基于Adams的槽輪機構(gòu)的運動仿真

孫科 長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院機械工程學(xué)院

引言：槽輪機構(gòu)廣泛應(yīng)用于機械傳動裝置中,其作用是將主動撥盤的連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為從動輪槽輪的間歇運動,以達到間歇進給、轉(zhuǎn)位和分度等工作要求。槽輪機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單,外形尺寸小,機械效率高,能準(zhǔn)確控制轉(zhuǎn)角,以及能較平穩(wěn)地、間歇地進行轉(zhuǎn)位等優(yōu)點,其缺點是動程不可調(diào)節(jié),從動槽輪在打開和停止時有剛性沖擊,所以適用于中速場合。

1 、ADAMS軟件概述

虛擬樣機技術(shù)的工程應(yīng)用建立在界面友好、功能強大、性能穩(wěn)定的商品化虛擬樣機軟件之上。美國MSC公司在多體系統(tǒng)領(lǐng)域的標(biāo)志產(chǎn)品MSC.ADAMS進過多年的發(fā)展，已經(jīng)成為虛擬樣機技術(shù)平臺的杰出代表，廣泛應(yīng)用于汽車、鐵道、船舶、航空航天等行業(yè)。ADAMS由基本模塊、擴展模塊、接口模塊、專業(yè)模塊及工具箱組成，其中基本模塊包括ADAMS/View(用戶界面模塊)、ADAMS/Solver(求解器)、ADAMS/PostProcessor(專業(yè)后處理模塊)。

2 、槽輪機構(gòu)的運用及參數(shù)設(shè)計

2.1 槽輪機構(gòu)的運行原理

槽輪機構(gòu)的典型結(jié)構(gòu)如圖1所示，它由主動撥盤、從動槽輪和機架組成。撥盤以等角速度作連續(xù)回轉(zhuǎn)，當(dāng)主動盤上的圓銷未進入槽輪的徑向槽時，由于槽輪的內(nèi)凹鎖止弧被撥盤的外凹槽鎖止弧卡住，故槽輪不動。圖示1為圓銷鋼進入槽輪徑向槽時的位置，此時鎖止弧又也剛被松開。此后，槽輪受圓銷的驅(qū)使而轉(zhuǎn)動。當(dāng)圓銷在另一邊離開徑向槽時，鎖止弧又被卡住，槽輪又靜止不動。直至圓銷再次進入槽輪的另一個徑向槽時，又重復(fù)上述運動。所以槽輪作時動時停的間歇運動。此外，當(dāng)圓銷開始進入和退出徑向槽時，由于角加速度有突變，故在此兩瞬時有柔性沖擊。而且槽輪的槽數(shù)愈少，柔性沖擊愈大。因存在柔性沖擊的缺點，故常用于速度不太高的場合。如轉(zhuǎn)塔車床上的刀具轉(zhuǎn)位機構(gòu)。它還常在電影放映機中用以間歇移動膠片等。

圖1 機構(gòu)運動簡圖

2.2 槽輪的尺寸計算

對于外槽輪機構(gòu), 為了避免或減輕從動輪在開始轉(zhuǎn)動和停止轉(zhuǎn)動時的碰撞或沖擊, 撥銷應(yīng)停止在開始進入徑向槽或剛從徑向槽脫出的狀態(tài)。即撥銷中心的線速度方向均是沿著徑向槽的中心線方向,以便從動槽輪在打開和停止時的瞬間角速度為零。因此有

式中z—從動槽輪的槽數(shù)。

當(dāng)主動撥盤以等角速度 A 轉(zhuǎn)動時, 從動槽輪轉(zhuǎn)動一次所需的時間

因此, 有

同理, 對于內(nèi)槽輪機構(gòu)來說

由式（5）、式（6）可知, 外槽輪機構(gòu)的運動系數(shù)k 應(yīng)大于零。因此,其槽數(shù)z 應(yīng)大于3。當(dāng)n=1，k 總是小于0. 5, 即外槽輪機構(gòu)的運動時間總是小于停歇時間。

由于槽輪機構(gòu)常做間歇運動, 它會有間歇時間, 所以運動系數(shù)k 總是小于1。因此, n 與z 的關(guān)系為

通常取z=4～ 8 。本文的仿真采用了z=4。

3 ProE槽輪機構(gòu)建模、裝配及導(dǎo)入adams

模型導(dǎo)入adams中先要在proe里將裝配體保存副本，保存格式為“.x_t”。注意保存的路徑不能有中文名稱。然后在ADAMS里把剛才的xxx.x_t文件import。導(dǎo)入的模型沒有質(zhì)量，要自己添加。。機構(gòu)運動簡圖（圖1）對3.1建立的幾何模型進行約束建模，整個約束建模的工作仍是在ADAMS/View(用戶界面模塊)中利用主工具箱中的約束工具完成。該機構(gòu)中運動副處的約束分別為：主動撥盤在中心點與大地形成轉(zhuǎn)動副；從動槽輪在中心點與大地形成轉(zhuǎn)動副，機架形成固定件；完成后如圖2所示。

圖2 約束建模圖

4 、仿真結(jié)果后處理

仿真結(jié)果后處理在ADAMS/PostProcessor（專業(yè)后處理模塊）下進行。該模塊用來輸出高性能的動畫，各種數(shù)據(jù)曲線，該模塊還可以進行曲線的編輯和數(shù)字信號處理等，使用戶可以方便、快捷地觀察、研究ADAMS的仿真結(jié)果。本例主要是利用它的仿真曲線繪制功能。

在本例所需的從動槽輪的運動曲線的獲取步驟基本如下：

轉(zhuǎn)換到ADAMS/PostProcessor，待載入曲線的空白頁面處單擊右鍵，在下來菜單中選擇“Load Plot（載入曲線）”命令。依次對Model、Source進行選擇。Source選為Objects后選擇從動槽輪（caolun2），再選擇characteristic下需要的項目，然后根據(jù)實際情況選擇Component，最后勾選Surf，即生成如圖3所示的曲線。

圖3 從動槽輪運動曲線

圖中：紅實線——表示從動槽輪在x方向的速度

藍色長虛線——表示從動槽輪在x方向的加速度

5 、總結(jié)

由槽輪的建模及仿真過程可知，利用ProE和ADAMS對機械產(chǎn)品進行建模與仿真簡單可行。它不但能使機構(gòu)的造型形象化、可視化，而且也使整個仿真過程更加準(zhǔn)確、形象、生動。實現(xiàn)槽輪的自動化設(shè)計，消除了傳統(tǒng)設(shè)計中許多弊端。基于ADAMS的機構(gòu)運動仿真已經(jīng)進入了可視化仿真以及虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)的新階段, 它是未來計算機仿真的發(fā)展方向。