基于ADAMS的平面机构运动仿真分析

梁 磊

（宝鸡文理学院机电工程系，陕西 宝鸡 721016）

在机构设计中，要求机构的从动件必须满足某种运动规律，这就需要对机构进行必要的运动分析。平面机构是比较常见的运动机构，对其运动规律的分析有多种方法，常见的分析方法是图解法和解析法。但是，图解法的设计精度低且费时，而解析法的计算工作量大，必须借助计算机编程处理。本文通过利用ADAMS 软件对经编机沉降片的运动机构分析，为其它平面多杆机构的分析提供了很好的借鉴作用。

经编机是一种重要的纺织机械，其主要组件有织针、导纱针、沉降片和压板（用于钩针机）。织针整列地装在针床上，随针床一起运动；导纱针装在条板上组成梳栉。经纱穿过导纱针的孔眼,随梳栉一起运动而绕垫在针上,通过织针、沉降片等成圈机件的相互配合运动而织成织物。传动沉降片运动性能的好坏直接影响织物的质量。因此，为了更好的了解其传动沉降片的运动，本文借助ADAMS 软件，通过仿真，可以确定构件的运动情况，检验构件之间是否干涉、执行件的运动是否与期望的相符。

1 经编机平面八杆机构概述

经编机中传动沉降片的平面八杆机构，如图1 所示，给定该机构的尺寸（单位：mm）如下：O3x=110，O3y=125，O5x=20，O5y=164.5,O7x=176，O7y=430，L1=20，L2=150，L3=50，L4=60，L5=20，L6=254，L7=180。又主动曲柄1 的角速度=20 rad/s，角加速度=0，试求主动曲柄角位移Φ1=0°~360°。在循环过程中，从动件7的角位移为Φ7、角加速度准觶7 和角加速度为准咬7。

图1 经编机中的平面八杆机构

2 ADAMS 软件下的仿真建模

2.1 启动ADAMS/View

（1）通过开始菜单运行ADAMS 2005，或直接双击桌面图标，启动ADAMS/2005。

（2）在欢迎对话框中，选择Create a new model 选项；设置好工作路径；在模型名字栏输入plane multi-lever mechanism；重力设置选择Earth Normal 选项；单位设置选择MMKS 系统。

（3）设置完毕单击OK 按钮。

2.2 设置建模环境

（1）在settings 菜单，选项Working Grid 项，设置工作栅格，Size 项中X 和Y 分别设为350 mm 和500 mm；Spacing 在X 和Y 向 全 为10.0，确 认Shout Working Grid 是选中状态，设置完毕单击OK 按钮。

（3）在Settings 菜单，选择Gravity 项，设置重力加速度对话框，确认Gravity 为选中状态，x=0.0，y=-9.806 65，z=0.0，设置完毕单击OK 按钮。

（4）在View 菜单中选择Coordinate Window F4，打开坐标窗口。

2.3 几何建模

（1）根据题目所给信息，在Auto/CAD 中绘出各杆件的位置关系并确定各绞点的位置：A（8.38，18.16）、B（69.96,154.71）、C（17.66,184.36）、D（-3.85,437.85）。

（3）在工具栏下方的参数设置中，选择默认设置：Add to ground 和Don’t Attach。

（4）在（0,0,0）位置处按鼠标左键，窗口中显示一个标记点，系统自动命名为Point_1。

（5）重复2-4 步，在（110,125,0）、（20,164.5,0）、（176,430,0）及A、B、C、D 位置处创建标记点，分别为Point_2、Point_3、Point_4、Point_5、Point_6、Point_7。

（6）用鼠标右键点击所创建的点，在弹出的菜单中选择Point_1：Point_1→Rename，重命名为O1。重复上述操作，依次将Point_2、Point_3、Point_4、Point_5、Point_6、Point_7 重命名为O3、O5、O7、A、B、C、D。

图2 多杆机构模型

图3 添加约束后多杆机构模型

（7）用鼠标右键点击曲柄，在弹出的菜单中选择Part wheel﹥Modify，设置曲柄的物理特性。在修改对话框中，可接受默认设置：Define Mass By 项选择Geometry and Material Type, 在Material Type 项中选择Materials steel。

2.4 添加约束

（1）为了更清楚地看见各种标记，在Settings 菜单中，选择Icons；在Size for all Model Icons 项中的New Size 栏输入0.2,设置完后单击OK 按扭。

（2）在L1与大地间建立旋转铰接副。在主工具箱中的连接工具集中，选择旋转铰接副，并设置参数：1 Location, Normal to Ground；在窗口内选择O1点，建立旋转副，系统自动命名为Joint_1。

（3）鼠标右键点击O1, 在弹出的菜单中选择O1→Modify,在修改对话框中确认连接的两个物体是L1和ground。

（4）接下来在L1和L2间建立一铰接副。在主工具箱中的连接工具中，选择旋转铰接副，并设置参数：2 Body-1 Loc，Normal to ground。用鼠标首先选择L1，在选择L2，然后然后选择A，建立旋转副，系统自动命名为Joint_2。

（5）接下来在L2与L3间建立铰接副。在主工具箱中的连接工具集中，选择旋转铰接副，并设置参数：2 Body-2 Loc,Normal to ground。用鼠标首先选择L2，再选择L3，然后点击B,建立旋转副，系统自动命名为Joint_3。接下来在L2和L4间建立铰接副，步骤同上。当构件个数超过2个并且交接在一点时，只需将设置参数改为：2 Body-2 Loc, Normal to ground 顺序建立铰接副即可。

（6）给曲柄添加运动约束，使之逆向360°旋转。在主动工具箱中选择旋转运动工具按扭，设置参数：在speed 栏输入（20.0r），即每秒转20 rad，选择O1，建立旋转运动，窗口内出现标志转动的大箭头，如图3 所示。

2.5 运动仿真

2.6 仿真结果

（1）在ADAMS 窗口中右键点击杆7，选择L7→Measure，Characteristic：选择CM angular velocity，Component：选择Z。点击Apply，出现L7的角速度图线如图4 所示。

（2）重复以上操作，在Characteristic 栏选择CM angular acceleration 测L7的角加速度，如图5 所示。

图4 L7 角速度曲线

图5 L7 角加速度曲线

（3）接下来用鼠标右键点击测量窗口，选择“transfer to full plot”命令，进入ADAMS/ Postprocessor窗口，放大整个测量曲线，单击Plot Tracking 图标可以得到在不同时刻各测量点的精确值。

通过该仿真曲线，可以得到：

一是，=-28.91 deg/sec=-0.50 r/s,如图6 所示。

二是，=-284.925 1 deg/sec^2 =4.97 rad/s^2 如图7 所示。

图6 L7 角速度测量曲线

图7 L7 角加速度测量曲线

图8 角度随时间变化曲线

三是，为了得到Φ7的范围值，我们将L7的角速度测量曲线的积分曲线做出来。在该窗口点击，然后再点击，得到蓝色虚线的曲线图，这就是Φ7随时间变化的曲线图，从图中可看出Φ7=-0.004 3 ~5.252 6 deg，如图8 所示。

3 结束语

通过在ADAMS 下的机构仿真，可以直观的再现平面运动机构的运动规律和运动特性，如果不符合设计者的要求，可以通过反复的修改动力学模型，在虚拟环境下模拟系统的运动，直到满足运动要求。这样，可以在短时间内在不浪费材料的前提下，获得最优的设计方案。

[1]濮良贵. 机械设计（第八版）[M]. 北京：高等教育出版社，2006.

[2]赵 匀. 机构数值分析与综合[M]. 北京：机械工业出版社，2005.

[3]郑 凯.ADAMS 2005 机械设计高级应用[M].北京：机械工业出版社，2006.