基于ADAMS機械機構(gòu)的自動化設(shè)計和運動特性分析

楊漢文

【摘要】科學(xué)技術(shù)的進步給各行各業(yè)帶來了質(zhì)的變化。在機械制造行業(yè)中，ADAMS的誕生，以建模模擬的方式實現(xiàn)機械機構(gòu)的自動化設(shè)計，縮減了大量的設(shè)計工序，節(jié)約成本的同時提升了設(shè)計質(zhì)量，為我國機械結(jié)構(gòu)自動化設(shè)計提供了新的發(fā)展方向。本文以機械機構(gòu)中的曲柄搖桿構(gòu)件設(shè)計為例，淺析基于ADAMS的機械機構(gòu)自動化設(shè)計，并分析其運動特性，給相關(guān)研究提供參考。

【關(guān)鍵詞】ADANS；機械機構(gòu)；自動化設(shè)計

機械結(jié)構(gòu)自動化設(shè)計是近年來工業(yè)機械發(fā)展的重要方向，已經(jīng)取得了較好的研究成果。在傳統(tǒng)機械化設(shè)計中，往往需要根據(jù)設(shè)計需要，將機械結(jié)構(gòu)完整設(shè)計后，采用制作樣機的方式對機械設(shè)計的功能和運動特性進行分析，在此基礎(chǔ)上加以改進。這種方式既浪費了大量的設(shè)計、改進時間，也浪費了大量的機械材料，給機械制造業(yè)帶來不可估量的損失。

一、基于ADAMS機械機構(gòu)自動化設(shè)計概述

ASAMS是一種基于虛擬樣機技術(shù)的自動化機械系統(tǒng)動力學(xué)分析軟件，該軟件集合建立模型、仿真模擬、分析求解、可視化處理等眾多處理技術(shù)于一體，在機械制造設(shè)計中具有重要的作用。通過該軟件能夠根據(jù)設(shè)計需求，建立機械機構(gòu)的虛擬化樣機模型，并通過樣機模擬，將機構(gòu)的運動過程模擬出來，通過仿真模擬來分析樣機的運動特性。在樣機模擬中，以ASAMS分析樣機模擬運行中存在的差錯與不足，通過可視化處理，將機構(gòu)缺陷逐漸完善、改進，從而得到一個完整的、可直接制造的成品機械化設(shè)計產(chǎn)品。這種機械機構(gòu)的自動化設(shè)計，較傳統(tǒng)的軟件機械結(jié)構(gòu)設(shè)計、建立樣機、實驗驗證并逐漸改進，具有節(jié)省樣機制造成本、方便快捷、節(jié)約設(shè)計改進時間的效果。

下文以曲柄搖桿機構(gòu)的自動化設(shè)計為例，對建模過程加以分析，再結(jié)合建模實例分析機械機構(gòu)的運動特性，為驗證機械機構(gòu)是否滿足機械運動特性提供數(shù)據(jù)支持。

二、曲柄搖桿機構(gòu)自動化建模與運動特性分析

1.建模分析。曲柄搖桿機構(gòu)是機械設(shè)計中的重點，在機械自動化產(chǎn)品中，曲柄搖桿機構(gòu)

數(shù)據(jù)必不可少的核心構(gòu)件。研究曲柄搖桿結(jié)構(gòu)的建模設(shè)計，通過部分機械結(jié)構(gòu)的建模分析與改進，映射完整機械自動化設(shè)計的全過程，給分析機械設(shè)計與改進的相關(guān)研究提供參考。

通過ADAMS/Vie？建立曲柄搖桿的可視化模型，以相關(guān)設(shè)計需求的參數(shù)完成虛擬模型的建立。這一過程中需要優(yōu)先確定曲柄搖桿的鉸接點位置，因此，需要構(gòu)建曲柄搖桿的數(shù)學(xué)模型，獲取機構(gòu)位置方程，從而去頂鉸接點的具體坐標(biāo)值。曲柄搖桿數(shù)學(xué)模型見圖1。

建立直角坐標(biāo)系，以曲柄部分和機架部分的鉸接點A作為坐標(biāo)系的原點，直角坐標(biāo)系沿著水平向右方向建立。構(gòu)件的位置角度均以逆時針計算，各個構(gòu)件通過矢量表示。

對于機械設(shè)計產(chǎn)品的用戶化設(shè)計來講，模型參數(shù)化能夠直接根據(jù)用戶設(shè)計需求在ADAMS軟件中調(diào)整樣機參數(shù)，實現(xiàn)對樣機虛擬模型的功能改進與完善。與其他設(shè)計軟件一樣，ADAMS軟件的參數(shù)化方法是將模型中不同元素的參數(shù)通過設(shè)計變量關(guān)聯(lián)設(shè)置，從而以改變設(shè)計變量方式來實現(xiàn)對模型參數(shù)具體值的變更。然后在變更參數(shù)數(shù)值后，改變虛擬樣機模型的結(jié)構(gòu)與功能。本次研究中的曲柄搖桿機構(gòu)設(shè)計中，通過利用設(shè)計點參數(shù)化實現(xiàn)對曲柄搖桿機構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計，并按照變量初始值生成樣機模型結(jié)構(gòu)圖，如圖2所示。

2.運動特性分析。分析機械結(jié)構(gòu)的運動特性在機械制造過程中十分重要，特別是虛擬樣機技術(shù)下的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，運動特性直接決定產(chǎn)品制造后是否滿足用戶設(shè)計需求。

急回運動是曲柄搖桿機構(gòu)的重要運動性能之一，在虛擬樣機模擬中對這一運動特性的分析同樣十分重要。通過分析機架與從動搖桿之間的極限角度與夾角變化，確定極限位置的角度差值，當(dāng)搖桿處于兩個極限位置時，可根據(jù)運動時間同步原則，曲柄與搖桿同步轉(zhuǎn)動部分角度數(shù)據(jù)可分析獲得。

總結(jié)

基于ADAMS的機械自動化設(shè)計，給我國機械加工行業(yè)帶來了巨大的改變，促進我國機械化建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。本文通過以曲柄搖桿機構(gòu)的ADAMS機械建模分析為例，分析機械設(shè)計中ADAMS模擬自動化設(shè)計優(yōu)越性，并對構(gòu)件的運動特性分析討論，從而給機械設(shè)計中設(shè)計結(jié)構(gòu)符合運動學(xué)特性的研究提供參考。

【參考文獻(xiàn)】

[1]賈楓美，李秀紅.基于ADAMS的曲柄搖桿機構(gòu)運動和動力特性研究[J].機械工程與自動化，2011（6）：21-22

[2]陳同偉，雨強，肖冰.基于ADAMS的五自由度機械手的設(shè)計及運動學(xué)仿真[J].制造業(yè)自動化，2014（4）：40-43