SY1407617李雪莹.docx

1、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，

2、已知曲柄为100cm10cm5cm的钢质杆，连杆为200cm10cm5cm的钢质杆，滑块为50cm50cm50cm的钢质正方体，作用在曲柄上的驱动力矩为M1=20Nm。（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0s20s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020s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

3、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

4、,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

5、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Set the view orientation to Right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Set the vi

6、ew orientation to Front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_Aa 单击Revolute Joint工具按钮，展开选项区； b 选择1 Location和Normal To Grid； 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_Ba 单击Revolute Joint工具按钮，展开选项区； b 选择2Bod-1 Loc和Normal To Grid； 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

7、被创建，将其更名JOINT_B，如图9所示。 创建转动副JOINT_Ca 单击Revolute Joint工具按钮，展开选项区； b 选择2Bod-1 Loc和Normal To Grid； 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Translation Joint工具按钮，展开选项区； b 在下拉列表框中选择2 Bod-1 Loc和Pick Feature； c 单击滑块Slider； d 单击连杆Link；

8、 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=20Nm”的要求，具体操作如下A.单击Applied Force: 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Main Toolbox中单击Interactive Simulation Controls工具按钮，

9、展开选项区； b 选择End Time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Star or continue simulation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Part Measure对话框； b 在Characteristic下拉列表选中CM position； 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

10、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Main Toolbox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Add Curves按钮即完成测量曲线的编辑。如图16所示。 d 单击Plot Tracking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

11、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=20Nm时应换算单位为20000Nmm，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.