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注：确定它与地面之间是移动副。

7.9指定推杆上所施加的载荷注：为了得出理想数据，这里不施加载荷7.10定义质量参数。

3.数据分析通过施加驱动，得出如下图形：（1）检测位移曲线分析：通过图片可以看到，该图形完全达到设计预期效果（2）检测压力角分析：可见，最大的压力角小于30度。

一般直动推杆的许用压力角为30度，所以这里压力角是满足要求的。

（3）查看速度与加速度分析：可见，速度和加速度符合运动学规律。

图中可以看出，运行图像还是相对较平稳。

易于控制升程回程时间。

但在几个部分交界处，加速度以及速度有明显突变。

根据F=ma，可见在此处有极大的冲击。

因而，不符合工程实际。

需要进行机构优化。

4.机构优化由于实际工作中，存在重力。

而且，凸轮以及推杆实际设计时是需要考虑材料的。

同时，尖顶推杆实际工作中脚容易磨损。

故试进行下列优化：（1）添加重力（2）对凸轮轮廓及推杆进行优化注：其他设置无太大变化，主要是这里的Follow Geometry（从动件结构）选择circular end（推杆接触部分为滚子）。

创建后，尝试添加驱动进行验证时，出现下图：错误原因大致为：封闭曲线,曲线/ 1,第一个数据点和最后一个数据点需要有相同的坐标。

请改变曲线的数据来满足这个要求。

如下图，原因可清晰看出经过反复测试，最终原因确定为由于预定函数图像为线形图像，在结合处不够圆滑。

导致实际生成凸轮轮廓在接口处会有突变。

如果使用尖顶凸轮的话，因尖顶不存在半径，所以解算时不考虑。

但如果为其他滚轮等，因为有半径存在。

程序需要考虑半径的情况。

两者结合引发冲突，所以会报错。

故这里暂选用尖顶，不设计为滚轮等。

（3）对推杆添加弹簧，构成力封闭。

从而保证仿真接近实际注：由于这里没有实际参数规定。

所以只是设计为刚度系数取为100（N/mm）；阻尼系数取为1（N-sec/mm）。

最终建立后，得出如下图：1、监测位移曲线可见，压力角在32度左右。

勉强符合压力角规定。

2、检测位移曲线注：符合预设条件3、检测速度、加速度曲线注：前者为优化后，后者为优化前。

可以看见加速度变小了。

相应的，所承载的力也就减少了。

这说明通过添加重力以及弹簧力后，机构是能够进行一定的优化的。

力的结果如下5.总结及感悟本次模拟仿真试验，一定程度的还原了利用adams进行仿真设计的过程。

当然，最后的结果实在不理想。

主要反映为预设条件不是太恰当和自己能力不强等方面。

通过此次大作业，可以说让我进一步掌握了对adams软件的操作。

同时，在本次作业中。

我也深刻体会到了基础知识的重要性。

犹记得刚开始我的凸轮设计是采用函数设计。

当时去查了很多资料，但还是一头雾水。

后来，听取老师建议选择excel加三维软件再加adams的模式。

但实际设计下来，发现这样的方式转换下来有一定的工作量。

于是，我就开始上网去查阅资料，寻求解决办法。

终于有一天我发现adams2014版本已经支持基于图像的凸轮结构设计。

于是，我便最终选择了这种模式。

在设计过程中，基本属于摸着石头过河。

由于英语基础本就不太好，每个界面的单词几乎都要去查阅资料。

同时，对于实际过程的那个分段设计过程，也很是费脑筋。

虽然看起来就是几条直线组合起来。

但因为对该界面很不熟悉，费了很多脑筋。

同时，后面的那个压力角，也让我发现了机械原理和机械设计对于我们的设计的重要性。

参考文献[1]熊光楞等. 虚拟样机技术[J]. 系统仿真学报. 2001年1月第13卷第1期[2]赵雯.王维平.朱一凡.协同虚拟样机技术研究[期刊论文].系统仿真学报.2001年5月第12卷第1期[4]郑建荣.ADAMS—虚拟样机技术入门与提高.新华出版社.2002年第3版[5]杨方飞等.虚拟样机技术在水泵设计中的应用.农业机械学报.2005年1月第36卷第1期。