轮和滑块驱动机构ADAMS机构分析报告

轮和滑块驱动机构ADAMS机构分析报告
一、题目分析
1、题目
题37
图1
如上图所示，此轮和滑块驱动机构的输入圆盘每转一圈，滑块向前与输出轮啮合并转过一个齿。

当输出轮静止时，一个片弹簧将其锁住。

2、机构运动简图
输出轮
输入圆盘
滑块
图2
3、尺寸预确定
（1）输出轮：模数m=10，齿数Z=40，厚t=40mm，孔直径D=50mm
（2）输入圆盘：外圆直径d=180mm，孔直径D=30mm，厚t=40mm
（3）滑块：长a=590mm，宽b=70mm，高h=40mm，槽宽t=30mm,槽长C=200mm （4）机架：长860mm，宽500mm，厚50mm，高290mm
二、分析目的
根据题意，要求轮和滑块驱动机构的输入圆盘每转一圈，滑块向前与输出轮啮合并转过一定角度，当输出轮静止时输出杆，一个片弹簧将其锁住，如此往复的运动，输出轮就会时断时续地输出（即间歇性地输出）。

从动力传递的顺序来分析，动力是由输入圆盘传递给滑块，然后由滑块传递给输出齿轮。

，因为输入轮、滑块是铰接在一起的，并且滑块与齿轮是啮合传动的，所以输出的一些运动信息可以通过对输出齿轮的测量来获取。

下面将对输出的情况做简要的分析：1、运动要求：
若以图3所示位置为初始位置，输入圆盘的转动方向为逆时针，当转动一定角度后带动滑块转动，滑块向前与输出轮啮合并转过一定角度，当输入盘继续转过一定角度后，滑块与输出齿轮分离，片弹簧将输出轮锁住，输入圆盘再向前转
过一定角度，滑块又向前与输出轮啮合并转过一定角度，如此做往复运动。

图3
2、力的要求：
在实际机构中，总是存在着各种各样的摩擦，因此在齿轮的转动副上需要添加摩擦力；当滑块绕机架上的销转动且滑动时，应该添加接触力，接触时会有能量的损失，当滑块向前与输出齿轮啮合时，会发生碰撞，应该添加接触力，接触时会有能量的损失。

在ADAMS/View中有两种计算接触力的方法，一种是补偿法（Restitution）；另一种是冲击函数法（Impact）。

补偿法需要确定两个参数：惩罚系数（Penalty）和补偿系数（Restitution）。

惩罚系数确定两个构件之间的重合体积的刚度，也就是说由于接触，一个构件的一部分体积要进入到另一个构件内，惩罚系数越大，一个构件进入另一个构件的体积就越小，接触刚度就越大。

补偿系数决定两个构件在接触时能量的损失。

接触力由两个部分组成：一个是由于两个构件之间的相互切入而产生的弹性力；另一个是由相对速度产生的阻尼力。

冲击函数法（Impact），要输入刚度系数(Stiffness)，力的非线性指数(Force Exponent)、最大粘滞阻尼系数(Damping)、最大阻尼时构件的变形深度（Penetration）。

三、模型建立
1、UG零件建模
（1）输出齿轮
图4 齿轮的建立采用了齿轮插件（2）输入圆盘
图5
（4）片弹簧
图7
图8 （6）装配图
图9 2、ADAMS运动学分析建模
（1）ADAMS运动学分析模型是通过将事先建好的UG模型，通过导出Parasolid 的.x_t文件，然后在打开ADAMS的时候选择导入文件来实现的；然后再在ADAMS中对模型进行一系列的rename，appearance，去掉重复及不必要的部件，最终获得如图9所示的模型。

图10
（2）添加约束
双连杆换向机构中用到的约束有三种，即
固定副约束回转副约束滑移副
约束1：在机架与地之间，采用了固定副约束。

约束2：在输入圆盘与机架之间，采用了回转副约束。

约束3：在圆柱销与机架之间，采用了回转副约束。

约束4：在输入圆盘轮与滑块之间，采用了回转副约束。

约束5：在滑块与圆柱销之间，采用了回转副约束。

约束6：在输出齿与机架之间，采用了回转副约束。

（4）驱动的施加：
在轮和滑块驱动机构中，主动件只有一个，即输入圆盘，其他构件的运动都
因输入圆盘的运动引起，所以只需添加一个驱动到输入圆盘即可。

添加驱动：使用Rotational Joint Motion 在输入盘上添加驱动，其表达式为
D(t)= -360d*time
图11
为了保证仿真的顺利进行，滑块与输出齿轮之间，添加了接触力，设置如图12；输出齿轮与片弹簧之间，添加了接触力如图13。

四、理想输出结果
仿真时设置时间为6秒，步数为50次，然后对输入轮盘上的joint和输出齿轮上的joint 分别测量相对角速度如下图所示。

（1）测量理想输入圆盘轮角速度
（2）测量理想输齿轮角速度
图15 输出齿轮的理想角度曲线
五、实际输出结果
为了使仿真更加真实，所以在实际操作中，在机架与圆柱销间的回转副、输入圆盘与机架间的回转副、输入圆盘与滑块间的回转副以及输出齿轮与机架间的回转副上添加了摩擦力，如下所示。

图16 图17
图18 图19
仿真时设置时间为5秒，步数为50次，然后对输入轮盘上的joint 和输出齿轮上的joint 分别测量相对角速度如下图所示。

（3） 测量输入圆盘轮实际角速度
图20 输入圆盘的实际角速度曲线
从图15中可以看出，输入盘轮的角速度有细微的波动，但大体上是恒定的，说明输入稳定。

（4） 测量输出齿轮实际角速度
图21 输出齿轮的实际角度曲线
从图中可以看出输出齿轮的角速度是成周期性的阶跃形变化的，且波峰基本上都相等，说明输出齿轮的输出是周期性的间歇输出。

（5）从理想输出与实际输出的对比中可看出理想输出比实际输出的的波峰值要高，说明有一部分能量损失了。

六、结论
从理想输出图与实际输出图的对比中可看出理想输出比实际输出的的波峰值要高，说明有一部分能量损失在摩擦力上了。

从输入图与输出图的对比中可以知道输入图基本上是一条直线，而输出图则大略成脉冲形，且峰值比输入值小，说明很大一部分能量损失在接触应力上。

所以此轮和滑块驱动机构在总体上基本上满足了其功能要求，即能使输出盘在转动一圈后，滑块会向前与输出齿轮啮合并使其转过一定角度。

但是也存在一定的缺陷，此机构的传动效率不高，很多能量都损失在接触应力和摩擦力上。

八、课程学习体会
ADAMS软件是全球运用最为广泛的机械类仿真软件，ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。

ADAMS一方面是虚拟样机分析的应用软件，用户可以运用该软件非常方便地对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。

另一方面，又是虚拟样机分析开发工具，其开放性的程序结构和多种接口，可以成为特殊行业用户进行特殊类型虚拟样机分析的二次开发工具平台。

所以学好ADAMS是非常有用的。

经过半个学期的课堂学习以及上机，我掌握了ADAMS软件的最基本用法，非常高兴又基本掌握了一种非常实用的工具。

此次ADAMS运动仿真分析我选的是第37题：轮和滑块驱动机构。

我刚开始时觉得这道题的机构很简单，传动路线也很清晰，但动手后发现这道题不是我所想象中的那么容易。

首先我用UG 建模，由于以前使用过UG，所以这一步没遇到什么困难；接下来我将建好的模型导入ADAMS，然后再在数据库中查看它的拓扑，发现有很多重复的零件，我不得不把这些多余的部件给删掉；然后我再逐步地给这些机构之间添加约束和驱动，在此期间我遇到了本次仿真分析最大的困难，在滑块与机架之间，无论我添加什么约束都会出现过约束的警告，因为它们之间既有转动又有滑动，最后在经过老师的指导以及与同学之间的讨论我发现滑块与机架之间不是直接连在一块的，而是通过一个圆柱销连接在一块的，因此，我就在圆柱销与机架之间添加了回转副，在圆柱销与滑块之间添加了滑动副，这样才解决了过约束的问题；此后，我就一步一步地完成了仿真分析。

这次ADAMS运动学仿真分析收获挺多的，总结起来如下：1、运用ADAMS软件进行仿真要有比较牢固的《机械原理》基础，这样才能分析清楚各部件间的约束关系。

2、要有比较好的英语基础，因为ADAMS软件是全英文的，只有学好了英语才能看懂其中的各种信息。

3、用ADAMS软件进行仿真最好要一步一步进行，添加一个约束或力就仿真一下，防止出错，如果你一次性添加全部的约束、驱动以及仿真，一旦出现错误很难查出。

总之，这次仿真收获颇多，对ADAMS软件的应用有了更深入的了解，同时提高了自己分析机构与解决问题的能力。

我感觉这个软件会对我以后的学习和工作有很大的帮助，所以虽然花费的时间有点多，但是感觉还是值得的，再次感谢老师的教诲。