桿折角大小對機(jī)構(gòu)運(yùn)動的影響。為該空間折桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動原理研究提供了參考，對工程應(yīng)用提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：空間折桿機(jī)構(gòu)；計算機(jī)仿真；ADAMS

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）03-0234-02

空間折桿可以將輸入的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)閿[動輸出，并且結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，可以應(yīng)用于伺服舵機(jī)?？臻g折桿機(jī)構(gòu)的分析方法主要有圖解法和解析法。圖解法原理簡單、直觀易行，但繪圖誤差較大；解析法計算精度較高，但其推導(dǎo)過程復(fù)雜，編程工作量大，許多工程技術(shù)人員深感難以理解和推導(dǎo)。利用虛擬樣機(jī)技術(shù)，使用ADAMS軟件進(jìn)行計算機(jī)仿真，利用其豐富的建模工具和強(qiáng)大的運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)分析功能，可以方便、快速的分析折桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動的輸入/輸出之間的關(guān)系以及輸出運(yùn)動的特點(diǎn)。

1 虛擬樣機(jī)技術(shù)和ADAMS軟件概述

虛擬樣機(jī)技術(shù)（virtual prototyping technology）是利用軟件所提供的各零部件的物理和幾何信息，直接在計算機(jī)上對機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行建模和虛擬裝配，從而獲得基于產(chǎn)品的計算機(jī)數(shù)字模型，即虛擬樣機(jī)（virtual prototype），并對其進(jìn)行計算機(jī)仿真分析。這種方法使設(shè)計人員能在計算機(jī)上快速試驗(yàn)多種設(shè)計方案，直至得到最優(yōu)化結(jié)果，從而免去了傳統(tǒng)設(shè)計方法中物理樣機(jī)的試制，從而大幅度縮短了開發(fā)周期，減少了開發(fā)成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System）軟件是由美國MSC公司開發(fā)研制的集建模、求解、可視化技術(shù)于一體的虛擬樣機(jī)軟件，最主要的模塊為ADAMS/View（用戶界面模塊）和ADAMS/Solve（r求解器）。通過這兩個模塊，可以對大部分的機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行計算機(jī)仿真。進(jìn)行計算機(jī)仿真分析的模型既可以在ADAMS環(huán)境下直接建模，也可以從其它CAD軟件中導(dǎo)入，然后在模型上施加一定的運(yùn)動約束副、力或力矩的運(yùn)動激勵，就可以進(jìn)行運(yùn)動計算機(jī)仿真分析。

2 分析目的

折桿機(jī)構(gòu)原理圖如下：

圖1 折桿機(jī)構(gòu)原理圖

折桿折角為[θ]，左端是輸入端，右端是輸出端。輸入運(yùn)動為：桿的左端繞著公轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動的同時也繞著自轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動，即其公轉(zhuǎn)的同時自轉(zhuǎn)。

下面進(jìn)行折桿運(yùn)動計算機(jī)仿真分析，主要解決如下問題：

1）折角10°時，一周期內(nèi)折桿公轉(zhuǎn)角與擺角之間關(guān)系以及橫向位移變化情況。

2）折角15°時，一周期內(nèi)折桿公轉(zhuǎn)角與擺角之間關(guān)系以及橫向位移變化情況。

3）在折角10°與15°兩種情況下，橫向位移比較，以及公轉(zhuǎn)角與擺角關(guān)系的變化。

2 計算機(jī)仿真模型與輸入?yún)?shù)

計算機(jī)仿真模型如圖2，其中折點(diǎn)右段長度為300mm.

圖2 折桿adams計算機(jī)仿真模型

設(shè)折角為[θ]，擺角為[δ]，公轉(zhuǎn)角為[?]

折角為10°時，根據(jù)輸出擺動速度50[?s]，求得用于計算機(jī)仿真的輸入?yún)?shù)公轉(zhuǎn)角速度225[?s]，自轉(zhuǎn)角速度450[?s]。

折角為15°時，根據(jù)輸出擺動速度50[?s]，求得用于計算機(jī)仿真的輸入?yún)?shù)公轉(zhuǎn)角速度300[?s]，自轉(zhuǎn)角速度600[?s]。

3、計算機(jī)仿真分析結(jié)果

3.1 折角為10°時

1）擺角與公轉(zhuǎn)角的關(guān)系如下圖3所示

圖3 擺角與公轉(zhuǎn)角的關(guān)系（折角為10度）

擺角與公轉(zhuǎn)角的關(guān)系可以用[δ=δmaxcos（?）]，即[δ=20cos（?）]擬合如下，誤差可達(dá)0.039°。

2）橫向位移變化情況如下圖4所示

圖4 橫向位移（折角為10度）

橫向位移呈周期變化，最大可達(dá)到0.9mm， 分別在公轉(zhuǎn)角為36°，144°，216°，324°，最小為0mm。

3.2 折角為15[?]時

1）擺角與公轉(zhuǎn)角的關(guān)系如下圖5所示

圖5 擺角與公轉(zhuǎn)角的關(guān)系（折角為15度）

擺角與公轉(zhuǎn)角的關(guān)系可以用[δ=δmaxcos（?）]，即[δ=30cos（?）]擬合如下，誤差可達(dá)0.097[?]。

2）橫向位移變化情況如下圖6所示

圖6 橫向位移（折角為15度）

橫向位移呈周期變化，最大可達(dá)到2.03mm， 分別在公轉(zhuǎn)角為36°，144°，216°，324°時，最小為0mm。

3.3 在折角10°與15°兩種情況下計算機(jī)仿真分析比較，

與折角為15°相比較，折角為10°時，

1）輸出擺角與輸入公轉(zhuǎn)角關(guān)系曲線更接近于[δ=δmaxcos（?）]曲線；

2）最大橫向位移更小。

4 結(jié)束語

本文通過對折桿機(jī)構(gòu)原理分析，運(yùn)用ADAMS計算機(jī)仿真軟件進(jìn)行分析空間折桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特點(diǎn)情況，分析輸入運(yùn)動與輸出運(yùn)動的關(guān)系并用函數(shù)曲線擬合，找到輸出橫向位移與輸入運(yùn)動的關(guān)系。最終找到了折桿折角大小對機(jī)構(gòu)運(yùn)動的影響。為該空間折桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動原理研究提供了參考，對工程運(yùn)用具有很好的借鑒。

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