槽轮机构ADAMS机构分析报告
基于ADAMS仿真技术的挖掘机铰点受力分析
2009年 6月郑州大学学报(工学版)Jun 1 2009第30卷 第2期Journal of Zhengzhou University (Engineering Science )Vol 130 No 12 收稿日期:2008-09-27;修订日期:2008-12-11 作者简介:周宏兵(1967-),女,湖南湘阴人,中南大学副教授,博士,主要从事工程机械机电液一体化技术方面的研究,E -mail:zhbjcr@yahoo . 文章编号:1671-6833(2009)02-0071-04基于ADA MS 仿真技术的挖掘机铰点受力分析周宏兵1,2,胡雄伟1,孙永刚1,王惠科1(1.中南大学机电工程学院,湖南长沙410083;2.湖南山河智能机械股份有限公司,湖南长沙410100)摘 要:为了获得挖掘机工作时主要铰接点处的连续受力变化值,利用Pr o /E 4.0和ADAMS 2005两种软件,建立了S W E90U 液压反铲挖掘机的虚拟样机.在虚拟环境中,分别模拟了该挖掘机的铲斗挖掘、斗杆挖掘和平整操作3种典型工作状态,并针对该挖掘机的4个主要铰接点的受力情况进行了分析研究,得到了一系列相应的铰接点受力变化曲线.结果表明,动臂与斗杆铰接点的受力情况变化最为剧烈,而摇杆与斗杆铰接点的受力情况变化最为平缓.关键词:ADAM S;液压挖掘机;仿真;铰点中图分类号:T U 621 文献标识码:A0 引言由于液压挖掘机工作状况的复杂性,其工作装置的受力情况也相当复杂.过去,人们往往只能按照由经验所确定的工作位置来研究挖掘机各铰接点的受力情况,得到仅是一些离散的、特定位置的受力值,难以完整地反映实际情况,且其正确性尚值得商榷[1-2].随着计算机辅助设计技术的发展,虚拟样机技术已广泛应用于各个领域[3].但目前针对挖掘机铰点受力的仿真研究还比较少,且还停留在单一工况研究上.笔者采用ADAMS的多刚体动力学模型[4],其数学形式为一系列以各刚体运动位置、姿态、速度和加速度为变量的非线性微分动力学方程,以及由各个约束所形成的非线性代数方程.对这些方程进行联立数值积分求解即可获得各离散时刻各刚体运动的位移、速度和加速度等运动物理量以及各铰接点处的约束反力等信息.1 虚拟样机的建立1.1 Pr o /E 三维实体模型的建立挖掘机的主要结构包括机身、动臂装置、斗杆装置、铲斗装置,其机构拓扑图如图1所示.根据S W E90U 挖掘机的设计图纸,采用三维实体造型软件Pr o /E,逐一建立上述构件的实体模型,并使用自底向上的装配方法完成整个挖掘机的实体模型.为了提高在ADAMS 中的计算效率,在建立模型时对实物进行了必要的简化,如省略了与研究无关的推土板和销钉、卡环等细小构件.图1 挖掘机机构拓扑图F i g .1 Topolog i ca l graph of the excava tor m echan is m1.2 ADAMS 虚拟样机的建立在Pr o /E 环境中,将建立的挖掘机整机模型保存为Paras olid 格式的文件,然后进入ADAMS 环境,在File 菜单选择I m port 命令将之导入.导入到ADAMS 中的模型很好地继承了原来Pr o /E 模型的各种属性,包括位置关系、质心位置、转动惯量和质量信息,但是模型中原有的装配关系已不复存在,各零件只是按原来的位置关系独立地存在于ADAMS 环境中[6],因此必须通过添加约束来将它们重新装配起来.所添加的具体约束情况如下:在机身与Gr ound 之间添加固定副,在各连接铰点处添加转动副,在各油缸和其活塞杆之间添加移动副.在各72 郑州大学学报(工学版)2009年移动副上添加驱动,并将动臂油缸移动副驱动、斗杆油缸移动副驱动、铲斗油缸移动副驱动分别重命名为dongbiqudong 、douganqudong 和chandouqu 2dong .设置长度单位为m,力的单位为N;设置重力的方向为-Y 向,即竖直向下的方向,大小为-9.80665m /s 2.完成后的虚拟样机模型如图2所示.图2 虚拟样机模型F i g .2 V i rtua l Prototype2 工作状况仿真与分析液压反铲挖掘机用途广泛,不仅可以进行基坑挖掘,还可以进行针对施工面的平整、压实等操作.下面将针对挖掘机的3种工作状况进行仿真与分析.2.1 铲斗挖掘工况仿真由文献[1]知,当挖掘机采用铲斗挖掘方式工作时,铲斗挖掘阻力的最大切向分力可用下式表示:F t m ax =C [R (1-cos <max )]1.35BA ZX +D (1)式中:C 为土壤的硬度系数;R 为铲斗切削半径,c m ;<max 为挖掘过程中铲斗总转角的一半;B 为切削刃宽度影响系数,B =1+2.6b ;b 为铲斗平均宽度,m ;A 为切削角变化影响系数,一般取A =1.3;Z 为斗齿影响系数,有齿时,Z =0.75;X 为斗侧壁厚度影响系数,X =1+0.03s,其中s 为侧壁厚度,c m ;D 为切削刃挤压土壤的力,根据斗容量的大小在D =10000～17000N 的范围内选取.对于S W E90U 挖掘机,取<max =55°,R =105c m ,b =0.68m ,Z =0.75,s =2c m ,D =10100N ,由式(1)可得,F t max =48866.3N .铲斗挖掘阻力的法向分力F n 数值较小,一般F n =0～0.2F t ,土质越均匀,F n 数值越小.在此,取F nmax =0.2F t max =9733.26N .这种工作方式下,铲斗对土壤的切削方式为大曲率切削,挖掘阻力与挖掘深度基本上成正比.由于挖掘的前半过程的切削角不利,会产生较大的阻力,因此挖掘阻力的最大值将出现在挖掘过程中间偏前的位置.根据S W E90U 挖掘机的工作情况按位移方式设置各液压缸的驱动函数如表1所示,它们将使虚拟样机完成从图2所示姿态开始采用铲斗挖掘方式进行基坑挖掘,满斗后提升至装车高度的一系列动作.表1 铲斗挖掘的驱动及阻力函数Tab .1 Functi ons of moti ons and resist ances i n bucket di gg i n g项目函数表达式Dongbiqudong step (ti m e,0.8,0,1.6,-0.19)+step (ti m e,6.3,0,9,0.4207)Douganqudong step (ti m e,0,0,0.5,-0.118)+step (ti m e,6.3,0,9,0.429)Chandouqudongstep (ti m e,0,0,1.6,-0.31)+step (ti m e,1.6,0,6.3,0.68)F t step (ti m e,1.6,0,3.25,48866.3)+step (ti m e,3.25,0.5,-48866.3)F n step (ti m e,1.6,0,3.25,9733.26)+step (ti m e,3.25,0,5,-9733.26)G wstep (ti m e,2.3,0,6.3,4802) 根据前述原因和油缸驱动过程,相应地设置铲斗挖掘阻力的切向分力F t 的函数、法向分力F n 的函数和挖掘过程中铲入铲斗的物料重力G w的函数如表1所示.其中,切向分力的方向始终垂直于铲斗切削半径R,法向分力始终沿着铲斗切削半径R,它们的具体方向将随铲斗位置的变化而变化,而物料重力的方向则总是竖直向下的.采用以上设置进行仿真,得到各铰接点受力的变化曲线如图3(a )所示.1.6s 时,铲斗活塞杆由原来的回缩状态开始转向外伸状态,推动铲斗进行挖掘,速度变化较大,因此各铰点受力曲线都出现了一个较小的峰值;3.25s 左右,挖掘阻力达到峰值,各铰点也基本处于最大受力状态,其中动臂与斗杆铰接点的受力高达290150N;5.6s 后,铲斗挖掘基本结束,机构运动仅受挖入铲斗的物料重力的影响,各铰点受力都维持在一个较小值.2.2 斗杆挖掘工况仿真由文献[1]知,当挖掘机采用斗杆挖掘方式工作时,斗杆挖掘的切向阻力可按下式计算:W t =K 0q0.01745r φK s(2)式中:K 0为挖掘比阻力;q 为铲斗容量;r 为斗杆挖掘时的切削半径,即动臂与斗杆铰点至斗齿尖的距离;K s 为土壤松散系数;φ为斗杆在挖掘过程中的总转角. 第2期周宏兵等 基于ADAMS 仿真技术的挖掘机铰点受力分析73 这种工况下,斗齿对土壤的切削行程比较长,切土厚度在挖掘过程中可以看作常数,因此斗杆挖掘阻力也可以当作常数处理.一般,切削厚度较小,所以斗杆挖掘阻力比铲斗挖掘阻力小得多.对于S W E90U 挖掘机,q =0.28m 3,当r =2.5719m 时,取K 0=13×104N /m 2,K s =1.14,φ=73°,由式(2)可得,W t =9747N .根据经验公式W n =ψW t ,ψ为常系数,在此取ψ=0.62,得W n=6043.15N .与铲斗挖掘时类似,设置各液压缸的驱动函数如表2所示,它们将使虚拟样机完成从图2所示姿态开始采用斗杆挖掘方式进行基坑挖掘,满斗后提升至装车高度的一系列动作.相应设置斗杆挖掘阻力的切向分力W t 的函数、法向分力W n 的函数和挖掘过程中铲入铲斗的物料重力G ′w 的函数如表2所示.仿真后得到各铰接点受力的变化曲线如图3(b )所示.表2 斗杆挖掘的驱动及阻力函数Tab .2 Functi on s of m oti on s and resist ances i n ar m d i gg i n g项目函数表达式Dongbiqudong step (ti m e,0.5,0,1.3,-0.19)+step (ti m e,4.8,0,7.5,0.4207)Douganqudongstep (ti m e,0,0,0.5,-0.1117)+step (ti m e,1.3,0,4.0,0.5704)Chandouqudongstep (ti m e,0,0,0.3,-0.0517)+step (ti m e,4.0,0,4.8,0.1168)+step (ti m e,4.8,0,7.5,0.2542)W t step (ti m e,1.2,0,1.3,9747)+step (ti m e,4,0,4.3,-9747)W nstep (ti m e,1.2,0,1.3,6043.1)+step (ti m e,4,0,4.3,-6043.1)G ′wstep (ti m e,1.5,0,4.8,4802) 1.3s 至4.0s,斗杆活塞杆外伸推动斗杆进行挖掘,由于挖掘阻力的作用,各铰点受力都处于较大值,其中动臂与斗杆铰接点受力最为复杂,最大值达到134180N;4.8s 时,为防止铲入斗内的物料撒出,铲斗液压缸进行了速度的调整,因此各铰点受力都出现了一个较小的波动.2.3 平整操作工况仿真当挖掘机进行施工面平整操作时,一般要求挖掘角恒定,铲斗在平整面上做平动,铲斗末端速度保持匀速,但为防止冲击,一般在起始阶段匀加速,而终止阶段匀减速[7].此时铲斗的斗齿所受到的阻力主要是切向的碎土旁移阻力,其数值很小.当遇到小石块等障碍物时,阻力值可能会瞬时增大.因此,设置阻力函数为:step (ti m e,0,0,0.7,600)+step (ti m e,2.1,0,2.15,1200)+step (ti m e,2.15,0,2.2,-1200)+step (ti m e,3.2,0,3.6,800)+step (ti m e,3.6,0,3.8,-800)+step (ti m e,4.5,0,4.55,600)+step (ti m e,4.55,0,4.6,-600)平整操作属于精细作业,我们无法估计其各驱动油缸的具体运动,但铲斗的运动却非常简单,因此可以通过在铲斗尖施加点驱动带动各驱动油缸运动,利用ADA MS 强大的测量功能得到它们的运动曲线,然后在后处理模块中将得到的运动曲线转化为驱动油缸运动的样条函数,用这些函数定义各油缸的驱动函数.本次仿真中用到的点驱动函数和转换后得到的各油缸驱动函数如表3所示.表3 平整操作的驱动函数Tab .3 Functi on s of m oti on s i n s m ooth opera ti on项目函数表达式点驱动(速度方式)TraX:step (ti m e,0,0,0.7,-0.2)+step (ti m e,6.3,0,7,0.2)TraY:03ti m e RotZ ″:03ti m eDongbiqudong AKI SP L (ti m e,0,SP L I N E_1,0)DouganqudongAKI SP L (ti m e,0,SP L I N E_2,0)Chandouqudong AKI SP L (ti m e,0,SP L I N E_3,0)74 郑州大学学报(工学版)2009年 仿真后得到各铰接点受力的变化曲线如图3(c )所示.在2.15s 、3.6s 、4.55s 时,由于阻力的突变,各铰点受力曲线也表现出了相应的突变,受力最大的铰点依然是动臂与斗杆铰接点,但其最大值也仅18825N.总的来说,这种工况下各铰点受力比较平稳,动臂与斗杆铰接点的受力和摇杆与斗杆铰接点的受力有减小的趋势,而斗杆与铲斗铰接点的受力和连杆与铲斗铰接点的受力有增大的趋势.由图3可知,发现液压挖掘机在上述3种工况下工作时主要铰点的受力具有如下共同规律:(1)各铰点的受力情况跟随挖掘阻力的变化而变化,其峰值也几乎与阻力的峰值出现在同一时刻.(2)动臂与斗杆铰接点受力情况变化最为剧烈,且峰值最大.因此,设计时可考虑采取相应加固措施,如适当增加此处连接销的直径、增厚连接处的钢板等.(3)摇杆与斗杆铰接点的受力曲线较平缓,其峰值也仅超出主要阻力一个较小值.3 结束语将三维造型软件Pr o /E 和系统运动学/动力学分析软件ADAMS 相结合,建立了液压挖掘机的虚拟样机模型,弥补了ADAMS 在实体建模能力上的不足,使系统模型的修改更加方便和直观.利用虚拟样机技术对挖掘机的工作状况进行仿真分析,能够得到各铰接点处连续的受力变化情况,更接近实际,克服了传统计算方法的不足.参考文献:[1] 同济大学.单斗液压挖掘机[M ].第二版.北京:中国建筑工业出版社,1986.[2] 朱志辉,周志革,王金刚,等.液压挖掘机工作装置的建模及动力学仿真[J ].机械设计与制造,2006,(8):158-159.[3] 石明全,薛运锋,陈维义,等.某发动机的参数化动态仿真分析[J ].郑州大学学报:工学版,2005,26(3):79-82.[4] 王国强,张进平.虚拟样机技术及其在ADAM S 上的实践[M ].西安:西北工业大学出版社,2002.[5] 张卧波,杨俊峰.挖掘机工作及运动状态的仿真与应用研究[J ].农业工程学报,2008,24(2):149-151.[6] 秦 成,史淑玲.挖掘机摇臂机构的虚拟样机研究[J ].机械工程师,2008,(3):133-134.[7] 张大庆.液压挖掘机工作装置运动控制研究[D ].长沙:中南大学机电工程学院,2007:38-41.Ca lcul a ti on of the Force Acted on H i n ged Jo i n ts of the Hydrauli cExcava tor Ba sed on ADAM SZHOU Hong -bing 1,2,HU Xi ong -wei 1,S UN Yong -gang 1,WANG Hui -ke1(1.School of Mechanical &Electrical Engineering,Central South University,Changsha 410083,China;2.Hunan I ntellectualFacultiesM echanical Co .L td .,Changsha 410100,China )Abstract:I n order t o obtain the continuous value of the f orce acted on key hinged j oints in a working excava 2t or,this paper uses Pr o /E4.0and ADAMS 2005t o build up the virtual p r ot otype of the hydraulic backhoe ex 2cavat or S W E90U.I n the virtual envir on ment,the si m ulati on of three typ ical working (bucket digging,ar m digging and s mooth operati on )and the study of the force acted on f our key hinged j oints of this excavat or are accomp lished,then,a series of corres ponding curves of the f orce acted on the hinged j oints is got .The results show that the change of the force acted on the j oint bet w een boom and ar m is the most vi olent,but the change of the f orce acted on the j oint bet w een r ocker and ar m is the flattest .Key words:ADAMS;hydraulic excavat or;si m ulati on;hinged j oints。
槽轮研究报告
槽轮研究报告槽轮研究报告引言：槽轮是一种用于车辆运输的重要组件。
它通常由轮胎和轮辐组成，能够提供牵引力和减震功能，同时也是车辆外观设计的重要元素之一。
本文将对槽轮的结构、性能以及应用领域进行详细研究和分析。
一、槽轮的结构槽轮由轮胎和轮辐两部分组成。
轮胎是槽轮的外层部分，由橡胶制成，具有抓地力强、耐磨损等特点。
槽轮的轮胎通常有各种规格和花纹设计，以适应不同的路况和使用环境。
轮辐是槽轮的内层部分，通常由金属材料制成，能够承受车辆的重量和路面的冲击力。
槽轮的轮辐设计可以影响车辆的操控性能和外观效果。
二、槽轮的性能1. 牵引力：槽轮的轮胎采用橡胶材料制成，具有良好的抓地力和牵引力，能够提供车辆的牵引力，以确保车辆能够在不同的路况下行驶稳定和安全。
2. 减震效果：槽轮的轮胎和轮辐能够吸收道路震动，并将其传递到车辆结构中，以减少车辆乘坐者的颠簸感，并保护车辆的其他部件免受损坏。
3. 耐磨损性能：槽轮的轮胎通常采用耐磨橡胶材料制成，能够在长时间的行驶过程中保持较好的性能，并且不易磨损。
4. 外观设计：槽轮作为车辆的外观设计元素之一，其轮辐的造型和颜色设计能够影响整体车辆的外观效果，因此槽轮的外观设计也是车辆制造商和用户关注的重点。
三、槽轮的应用领域槽轮广泛应用于各种车辆，包括乘用车、商用车、运动车等。
在乘用车领域，槽轮通常被用于增加车辆的运动感和豪华感，提升车辆外观的时尚度。
在商用车领域，槽轮的强韧性和耐磨性能能够提供稳定的行驶性能和较长的使用寿命。
在运动车领域，槽轮的抓地力和减震效果对于提高车辆的操控性能和行驶安全性至关重要。
结论：槽轮作为车辆的重要组件之一，不仅具有牵引力和减震功能，还能够影响整体车辆的外观效果。
槽轮的轮胎和轮辐的设计和材料选择直接影响槽轮的性能和耐用性。
在不同的应用领域，槽轮能够提供不同的性能和外观要求。
随着车辆制造技术的不断进步，槽轮也将在结构和材料技术方面得到进一步的创新和发展。
adams实验报告
ADAMS动力学建模与分析实验报告实验一、曲柄连杆机构、凸轮机构建模与仿真一、实验目的1、掌握ADAMS基本操作方法，熟悉其操作界面以及软件中常用的建模工具；2、分别建立曲柄连杆机构和凸轮机构的动力学模型，仿真其运动。
二、实验流程(一)、曲柄连杆机构1、启动Adams，设置文件名为“qubingliangang”，进入工作界面，设置菜单栏中setting |working grid，将size栏中的x和y 都设置为300mm，将spacing栏中的x和y都输入5mm，按F4，打开坐标显示框；2、创建曲柄，单击Link，设置数值为9cm*1cm*1cm，单击（0,0,0）处，向右拉伸，单击鼠标。
3、创建摇杆，单击回转图标，单击（0,0,0）和（-120,0,0），设置回转中心线，之后鼠标分别点击（0,5,0），（0,10,0），（-120,10,0），（-120,5,0），（0,5,0），单击鼠标右键，完成；4、创建活塞，单击圆柱创建图标，设置长度和半径分别为21cm和0.5cm，在（0,0,0）处单击，向左延伸。
5，在各铰接点处添加转动副，在摇杆与活塞之间创建圆柱幅，在曲柄上添加动力，设置其转动速度为60r/s，则建模完成；6、单击仿真按钮，设置Duration 为5，Step size为0.0001，单击开始，则可以观察到运动仿真结果，如下所示：(二)、凸轮机构1、启动Adams，设置文件名为“tulun”，进入工作界面，设置菜单栏中setting |working grid，将spacing栏中的x和y都输入10mm，按F4，打开坐标显示框；2、创建凸轮，单击多义线图标，选中下面的closed选项，绘制封闭的多义线，依次点击凸轮外表面上的13个点，选择完毕后单击右键生成凸轮曲线。
然后在（0，-130，0）处创建凸轮转动副；3、创建平动部件，单击多义线图标，取消下面的closed选项，绘制不封闭的多义线，选择该曲线上的11个点，选择完毕后单击鼠标右键，生成该曲线；然后单击BOX图标，在下方的选项中选择Add to part，鼠标点击开放的曲线，之后定义盒子的顶点为（-250,50,0），按住鼠标拖动至（250,180,0），释放鼠标，则可建成平动部件；4、在平动部件与地面之间添加移动副；5、单击凸轮接触图标，点击凸轮部件，再单击其他部件曲线部分，建立线-线接触；6、给凸轮添加旋转运动，speed设置为360d；7、分别建立平动部件的位移测量、速度测量和加速度测量；如下图所示为实验结果：实验二、保龄球运动、平抛运动建模与仿真一、实验目的1、掌握ADAMS基本操作方法，熟悉其操作界面以及软件中常用的建模工具；2、分别建立平抛运动和保龄球运动的动力学模型，仿真其运动。
基于ADAMS和AMESim的装载机工作机构性能分析
ｌ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ ａ ｓ ａ ｎ ｏ ｂ ｊ ｅ ｃ ｔ ．Ｆ ｉ ｎ ａ ｌ ｌ ｙ，ａ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｃ ｏ ｕ ｐ ｌ ｉ ｎ ｇ ｏ ｆ ｗｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ｇ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｓ ｍ ｗａ ｓ ｄ ｏ ｎ ｅ ，
分 析 结 果 为 改 进 装 载 机 工 作 系统 提 供 了理 论 依 据 。 关 键词 ： 装 载机 ； 工作机 构 ； 耦合 ； 发 动 机 模 型
中图分 类号 ： Ｕ４ １ ５ ． ５ １ 文 献标 志码 ： Ｂ
Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｎ Ｐｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ Ｌｏ ａ ｄ ｅ ｒ ’ Ｓ Ｗ ｏ ｒ ｋ ｉ ｎｇ Ｍｅ ｃ ｈａ ｎｉ ｓ ｍ
ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｐ ｒ ｏｖ ｉ ｄ ｅ ｓ ａ ｒ ｅ ｌ ｉ ａ ｂｌ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏｄ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈｅ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｒ ｌ ｔ ｔ ｈｅ ｗｈｏ ｌ ｅ ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎｅ ． Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕｌ ｔ ｓ ｐｒ ｏ ｖ ｉ ｄｅ ｓ ｔ ｈｅ ｏ ｒ ｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｂ ａ ｓ ｉ ｓ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈｅ ｉ ｍｐｒ ｏ ｖ ｅ ｍｅ ｎｔ ｏ ｆ ｗｏ ｒ ｋｉ ｎ ｇ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｏ ｆ ｗｈｅ ｅ ｌ ｌ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ：ｌ ｏａ ｄｅ ｒ；ｗｏ ｒ ｋｉ ｎｇ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎｉ ｓ ｍ ；ｃ ｏ ｕｐ ｌ ｉ ｎｇ；ｅ ｎｇ ｉ ｎｅ ｍｏ ｄｅ ｌ
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２ ０ ９ ２ ２
能 良好 、 机 动灵活 、 操纵 轻便 、 经济 性好 、 使用 维修 方 便 的小 型工程 机械 。其 主要 参数指 标见 表 １ 。
锁紧杆槽轮机构——多体动力学报告
学院：机械与运载工程学院目录一、课题内容 (1)二、课题分析 (2)1、分析机构运动情况 (2)2、确定机构运动尺寸 (3)3、仿真分析目的 (4)三、建模仿真 (7)1、模型描述 (7)2、仿真结果 (9)3、仿真分析结论 (10)一、课题内容槽轮机构由槽轮和圆柱销组成的单向间歇运动机构，又称马尔他机构。
它常被用来将主动件的连续转动转换成从动件的带有停歇的单向周期性转动。
槽轮机构有外啮合和内啮合以及球面槽轮等。
外啮合槽轮机构的槽轮和转臂转向相反,而内啮合则相同，球面槽轮可在两相交轴之间进行间歇传动。
锁紧杆槽轮机构的旋转曲柄上有一驱滚子，当它进入一个槽时，输出轮就会迅速地转位。
在图1中，锁止杆上的圆滚（图中将要滚出槽的圆滚）与槽相啮合以防止槽轮不转位时的移动。
（图1）二、课题分析1、分析机构运动情况根据课题要求，画出机构的运动简图，见图2。
本机构由三个构件组成：0为机架；1为六槽的槽轮，通过铰链与机架相连；2的结构较为复杂，由一个凸轮、连杆和连杆末端的滚子组成，凸轮和连杆位置固定，通过铰链E与机架相连，而连杆末端的滚子则通过高副A与槽轮相连；3为两个连杆固定位置后通过铰链D与机架相连，在两个连杆的末端分别有两个圆柱销与连杆固定，其中一个滚子通过高副B与构件2中的凸轮部分相接触，另外一个滚子通过高副C与槽轮连接。
（图2）一个作平面运动的自由构件具有三个自由度。
若一个平面机构共有n个活动构件。
在未用运动副联接前，则活动构件自由度总数为3n。
当用运动副将这些活动构件与机架联接组成机构后，则各活动构件具有的自由度受到约束。
若机构中有PL 个低副，PH个高副，则受到的约束，即减少的自由度总数应为2PL+ PH。
因此，该机构相对于固定构件的自由度数应为活动构件的自由度数与引入运动副减少的自由度数之差，该差值称为机构的自由度，并以F表示，即F=3n-2PL-PH根据上述分析，该机构的构件总数N=4；活动构件数n=3；有3个转动副和0个移动副，即低副PL=3；同时有 3个高副，但任一时刻，构建3两端的滚子仅有一个与槽轮连接或与构件2中凸轮连接，故实际高副PH=2。
外槽轮机构设计分析
09-02-57 New Structure Design of Hydraulic Pressure Elevator SUN Hua (Information, machinery and electronics college, Guangzhou
性能分析41对动力性能的影响外槽轮机构的动力性能可用其角加速度arctgsin1sin1sin可以得到槽轮角加速度与曲柄角速度的比值系数曲线图在不改变外槽轮机构间歇运动周期性的情况下根据槽轮的运用和间歇运动周期性对比四径向槽槽轮机构和八径向槽槽轮机构的角速度机构中心线重合时62机电工程技术2009机电工程技术2009将四槽轮机构的设计等具体参数关系代42变化的曲柄长度对动力性能的影响要减小槽轮角加速度63机电工程技术2009研究与开机电工程技术200923工作原理改进后原理图如图从而把调速器的动作有的结构图和原使用传统控制环的结构图分别如图使用特殊导叶臂大大降低了产品的制造和加工成本而且更方便在出厂后进行设备的安装调试和电站大修时拆卸维护结语通过对某电站反击式水轮机无传统控制环hld46wj71型水轮机无传统控制环下法兰整圈钢板和竖立的整个高度的圆筒钢板材料可以把四径向槽槽轮机构改为八径向槽槽轮机构的输出槽轮角速度和角加速度结论经过对现场装置的实97机电工程技术2009经验交abstracts090257newstructuredesignhydraulicpressureelevatorsunhuainformationmachineryelectronicscollegeguangzhouuniversityguangzhou510006chinaabstract
经验交流
图 3 传统控制环设计图
图 2 特殊导叶臂设计图
的结构图和原使用传统控制环的结构图分别如图 2 和图 3 所示。
基于ADAMS的周转轮系的运动学分析
B E I H AN G UNIVERSITY机械原理课程虚拟样机仿真实验报告题目：基于ADAMS的周转轮系的运动学分析姓名:龙玉____________________________学号：12071188班级：1207172013年6月4日北航机械学院基于ADAMS的周转轮系的运动学分析12071188 龙玉北京航空航天大学机械工程及自动化学院摘要本仿真实验主要是针对标准齿轮的周转轮系，结合Adams分析了周转轮系各齿轮的角速度、线速度以及角加速度的变化规律，同时利用该软件对轮系进行模拟仿真，得到了它们的变化曲线。
通过仿真结果与理论分析的比较，验证了理论分析的正确性。
最后通过已知条件，把相应的传动比计算了出来。
关键词：ADAMS;周转轮系；运动学分析1.题目要求如下图所示的周转轮系，图a含有冗余约束，图b不含冗余.(1试计算传动比/3H：(2试用书中给出的一种方法(包括图解法、解析法、复数法以及运动影响系数法等)写出：该机构各输出构件的位置、速度和加速度方程；(3利用ADAMS软件对以上结果进行仿真验证：(4判断该机构是否具有急回特性：(5该类机构的应用。
2)含冗余约束團6基本周转轮系｝注：由于不含冗余约束的机构是含冗余约束的一种特殊情况，所以在用ADAMS 做仿真的时候只做了含有兀余约束的。
如此也可以类推不含'兀余约束的情况。
2.机构(角)速度及其加速度的求解2.1运动描述本机构中齿轮1是固定在机架上的，三个齿轮2分别绕着齿轮1以大小相同的角速度和角加速度匀速转动，在仿真模拟中以齿轮2作为主动轮，内齿轮3也随之做匀速转动。
所以，齿轮2和3的角速度、角加速度、线速度等大小不变，方向时刻改变的运动。
对于不含冗余约束的b机构，齿轮2仍然为主动轮，齿轮2和3仍然做匀速转动。
而含冗余约束和不含冗余约束的两个机构都是一口由度机构。
2.2尺寸综合设计理论分析2. 2.1同心条件对于渐开线标准圆柱齿轮传动，有m（z t + z2） _m(z3 -z2)2 2G Z1)Z101H— 2)〜2222. 2. 2装配条件设行星轮的个数为k个，则有5<Pi <Pii]H —<P H 2N/K假设27Tz l其中N为整数，由此可得Z] . _ Zi + Z3N = K1IH =^T~2. 2. 3邻接条件两行星轮Z间不发生碰撞，则应满足I AB > 2r a2其中J B是两齿轮2轮心之距。
槽轮机构的动态特性及其影响因素分析
槽轮机构的动态特性及其影响因素分析槽轮机构的动态特性及其影响因素分析槽轮机构是一种常用的传动机构，具有许多独特的动态特性。
了解和分析槽轮机构的动态特性以及影响因素对于设计和优化传动系统非常重要。
下面将按步骤思考槽轮机构的动态特性及其影响因素，并进行分析。
第一步：了解槽轮机构的基本结构和工作原理。
槽轮机构由凸轮和凹槽组成，凸轮通过旋转使凹槽内的物体运动。
凸轮的运动轨迹决定了凹槽内物体的运动方式。
第二步：分析槽轮机构的动态特性。
槽轮机构的动态特性主要包括运动速度、加速度、位移和力等。
这些特性直接影响到机构的性能和运行稳定性。
第三步：探讨槽轮机构的运动速度特性。
槽轮机构的运动速度取决于凸轮的旋转速度和凹槽的形状。
凸轮旋转速度越大，物体在凹槽内的运动速度越快。
凹槽的形状也会影响运动速度，如凹槽的宽度和深度等。
第四步：研究槽轮机构的加速度特性。
槽轮机构的加速度描述了物体在凹槽内运动速度的变化率。
加速度可以通过凸轮的旋转加速度和凹槽形状来调节。
较大的加速度可以实现更快的物体运动速度和更高的效率。
第五步：分析槽轮机构的位移特性。
位移是物体在凹槽内的行程长度。
槽轮机构的位移受到凸轮的旋转角度和凹槽形状的影响。
凸轮旋转角度越大，物体在凹槽内的位移越大。
第六步：讨论槽轮机构的力特性。
力是槽轮机构传递的动力，直接影响着传动系统的性能和负载能力。
力的大小取决于旋转凸轮的力矩和摩擦、惯性等因素。
第七步：思考槽轮机构的影响因素。
影响槽轮机构动态特性的因素包括凸轮的形状、凹槽的设计、传动比、工作环境等。
凸轮的形状和凹槽的设计直接决定了机构的运动特性。
传动比影响着输出速度和力。
工作环境的变化也会对机构的运行稳定性产生影响。
最后，通过对槽轮机构的动态特性及其影响因素进行分析，可以为传动系统的设计和优化提供参考。
了解机构的动态特性有助于提高系统的运行效率和稳定性，通过调节影响因素可以实现更理想的传动效果。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
槽轮机构ADAMS机构分析报告
一.题目分析
1、题目
题20
图1
如上图所示，这个设计将一个行星轮并入到传动机构中来。
输出轴的运动周期减少，最大角速度比具有相同沟槽数的未改进的槽轮机构的大。
曲柄轮的一个驱动单元由行星轮b和传动滚c组成。
传动滚轴与行星节圆上的一点同线。
因为行星轮沿固定的太阳轮d转动，传动滚c轴的轨迹是一个心形的曲线e。
为防止圆滚妨碍锁紧盘f,弧度g应该比未改进时槽轮所要求的大。
2、机构运动简图
(1)太阳轮：模数5,齿数40,厚50mm
(2)行星轮：模数5,齿数40,厚50mm,孔径d=40
(3)锁紧盘：直径500111111,圆弧直径320mm,厚40mm
(4)槽轮：直径500mm,槽宽30mm,长宽为：480mm,厚度40mm
(5)传动滚：长100mm,宽80inm,厚20mm,滚直径30mm
(6)输入圆盘：直径450nun,孔径40mm,厚50mm
二、分析目的
根据题意，要求输入盘，每转动一圈，槽轮就转过90°,并且不断循环下去。
从动力传递的顺序来分析，动力是由输入盘传递给传动滚与行星轮组成的曲柄轮，然后由传动滚传递给槽轮，再由槽轮轮传递给输出轴，因为行星轮与太阳轮之间的齿轮副的传动
是平稳的，所以输出轴的一些运动信息可以通过对槽轮的测量来获取。
下面将对槽轮转动的情况做简要的分析：
1、运动要求：
若以图2所示位置为初始位置，输入盘的转动方向为顺时针，当输入盘转动时带动曲柄轮转动，同时传动滚与槽轮接触并带动槽轮转动，当输入盘转过一定角度时，传动滚与槽轮分离，锁止盘与槽轮接合将槽轮锁止，槽轮不转动，当输入盘再次转过一定角度后，锁止盘与槽轮分离，传动滚再次与槽轮接合带动槽轮转动，槽轮就是如此间歇运行下去。
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，因此在槽轮与输入盘的转动副上需要添加摩擦力；在传动滚与槽轮以及锁止盘与槽轮接合时应该添加接触力，接触时会有能量的损失，所以在接触力的设置时应有摩擦的设置。
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(Reshtuhoii)。
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(Stifiiiess),力的非线性指数(Foice 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
图4
图5
图6
(4)盘轮
(5)齿轮
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.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lename, appearance,去掉重复及不必要的部件，最终获得如图9所示的模型。
（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 约束1:在机架与地面之间，釆用了固定副约束。
约束2：在输入盘与机架之间，釆用了回转副约束。
约束3：
在输入盘与曲柄轮之间，采用了回转副约束。
囤
齿轮副约束
图10
约束4:在行星轮与太阳轮之间，采用了齿轮副约束。
约束5:在槽轮与机架之间，釆用了回转副约束。
(3)力的施加：
在此槽轮机构中，主动件只有一个，即输入圆盘，其他构件的运动都因输入盘的运动引起，所以只需添加一个驱动到输入盘即可。
添加驱动：使用Rotational Joint Motion愆在输入盘上添加驱动，其表达式为
D(t)= 360d*tiine
为了尽可能使传动滚与槽轮以及锁止盘与槽轮间接合时能保持接触，使仿真更加真实，所以在实际操作中，还在槽轮与机架、输入盘与曲柄轮之间的约束上, 添加了摩擦力，如图11、图12；锁止盘与槽轮、传动滚与槽轮之间，添加了接
触力，设置如图13、图14o
图11图12
图14
四、实际输出结果
仿真时设置时间为10秒，步数为1000次，然后对输入盘轮和槽轮的joint 分别测量相 对角速度如下图所示。
（1）测量输入盘轮的角速度
（1）测量槽轮的输出角速度
60000.0 -------------------------------------------------------
Time: 10.000 —Current 1144.
图
13 Apply Canr-- | Carr--
图15输入盘轮的角速度曲线
图16 槽轮的输出角速度曲线
从图15、16中可以看出，输入盘轮的角速度是一个恒定的值，而输出槽轮的角速度值是间歇性的且周期很小，除了几处特殊的地方外，输出角速度的波峰值基本上相等。
五、结论
机构在总体上基本上满足了其功能要求，即输入盘每转一圈后输出槽轮能实现间歇性运动，从槽轮的输出角速度曲线图可看出输出周期非常短，这符合题目的要求，且输出角速度的波峰值基本上相等。
但此槽轮机构的传递效率非常的低从输入角速度图与输出角速度图可看出输出图的波峰值比输入值低太多，这说明很大一部分能量损失在摩擦力与接触应力上了。
六、课程学习体会
Adams是应用非常广泛也非常实用的机械系统仿真软件，是机械行业生产研究方面不可或缺的专业软件，越是对其了解的加深，我越來越能体会到这门知识的重要性。
作为机械专业学生中的一员，Adams对我们的重要性不言而喻，而我也非常希望能学好这门对于Adams软件的使用技能。
通过两个月的课堂学习和二次上机实验，我终于能够基本运用Adams软件处理一些简单的仿真，对这么技能的初步使用让我异常兴奋，当然，现在我所学的知识还是太少，对于Adams的学习现在也才刚刚开始。
这次的作业我选题是槽轮机构的仿真，我先创建较小的机构或者子系统进行仿真分析后再创建完整的虚拟样机，进行简单的仿真分析，确认连接正确后再继续进行样机建模，一步步稳步前进，最后终于完成曾一度让自己艳羡不己的简单仿真。
不过说实话，这个机构对于我来说挺难的，很大方面受自己所学的限制。
一方面作为一个相对复杂的机构，我以前学习机械原理时候对于行星轮机构的学习还不够深入，理解欠缺深刻，所以在选题后我又花了不少时间重新补习相关机械知识；另一方面对于Adams使用的技巧也不甚熟练，还有很多需要学习的地方，在期间我通过很多途径查找了相关资料学习使用
Adamso得益于这段时间的认真学习，我基本完成了仿真，最后又向严老师请教一些疑问，终于较为完满的完成了这次作业。
当然，这学习这么课的意义远远不是完成这么一项作业能体现的，但是在这次作业过程中，我学到了很多，包括温习了以前相关的机械知识，查找相关文献，并提高了自己查找有效信息的能力，相比于具体的知识，查找知识显得更为重要，在这次作业中，我在网上、在图书馆、向别人请教，渐渐在加深Adams 虚拟样机仿真知识的同时，也大大提高了自己获取这份知识的技能。
自然，最为重要的收获就是加深了自己对Adams的了解，学会使用一些基本技能，这对于我以后涉足机械行业的工作奠定了更好的基础。
非常荣幸，我能选择Adams虚拟样机仿真这门课，也是在学习了这门课后我才开始意识到这么专业课对于我们的重要意义，这将是我们以后走上岗位不可或缺的专业技能。
两次半天的上机实习，这次作业花费大精力的操作，让我对Adams 软件的使用有了一定的心得体会，现在己经能初步进行对简单机构系统的仿真。
虽然目前我还无法使用Adams软件进行较为复杂的机械系统虚拟样机仿真分析，但正如我所说的，我对Adams虚拟样机仿真的学习这才刚刚开始。
这门知识的学习、技能的初步运用，为我开启了新的殿堂。
在今后的日子里，即便课堂上的学习己经结束，我仍然会努力学习这门对于机械行业不可或缺的专业技能，争取有一天能够登堂入室。