基于Admas的經(jīng)編機(jī)梳櫛機(jī)構(gòu)的建模及運動仿真分析

張楊，薛興國

（上海杉達(dá)學(xué)院滬東工學(xué)院，上海 200137）

基于Admas的經(jīng)編機(jī)梳櫛機(jī)構(gòu)的建模及運動仿真分析

張楊，薛興國

（上海杉達(dá)學(xué)院滬東工學(xué)院，上海 200137）

本文利用ADAMS軟件對經(jīng)編機(jī)梳櫛機(jī)構(gòu)整個運動過程進(jìn)行模擬仿真和運動學(xué)、動力學(xué)分析，得到可視化的數(shù)據(jù)結(jié)果。由偏心連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動實現(xiàn)梳櫛機(jī)構(gòu)的上下擺動，得到梳櫛擺臂在不同運動條件下位移、速度、加速度的變化狀況，充分利用了ADAMS軟件的優(yōu)勢，很好的展示了虛擬樣機(jī)開發(fā)產(chǎn)品的過程。

虛擬樣機(jī)技術(shù)；經(jīng)編機(jī)；梳櫛機(jī)構(gòu)；偏心連桿機(jī)構(gòu)；動力學(xué)分析

1 經(jīng)編機(jī)梳櫛連桿機(jī)構(gòu)仿真模型的建立

對于課題基于ADAMS的凸輪—連桿組合機(jī)構(gòu)的運功學(xué)分析，主要采用了經(jīng)編機(jī)梳櫛機(jī)構(gòu)的凸輪連桿的案例進(jìn)行完整的設(shè)計及分析，其大致示意圖如圖1所示。

根據(jù)要求，經(jīng)編機(jī)梳櫛結(jié)構(gòu)的偏心輪機(jī)構(gòu)可以簡化成AA0，AB兩個連桿機(jī)構(gòu)A點繞著A0旋轉(zhuǎn)，從而使得整個連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運動，最終使得梳櫛連桿進(jìn)行擺動。

對于課題基于ADAMS的梳櫛機(jī)構(gòu)的運動學(xué)分析，其梳櫛機(jī)構(gòu)主要有偏心輪機(jī)構(gòu)（主軸、偏心輪、偏心套、75mm連桿）、46mm連桿、40mm三孔連桿、梳櫛下拉桿等構(gòu)成。其中主軸旋轉(zhuǎn)，偏心輪是主動件。

圖1 經(jīng)編機(jī)的梳櫛連桿機(jī)構(gòu)

2 梳櫛機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)模型的建立

曲柄為偏心輪結(jié)構(gòu)的連桿稱為偏心輪機(jī)構(gòu)，也是四桿機(jī)構(gòu)，如果曲柄長度很短，則在桿狀曲柄兩端裝設(shè)兩個轉(zhuǎn)動副將存在機(jī)構(gòu)設(shè)計上的困難。而如果曲柄需安裝在直軸的兩支承之間，則將導(dǎo)致連桿與曲柄軸的運動干涉。因此將曲柄設(shè)計為偏心距為曲柄長的偏心輪。偏心輪機(jī)構(gòu)中取偏心距23mm，偏心套150mm，連桿75mm。再建立三孔連桿與46mm連桿機(jī)構(gòu)模型。梳櫛連桿DD0為300mm，梳櫛下拉桿DC2為562mm ，建立梳櫛下拉桿模型。最終可得ADAMS中完成的完整的二維實體模型，如圖2。

3 編機(jī)梳櫛連桿機(jī)構(gòu)的運動學(xué)及動力學(xué)分析

3.1 添加運動副及驅(qū)動

運動副關(guān)聯(lián)兩個構(gòu)件，并限制兩個構(gòu)件之間的相對運動。在定義運動副時，一般都需要選擇兩個構(gòu)件，即使在只選擇一個構(gòu)件的情況下，也需將另一個構(gòu)件默認(rèn)為是大地（Ground），而且是第一構(gòu)件相對于第二個構(gòu)件運動。

在ADAMS/View中的運動分為低副（Joints）、高副（High Pair Constraints）和基本副（Joint Primitives）3類，通過添加，可得圖3。

在ADAMS/View中，在模型上定義的驅(qū)動是將運動副未約束的其他自由度做進(jìn)一步約束，通過添加驅(qū)動，可得圖4。

4 運動學(xué)仿真和分析

在市場上的調(diào)研顯示，該種經(jīng)編機(jī)電機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)速為1000r/min，所以，設(shè)置添加在凸輪轉(zhuǎn)動副上的轉(zhuǎn)速為1000r/min。將其換算成ADAMS/ View旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的單位：時間單位為秒（s）、角速度單位（deg）、即轉(zhuǎn)速為6000deg/s，輸入運動的位置參數(shù)表達(dá)式為6000d·time。

圖2

圖3

圖4

在機(jī)構(gòu)進(jìn)行計算之后，通過程序仿真，在ADAMS后處理中可獲得構(gòu)件連桿AA0在轉(zhuǎn)速為1000r/min時，梳櫛連桿上的D點和D0點在Y方向上的相對位移仿真曲線、相對速度仿真曲線及相對運動加速度仿真曲線。

圖5 梳櫛連桿在Y方向上的相對位移圖

圖6 梳櫛連桿在Y方向上的相對速度圖

圖7 梳櫛連桿在Y方向上的相對運動加速度圖

由圖5～7可以看出，主動轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，梳櫛擺臂的運動規(guī)律如下：當(dāng)主軸α=0o～28.8o，梳櫛擺臂的運動加速度由2.5934×105mm/s2逐漸增大，相對位移由Y=-40.98mm開始逐漸降低，直至α=28.8°，梳櫛擺臂將至最低位置。

當(dāng)主軸α=28.8o～194.4o，梳櫛擺臂的相對位移逐漸增加至Y=69.44mm，期間梳櫛擺臂的加速度先減后增，當(dāng)α=129.6°時最低，為2.3631×105mm/s2，相對速度先增后減，當(dāng)α=93.6°時達(dá)到最高。

當(dāng)主軸α=194.2°～223.2°，此時梳櫛擺臂有個停滯時間，相對位移基本不變，相對速度也基本不變，只有加速度先增大后減小，當(dāng)α=208.8°時加速度為0。

當(dāng)α=223.2°～360°，梳櫛擺臂的相對位移不斷減小至初始位置，相對速度先減小后增大，當(dāng)α=331.2°時減小是最小值，加速度先減小后增大，當(dāng)α=288°時加速度減小至最小值2.3631×105mm/s2。

[1]梁德本，葉玉駒.機(jī)械制圖手冊[M].北京：高等教育出版社，1997.6[5]鄭建榮.ADAMS——虛擬樣機(jī)技術(shù)入門與提高[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.11.

[2]W-Tung Chang，Long-IONG Wu.Mechanical Error Analysis of Disk Cam Mechanisms with a Flat-Faced Follower.Journal of Mechanical Science and Technology. vol.20,No.3,pp.345-356,2006.

[3]王永廉.材料力學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.7.

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TS183.3

A

1671-0711（2017）04（下）-0087-02