基于Adams的凸轮机构运动仿真教程

基于adams的凸轮机构运动仿真

摘要：虚拟样机技术是一种崭新的产品开发技术，其中ADAMS软件是目前最著名的虚拟样机分析软件之一。本文阐述了虚拟样机技术和ADAMS软件的特点及其应用，以凸轮机构为研究对象，对其进行动力学分析。主要运用我们学习过的机械原理等理论知识对机构进行运动学和动力学的相关理论计算；利用ADAMS软件在图形显示方面的优势，采用其基本模块ADAMS/View(界面模块)进行一系列建模、运动分析和动态模拟仿真工作，验证模型的正确性，并对机构在整个周期内的可行性进行计算分析，记录相应信息，输出所需要的位置、速度、加速度等曲线与理论结果比较，充分展现虚拟样机技术的优越性，为虚拟样机技术的深入研究打下基础。

关键词：ADAMS；凸轮机构；运动学分析；仿真

引言

凸轮机构的应用十分广泛，在生产机械中应用凸轮机构可以较容易的实现不同的工作要求。特别是实现间歇式的运动过程！但是，目前对于该类模型的动态仿真很少。本例主要就推程、回程等要求进行预设。力图通过adams实现对该凸轮机构的构建以及后续的仿真，并尝试进行一定的机构优化。

1.研究内容

这里，我主要研究内容为理论凸轮设计在adams中的设计及其动态仿真。后续，根据输出的相应的速度、加速度曲线等将进行一定的设计优化。力图真实还原凸轮机构在设计中的真实过程。

2.工作原理

凸轮机构是由凸轮，从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，一般为主动件，作等速回转运动或往复直线运动。

通过对凸轮轮廓进行不同的设计，可以实现从动件不同形式的运动。以此来满足机械设计中对于运动的精细控制过程。

3.动力学建模

（1）建模前期准备

情景设想：某公司需要设计一凸轮机构实现对物料的间歇夹紧过程。其给出相应数据如下。

注：其他的暂

不作要求。

（2）设计前期准备。

目前，凸轮机构的设计主要有：①利用excel创建凸轮运动轨迹点，再导入相应三维设计软件进行建模。随后再导入adams进行一定的分析。②利用函数直接在adams里进行凸轮的创建与仿真。

但是，这两种方法在实际的工程中都存在着极大地弊端。第一种方法，由于要在几个软件之间进行转换。一旦仿真出现问题，就必须要修改原始的设计数据。也就意味着所有的步骤都要重新做一遍。虽然也可以，但会耗费大量的时间。对于工程实际来讲往往不可取。第二种方法的话，虽然简介明了，但是由于涉及到函数问题。就必须要求设计者对语言应用能力有一定的造诣。同时，随着仿真的难度加大，这类问题必将会越来越明显，也就会令凸轮的设计只能是那一部分人来做。不利于大众的推广！

因而，基于上面的原因。下面我们将介绍一种新的设计方式！它对第二种方式（基于函数创建的方式）进行了优化。这里主要利用adams2014版本的凸轮插件进行。

（3）打开adams软件，创建模型。

注：为了得出理想数据，这里不施加重力

（4）在Machinery（机构）菜单下找到如下所示板块。依次如图进行操作。

（5）进行操作1，点开后如下图

注：Motion Type（运动类型）选择Cam Angle Bassed（基于凸轮角度）Method（创建方式）选择Function Bulider（函数创建）；

Follow Displacement（推杆移动方式）选择Translational（平移）

5.1创建推杆的运动规律

注：第一段设置为POLY（直线），取斜率为0.3333；

第二段设置为CONST（常数），取其为40；

第三段设置位POLY（直线），取斜率为-0.3333；

第四段设置为CONST（常数），取其为0；

5.2进入下一步，查看结果

5.3一直下一步，因为曲线已经符合设计要求，所以不对其进行优化；

（6）创建凸轮的轮廓线

6.1设置凸轮的基本参数

注：Cam Shape（凸轮类型）设置为Disk（盘型）；

Minimum radius(基圆半径)设置为35mm；

Thickness（厚度）设置为10mm；

Axis of rotation（转动轴）设置为Z轴。

6.2确定创建凸轮轮廓的依据

注：Follow Motion name（从动件名字）选择上一步创建的从动件；

Follow Arrangement（从动件组合形式）选择inline（对心）

Follow motion type（从动件运动规律）选择translation（平移）

Follow Geometry（从动件结构）选择knife edge（尖顶）

6.3浏览凸轮轮廓线上的点数据集

6.4点击finish完成凸轮创建

（7）创建凸轮机构

7.1点击machinery》cam中的第3个按钮如下图，开始创建凸轮的轮廓线。

7.2指定名字

这里指定凸轮机构的名字，推杆的名字，以及凸轮轮廓。

直接下一步

7.3确定从动件的个数以及凸轮-从动件之间的连接方式

注：这里设定为只用一个从动件，二者之间用约束（constraint）的形式连接。

7.4确定凸轮。

注：右键选择前面创建的凸轮

7.5确定凸轮和地面的连接方式。

注：注意rigid body name（刚体名字）右键选择为地面

7.6指定从动件的形状及运动形式

注：这里不可更改，它是尖顶、平移、对心

7.7指定从动件的几何参数

注：设定推杆的总长为100mm，尖端是20mm，其截面为5mm的圆形，直立。

7.8指定从动件与机架之间的连接方式