基于ADAMS的宽窄行分插机构动力学分析[三维UG]【含CAD高清图纸和说明书】
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三维UG
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浙江理工大学本科毕业设计（论文）任务书 董天林 同学（ 机制 专业 / 班级： 09（4） ）课题名称基于ADAMS的宽窄行分插机构动力学分析主要任务与目标宽窄行插秧是由农艺专家提出的一种适合我国水稻种植要求的种植方式，该种植方式的目标是增加通风，减少病虫害，增加水稻产量。目前国内插秧机用分插机构都是等行距（30cm）形式，见报道的只有延吉插秧机制造有限公司和黑龙江农业机械研究所研制了一种宽窄行插机，采用等行距插秧用的曲柄摇杆式分插机构，只是在分插机构和秧箱的布置上做了一定的改进。实现了20cm-40cm的插秧行距，但秧箱未能有效利用，尤其是采用20cm秧盘，与现有30cm秧盘不通用，机器不成熟，限制了机器的推广。另外，浙江理工大学赵匀等提出了多种行星轮系宽窄行分插机构，并进行了机构运动学的分析和参数优化，但由于宽窄行分插机构是一种空间机构，栽植臂的作空间取秧和推秧运动，有必要对机构进行动力学分析。本课题拟以横向项目为背景。该学生在本课题中主要任务是：1） 利用ADAMS进行宽窄行分插机构的动平衡分析，优化配重； 2）利用ADAMS和Ansys的联合仿真技术，建立机构的刚柔耦合模型，进行分插机构栽植臂的强度设计。目标：建立三维模型，进行动力学分析，建立刚柔耦合模型，求解栽植臂壳体应力分布；主要内容与基本要求主要设计内容有：1）了解与课题相关的国内外研究现状；2）进行动平衡研究，优化配重；3）确定刚柔耦合分析方案； 基本要求：1）文献综述报告与开题报告查阅与课题有关的文献（论文、书籍或手册等）不少于10篇（部），写出符合浙江理工大学本科生毕业设计(论文)工作规范要求的文献综述报告与开题报告。2）外文翻译阅读2篇以上（10000字符左右）的外文材料，完成5000汉字以上的英译汉翻译。3）三维建模、动力学分析、刚柔耦合按照课题内容，建立三维模型，绘制二维图纸，总计不少于2张零号图纸；进行动力学配重优化分析，建立刚柔耦合模型，求解栽植臂壳体应力分布。4）论文撰写撰写符合浙江理工大学本科生毕业设计(论文)工作规范要求的毕业设计说明书。5）纪律要求 严格按照进度安排，保质保量完成所承担的任务。主要参考资料及文献阅读任务1 俞高红，张玮炜，孙 良，赵 匀.偏心齿轮-非圆齿轮后插旋转式分插机构的三维参数化设计J.农业工程学报，2011,27(11):914. 2 孙 良，赵 匀，俞高红，姚佳明.基于D-H变换矩阵的宽窄行分插机构运动特性分析与设计J.农业工程学报.3 孙 良，赵 匀，姚佳明，俞高红.非匀速空间行星轮系机构在宽窄行分插机构中的应用J.农业机械学报.4 俞高红，刘炳华，赵 匀，孙 良，谢永良.椭圆齿轮行星轮系蔬菜钵苗自动移栽机构的运动机理分析J.农业机械学报，2011,42(4):5357.5 孙 良，赵 匀，俞高红. 高速插秧机圆柱齿轮椭圆锥齿轮宽窄行分插机构，(发明专利申请号) 201110202061.2.6 孙 良，赵 匀，俞高红，姚佳明. 高速宽窄行插秧机椭圆锥齿轮行星系分插机构，(发明专利申请号)201110202106.6.7 EdathiparambilVareed ThomasDevelopment of a mechanism for transplanting rice seedlingsJMechanism and Machine Theory：2002，37(4) ：395410.8 L.S Guo，W.J. ZhangKinematic analysis of a rice transplanting mechanism with eccentric planetary gear trainsJMechanism and Machine Theory：2001，36(11)：117511889 Zhao Yun, Yu Gaohong, Wu Chuanyu. Circuit simulation and dynamic analysis of a transplanting mechanism with planetary elliptical gearsJ. Transactions of the ASABE, 2011,54(4)：11791188.10 Kang Yulbae, Young Sooyang. Design of non-circular planetary-gear-train system to generate an optimal trajectory in a rice transplanterJ. Journal of Engineering Design, 2007,18(4):361372.11 (日)小西达也，津贺幸之介，等田植机用千鸟植付机构的开发研究J农业机械学会志，1998，60(5)：91-9912 陈建能，赵匀，俞高红等. 椭圆齿轮行星系分插机构推秧装置的动力学模型的建立及验证. 农业工程学报(英文版)，2003(5):71-7613 邢俊文，陶永忠. MSC.ADAMS/View高级培训教程M. 清华大学出版社. 200414 陈立平，张清云. 机械系统动力学分析及ADAMS应用教程M. 北京：清华大学出版社，2005，1.外文翻译任务1) Dynamics simulaton analysis on guiding mechanism for cable climbing robot2) Dynamic stress analysis of automatic weapons breech mechanism计划进度：起止时间内容2013.1.72013.1.10调研、信息汇总，文献查阅分析2013.01.112013.03.1 外文翻译、文献综述、开题报告，并熟悉理论力学、机械原理ansys、adams软件使用等相关知识 2013.03.22013.03.7 提交开题报告、文献综述及外文翻译 2013.03.8 开题答辩2013.03.092013.03.15 完成不同速度下的动平衡研究 2013.03.162013.03.20 优化配重，减小机构不平衡量 2013.03.212013.04.1 完成取苗臂模态分析 2013.04.22013.04.20 完成刚柔耦合分析 2013.04.212013.05.10 将载荷文件导入ansys完成应力分布计算 2013.05.112013.05.17 整理材料准备答辩 2013.05.182013.05.22 论文答辩 实习地点指导教师签 名年 月 日系 意 见系主任签名： 年 月 日学院盖章主管院长签名： 年 月 日3 浙江理工大学本科毕业设计（论文）文献综述报告班 级09机械类4班姓 名董天林课题名称基于ADAMS的宽窄行分插机构动力学分析文献综述目 录1 前言2 分插机构研究现状3 机构动力学研究现状4 动平衡分析方法的研究现状5 结构优化方法6 宽窄行分插机构动力学研究趋势7 总结参考文献（报告全文附后）指导教师审批意见签名： 年 月 日基于ADAMS的宽窄行分插机构动力学分析董天林(09机械类4班 B09300408)1 前言宽窄行分插机构是在已有的等间距分插机构的基础之上发展起来的，目的是为了更好的满足秧行之间的通风要求，达到减少疾病增加收成的目的。但是由于宽窄行插秧机构在单个插秧机构的动平衡上却没有得到很好的解决，主要是由于取苗臂的运动轨迹是空间运动，且是变速运动，所以很可能在多个方向上存在运动不平衡量；所以单靠平衡机构已经不能解决此种问题了，需要利用ADAMS的虚拟样机技术准确的分析出机构的运动不平衡，通过增加配重平衡块的方式优化转动不平衡量，对于取苗臂的结构优化如果采用经验设计，即何处易破坏就增加此处厚度的方法，此方法随可行但不够好，增加厚度不够则仍易破坏，增加太多则浪费材料且增加了机构的整体重量，所以最好是采用ADAMS与ANSYS的联合仿真分析，做到既满足使用要求又经济可靠。2 分插机构研究现状2.1 传统行星轮系分插机构2.1.1偏心齿轮行星系分插机构偏心齿轮行星系分插机构由日本率先发明，并在中国申报专利。该机构如图1.1所示，共有9个半径相同的偏心齿轮，太阳轮10固定不动，两边对称布置2对齿轮，栽植臂4固定在行星轮8上，行星架7与太阳轮共轴。工作时，行星架转动，2个惰轮9(也称中间轮)绕太阳轮转动，带动2个行星轮在周期内摆动，栽植臂随行星架的圆周运动和随行星轮作相对于行星轮轴的摆动，构成了特殊的运动轨迹，可满足秧爪轨迹和姿态的要求。偏心齿轮行星系分插机构与非圆齿轮行星系分插机构相比较有加工简单的优点，但齿隙变化引起振动，需增加防振装置，结构较复杂。中国学者也对该机构进行了研究和改进，在对该机构进行运动分析的基础上，用解析法建立了该分插机构的运动学模型1。2.1.2偏心链轮式分插机构偏心链轮式分插机构采用5个偏心链轮，利用传动比变化实现分插机构的传动要求。偏心链轮分插机构的传动部分产生效果，与偏心齿轮、椭圆齿轮分插机构相同。不同之处在于偏心链轮分插机构没有中间轮，取而代之的是两个等径偏心链轮的传动比变化来实现要求。两偏心链轮轮心在工作周期中，靠近和分离造成链条松紧变化可由偏心张紧轮消除2。 1.推秧凸轮 2.拨叉 3.推秧弹簧 4.载植臂 5.推秧杆 6.秧爪7.行星架 8.行星轮 9.惰轮 10.太阳轮图1.1 偏心齿轮行星系分插机构1.中心椭圆齿轮 2、3.中间椭圆齿轮4、5.中间圆齿轮 6、7.行星圆齿轮图1.2 正齿行星轮系分插机构2.1.3椭圆差速分插机构椭圆差速分插机构在一个回转的壳体里(相当于轮系机构的行星架)安装3个全等的椭圆齿轮，3个椭圆齿轮的回转中心均在椭圆齿轮的交点上且相位相同，并支撑在壳体上，栽植臂上秧爪输出的绝对运动为随壳体的平动和绕行星轮轴心的不等速转动的合成，从而使秧爪获得适于分秧、插秧的运动轨迹。另外，在栽植臂上附加推秧机构，其作用是插秧时将秧苗准确推入土壤中。2.1.4正齿行星轮系分插机构正齿行星轮系分插机构如图1.2所示，它由正圆齿轮和椭圆齿轮组成。通过键、行星轮轴与行星圆齿轮固结的一对栽植臂，一方面随着行星架作圆周运动，另一方面随着行星圆齿轮相对行星架作非匀速转动，在这两种运动的复合下，秧爪按要求的姿态(角位移和轨迹)运动，通过选择合适的结构参数，就可以找到满足插秧要求的工作轨迹、取秧角和插秧角3。2.1.5椭圆齿轮行星系分插机构图1.3 椭圆齿轮行星系分插机构椭圆齿轮行星系分插机构如图1.3所示。其传动部分由5个全等的椭圆齿轮、行星架和2个栽植臂组成。中央椭圆齿轮I(也称太阳轮)与机架固定，在起始位置，5个椭圆齿轮长轴在一条直线上，行星架转动，转速为，2个中间齿轮(也称惰轮)绕太阳轮转动，带动2个行星轮(齿轮III)在周期内摆动，行星轮与栽植臂一体，栽植臂上各点(包括秧爪尖)作复合运动：行星轮轴随行星架的圆周运动(牵连运动)和随行星轮作相对于行星轮轴的摆动(相对运动)，构成了特殊的运动轨迹。秧爪的角速度为行星架角位移和行星轮角位移的代数和。在VB6.0平台上开发出人机交互参数优化软件，分析了各结构参数对运动轨迹和优化目标的影响，优化出满足插秧要求的结构参数4-5。2.2 宽窄行行星轮系分插机构2.2.1 非匀速空间行星轮系宽窄行分插机构 非圆锥齿轮行星轮系分插机构结构如图1.4所示，主要由太阳轮4,中间斜齿轮2、中间非圆锥齿轮3、和行星轮1组成。其中行星轮也是非圆锥齿轮，与非圆锥齿轮3配合，太阳轮固定不动，随着壳体的转动将带动中间轮和行星轮转动，从而完成取秧和插秧过程，由于非圆锥齿轮的存在，秧爪尖点的运动轨迹为空间轨迹。1.中心轴 2.太阳轮 3.行星架 4.中间轮 5.中间轴 6.行星轮 7.凸轮 8.行星轴 9.圆柱凸轮 10.滑块 11.栽植臂壳体 12.弹簧 13.推秧杆 14.秧针 15.拨叉图1.5 圆柱凸轮滑移式宽窄行分插机构1. 右行星齿轮 2.右中间斜齿轮 3.右中间非圆锥齿轮 4.右太阳轮图 1.4非匀速空间行星轮系分插机构2.2.2 圆柱凸轮滑移式宽窄行分插机构圆柱凸轮滑移式宽窄行分插机构原理如图1.5所示，机构由变速传动部件和栽植臂组成，其变速传动部件有5个全等的变性椭圆齿轮，太阳轮2与机架固结，中心轴1带动行星架3及两个中间轮4和两个行星轮6转动，两个中间轮4和太阳轮2啮合产生自转，并分别带动对应的行星轮6相对行星架3转动；栽植臂11通过行星轴8与行星轮6固结，圆柱凸轮9以栽植臂11相对行星架3转动作为动力，驱动栽植臂11在旋转的同时相对行星架3横向移动，形成一空间轨迹，推秧杆13在凸轮7、拨叉15和弹簧12组成的凸轮机构的控制下，依靠弹簧12弹力在指定位置完成推秧，并通过凸轮7挤压弹簧12收回，准备取秧和下次推秧3 机构动力学研究现状3.1宽窄行分插机构动力学研究现状 宽窄行插秧是由农艺专家提出的一种适合我国水稻种植要求的种植方式，该种植方式的目标是增加通风，减少病虫害，增加水稻产量。目前国内插秧机用分插机构都是等行距(30cm)形式，见报道的只有延吉插秧机制造有限公司和黑龙江农业机械研究所研制了一种宽窄行插机，采用等行距插秧用的曲柄摇杆式分插机构，只是在分插机构和秧箱的布置上做了一定的改进。实现了20cm-40cm的插秧行距，但秧箱未能有效利用，尤其是采用20cm秧盘，与现有30cm秧盘不通用，机器不成熟，限制了机器的推广。另外，浙江理工大学赵匀等提出了多种行星轮系宽窄行分插机构，并进行了机构运动学的分析和参数优化6-9。3.2机构动力学研究现状 目前对于动力学的研究已经相当普遍，尤其是在一些高速机构和精密机械中，由于机构存在运动不平衡量，在高速时会出现强烈振动，加速零部件的破坏以及降低工作性能；在精密机械中存在运动不平衡量时，会降低工作精度或者加工精度，所以如何进行动力学分析以及优化运动不平衡量是至关重要的。不管是针对单个机构进行动力学分析还是对整机进行分析，都是采用动力学建模的方法，不同的只是求解方法不同，侧重点不同而已；普遍的建模方法包括：拉格朗日法、牛顿欧拉法、达朗贝尔法及Kane法等。用手算的方法一般只能求解简单模型的某几个关键点的受力以及加速度，难以做到连续时间的计算和任意点的动力学分析；采用自己编程计算的方法一般也只能针对简单模型，而且需要对模型做很多假设和简化，求解的精度也不一定满足要求；有一种更简单也是较常被采用的方法就是利用已有的商业软件进行动力学模型求解，如常采用的ADAMS软件，对于多刚体动力学模型，常用ADAMS软件求解，由于其中的求解方法是专门用于多刚体求解的，可靠性较好10-12。4 动平衡分析方法的研究现状迄今为止，国内外的学者在机构的动平衡方面做了很多研究，也尝试了很多方法。最常用的方法是配重平衡法，其中关于平衡系数值的选取，有很多不同的原则，但是，不管怎样，最终都只能得到惯性力的部分平衡，只是优化的效果不同而已。要想更好的平衡惯性力，采用平衡机构是一个不错的选择，也有很大的发展空间，可以设计出很多不同的平衡机构，例如柔性配重机构，虽然尚不能应用于实际，但其想法很新，如果多加研究，会有成果的。此外采用现代高度发达的软件技术，可以加快实验研究的进程，能处理很多复杂的计算，可以动态的反映机构的运动状态，是很好的辅助方法，现在随着虚拟样机技术的不断发展，采用虚拟样机的方法对于我们进行动平衡的研究已经成为复杂结构的动平衡优化的首选方法。 虽然国内外的研究成果很多，但是还有很多问题没有解决，今后的研究会朝更多方面进行，诸如考虑运动副的摩擦和间隙，构件的弹性，构件质量的分布状况，平衡质量块的安装等因素对机构运动的影响，由于曲柄滑块机构在机构上的广泛应用，影响了目前很多机器的运动和动力性能，要解决这些问题，还需要我们去做很多研究。5 结构优化方法 对于已经设计好的机械结构由于某部分不能满足使用要求，需要对其进行结构的优化，使其最大限度的满足要求，以前对结构优化设计大多采用经验设计的方法，但是随着计算机技术和软件技术的快速发展，出现了一批优秀的CAE软件，可以使用这些软件与CAD软件的强大建模功能相结合进行联合分析，ADAMS具有很好的仿真和载荷加载功能以及后处理功能，ANSYS具有很好的有限元分析功能以及强大的后处理功能，通过ADAMS与ANSYS的联合可以很明显看出取苗臂在工作过程中各处的应力变化情况，通过ANSYS的优化设计功能对取苗臂结构进行优化，减小最大应力，使其满足设计和使用要求。6 宽窄行分插机构动力学研究趋势由于宽窄行分插机构运动是空间运动，过程中存在转动不平衡量，而且结构上有可能存在应力不能满足使用要求的情况，由于分插机构已经是一种平衡机构，所以对其进行动力学分析主要是通过参数优化达到目的，主要研究趋势是运用动力学仿真软件对机构的受力和加速度变化情况进行研究，通过优化算法使受力和加速度变化幅度达到最小；对于应力的研究趋势主要是采用ANSYS和ADAMS联合仿真求解零件的应力分布，以达到对应力不足处进行结构的优化，使得应力满足使用要求13。7 总结对于简单的模型计算量又不大的情况下可以手工计算某几个点出的受力或者加速度，对于简单模型但是计算量比较大的情况下可以采用编程求解的方法，一般使用的求解方法包括拉格朗日法、牛顿欧拉法、达朗贝尔法以及Kane法等。对于复杂模型的求解一般使用的是商业软件，常用的是ADAMS软件，ADAMS主要是用于多刚体模型的求解和优化14-15。由于宽窄行分插机构的模型很复杂不宜采用前两种方法，最终选择ADAMS软件分析的方法；对于结构优化，采用ANSYS和ADAMS的联合仿真分析是一种高效可行的设计方法。参考文献1 俞高红，钱孟波，赵 匀，武传宇.偏心齿轮-非圆齿轮行星系分插机构运动机理分析J.农业机械学报，2009,3:81-84.2 赵 匀，蒋焕煜，武传宇，尹建军.双季稻高速插秧机偏心链轮分插机构结构设计和参数优化J.机械工程学报，2002,2:37-40.3 俞高红，陈建能，赵凤芹，赵 匀.正齿行星轮分插机构的动力学分析J.农业机械 学报，2005,4:51-55.4 张 敏，周长省，吴崇友，张文毅，袁钊和.农机化研究J.2011,1：92-94,99.5 Guo I S,Zhang W J.Kinematic analysis of a rice transplanting mechanism with eccentric planetary gear trainsJ.Mechanism and Machine Theory,36(1112),2001：1175-11886 俞高红，马成稳，孙 良，裘利钢，赵 匀.插秧机后插旋转式宽窄行分插机构设计与优化J.农业机械学报,2012,43(8):5055,65.7 孙 良，赵 匀，姚佳明，郑 建，俞高红，祝 宇.非匀速空间行星轮系宽窄行分插机构分析与优化J.农业机械学报, 2012,43(10):4146,71.8 赵 匀，罗 华，蒋鹏鹏，李殿波，张允慧，张国凤，代 丽.步行式偏心-变位齿轮行星轮系宽窄行分插机构运动分析J.农业机械学报,2012,28(9):10-15.9 孙 良，赵 匀，俞高红，姚佳明. 高速宽窄行插秧机椭圆锥齿轮行星系分插机构，(发明专利申请号)201110202106.6.10邢俊文，陶永忠. MSC.ADAMS/View高级培训教程M. 清华大学出版社. 2004.11李增刚.ADAMS入门详解与实例M.北京：国防工业出版社，2010,3.12陈立平，张清云.机械系统动力学分析及ADAMS应用教程M. 北京：清华大学出版社，2005，1.13蒋祖华，王 屹.变排量斜盘式汽车空调压缩机的在MSC.ADAMS中的动平衡仿真分析.MSC.Software中国用户论文集，2002.14Jie Lu，Hongzhou Li，Xuemei Zhang，Xiaofa Lai.Dynamics Simulation Analysis on Guiding Mechanism for Cable Climbing Robot.International Conference on Mechatronic Science.15Xianqing Yang，Zhihong Jia，Yuemin Zhang.Dynamic stress analysis of automatic weapons breech mechanism.International Conference on Mechatronic Science.7外 文 翻 译毕业设计题目：基于ADAMS的宽窄行分插机构动力学分析 原文1：Dynamics Simulation Analysis on Guiding Mechanism for Cable Climbing Robot 译文1：电缆攀爬机器人的动力学仿真分析 原文2： Dynamic stress analysis of automatic weapons breech mechanism 译文2： 自动武器锁紧机构的动态应力分析 电缆攀爬机器人的动力学仿真分析Jie Lu , Hongzhou Li, Xuemei Zhang, Xiaofa Lai College of Mechanical Engineering Beihua University Jilin, China Yinshun_9999163.com摘要:本文介绍了一种使用动态分析软件ADAMS建立一个关于电缆爬墙机器人引导原理的仿真模型的方法。通过这个模型和仿真的手段建立许多因素的影响,包括操作、姿态、角度、支撑刚度、预加载荷、支撑轮子的维度。来得到机器人的身体在工作状态下的抵消补偿。文章中的这种方法能够提供一个基础电缆攀爬机器人的结构优化设计。关键词: 电缆攀爬机器人 引导原理 动态仿真 简介 电缆机器人通过沿着承载斜拉桥的电缆爬,高电压线分布,桅杆和其他高空电缆,它可以执行如同缺陷检测、污垢清洗、自动绘画等。和手动工作模式相比较,这个由机器人执行的自动工作模式不仅能降低操作成本,而且能保证工作过程的安全。因此,关于电缆攀爬机器的人相关技术和理论研究在已经被全世界许多学院和最近制定的许多成功的作品广泛的看重。通过机器人的驱动模式进行分类，存在通过轮子支撑的电动运行机制，气动蠕动驱动，以及液压驱动等。气动蠕动驱动是其中一种广泛运用的模式，因为它有媒体的优势清洁、锁模力缓冲、负载自适应、和更好的可控制性等优势。 本文介绍了一种气动监测和控制机器人电缆绘画。该机器人利用注入的压缩空气作为动力源，以监视和控制功能作为它的工作模式，它可以完成防腐涂料绘画和电缆表面的颜色装饰等工作，电缆的直径在范围在60毫米到200毫米之间，长度在300米以内。由于电缆可能有不同的截面形状，如圆柱形、平行六个棱柱、或螺旋六棱柱，机器人的这种固定和支持引导机制必须有一定的灵活性，即机器人有对直径变化能力的要求。然而，这种灵活性也必须有限制，如果太大，机器人的身体和电缆之间的偏心将会增加，从而会影响画的质量，甚至可能导致机器人被阻塞等等。本文论述了对于机器人身体偏心的影响因素，例如,工作姿态、支承刚度、支撑车轮大小、预加载荷等等，并介绍了一些电缆爬墙机器人设计的指导原则。 电缆机器人的操作姿势 在机器人工作过程中保持身体和电缆的同心度是很有必要的，否则，工作质量有可能降低。三个引导车轮均匀地分布在圆柱的周围用于保持设计机器人时的同心度。为了适应不同电缆的不同截面形状，三个引导支持轮，尾部是由三个薄气缸驱动，用于夹紧电缆。尽管有电缆形状的影响，外部工作负载有可能会导致机器人身体的偏转和因此带来受力状态的改变。为了方便分析，并且为了计算方便，假设这三个支撑是弹性的(见图1),定义如下：与电缆相关的机器人的身体状态命名为工作姿态；线t-t是通过电缆轴和沿重力方向的线，被作为工作姿态的参考线；位于电缆顶端的并且最靠近t-t线的支持轮命名为轮1；角是主截面和参考线之间的夹角，被命名为工作姿态角；从轮1开始，其他两个沿逆时针的支持轮分别被命名为轮2和3。根据上述的假设和定义，我们知道机器人的工作姿态取决于工作姿态角，并且这个角应该在关于对称结构的正负60范围之内。图1 机器人的姿态和其被迫所处的状态 机器人身体补偿的动态仿真 分析电缆机器人在工作状态下的动态特性是非常复杂的(参见图1)。如图1所示，当三个定向轮子的预加载荷相等并且没有其他外部负载作用，机器人身体的几何中心和该电缆的中心是同心的；一旦有外力作用，由于支撑点的弹性特征，机器人的几何中心和电缆中心会产生偏移量，不同的支持轮也会产生一个相对运动并且会导致支持车轮和电缆的接触点改变，然后动态特性也会随着改变。因此，电缆机器人在工作状态下的动态机理模型是一个时变模型。与此同时，在分析过程中也应考虑接触刚度、摩擦特性。因此，简单的模型并不能满足对机器人设计的要求，而且传统的静态分析法很难建立和解决以上这种问题并且计算精度也达不到要求。本文介绍了一种使用ADAMS的新方法，一种动态仿真软件，来建立电缆机器人引导机制和根据实际工作条件仿真获得的机器人身体的不同偏移的动态模型。A. 物理和几何参数的描述 为了理论分析和仿真计算的方便，机器人引导机制的物理和几何参数定义如下：Ti -机器人身体的内径(mm)L - 引导轮宽度(mm)Gj-等效负载-工作姿态角-支撑轮角度-机器人身体的偏移量(mm)Ki(i = 1、2、3)支持点的刚度(N / mm)D-电缆直径(mm)RL -引导车轮的曲率半径Ni(i = 1、2、3)电缆引导轮的支撑力(N)Fmi(i = 1、2、3)引导机械的移动部件的摩擦力(N)Fti(i = 1、2、3)弹性支承力(N)Ci(i = 1、2、3)集中支持力点B. ADAMS动力学仿真建模 模板是用来格式化你的纸和文本风格的。所有的边缘、列宽、行空间、和文本字体都是规定好的；请不要改变它们。你可能会注意特点。例如，头顶边缘的比例在这模板中超过了一般的模板。这个测量和其他测量是故意的，使用规范期待着你的纸作为整个程序的一个部分，而不是作为一个独立的文档。请不要修改任何当前名称。 ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)是世界上目前最权威的并且是广泛使用的机械系统模拟软件。它的模拟精度和可靠性在同类软件中是最高的。这意味着这个软件，很容易根据刚体系统的动力学原理建立参数模型和执行模拟计算。通过ADAMS软件平台，作者建立了电缆机器人引导机构动力学模型(显示在图2) ，作出如下假设：(a) 3D实体模型 (b) 3D线框模型图2 仿真模型的建模和支撑原理(1)忽略重力对于模拟计算的作用； (2)等效荷载作用于机器人几何中心，垂直电缆的轴； (3)电缆是刚体，并且固定在地上。(4)三个引导支撑轮的刚度是常数Ki(i = 1、2、3)= K；(5)三个引导支撑轮的预加载力相等。 仿真模型是通过ADAMS/VIEW建立的，工具栏中的建模工具被用来建造机器人的身体(圆柱)，电缆(列)，支持体(矩形盒)，引导滑块(列)，约束工具箱用于施加一些对模拟模型的约束，例如，机器人身体的移动部分和引导部分的作用力；固定电缆和大地之间的约束；引导滑块和机器人之间的弹簧力；支撑部分和电缆之间的接触力，以及作用于机器人的常力(一个等效载荷)，各种约束力的不同物理参数设置如下：(1)身体尺寸：Ti=600mm；(2)电缆直径：D =200mm； (3)引导车轮尺寸：L = 80mm RL = 100mm；(4)等效负载：Gj = 1000 N； (5)弹簧阻尼系数：= 0.2； (6)移动部分属性：动力因素：0.01 静力因素:0.02；(7)接触力类型：接触刚度=20000N/mm 阻尼系数= 10.0 穿透深度= 0.1mm；(8)表面摩擦：静态摩擦系数= 0.6 动态摩擦系数= 0.5C 仿真结果 基于作用于机器人身上的相同的等效载荷的假设，以及考虑到不同姿态角、不同的预加载、不同的弹簧刚度、不同支持块维度等的影响。这些参数对机器人的移动的影响在给定模型上进行了动态仿真，仿真结果如图3到图5。(a) 预加载=0的曲线 (b) 预加载=200N的曲线图3 仿真曲线的机器人身体的偏移量(当K=50n/mm)(a) 预加载=0的曲线 (b) 预加载=200N的曲线图4 仿真曲线的机器人身体的偏移量(当K=100n/mm)(a) 支持轮宽度L=120毫米,预加载=0 (b) 锥底的支持,预加载=200N图5仿真曲线的机器人身体的偏移量在不同支持轮宽度(当K=50n/mm) 通过比较这些模拟结果，发现了一些有意义的规则，这些规则对于设计机器人时参数的确定具有重要的指导意义。1)由于机器人身体的对称性，正负姿态角并不会影响身体偏移量(见图3-5)。所以角在范围0到60就足够研究机器人身体的动态特性了。2)当支持滑块的宽度远大于0，如果=0，机器人身体就会出现最大的偏移值，如果=60，机器人的本体就会出现最小的偏移值(见图1、图2和图3(b) )。两种不同条件下的偏移值存在很大差别。因此，在设计和实际应用中保证使机器人工作在=60是最好的选择。3)当支撑点的弹簧刚度适当增加时机器人身体的偏移值就会减少(见图1和图2(一个), (b) )。但是，如果刚度太大，则机器人跨过障碍物的能力就会减小。4)如果支撑部分能加上一个合适的预加载荷则机器人身体的偏移值可以减少(见图1和图2(一个), (b) )。但预加载荷的增加受到结构尺寸的限制，并且无限的增长预加载荷也会减少机器人通过障碍物的能力。5)通过增加支撑轮和电缆之间所夹角(或增加滑块宽度)，机器人身体的偏移值也会大大减少(请参见图1(a)和图3(a)。因此引导支撑轮的宽度应该尽可能的宽，支持轮的曲面和电缆的表面应尽可能的合适(RL0.5 D)，即角应该增加。6)如果支撑滑块的末端是圆锥则以上提到的规则是不适用的(见图5(b) )。但这种情况在实践中是不可能的。 结论 通过动态模拟和分析机器人身体的引导机构，姿态角、支持刚度、预加载荷和支持轮的尺寸对于机器人身体偏移的影响被精确的计算。通过仿真得到的曲线有展示了机器人真正的动态性能，和一些结论，对于实际的结构设计进行指导是非常有用的。这个实验证明了这些规则对于指导机器人的实际设计是重要的。参考文献：1 Zhang Jia-hui, Lu Tian-sheng, Wang Jun-gong, Wang Dian-chen. Study on Cable Climbing Mechanism for Cable-stayed Bridge. J. China Mechanical Engineering, 2001.12(12):13481351 2 Luo Jun, Lu Tian-sheng, Zhang Jia-hui, Wang Dian-chen. Cable Maintenance Robot System J. Journal of Shanghai Jiaotong University, 2000.34(3):360362 3 Wu Xin-jun, Kang Yi-hua, Yang Shu-zi. Development of Testing Robot for the Defect on the Diagonal Bridge Cable. J. Machinery Electronics, 2001.(1):4748 4 Lu Tian-sheng, Luo Jun. Study on Painting and Maintenance Robot for Diagonal Bridge Cable. J. Robot Technique and Application, 1999(2):2526 5 Yang Dong-cao, Wang Jin-song, Lu Li, Chen Ken. ADAMSs Application on Impersonate Robot study. J. Robot Technique and Application, 2002(4):2122 6 Zhang Yue-jin, Song Jian, Zhang Yun-qing, Ren Wei-qun. The software on Multi-body dynamics ADAMS and DADS. Automobile Technique, 1997(3):1619自动武器锁紧机构的动态应力分析Xianqing Yang School of Mechanics and Power Engineering Henan Polytechnic University Jiaozuo, China.Zhihong Jia School of Mechanics and Power Engineer-ing Henan Polytechnic University Jiaozuo, China jzh_zjqm.Yuemin Zhang School of Mechanics and Power Engineering Henan Polytechnic University Jiaozuo, China 摘要：这篇文章研究分析了自动武器的主要元素(锁紧机构)的动态应力的影响。通过使用LS-DYNA获得当受到影响时的应力大小和分布状态。确定锁紧机构的刚度。本文所获得的结果对于锁紧机构的设计具有非常重要的作用。关键词： 动态应力 自动武器 锁紧机构 简介在自动武器中，许多元素之间通过碰撞产生作用，在这个过程中很容易被巨大的瞬时速度所破坏。作为一个动力学问题，这种力量在理论和实践中都是相当复杂的。很难以解决自动武器元素的复杂形状的问题。在过去结果不能满足静强度理论的要求。此外，以前的设计是包括三个步骤的循环模式设计图纸、制造和射击实验。这个循环理论不能直接有效的实践和指导长期的生产。锁紧机构的强度是否满足要求是确定自动武器使用安全的最重要的条件之一。 如图1所示，自动武器锁紧机构由两部分组成：枪闩头和枪管；当枪闩头把子弹推入弹道并在枪管之中旋转时，他们有三个齿相互啮合。锁紧机构工作应力分析就是在枪膛应力曲线已知的情况下研究枪闩头和枪管的动态应力分布，并且判断其是否能够安全工作。图1 锁紧机构 在和分析 由于火药爆炸产生的高压气体使子弹在枪管里高速向前运动。高压通过阀芯底部、枪闩头、以及枪管操作的三齿后膛表面。 按照经典内弹道理论，自动武器内弹道理论方程如下：其中：炸药爆炸的相对质量；Z炸药爆炸的相对厚度；形状系数；炸弹质量系数；=，为绝热系数；炸药的装载密度；炸药密度；炸药体积系数；图2给出了基于弹道学的经典理论的自动武器的枪膛压力曲线。图2 枪膛压力曲线 锁紧机构的有限元模型 锁紧机构结构应力分析一下几项特点。(1)枪管中的燃烧室压力很高，是枪闩头压力最高的并且变化很快。从30MPa上升到最高压力只
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