棘轮机构的改进仿真分析报告.doc

一题目分析：这种改进的棘轮传动机构具有确定的运动，只沿同一个方向，一次转一个齿而不转过。关键零件是一个小短轴，当棘爪保持在一个齿槽的底部时，他能很好地从一个齿槽的底部移动过齿的顶部，恰好达到下一个相邻的齿。制动杆上装有短轴和弹簧，组成一个系统。该系统能保持连杆和棘爪与棘轮外周相接触，并使短轴和棘爪互相支撑移动到齿间的不同空间槽。再用一个偏移零件，可以是另一连杆或电磁线圈，将固定杆在定位销之间从一边移动到另一边，如下图双箭头线所示。只有当短轴在一齿槽的底部不动以防止反转时，棘爪才会从一个齿槽移动到另一个齿槽。 该进的棘轮机构二.分析目的：分析机构能够按照说明所示进行运动：1、棘爪只沿同一个方向，一次转一个齿而不转过。当棘爪保持在一个齿槽的底部时，他能很好地从一个齿槽的底部移动过齿的顶部，恰好达到下一个相邻的齿。2、制动杆上装有弹簧，组成一个系统。该系统能保持连杆和棘爪与棘轮外周相接触，并使短轴和棘爪互相支撑移动到齿间的不同空间槽。只有当制动杆的制动爪在一齿槽的底部不动以防止反转时，棘爪才会从一个齿槽移动到另一个齿槽。 三模型描述： 模型包含固定杆，制动杆，棘爪，棘轮等构件。模型中各构件的尺寸是根据导入cad的图片按比例1/10量取的。经过了UG零件建模，装配建模和ADAMS动力学分析模型建模三个步骤建立模型。由于题目图片上的图片不是正视图，因此，所量取的尺寸有误差，在进行UG及ADAMS仿真时产生很多干涉，因此对棘爪和制动杆有较大的改动。1. UG零件建模：制动杆三维实体模型棘轮：根据题目所已给的图片，棘轮上齿的个数，在根据cad中棘轮的尺寸，按所标尺寸的1/10画出UG图。厚度:b=40.大径R1=216,小径R2=192,齿数Z=24.齿槽宽E=35棘爪：如图所示制动杆：如图所示固定杆：如图所示2.建立装配模型:3、模型中各构件约束：根据题目要求，要使棘爪能够驱动棘轮及制动爪能够防止棘轮反转，故在上述两组中各添加一个接触力。同时根据题目要求，在制动杆和棘爪之间添加弹簧力，使棘爪、制动杆与棘轮始终保持接触。各约束如下表所示：Topology of model: tt Ground Part: ground JOINT_2 connects zhidonggan with fixed_bar (Revolute Joint) JOINT_3 connects jilun with ground (Revolute Joint) CONTACT_1 connects jilun with jizhua (Contact) CONTACT_2 connects jilun with zhidonggan (Contact) JOINT_4 connects jizhua with zhidonggan (Revolute Joint) SPRING_1.sforce connects zhidonggan with jizhua (Single_Component_Force) JOINT_5 connects fixed_bar with ground (Revolute Joint) MOTION_1 constrains JOINT_5 (Rotational Motion)4.ADAMS动力学分析模型: 将UG中的装配模型输出为parasolid文件，然后将此文件导入到ADAMS环境中，接下来根据构件之间的连接关系进行约束建模。对构件之间可以产生的相对运动进行约束。在此改进的棘轮机构中主要用到了转动副和和移动高副以及一些基本约束。棘爪，制动杆和棘轮间加接触力。建完约束模型后，在固定杆上加上驱动力即可使机构发生相应的运动。ADAMS动力分析模型图如下：根据机构的运动要求只沿同一个方向一次转过一齿，选择正弦驱动，驱动函数为：0.2*sin(90.0d * time)*sin(90.0d*time)。 此驱动为为sin（）函数的平方，因为在建模的过程固定杆在最右端，故加的驱动为sin（）函数的平方。驱动函数图形四输出结果的确定：利用ADAMS软件对机构进行运动和动力分析，分别对棘爪和棘轮之间的接触力、制动爪和棘轮之间的接触力、弹簧力、棘轮角速度和棘轮角加速度进行分析。结果如下：棘轮每2s转过一个齿，曲线输出为6s。1、 棘爪和棘轮之间的接触力 由上图可以分析出，在0.1s左右棘轮与棘爪之间的力最大。由仿真可以看出，此时棘轮与棘爪在此时开始接触，动载荷比较大。图中4.1s左右力很大，可能是由于偶然因素造成的。2、 制动爪和棘轮之间的接触力 由上图可以看出，在1.7s左右制动爪和棘轮之间的接触力最大，此时是因为制动爪从一个齿槽的底部移动过齿的顶部，恰好达到下一个相邻的齿，制动杆防止棘轮反转开始与下一个齿相接触，动载荷比较大。图中5.7s左右的可能是因为偶然因素造成的。3、棘爪和制动杆间弹簧力 由上图可以看出在1.2s是弹簧压力最大的时刻，此时是棘爪刚好到达棘轮齿顶部的时刻，弹簧压缩量最大。在1.8s左右是弹簧受拉力最大的时候，是因为棘爪在此时突然从齿顶落入齿底的时刻，此刻弹簧拉伸量最大的时刻。3、 棘轮角速度 由上图可以看出，棘轮角速度始终为正，棘轮没有反转，故达到了题目的要求。在0-0.5s是棘爪开始驱动棘轮转动的时刻，并在0.5s的时刻，角速度到达最大.在1.7s左右时刻角速度有突变，但原因有待分析。4、棘轮角加速度 由上图可以看出，在1.7s的角加速度最大，在棘轮角速度图中可以看出棘轮加速度在此时有不明原因的突变。五、结果分析 由上面结果输出可以看出，机构的运动已基本满足题目的要求。但由运动仿真和结果输出中还存在差距：1) 棘轮在仿真的过程中有少许的反转，这是由于机构的结构造成的，我们根据图中的尺寸所创建的模型，尺寸是不准确的；2) 棘爪和制动杆之间的弹簧出现拉力，这是在最开始的创建弹簧力的时候考虑不周造成的；3) 棘轮角速度在1.7s的时候有加速度突变的情况，现在还没能分析出原因；六、学习体会和建议 1、课程设计体会 刚开始拿到题目，很简短的题目，但是没有读懂机构的结构，小组讨论了很久，又和杨老师交流，才弄懂题目的机构的结构。到此，我们才上交了第一次UG建模作业。后来上了杨老师的课，才知道UG建模出了很大问题。UG建模的尺寸基本上是凭借自己的想象而做出的。但我们的题目对尺寸要求很严格，所以又根据老师提供的方法从新进行UG建模。而尺寸是根据所给的图片在CAD中所量取的，不精确。这又给后期的UG装配和ADAMS运动仿真带来了很大的不便。起初仿真时，棘爪和棘轮、制动杆和棘轮之间有很大干涉，又进行了模型修改。在驱动函数的设置时，最开始是利用的sin（）函数，但是始终不成功，原因是在装配的过程中，将固定杆已经装配到了极限位置。后来改用sin（）函数的平方，才解决了这一问题。问题解决了一个，又出现了一个，仿真无法满足题目的要求。这就是用CAD量取机构尺寸的后果:尺寸的不精确导致的.进行了固定杆与地板之间的脚链位置的改动。经过重重改动，最后终于得出了结果。在本次课程设计中，我深深体会到了做事需要严谨的态度和耐心。因为机构尺寸是量取的，故改动过的地方很多，也花费了我们很多的时间。杨老师对学生及其负责的态度让我们不由得敬佩。通过小组之间的共同合作，我们终于搞定了此次课程设计。同时，我们也感受到了ADAMS软件功能的强大，了解了软件的使用流程，相信会在毕业设计及其以后的工作中会带给我很多的便利。2、课程体会ADAMS，即机械系统动力学自动分析，该软件是美国MDI开发的虚拟样机分析软件。ADAMS软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷、以及计算有限元的输出载荷等。ADAMS一方面是虚拟样机分析的应用软件，用户可以运用该软件非常方便地对静力学、运动学和动力学分析。另一方面又是虚拟样机分析开发工具，其开放性的程序结构和多种接口，可以成为特殊行业用户进行特殊类型虚拟样机分析的二次开发工具平台。不过ADAMS这个软件分析功能比较强大，但是建模功能就不行了，只能建立比较简单的一些模型。在课程学习的过程中，虽然老师认真、负责、有耐心的一步步教我们如何使用这个软件，但是由于两堂课