基于ADAMS的平面機構(gòu)運動仿真分析

梁 磊

（寶雞文理學(xué)院機電工程系，陜西 寶雞 721016）

在機構(gòu)設(shè)計中，要求機構(gòu)的從動件必須滿足某種運動規(guī)律，這就需要對機構(gòu)進行必要的運動分析。平面機構(gòu)是比較常見的運動機構(gòu)，對其運動規(guī)律的分析有多種方法，常見的分析方法是圖解法和解析法。但是，圖解法的設(shè)計精度低且費時，而解析法的計算工作量大，必須借助計算機編程處理。本文通過利用ADAMS 軟件對經(jīng)編機沉降片的運動機構(gòu)分析，為其它平面多桿機構(gòu)的分析提供了很好的借鑒作用。

經(jīng)編機是一種重要的紡織機械，其主要組件有織針、導(dǎo)紗針、沉降片和壓板（用于鉤針機）。織針整列地裝在針床上，隨針床一起運動；導(dǎo)紗針裝在條板上組成梳櫛。經(jīng)紗穿過導(dǎo)紗針的孔眼,隨梳櫛一起運動而繞墊在針上,通過織針、沉降片等成圈機件的相互配合運動而織成織物。傳動沉降片運動性能的好壞直接影響織物的質(zhì)量。因此，為了更好的了解其傳動沉降片的運動，本文借助ADAMS 軟件，通過仿真，可以確定構(gòu)件的運動情況，檢驗構(gòu)件之間是否干涉、執(zhí)行件的運動是否與期望的相符。

1 經(jīng)編機平面八桿機構(gòu)概述

經(jīng)編機中傳動沉降片的平面八桿機構(gòu)，如圖1 所示，給定該機構(gòu)的尺寸（單位：mm）如下：O3x=110，O3y=125，O5x=20，O5y=164.5,O7x=176，O7y=430，L1=20，L2=150，L3=50，L4=60，L5=20，L6=254，L7=180。又主動曲柄1 的角速度=20 rad/s，角加速度=0，試求主動曲柄角位移Φ1=0°~360°。在循環(huán)過程中，從動件7的角位移為Φ7、角加速度準觶7 和角加速度為準咬7。

圖1 經(jīng)編機中的平面八桿機構(gòu)

2 ADAMS 軟件下的仿真建模

2.1 啟動ADAMS/View

（1）通過開始菜單運行ADAMS 2005，或直接雙擊桌面圖標，啟動ADAMS/2005。

（2）在歡迎對話框中，選擇Create a new model 選項；設(shè)置好工作路徑；在模型名字欄輸入plane multi-lever mechanism；重力設(shè)置選擇Earth Normal 選項；單位設(shè)置選擇MMKS 系統(tǒng)。

（3）設(shè)置完畢單擊OK 按鈕。

2.2 設(shè)置建模環(huán)境

（1）在settings 菜單，選項Working Grid 項，設(shè)置工作柵格，Size 項中X 和Y 分別設(shè)為350 mm 和500 mm；Spacing 在X 和Y 向 全 為10.0，確 認Shout Working Grid 是選中狀態(tài)，設(shè)置完畢單擊OK 按鈕。

（3）在Settings 菜單，選擇Gravity 項，設(shè)置重力加速度對話框，確認Gravity 為選中狀態(tài)，x=0.0，y=-9.806 65，z=0.0，設(shè)置完畢單擊OK 按鈕。

（4）在View 菜單中選擇Coordinate Window F4，打開坐標窗口。

2.3 幾何建模

（1）根據(jù)題目所給信息，在Auto/CAD 中繪出各桿件的位置關(guān)系并確定各絞點的位置：A（8.38，18.16）、B（69.96,154.71）、C（17.66,184.36）、D（-3.85,437.85）。

（3）在工具欄下方的參數(shù)設(shè)置中，選擇默認設(shè)置：Add to ground 和Don’t Attach。

（4）在（0,0,0）位置處按鼠標左鍵，窗口中顯示一個標記點，系統(tǒng)自動命名為Point_1。

（5）重復(fù)2-4 步，在（110,125,0）、（20,164.5,0）、（176,430,0）及A、B、C、D 位置處創(chuàng)建標記點，分別為Point_2、Point_3、Point_4、Point_5、Point_6、Point_7。

（6）用鼠標右鍵點擊所創(chuàng)建的點，在彈出的菜單中選擇Point_1：Point_1→Rename，重命名為O1。重復(fù)上述操作，依次將Point_2、Point_3、Point_4、Point_5、Point_6、Point_7 重命名為O3、O5、O7、A、B、C、D。

圖2 多桿機構(gòu)模型

圖3 添加約束后多桿機構(gòu)模型

（7）用鼠標右鍵點擊曲柄，在彈出的菜單中選擇Part wheel﹥Modify，設(shè)置曲柄的物理特性。在修改對話框中，可接受默認設(shè)置：Define Mass By 項選擇Geometry and Material Type, 在Material Type 項中選擇Materials steel。

2.4 添加約束

（1）為了更清楚地看見各種標記，在Settings 菜單中，選擇Icons；在Size for all Model Icons 項中的New Size 欄輸入0.2,設(shè)置完后單擊OK 按扭。

（2）在L1與大地間建立旋轉(zhuǎn)鉸接副。在主工具箱中的連接工具集中，選擇旋轉(zhuǎn)鉸接副，并設(shè)置參數(shù)：1 Location, Normal to Ground；在窗口內(nèi)選擇O1點，建立旋轉(zhuǎn)副，系統(tǒng)自動命名為Joint_1。

（3）鼠標右鍵點擊O1, 在彈出的菜單中選擇O1→Modify,在修改對話框中確認連接的兩個物體是L1和ground。

（4）接下來在L1和L2間建立一鉸接副。在主工具箱中的連接工具中，選擇旋轉(zhuǎn)鉸接副，并設(shè)置參數(shù)：2 Body-1 Loc，Normal to ground。用鼠標首先選擇L1，在選擇L2，然后然后選擇A，建立旋轉(zhuǎn)副，系統(tǒng)自動命名為Joint_2。

（5）接下來在L2與L3間建立鉸接副。在主工具箱中的連接工具集中，選擇旋轉(zhuǎn)鉸接副，并設(shè)置參數(shù)：2 Body-2 Loc,Normal to ground。用鼠標首先選擇L2，再選擇L3，然后點擊B,建立旋轉(zhuǎn)副，系統(tǒng)自動命名為Joint_3。接下來在L2和L4間建立鉸接副，步驟同上。當構(gòu)件個數(shù)超過2個并且交接在一點時，只需將設(shè)置參數(shù)改為：2 Body-2 Loc, Normal to ground 順序建立鉸接副即可。

（6）給曲柄添加運動約束，使之逆向360°旋轉(zhuǎn)。在主動工具箱中選擇旋轉(zhuǎn)運動工具按扭，設(shè)置參數(shù)：在speed 欄輸入（20.0r），即每秒轉(zhuǎn)20 rad，選擇O1，建立旋轉(zhuǎn)運動，窗口內(nèi)出現(xiàn)標志轉(zhuǎn)動的大箭頭，如圖3 所示。

2.5 運動仿真

2.6 仿真結(jié)果

（1）在ADAMS 窗口中右鍵點擊桿7，選擇L7→Measure，Characteristic：選擇CM angular velocity，Component：選擇Z。點擊Apply，出現(xiàn)L7的角速度圖線如圖4 所示。

（2）重復(fù)以上操作，在Characteristic 欄選擇CM angular acceleration 測L7的角加速度，如圖5 所示。

圖4 L7 角速度曲線

圖5 L7 角加速度曲線

（3）接下來用鼠標右鍵點擊測量窗口，選擇“transfer to full plot”命令，進入ADAMS/ Postprocessor窗口，放大整個測量曲線，單擊Plot Tracking 圖標可以得到在不同時刻各測量點的精確值。

通過該仿真曲線，可以得到：

一是，=-28.91 deg/sec=-0.50 r/s,如圖6 所示。

二是，=-284.925 1 deg/sec^2 =4.97 rad/s^2 如圖7 所示。

圖6 L7 角速度測量曲線

圖7 L7 角加速度測量曲線

圖8 角度隨時間變化曲線

三是，為了得到Φ7的范圍值，我們將L7的角速度測量曲線的積分曲線做出來。在該窗口點擊，然后再點擊，得到藍色虛線的曲線圖，這就是Φ7隨時間變化的曲線圖，從圖中可看出Φ7=-0.004 3 ~5.252 6 deg，如圖8 所示。

3 結(jié)束語

通過在ADAMS 下的機構(gòu)仿真，可以直觀的再現(xiàn)平面運動機構(gòu)的運動規(guī)律和運動特性，如果不符合設(shè)計者的要求，可以通過反復(fù)的修改動力學(xué)模型，在虛擬環(huán)境下模擬系統(tǒng)的運動，直到滿足運動要求。這樣，可以在短時間內(nèi)在不浪費材料的前提下，獲得最優(yōu)的設(shè)計方案。

[1]濮良貴. 機械設(shè)計（第八版）[M]. 北京：高等教育出版社，2006.

[2]趙 勻. 機構(gòu)數(shù)值分析與綜合[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2005.

[3]鄭 凱.ADAMS 2005 機械設(shè)計高級應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.