曲柄滑塊機構(gòu)建模與仿真

1、曲柄滑塊機構(gòu)建模與仿真一 軟件介紹機械系統(tǒng)動力學(xué)自動分析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)軟件是集成建模求解，可視化技術(shù)一體的運動仿真軟件，是當(dāng)前世界上使用范圍最廣，最負(fù)盛名的機械系統(tǒng)動力學(xué)仿真分析平臺。簡稱ADAMS。該軟件是美國MDI公司(Mechanical Dynamics Inc.)開發(fā)的虛擬樣機分析軟件。ADAMS一方面是虛擬樣機分析的應(yīng)用軟件，用戶可以運用該軟件非常方便地對虛擬機械系統(tǒng)進行靜力學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)分析。它使用交互式圖形環(huán)境和零件庫、約束庫、力庫，創(chuàng)建完全參數(shù)化的機械系統(tǒng)幾何模型，其求解器采用多剛體系統(tǒng)

2、動力學(xué)理論中的拉格朗日方程方法，建立系統(tǒng)動力學(xué)方程，對虛擬機械系統(tǒng)進行靜力學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)分析，輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線。另一方面，又是虛擬樣機分析開發(fā)工具，其開放性的程序結(jié)構(gòu)和多種接口，可以成為特殊行業(yè)用戶進行特殊類型虛擬樣機分析的二次開發(fā)工具平臺。它分為四個模塊：ADAMS/VIEW,ADAMS/Solver，ADAMS/Postprocessor以及ADAMS/Insight。二 幾何模型建立建立一個偏置滑塊機構(gòu)，滑塊在驅(qū)動力的作用下推動滑塊運動，滑塊曲柄力的作用下做往復(fù)運動。主動桿長度為100mm,偏心距e=60mm，從動桿長300mm；w=3600r/min，兩桿的截面

3、尺寸為10mm*25mm,滑塊長100mm，底面直徑為80mm。所有構(gòu)件的材料為鑄鋼，密度為7800Kg/m3,彈性模量為E=2.02*105MPa,泊松比u=0.3。1.設(shè)置建模環(huán)境雙擊Adams -View圖標(biāo)，啟動Adams View程序，建立一個New model，輸入Model Name，重力設(shè)置選擇Earth Normal參數(shù)；選擇系統(tǒng)默認(rèn)的工作單位MMKS系統(tǒng)，進入到軟件界面，在settings菜單里選擇柵格間距及大小，間距設(shè)定為10mm。2.幾何建模（1）創(chuàng)建設(shè)計點根據(jù)桿件及滑塊的位置，預(yù)先創(chuàng)建Marker點，為后面的建模提供坐標(biāo)支持。（2）曲柄滑塊建模根據(jù)曲柄和滑塊的尺寸用主

4、工具箱里的建模工具畫出曲柄和滑塊的模型，如下圖。圖1 曲柄滑塊模型（3）修改構(gòu)件的材料屬性在build>materials>new中，出現(xiàn)添加新材料對話框，按照要求可以修改材料的屬性，這里將構(gòu)件的材料使用為鋼。3.添加運動約束（1）創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)副 在工具中選擇、然后選擇 出現(xiàn)參數(shù)欄設(shè)置，并設(shè)置參數(shù)欄參數(shù)。 （2）創(chuàng)建移動副約束 在主工具欄上選擇相應(yīng)工具，在出現(xiàn)的參數(shù)設(shè)置欄中設(shè)置相應(yīng)參數(shù)。4.添加旋轉(zhuǎn)約束在主工具欄中選擇、 工具，在出現(xiàn)的對話框中設(shè)置參數(shù)。 目前已經(jīng)完成樣機的整個設(shè)計過程。以上步驟操作完成后可生成曲柄滑塊機構(gòu)的完整模型，如下圖所示：圖2 曲柄滑塊樣機模型三 運動學(xué)仿真分析

5、點擊工具欄中選擇仿真按鈕、 ，并分別設(shè)置“end time”和"steps"為0.05s和500，開始仿真。仿真結(jié)束后，進入Postprocessor，分別繪制滑塊的質(zhì)心的位移、速度及加速度曲線，如下圖所示：圖3 滑塊質(zhì)心位移、速度及加速度曲線圖4 滑塊質(zhì)心位移曲線圖5 滑塊質(zhì)心速度曲線圖6 滑塊質(zhì)心加速度曲線仿真結(jié)果分析：從圖3 中可以看到滑塊質(zhì)心位移、速度及加速度的變化曲線，由于有偏心距存在，因此滑塊質(zhì)心的運動符合正弦規(guī)律，從圖形中也驗證了這一點，可以看出曲線與實際運動較吻合。圖4是滑塊質(zhì)心位移曲線，由于滑塊始終與導(dǎo)桿相接觸，故滑塊質(zhì)心位移近似與正弦曲線，圖形中也顯示出

6、來這一特征。圖5是滑塊質(zhì)心速度曲線，質(zhì)心速度的變化規(guī)律依然符合正弦曲線的規(guī)律，具有周期性的變化規(guī)律。圖6 是滑塊質(zhì)心加速度曲線，它是速度的導(dǎo)數(shù)，因此曲線與速度曲線的變化規(guī)律基本一致，仍然具有周期性變化規(guī)律。四 動力學(xué)仿真分析在頂桿的端部作用著一個大小為200N的力，然后點擊工具欄中的仿真按鈕，把仿真類型變?yōu)閐ynamic，并分別設(shè)置“end time”和"steps"為4.0s和400，開始仿真。仿真結(jié)束后，進入Postprocessor，分別繪制彈簧力、凸輪驅(qū)動力矩及凸輪頂桿接觸力的曲線,如下圖所示：圖7 添加驅(qū)動力矩變化曲線圖8 添加驅(qū)動力矩和阻力變化曲線仿真結(jié)果分析：圖7是添加驅(qū)動力矩變化曲線，由于滑塊和導(dǎo)桿一起做正弦曲線運動，變化規(guī)律也符合正弦曲線，圖形驗證了這一點。圖8 是添加驅(qū)動力矩和阻力變化曲線，從圖形中可以看出驅(qū)動力矩也是周期性變化，里面含有高頻成分，整體變化規(guī)律符合正弦曲線。五 心得體會通過這次凸輪頂桿機構(gòu)建模與仿真，我初步學(xué)會了使用ADAMS軟件，并對機構(gòu)進行運動學(xué)和動力學(xué)仿真分析。從仿真曲線看，基本符合機構(gòu)的運動規(guī)律，只有合適的參數(shù)才能生成較好的曲線形狀，這一點也需要在以后的學(xué)習(xí)工作中慢慢探索。 另外，我感覺對于工程應(yīng)用類軟件，要想真正的學(xué)好它，并不是