机械原理课程设计-基于ADAMS的双发动机速度指示机构的仿真与分析

机械原理课程虚拟样机仿真实验报告基于ADAMS的双发动机速度指示机构的仿真与分析摘要本文主要针对双发动机速度指示机构，首先绘制机构的运动简图，理论验证机构工作原理的可行性；然后使用SolidWorks软件对机构进行三维实体建模，使用ADAMS软件对机构进行仿真与分析。通过仿真，不仅验证了双发动机速度指示机构的原理，而且对机构传动比的分析计算，验证了此机构设计的合理性。关键词： ADAMS；双发动机速度指示机构；传动比.全套图纸加扣3012250582目录1、机构简单分析12、机构的三维实体建模23、机构的ADAMS仿真分析33.1模型的导入33.2模型的完善43.3机构分析54、结束语8参考文献8II1、机构简单分析如图1所示为一个双发动机转速指示机构，该机构为齿轮混合轮系，由一个周转轮系和两个定轴轮系组成。齿轮1、2、3及系杆A为周转轮系；齿轮4、5、6、7为定轴轮系；齿轮4、5分别与左右舷发动机连接，转向、各齿轮齿数如图1 b所示。当左右两个发动机转速相同时，中心齿轮1、3转速相等，方向相反，行星齿轮2无公转，系杆A固定不转动，所以系杆上的指针也不动；当两个发动机的转速不同时，中心齿轮1、3转速也不同，行星齿轮2产生公转，带动系杆转动，指针也随着转动。a) 模型图 b) 工程图图1 双发动机速度指示机构根据机构工作原理，分析该轮系可知，系杆上存在冗余约束，即有多余的行星轮存在，因此去掉其中一个行星轮，再利用AutoCAD绘制双发动机速度指示机构运动简图。由于机构的对称性，以及双输入动力，因此将左舷与右舷分别标为1和1，同理将与之啮合的两个定轮分别标为2和2，再依次标上各个构件，基架为5，再用大写字母依次标出机构的各个运动副，具体运动简图如下图所示，源文件见附件运动简图.dwg。图2双发动机速度指示机构运动简图经分析可知，此机构为混合轮系机构，且系杆上存在冗余约束，因此在绘制机构运动简图时已经将其去掉。所以活动构件数目n=6，低副数目PL=6，高副数目PH=4，因而机构自由度F=3n-2PL-PH=36-26-14=2因为此混合轮系机构的自由度为2，而机构的主动件即为图中的左舷和右舷，数目为2，恰好能提供机构运动所需要的驱动，所以机构具有确定运动。2、机构的三维实体建模根据图1 双发动机速度指示机构中，z1=z3=40，z2=20，z4=z5=24，z6=z7=56，同时根据齿轮配合原理，参照标准，确定模数m1=m2=m3=6，m4=m5=m6=m7=3.5，下面以这组数据为关键参数进行三维实体建模，利用迈迪工具集，设计各个锥齿轮，再利用Solidworks建立装配体，并通过配合，检查干涉，最后为方便观察，对各个部件进行渲染，最终建立的三维实体模型如图3所示。图3双发动机速度指示机构三维模型3、机构的ADAMS仿真分析3.1模型的导入将使用SolidWorks软件建立的三维实体模型，以图4所示的初始位形导入到ADAMS软件中，导入后的模型如图5所示。选择图4所示的初始位形，便于在主动件上添加相关运动。图4双发动机速度指示机构初始位形图5 导入到ADAMS中的双发动机速度指示机构3.2模型的完善按照机构实际，对导入的双发动机速度指示机构进行运动副和主运动的添加，可以看到为与实际符合建立了两个行星轮，因此图中共添加5处齿轮副。并在左舷和右舷处添加Motion。添加后的结果如图6所示。其中，对于第一种情况的仿真，对1和1处均添加主运动为1=1=30d*time，让混合轮系进行运动；对于第二种情况的仿真，添加在1处的主运动修改为1=-60d*time。在完善模型之后，则可以对机构进行仿真。图6 完善后的双发动机速度指示机构3.3机构分析（1）运动分析由前文的运动简图可知，该机构为混合轮系机构，并且有行星轮的存在，通过1处和1输入主运动，从而带动2与3运动，进而引起行星轮的转动。当1和1处的转速相同时，2与3转速大小相同，方向相反。理论上，行星轮只做定轴转动，不发生公转，因此系杆H角速度为零，与之固定的指针处在竖直状态，表明输入的两个主运动即角速度大小相等。具体运动可见所附文LIUFAN1.avi。当1和1的输入角速度不同时，导致2与3的角速度大小不同，与之同时啮合的行星轮在绕系杆H定轴转动同时，还会产生公转，因而，带动H转动，与之固定的指针也发生偏转，由此达到指示转速的目的。具体的运动仿真结果可见所附文件LIUFAN2.avi。（2）传动特性分析由于此机构要完成指示双发动机转速的任务，而当机构的左右舷同时输入不同的角速度时，整体的运转情况也不同。而要达到指示转速的目的，则有必要研究当输入不同转速时，系杆即指针的角速度如何变化。由于左右舷转速相同时可以看做是一种特殊情况，这里讨论转速不同的情形。假定构件1的转速为1，1的转速为1，其方向相反。参照机械原理，采用机构反转法，假定系杆不动，即在2,3，,2以及系杆H上添加一个角速度-H。同时由左右定轴轮系有：i12=-12=z2z1i12=-12=z2z1将此时的周转轮2和2当做主动件，计算传动比则有：i23H=-i23H亦即：2H=-2H2-H=-(2-H)从而：H=2+22=-12(z1z21+z1z21)由机构的对称性，并代入相关数值，上式可进一步化为：H=-12z1z21+1=-3141+1在具体进行仿真时，先取1=1=30d*time，则由上式可得H=0，即对应第一种仿真情形，行星轮只有自转，没有公转，在Adams中所得结果如图7a所示。再取1=30d*time，1=-60d*time，同理，由上式可得H=-3141+1=6.428d*time，此即对应第二种仿真情形，行星轮产生公转，进而带动系杆H产生转动角速度H，与此同时，与系杆固连的指针发生转动，指示双发动机的两个输入转速不同，在Adams中所得结果如图7b所示，其所求结果与理论值近似相等。a) 转速相同b) 转速不同图七双发动机指示机构系杆角速度4、结束语使用SolidWorks三维建模软件和ADAMS虚拟样机仿真分析软件，不仅可以快速方便的建立机构的三维模型，而且能够对机构进行运动学与动力学仿真。这对于机构的设计和验证有重要意义。其中，由于虚拟样机有别于物理样机，只要能够表达机构真实的运动情况即可，并不需要完全再现机构本身的所有细节