SY1407617李雪莹.docx

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SY1407617李雪莹

《产品设计与虚拟样机》

第1次作业

姓名：

李雪莹

学号：

SY1407617

班级：

SY14076

2014-11-02

基于ADAMS的对心滑块机构的建模

与仿真分析

SY1407617李雪莹

北京航空航天大学机械工程及自动化学院（北京100191）

摘要

本文主要以对心曲柄滑块机构为背景，在ADAMS环境下创建机构模型并进行运动仿真。

重点介绍ADAMS部分常用模块的应用，通过对ADAMS虚拟样机模型的控制，实现对滑块运动参数的分析。

关键词：

ADAMS；曲柄滑块；建模；运动仿真；.

1、曲柄滑块机构的设计要求

1）题目设计要求

在图1所示的对心曲柄滑块机构中，已知曲柄为100cm×10cm×5cm的钢质杆，连杆为200cm×10cm×5cm的钢质杆，滑块为50cm×50cm×50cm的钢质正方体，作用在曲柄上的驱动力矩为M1=20N·m。

（1）试建立该曲柄滑块机构的虚拟样机模型；

（2）请仿真机构的虚拟样机模型，并测量获取滑块3在0s~20s运动时间内的位移、速度和加速度的变化规律。

图1曲柄滑块机机构

2）求解步骤：

首先创建一个对心曲柄滑块机构模型，然后通过对曲柄施加驱动力矩，对模型进行仿真计算。

测量出滑块在0~20s时间中的位移、速度以及加速度随时间而变化的图像，分析仿真结果得出滑块运动规律。

2、建立虚拟样机模型：

1）设置工作空间和网格

根据题目中的数据大小，在建模开始时可以对工作环境进行适当设定，

如图2所示：

图2工作空间和网格设定

2）创建曲柄滑块模型

1创建曲柄

曲柄的创建过程是：

a单击Llnk工具按钮，展开选项区;

b选中Length并输入100cm，选中Width并输入10cm，选中Depth并输入5cm。

c单击工作区中的（0,0,0）位置;

d垂直上移光标，当出现曲柄几何形体后，单击工作区，则曲柄被创建，如图3所示。

将该构件更名为Crank。

图3曲柄创建

2创建连杆

连杆的创建过程是：

a单击Llnk工具按钮，展开选项区;

b选中Length并输入200cm，选中Width并输入10cm，选中Depth并输入5cm。

c单击工作区中的（0,1000,0）位置;

d水平向右移动光标，单击工作区，则连杆被创建，如图4所示。

e选中连杆，点击旋转中心，然后再单击工作区中的（0,1000,0）位置，在Angle框中输入30，点击顺时针旋转，得到最终连杆位置，如图5所示，更改名称为link；

图4连杆创建

图5连杆位置调整

3创建滑块

滑块的创建过程是：

（1）创建滑块模型

创建滑块模型的方法是：

a单击BOX工具按钮，展开选项区：

b选中Length并输入50cm，选中Height并输入50cm，选中Depth并输入50cm

c单击曲柄右端点，则滑块被创建，如图6所示。

将该构件更名为slider。

图6滑块创建

（2）调整滑块的位置

按如下的方法调整滑块的位置：

a单击位姿变换工具按钮，展开选项区；

b单击选中的滑块slider；

c在Distance文本框输入250mm；

d单击左移工具按钮；

e在Distance文本框输入250mm；

f单击下移工具按钮，如图7所示；

g单击Select工具按钮；

h单击SetthevieworientationtoRight工具按钮。

I单击位姿变换工具按钮，展开选项区；

j在Distance文本框输入250mm；

k单击右移工具按钮，则滑块的几何中心被调整到与曲柄右端点重合的位置，如图8所示；

l单击Select工具按钮；

m单击SetthevieworientationtoFront工具按钮，则可以从正面看到滑块在机构中的相对位置。

图7滑块的正面位置调整

图8滑块的右面位置调整

4创建运动副

（1）创建转动副JOINT_A

a单击RevoluteJoint工具按钮，展开选项区；

b选择1Location和NormalToGrid；

c单击曲柄下端点，转动副被创建，将其更名为JOINT_A；

创建转动副JOINT_B

a单击RevoluteJoint工具按钮，展开选项区；

b选择2Bod-1Loc和NormalToGrid；

c单击曲柄Crank；d单击连杆link；

e单击曲柄和连杆的连接点，则转动副被创建，将其更名JOINT_B，

如图9所示。

创建转动副JOINT_C

a单击RevoluteJoint工具按钮，展开选项区；

b选择2Bod-1Loc和NormalToGrid；

c单击连杆link；d单击滑块slider；

e单击曲柄和滑块的连接点，则转动副被创建，将其更名JOINT_C，

如图9所示（换为经典模式添加转动副）。

图9机构的转动副建立

（2）创建移动副

创建移动副的方法：

a单击TranslationJoint工具按钮，展开选项区；

b在下拉列表框中选择2Bod-1Loc和PickFeature；

c单击滑块Slider；

d单击连杆Link；

e单击滑块的中心；

f移动光标，使方向沿着水平方向，单击工作区，则移动副被创建，将该机构更名JOINT_C2,如图10所示。

图10机构的移动副建立

3）施加运动

根据“曲柄的驱动力矩为M1=20N·m”的要求，具体操作如下

A.单击AppliedForce:

Torque工具按钮，展开选项区；

B.其他保持默认，勾选Torque，并输入20000；

C.点击曲柄，再点击曲柄下端点，可得力矩，更名为Torque_M，如图11；

图11驱动力矩的施加

3、仿真与测试

1）仿真模型

仿真模型的过程是：

a在MainToolbox中单击InteractiveSimulationControls工具按钮，展开选项区；

b选择EndTime并将其值设置为20s，选择Steps并将其设置为500，如图12所示；

c单击Starorcontinuesimulation工具按钮，则开始进行模型仿真。

图12仿真设置

2）模型测试

（1）滑块位移、速度、加速度的测量

按照如下步骤测量滑块的位移；

a右击滑块slider，在快捷菜单中选择Part:

Rocker/Measure菜单项，打开PartMeasure对话框；

b在Characteristic下拉列表选中CMposition；

e单击OK按钮即完成角速度的测量，测量结果如图13所示。

采用相同的方法，可以得到滑块速度、加速度测量曲线，如图14、15所示。

图13滑块位移测量曲线图

图14滑块速度测量曲线图

图15滑块加速度测量曲线图

4、测试结果的处理和分析

处理：

a在MainToolbox中单击Plotting工具按钮，打开Adams/PostProcessor模块；

b在source的下拉菜单中选择Measures；

c选择滑块位移曲线图，单击AddCurves按钮即完成测量曲线的编辑。

如图16所示。

d单击PlotTracking按钮；

c在测量曲线图中横向移动光标；

e随着光标的移动，对应的位置点的坐标可以显示出来。

图16滑块位移曲线分析图

分析：

1）由位移-时间图像可以看出，滑块做的是往复运动，其最大行程为曲柄长度的2倍，即2000mm（200cm）。

2）由速度-位移图可以看出，本机构是存在急回特性的。

从理论上讲对心曲柄滑块机构并不存在急回特性，但由于在仿真过程中加入了重力且其驱动为曲柄上的驱动力矩，所以带来了急回。

3）由加速度-时间图可以看出，滑块存在加速度尖点，且加速度值有骤变，不稳定，随着时间推进，加速度有一个减小的趋势。

5、结束语

运用ADAMS动力学仿真分析软件，可以快速方便的建立机构的模型，并对其进行运动与动力学模拟。

由于虚拟样机本身的特点，有别于物理样机，只要能够表达机构真实的运动情况即可，并不需要完全再现机构本身的所有细节。

通过对模型进行参数化，可以实现设计参数的可更改性和关联性，对提高设计效率和产品系列化有重要意义。

虚拟样机具有低成本，易复制，易系列化等特点，对于节约设计成本和缩短产品开发周期有重要意义。

本次仿真，在驱动力矩施加上出现了问题，发现单位问题，系统默认以mm为单位，输入力矩M1=20N·m时应换算单位为20000N·mm，否则会出现驱动力矩太小难以带动机构运行；且研究发现，相同仿真时间内步长越长，仿真结果精确性越高，这有些类似有限元分析时的网格划分，越密精度越高。

参考文献:

【1】郭卫东.虚拟样机技术与ADAMS应用实例教程[M].北京:

北京航空航天大学出版社,2009年2月.