基于ADAMS2014的凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計與仿真

2017-02-05  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

對于機(jī)械系統(tǒng)而言,ADAMS主要用于方案設(shè)計階段的機(jī)構(gòu)動力學(xué)仿真。我們可以看到,在ADAMS的最近幾個版本中,除了把界面變得清爽易用外,也陸續(xù)添加了一些專門為機(jī)構(gòu)設(shè)計的模塊。到ADAMS2014版為止,它所添加的機(jī)構(gòu)設(shè)計模塊包含了凸輪機(jī)構(gòu),齒輪機(jī)構(gòu),鏈傳動,帶傳動,繩傳動以及軸承,電動機(jī)七個方面的支持。該模塊的操作界面如下(在ADAMS/VIEW中):

本文將舉一個例子,說明如何在ADAMS2014中對凸輪機(jī)構(gòu)建模并仿真。

例子如下:

【問題】試設(shè)計一對心直動尖頂推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)的輪廓曲線,已知凸輪基圓半徑35mm,從動件行程40mm,其位移曲線如圖。

【問題分析】

從上述推桿的位移曲線可以看出,推桿的運(yùn)動包括四個過程:推程,遠(yuǎn)休止,回程,近休止。其中推程和回程均是一次多項(xiàng)式運(yùn)動規(guī)律。

在給定了凸輪的基圓半徑以后,使用作圖法,可以在AUTOCA中設(shè)計出凸輪的工作廓線。

這里使用ADAMS2014來繪制該凸輪廓線,并查看其壓力角的變化。

使用ADAMS2014提供的凸輪設(shè)計工具建模凸輪機(jī)構(gòu),需要有三個步驟:

(1)創(chuàng)建推桿的位移曲線

(2)根據(jù)(1)以及凸輪的參數(shù)創(chuàng)建凸輪廓線

(3)基于(1)和(2)以及其他設(shè)置創(chuàng)建凸輪機(jī)構(gòu)。這主要包括創(chuàng)建推桿的幾何體,推桿的運(yùn)動形式,以及各運(yùn)動副等。

下面使用上述步驟來創(chuàng)建該凸輪機(jī)構(gòu)。

1. 準(zhǔn)備工作

打開ADAMS2014,新建一個模型,設(shè)置長度單位是毫米,角度單位是度,由于要做運(yùn)動學(xué)分析,忽略重力。

2. 創(chuàng)建推桿的位移曲線

---

點(diǎn)擊machinery》cam中的第一個按鈕如下圖,開始創(chuàng)建推桿的位移曲線。

此時ADAMS會彈出對話框向?qū)А?

(2.1)指定推桿的運(yùn)動形式及自變量。

(1)設(shè)置從動件的位移曲線自變量是凸輪轉(zhuǎn)角。

(2)設(shè)定用函數(shù)構(gòu)造器來設(shè)置推桿的運(yùn)動規(guī)律

(3)設(shè)定從動件是平移。

進(jìn)入下一步

(2.2)創(chuàng)建推桿的運(yùn)動規(guī)律

如上圖所示,

首先指定位移曲線分為4段

然后分段確定運(yùn)動形式及相應(yīng)參數(shù)。

第1段定義為直線,輸入在Y軸的截距以及斜率。

第2段定義為常數(shù),是水平直線

第3段定義為直線,輸入在Y軸的截距以及斜率。

第2段定義為常數(shù),是水平直線

進(jìn)入下一步

(2.3)查看結(jié)果

在新彈出的對話框中用“plot”的方式查看ADAMS根據(jù)上述規(guī)律所生成的數(shù)據(jù)。

從上圖可以看出,其運(yùn)動規(guī)律與我們給定的是一樣的。

進(jìn)入下一步

(2.4)查看加速度

看一下,進(jìn)入下一步

(2.5)優(yōu)化位移曲線

不需要。進(jìn)入下一步。

(2.6)結(jié)果

這是優(yōu)化后的位移曲線。因?yàn)槲覀儧]有做優(yōu)化,所以結(jié)果與前面一致。

按FINISH結(jié)束推桿運(yùn)動規(guī)律的創(chuàng)建。

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3. 創(chuàng)建凸輪的輪廓線

點(diǎn)擊machinery》cam中的第2個按鈕如下圖,開始創(chuàng)建凸輪的輪廓線。

(3.1)設(shè)置凸輪的基本參數(shù)

按照上圖,設(shè)置是

盤形凸輪;

基圓半徑為35mm;

凸輪的厚度是10mm;

凸輪轉(zhuǎn)動的方向是Z軸方向。

(3.2)確定創(chuàng)建凸輪輪廓的依據(jù)

分別指定:

從動件用上一步剛創(chuàng)建的從動件運(yùn)動規(guī)律

這是一個對心凸輪機(jī)構(gòu)

推桿在平移

是尖頂推桿

(3.3)瀏覽凸輪輪廓線上的點(diǎn)數(shù)據(jù)集

按FINISH退出凸輪的創(chuàng)建。

則主窗口中凸輪出現(xiàn)。

4. 創(chuàng)建凸輪機(jī)構(gòu)

點(diǎn)擊machinery》cam中的第3個按鈕如下圖,開始創(chuàng)建凸輪的輪廓線。

(4.1)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。

(4.2)確定從動件的個數(shù)以及凸輪-從動件之間的連接方式

這里設(shè)定只用一個從動件,二者之間用約束的形式連接。

直接下一步。

(4.3)確定凸輪。

使用前面所創(chuàng)建的凸輪。

下一步。

(4.4)確定凸輪和地面的連接方式。

選擇凸輪與地面通過轉(zhuǎn)動副相互連接。

下一步。

(4.5)指定從動件的形狀及運(yùn)動形式。

這里只能瀏覽,

它是尖頂,平移,對心。

下一步。

(4.6)指定從動件的幾何參數(shù)

設(shè)定推桿的總長為100mm,尖端是20mm,其截面為5mm的圓形,直立。

下一步。

(4.7)指定從動件與機(jī)架之間的連接方式

確定它與地面之間是移動副。

下一步。

(4.8)空。

下一步。

(4.9)指定推桿上所施加的載荷

不施加。

下一步。

(4.10)定義質(zhì)量參數(shù)。

使用默認(rèn)值,完成。

創(chuàng)建的凸輪機(jī)構(gòu)如下圖所示。

5. 施加驅(qū)動

給凸輪-地面之間的轉(zhuǎn)動副施加旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。

驅(qū)動使用默認(rèn)值。

6. 仿真

仿真12秒,100步,進(jìn)行運(yùn)動學(xué)仿真。

7. 后處理

按F8進(jìn)入到后處理器。

(1)查看運(yùn)動學(xué)仿真的動畫。

(2)查看推桿的運(yùn)動規(guī)律。

可見,推桿的運(yùn)動規(guī)律與輸入一致。這證明凸輪的輪廓設(shè)計是正確的。

(3)查看壓力角。

可見,最大的壓力角為25度左右。一般直動推桿的許用壓力角為30度,所以這里壓力角是滿足要求的。

【總結(jié)】

ADAMS2014提供了一套完善的工具用于創(chuàng)建凸輪機(jī)構(gòu),只要預(yù)先確定了一些基本參數(shù),在輸入推桿的運(yùn)動規(guī)律后,就可以方便的創(chuàng)建出凸輪機(jī)構(gòu),并給出壓力角。實(shí)際上,它能夠計算的參數(shù)還有很多,限于篇幅,不再贅述。

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