基于A(yíng)dams的槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真

孫科 長(zhǎng)江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院

引言：槽輪機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于機(jī)械傳動(dòng)裝置中,其作用是將主動(dòng)撥盤(pán)的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為從動(dòng)輪槽輪的間歇運(yùn)動(dòng),以達(dá)到間歇進(jìn)給、轉(zhuǎn)位和分度等工作要求。槽輪機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,外形尺寸小,機(jī)械效率高,能準(zhǔn)確控制轉(zhuǎn)角,以及能較平穩(wěn)地、間歇地進(jìn)行轉(zhuǎn)位等優(yōu)點(diǎn),其缺點(diǎn)是動(dòng)程不可調(diào)節(jié),從動(dòng)槽輪在打開(kāi)和停止時(shí)有剛性沖擊,所以適用于中速場(chǎng)合。

1 、ADAMS軟件概述

虛擬樣機(jī)技術(shù)的工程應(yīng)用建立在界面友好、功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定的商品化虛擬樣機(jī)軟件之上。美國(guó)MSC公司在多體系統(tǒng)領(lǐng)域的標(biāo)志產(chǎn)品MSC.ADAMS進(jìn)過(guò)多年的發(fā)展，已經(jīng)成為虛擬樣機(jī)技術(shù)平臺(tái)的杰出代表，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、鐵道、船舶、航空航天等行業(yè)。ADAMS由基本模塊、擴(kuò)展模塊、接口模塊、專(zhuān)業(yè)模塊及工具箱組成，其中基本模塊包括ADAMS/View(用戶(hù)界面模塊)、ADAMS/Solver(求解器)、ADAMS/PostProcessor(專(zhuān)業(yè)后處理模塊)。

2 、槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)用及參數(shù)設(shè)計(jì)

2.1 槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)行原理

槽輪機(jī)構(gòu)的典型結(jié)構(gòu)如圖1所示，它由主動(dòng)撥盤(pán)、從動(dòng)槽輪和機(jī)架組成。撥盤(pán)以等角速度作連續(xù)回轉(zhuǎn)，當(dāng)主動(dòng)盤(pán)上的圓銷(xiāo)未進(jìn)入槽輪的徑向槽時(shí)，由于槽輪的內(nèi)凹鎖止弧被撥盤(pán)的外凹槽鎖止弧卡住，故槽輪不動(dòng)。圖示1為圓銷(xiāo)鋼進(jìn)入槽輪徑向槽時(shí)的位置，此時(shí)鎖止弧又也剛被松開(kāi)。此后，槽輪受圓銷(xiāo)的驅(qū)使而轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)圓銷(xiāo)在另一邊離開(kāi)徑向槽時(shí)，鎖止弧又被卡住，槽輪又靜止不動(dòng)。直至圓銷(xiāo)再次進(jìn)入槽輪的另一個(gè)徑向槽時(shí)，又重復(fù)上述運(yùn)動(dòng)。所以槽輪作時(shí)動(dòng)時(shí)停的間歇運(yùn)動(dòng)。此外，當(dāng)圓銷(xiāo)開(kāi)始進(jìn)入和退出徑向槽時(shí)，由于角加速度有突變，故在此兩瞬時(shí)有柔性沖擊。而且槽輪的槽數(shù)愈少，柔性沖擊愈大。因存在柔性沖擊的缺點(diǎn)，故常用于速度不太高的場(chǎng)合。如轉(zhuǎn)塔車(chē)床上的刀具轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)。它還常在電影放映機(jī)中用以間歇移動(dòng)膠片等。

圖1 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖

2.2 槽輪的尺寸計(jì)算

對(duì)于外槽輪機(jī)構(gòu), 為了避免或減輕從動(dòng)輪在開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)和停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的碰撞或沖擊, 撥銷(xiāo)應(yīng)停止在開(kāi)始進(jìn)入徑向槽或剛從徑向槽脫出的狀態(tài)。即撥銷(xiāo)中心的線(xiàn)速度方向均是沿著徑向槽的中心線(xiàn)方向,以便從動(dòng)槽輪在打開(kāi)和停止時(shí)的瞬間角速度為零。因此有

式中z—從動(dòng)槽輪的槽數(shù)。

當(dāng)主動(dòng)撥盤(pán)以等角速度 A 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí), 從動(dòng)槽輪轉(zhuǎn)動(dòng)一次所需的時(shí)間

因此, 有

同理, 對(duì)于內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)

由式（5）、式（6）可知, 外槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)系數(shù)k 應(yīng)大于零。因此,其槽數(shù)z 應(yīng)大于3。當(dāng)n=1，k 總是小于0. 5, 即外槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間總是小于停歇時(shí)間。

由于槽輪機(jī)構(gòu)常做間歇運(yùn)動(dòng), 它會(huì)有間歇時(shí)間, 所以運(yùn)動(dòng)系數(shù)k 總是小于1。因此, n 與z 的關(guān)系為

通常取z=4～ 8 。本文的仿真采用了z=4。

3 ProE槽輪機(jī)構(gòu)建模、裝配及導(dǎo)入adams

模型導(dǎo)入adams中先要在proe里將裝配體保存副本，保存格式為“.x_t”。注意保存的路徑不能有中文名稱(chēng)。然后在A(yíng)DAMS里把剛才的xxx.x_t文件import。導(dǎo)入的模型沒(méi)有質(zhì)量，要自己添加。。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖（圖1）對(duì)3.1建立的幾何模型進(jìn)行約束建模，整個(gè)約束建模的工作仍是在A(yíng)DAMS/View(用戶(hù)界面模塊)中利用主工具箱中的約束工具完成。該機(jī)構(gòu)中運(yùn)動(dòng)副處的約束分別為：主動(dòng)撥盤(pán)在中心點(diǎn)與大地形成轉(zhuǎn)動(dòng)副；從動(dòng)槽輪在中心點(diǎn)與大地形成轉(zhuǎn)動(dòng)副，機(jī)架形成固定件；完成后如圖2所示。

圖2 約束建模圖

4 、仿真結(jié)果后處理

仿真結(jié)果后處理在A(yíng)DAMS/PostProcessor（專(zhuān)業(yè)后處理模塊）下進(jìn)行。該模塊用來(lái)輸出高性能的動(dòng)畫(huà)，各種數(shù)據(jù)曲線(xiàn)，該模塊還可以進(jìn)行曲線(xiàn)的編輯和數(shù)字信號(hào)處理等，使用戶(hù)可以方便、快捷地觀(guān)察、研究ADAMS的仿真結(jié)果。本例主要是利用它的仿真曲線(xiàn)繪制功能。

在本例所需的從動(dòng)槽輪的運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)的獲取步驟基本如下：

轉(zhuǎn)換到ADAMS/PostProcessor，待載入曲線(xiàn)的空白頁(yè)面處單擊右鍵，在下來(lái)菜單中選擇“Load Plot（載入曲線(xiàn)）”命令。依次對(duì)Model、Source進(jìn)行選擇。Source選為Objects后選擇從動(dòng)槽輪（caolun2），再選擇characteristic下需要的項(xiàng)目，然后根據(jù)實(shí)際情況選擇Component，最后勾選Surf，即生成如圖3所示的曲線(xiàn)。

圖3 從動(dòng)槽輪運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)

圖中：紅實(shí)線(xiàn)——表示從動(dòng)槽輪在x方向的速度

藍(lán)色長(zhǎng)虛線(xiàn)——表示從動(dòng)槽輪在x方向的加速度

5 、總結(jié)

由槽輪的建模及仿真過(guò)程可知，利用ProE和ADAMS對(duì)機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行建模與仿真簡(jiǎn)單可行。它不但能使機(jī)構(gòu)的造型形象化、可視化，而且也使整個(gè)仿真過(guò)程更加準(zhǔn)確、形象、生動(dòng)。實(shí)現(xiàn)槽輪的自動(dòng)化設(shè)計(jì)，消除了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中許多弊端。基于A(yíng)DAMS的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真已經(jīng)進(jìn)入了可視化仿真以及虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)的新階段, 它是未來(lái)計(jì)算機(jī)仿真的發(fā)展方向。