基于Proe与Adams凸轮机构虚拟样机仿真分析研究-2

基于Pro/E和Adams的凸轮机构虚拟样机仿真分析研究

张悦刊1，肖林京1，杨俊茹1，李瑞川2

（1.山东科技大学机电学院，山东青岛266590；2.山东五征集团，山东日照262306）

摘要：构建了虚拟样机系统框架，通过Pro/E软件建立了凸轮机构的虚拟样机数字化模型，导入Adams进行模拟仿真分析，将仿真结果数据读入到matlab进行处理，结果完全一致。基于Pro/E和Adams的虚拟样机仿真方法及仿真结构为凸轮的优化设计提供了可靠依据。

关键词：Pro/E，Adams，凸轮，虚拟样机

1引言

虚拟样机技术已经逐渐成为复杂产品开发的重要手段，它提供了虚拟化产品的开发模式，能够很好地解决由于物理样机开发模式带来的种种弊端[1]。本文用Pro/E软件对凸轮机构进行三维建模,用Adams 软件对凸轮机构进行了动力学仿真分析,得到了凸轮机构的位移、速度、加速度、接触力等曲线，为凸轮机构优化设计提供了理论指导。

Adams[2]是世界上著名的以计算多体系统动力学仿真软件，但是对于复杂模型，比较专业的CAD软件来说，其建模能力就明显不足。众所周知，Proe/E的建模能力十分强大，通过与Adams的数据接口，能够方便地将Proe/E模型转换到ADAMS中，从而实现两者之间的数据传输，进行联合仿真，充分发挥两个软件的专长，实现机械产品的高效仿真。

2 凸轮机构虚拟样机系统

图1虚拟样机系统结构框图

为了实现虚拟样机的功能要求，构建如图1所示的虚拟样机系统。该系统是在三维数字化建模平台上，由静力学仿真、动力学仿真、运动学仿真三大模块组成。本文采用Proe/Engineering Wildfire5.0 [3]软件对凸轮机构进行三维建模，然后导入ADAMS，通过对构件编辑材料属性，添加约束，施加驱动和载荷，对凸轮机构进行动力学仿真分析，对产品开发中的结构进行验证，同时发现缺陷，避免设计中存在的失误。

凸轮机构的装配模型可以看作由凸轮、滚子、导轨、推杆等零部件组成。装配后的三维数字模型如图2所示。

3凸轮机构仿真分析

3.1Proe /Engineering 模型建立并导入ADAMS

在Proe 中将文件保存为副本.XT 格式存储。打开ADAMS ，选择file 下的import 选项，格式选取parasolid 类型，从而将在Proe 中建立的凸轮模型导入到ADAMS 中，如图3所示。 3.2添加约束、驱动及载荷

分别创建凸轮与大地之间的转动副，滚子与推杆之间的转动副，推杆与导轨之间的移动副，导轨与大地之间的固定副。添加凸轮与滚子之间的接触力，在推杆和导轨之间增加弹簧阻尼器，最后添加驱动，驱动值设置为每秒逆时针旋转60度，步长300，终止时间12秒。如图4所示。

3.3仿真

设置好后，对模型进行仿真，可以直接看到仿真效果，最后进入后处理模块，计算出凸轮机构的位移、速度、加速和以及由约束产生的力和弹簧力等数据，仿真结果如图5-9所示。

为了更加真实的仿真模型，本例中，凸轮与滚子之间没有采用凸轮高副约束，而是在模型中加入接触力载荷（contact ），接触类型用solid-to-solid ，其他参数采用默认值。在接触力的作用下，系统内部产生频繁较大的速度变化，因此我们看到从动件的速度和加速度曲线图比较乱，从图6、7曲线中可以看出从动件在推程和回程阶段速度和加速度变化相当剧烈，同时也恰恰真实地反映了凸轮机构的实际情况，通过对曲线进行滤波处理，得到较为清晰的速度和加速度曲线，如图8和图9所示。凸轮和推杆之间的接触力以及弹簧的弹力变化情况如图10所示，该计算结果对于构件的强度校核和优化设计提供了有用参考。

为了将对ADAMS 中得到的数据进行更高级的数据处理，我们将数据导入到matlab 软件中进行分析。如图11所示为导入 matlab 软件中凸轮接触力和弹簧的弹力数据。可见第一列为时间信息，第二列维弹簧力曲线数值，第三列为时间信息，第四列为接触力曲线数值。

图10凸轮和推杆的接触力以及弹簧的弹力

图11凸轮接触力以及弹簧弹力数据

在matlab 软件中，通过下面的程序，得到上述数据的曲线，如图12所示，可见在matlab 中得到的数据曲线与图10的曲线基本一致。

t1=data(:,1);y1=data(:,2);t2=data(:,3);y2=data(:,4); subplot(2,1,1)

plot(t1,y1,'*r',t2,y2,'b'); grid on

4结论

通过Proe 和ADAMS 接口程序，把Proe 的模型导入ADAMS ，从而实现两者之间的无缝连接，实现数据传输，进行联合仿真，充分发挥两个软件的专长，实现机械产品的高效仿真分析。

（1）得到了Proe 和ADAMS 建立接口程序的详细方法。将Proe 实体装配图生成ADAMS 下动力学模型，从而将整个虚拟样机的仿真模型统一于ADAMS 下，这样就可以充分使用ADAMS 强大的系统仿真和分析能力来灵活的组建各种类型的仿真环境。

（2）以凸轮机构为例，详细介绍了基于Proe 与ADAMS 联合仿真分析过程，从而可以方便地获得机构运动学和动力学特性曲线，分析方法和结果对凸轮机构的优化设计提供了较大帮助。 参考文献

[1] 熊光愣，郭斌，陈晓波等.协同仿真与虚拟样机技术[M].北京：清华大学出版社，2004 [2]

[3] 丁淑辉 Pro/Engineer Wildfire 5.0高级设计与实践 北京：清华大学出版社2010.1 [4] /view/f12e28ef4afe04a1b071de63.html

[5]/view/b711b17d27284b73f242503c.html?from=rec&pos=0&weight=111&lastweight

=42&count=5 [6]

[7]matlab7.10.0(R2010a)help [8]

Matlab 中接触力和弹簧力数据分析