基于ADAMS的空间折杆机构运动计算机仿真分析

周蓓 秦立富 黄玉平

摘要：该文利用ADAMS给出了空间折杆机构的运动输入与输出关系以及输出运动特点，并且找到了折杆折角大小对机构运动的影响。为该空间折杆机构运动原理研究提供了参考，对工程应用提供了理论依据。

关键词：空间折杆机构；计算机仿真；ADAMS

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）03-0234-02

空间折杆可以将输入的旋转运动转变为摆动输出，并且结构简单、紧凑，可以应用于伺服舵机。空间折杆机构的分析方法主要有图解法和解析法。图解法原理简单、直观易行，但绘图误差较大；解析法计算精度较高，但其推导过程复杂，编程工作量大，许多工程技术人员深感难以理解和推导。利用虚拟样机技术，使用ADAMS软件进行计算机仿真，利用其丰富的建模工具和强大的运动学、动力学分析功能，可以方便、快速的分析折杆机构运动的输入/输出之间的关系以及输出运动的特点。

1 虚拟样机技术和ADAMS软件概述

虚拟样机技术（virtual prototyping technology）是利用软件所提供的各零部件的物理和几何信息，直接在计算机上对机械系统进行建模和虚拟装配，从而获得基于产品的计算机数字模型，即虚拟样机（virtual prototype），并对其进行计算机仿真分析。这种方法使设计人员能在计算机上快速试验多种设计方案，直至得到最优化结果，从而免去了传统设计方法中物理样机的试制，从而大幅度缩短了开发周期，减少了开发成本，提高了产品质量。ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System）软件是由美国MSC公司开发研制的集建模、求解、可视化技术于一体的虚拟样机软件，最主要的模块为ADAMS/View（用户界面模块）和ADAMS/Solve（r求解器）。通过这两个模块，可以对大部分的机械系统进行计算机仿真。进行计算机仿真分析的模型既可以在ADAMS环境下直接建模，也可以从其它CAD软件中导入，然后在模型上施加一定的运动约束副、力或力矩的运动激励，就可以进行运动计算机仿真分析。

2 分析目的

折杆机构原理图如下：

图1 折杆机构原理图

折杆折角为[θ]，左端是输入端，右端是输出端。输入运动为：杆的左端绕着公转轴线转动的同时也绕着自转轴线转动，即其公转的同时自转。

下面进行折杆运动计算机仿真分析，主要解决如下问题：

1）折角10°时，一周期内折杆公转角与摆角之间关系以及横向位移变化情况。

2）折角15°时，一周期内折杆公转角与摆角之间关系以及横向位移变化情况。

3）在折角10°与15°两种情况下，横向位移比较，以及公转角与摆角关系的变化。

2 计算机仿真模型与输入参数

计算机仿真模型如图2，其中折点右段长度为300mm.

图2 折杆adams计算机仿真模型

设折角为[θ]，摆角为[δ]，公转角为[?]

折角为10°时，根据输出摆动速度50[?s]，求得用于计算机仿真的输入参数公转角速度225[?s]，自转角速度450[?s]。

折角为15°时，根据输出摆动速度50[?s]，求得用于计算机仿真的输入参数公转角速度300[?s]，自转角速度600[?s]。

3、计算机仿真分析结果

3.1 折角为10°时

1）摆角与公转角的关系如下图3所示

图3 摆角与公转角的关系（折角为10度）

摆角与公转角的关系可以用[δ=δmaxcos（?）]，即[δ=20cos（?）]拟合如下，误差可达0.039°。

2）横向位移变化情况如下图4所示

图4 横向位移（折角为10度）

横向位移呈周期变化，最大可达到0.9mm， 分别在公转角为36°，144°，216°，324°，最小为0mm。

3.2 折角为15[?]时

1）摆角与公转角的关系如下图5所示

图5 摆角与公转角的关系（折角为15度）

摆角与公转角的关系可以用[δ=δmaxcos（?）]，即[δ=30cos（?）]拟合如下，误差可达0.097[?]。

2）横向位移变化情况如下图6所示

图6 横向位移（折角为15度）

横向位移呈周期变化，最大可达到2.03mm， 分别在公转角为36°，144°，216°，324°时，最小为0mm。

3.3 在折角10°与15°两种情况下计算机仿真分析比较，

与折角为15°相比较，折角为10°时，

1）输出摆角与输入公转角关系曲线更接近于[δ=δmaxcos（?）]曲线；

2）最大横向位移更小。

4 结束语

本文通过对折杆机构原理分析，运用ADAMS计算机仿真软件进行分析空间折杆机构的运动特点情况，分析输入运动与输出运动的关系并用函数曲线拟合，找到输出横向位移与输入运动的关系。最终找到了折杆折角大小对机构运动的影响。为该空间折杆机构运动原理研究提供了参考，对工程运用具有很好的借鉴。

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