Adams空间齿轮曲柄摇杆机构

空间锥齿轮曲柄摇杆机构 一 一 题目描述题目描述 分配任务 A3 B8 锥齿轮系作为输入 带动曲柄摇杆机构运动 轮系中 1 齿轮为主 动齿轮 带动齿轮 2 运动 齿轮 3 与地面固定 行星架为输出轴 将曲柄连在行星架上就 带动了后面的连杆和摇杆运动 A3 B8 如下图 1 所示 图 1 为了分析的简便 选择 3 个锥齿轮的参数都一样 模数 m 5 Z1 Z2 Z3 20 曲 柄长度 d1 80 连杆长度 d2 120 摇杆长度 d3 160 机架长度 d4 170 满足曲柄摇 杆机构的杆长条件 d1 d4 d2 d3 最长杆作为机架 则有曲柄 二 二 机构的运动简图及自由度机构的运动简图及自由度 机构运动见图如下 图 2 W 3 n 2Pl Ph 3 5 2 6 2 1 从上式可以得出 机构在加一个驱动后有确定的运动 三 三 各个部件的建模各个部件的建模 由于 Adams 中建模不是很方便 我们可以采用三维软件建模之后然后导入 到 Adams 中 这样可以节省时间 装配之后可以保证各个部件的位置关系 各 个部件在三维软件 UG 中建立模型装配 建模完成后 输出为 Parasolid x t 文 件 将该文件导入 Adams 如下 Model 图 3 给各个部分构件赋予属性 更改名称 这里材料一律选取 steel 刚材料 添 加重力 仿真发现所有构件向下掉 说明属性赋予成功 四 四 结构约束建立结构约束建立 模型成功导入 属性成功赋予之后 接下来就是构件之间约束的建立 齿轮 1 和行星架之间建立一个转动副 齿轮 2 和行星架建立一个转动副 齿轮 3 和 行星架建立一个转动副 齿轮 3 和大地固定住 曲柄和行星架固定 曲柄和连 杆建立一个转动副 连杆和摇杆建立一个转动副 摇杆和大地再建一个转动副 关键的是齿轮副的建立 这就需要先建立一对啮合齿轮具有共同速度的 Marker 点 然后才能正确的建立齿轮副 齿轮 1 和齿轮 2 齿轮 2 和齿轮 3 各建一个 齿轮副 这样各约束已经完全建立 建立的过程中 每建立一个约束最好仿真 一下 这样确保建立约束的正确性 约束建立后的模型如下图 4 所示 图 4 约束图 之后 model verify查看模型的自由度是否合理 图 5 Model verified 图 Model verified successfully 1 个自由度 说明模型约束建立合理且能满足所 需的运动要求 五 五 机构分析目的机构分析目的 要分析机构的传动比特性 输出速度 输入速度 机械利益特性 输出力 输入力 机械效率特性 输出功率 输入功率 按下面 六 七 八 九 所 述的方法进行分析取得这些分析结果 在这个模型中 我们需要分析的传动比 特性是输出角速度 输入角速度 机械利益特性是输出力矩 输入力矩 六 六 机构运动分析机构运动分析 在机构中选择一齿轮 1 作原动件 对其施加一个 motion 使得角速度为 30 度 s 对机构作运动分析 取得机构末端从动件摇杆的角位移及角速度一个周 期的变化曲线 摇杆的质心角速度图如图 6 所示 图 6 摇杆质心角速度图 由于 Adams 里面没有角位移的测量项 则需要对角速度求积分即得到角位移 积 分后得到的角位移曲线如下图 7 所示 图 7 摇杆质心角位移曲线图 将输入速度与输出速度数据导出 求取 输出速度 输入速度 曲线 输入 速度图如下图 8 所示 图 8 输入角速度图 导出摇杆的输出角速度和齿轮 1 的输入角速度数据到 excel 表中求输出速 度和输入速度的比值获得曲线图如下图 9 所示 图 9 输出速度 输入速度图 七 七 静力分析静力分析 静力分析 在机构末端从动件上施加一阻力矩 对机构作静力分析 取得原动件上所 需的驱动力矩 导出驱动力矩与阻力矩数据 求取 阻力矩 驱动力矩 曲线 该曲线表示 机构对驱动力矩的放大作用 分析得到的曲线是否合理 建立阻力矩用到 sign 函数 sign 0 23 CPQ2013ok JOINT 9 MEA 2 意思是建立在 joint 9 的力矩和 joint 9 的角速 度方向始终相反 重新 measure 得到阻力矩图和驱动力矩图如下图 10 图 11 所示 图 10 阻力矩图 图 11 驱动力矩图 导出数据到 excel 求得阻力矩 驱动力矩 画出阻力矩 驱动力矩和时间的曲 线图如下图 12 所示 图 12 从图 12 中可以看出 阻力矩取 0 23N 对驱动力矩的总体影响比较小 当 驱动力矩接近 0 的时候 阻力矩这对这个机构的影响有明显的放大作用 由于 在整个过程中存在重力和惯性 所以出现了一小段阻力矩符号的变化时间段不 一致 所以说曲线还是合理的 八 八 功率分析功率分析 功率分析 将取得的原动件角速度曲线与其驱动力矩曲线相乘 得输入功 率曲线 将取得的末端从动件角速度曲线与其阻力矩曲线相乘 得输出功率曲 线 分析输入功率与输出功率的关系是否合理 Measure 得到驱动力矩和角速 度 角速度为 30deg s 两条曲线相乘得到输入功率曲线如下图 13 所示 图 13 输入功率图 Measure 得到阻力矩和阻力角速度 两曲线相乘得到输出功率图如下图 14 所示 图 14 输出功率图 输入功率整体为正 输出功率为负 由于构件存在重力和惯性 这之间存 在功率损失 总体上输出功率和输入功率都是合理的 九 九 机械效率分析机械效率分析 机械效率分析 分别就 情形 1 在机构的高速部分的某个运动副中施加 摩擦力 和 情形 2 低速部分的某个运动副中施加摩擦力 两种情形 在阻 力不变的情况下 取得驱动力 实际驱动力 将无摩擦时的驱动力 理想驱动 力 和实际驱动力数据导出 求取 理想驱动力 实际驱动力 曲线 即机械效 率曲线 分析机械效率曲线是否合理 高速部分的摩擦力和低速部分的摩擦力 中那个因素对机械效率的影响大 首先考虑第一种情况 在高速部分的一个运 动副施加摩擦力 这里选择 joint 3 齿轮 3 和行星架之间的转动副 Measure 加 摩擦前后的力矩 导出数据到 Excel 表中求得理想力矩和实际力矩的比值 画 出比值和时间的曲线关系如下图 图 15 情形 1 中理想力矩 实际力矩图 在低速部分的一个运动副施加摩擦力 这里选择 joint 9 摇杆和大地之间 的转动副 Measure 加摩擦前后的力矩 导出数据到 Excel 表中求得理想力矩和 实际力矩的比值 画出比值和时间的曲线关系如下图 16 所示 图 16 情形 2 中的理想力矩 实际力矩 从上面的图可以得出结论 高速部分加摩擦对机构产生的影响要大于低速部 分加摩擦产生的影响 这是因为在高速部分同样的摩擦力产生的能量损失要远 大于低速部分产生的能量损失 十 改进的工作十 改进的工作 由于 Adams 对于复杂的模型建模比较困难 而且装配关系表达的也不是很 清楚 通常在这种情况下 利用三维软件如 SolidWorks 或者 pre E 或者 UG 建 立好模型后装配好后导入到 Adams 中 而且 Adams 对于导入进来的模型不能 修改尺寸 这就使得解构优化变的繁琐 需要在三维软件中修改尺寸后装配进 来在进行运动学分析与设计 十一 课程学习体会和建议十一 课程学习体会和建议 在我的印象中 好像没有哪一位老师讲学习软件有杨老师讲的这么好 这 么能提高我们学习的兴趣 我们自学的时候总是停留在比较浅显的水平 而且 在遇到了问题不知道如何解答的时候特别需要一位老师能够手把手的教 按照 书本上的过程来解决让我们不知道它是怎么解决的 因为我们有太多太多的问 题 比如为什么要这样设置 为什么会那个样子等等 杨老师讲的课非常有趣 深入浅出 遇到问题了能及时的请教老师 每节的课后作业能把老师当天课上 讲的知识及时消化 避免了由于学了软件没有具体到应用上面以至于把知识还 给了老师 这样的做法很棒 关于课程结束后的课程报告 这是对我们学习 Adams 的水平的考察 在做 分析报告的时候遇到了很多问题 最终在老师和同学的大力支持与帮助下完成 了 收获很多 感触也很多 拿到题目的时候 由于图不是很清楚 自己和同 学讨论研究了很长一段时间 按照自己的想法建模 导入到 Adams 中分析 发 现 Adams 运行的时候总是提示错误的信息 为了弄明白题目中各构件的运动关 系 回过头来又开始看机械设计与机械原理 还从图书馆借来了 常用机构设 计及应用题例 上网查一些关于机构运动的相关资料 最后与老师的讨论中确 定了各个部件的运动及相互之间的连接方式 在设计分析过程中 不仅让我学到更多的关于 Adams 软件的知识 而且使