4_1 连杆机构建模_2.ppt

1、肖 涵 2012.10,机械系统动力学及仿真软件ADAMS应用,四、摇杆构件Rocker的创建和修改,1. 创建摇杆构件Rocker,教材P21页图2-19,4.1.2 创建机构的三维几何实体模型,例4.1：如图所示的曲柄摇杆机构，已知各杆的长度为l1=120mm，l2=250mm，l3=260mm，l4=300mm，曲柄1均速转动的角速度为1=1rad/s。试创建该机构的虚拟样机模型；分析摇杆3的运动,2. 计算曲柄摇杆机构的初始位置,设原动件曲柄处于水平初始位置(即与x轴正向夹角为0)时，摇杆和连杆的初始位置如何确定？,教材P21页图2-20,教材P22页图2-21,3.调整摇杆的位姿,教

2、材P22页图2-22,五、创建连杆link,教材P23页图2-23,4.1.3 给机构添加运动副（约束建模）,一、创建曲柄摇杆机构的四个转动副,1.首先创建曲柄-机架、摇杆-机架之间的转动副，命名为Joint_A和Joint_D,教材P23页图2-24,2.创建曲柄-连杆、连杆-摇杆之间的转动副，命名为Joint_B和Joint_C,教材P24页图2-25,在创建铰以后，铰关联的两个构件上会分别固定两个标记坐标系，第一个构件的标记坐标系称为I-Marker，第二个构件的标记坐标系称为J-Marker。,二、ADAMS/View的约束建模工具集,单击约束工具集中右下角的最后一个图标，弹出浮动约束

3、建模工具箱,其中包括更为详细的约束建模工具和基本参数设置对话框,四个工具栏： 常用的低副约束(Joints)：两构件通过面接触而构成的运动副 基本约束(Joint Primitives)：是一种抽象的运动副，通过基本副的组合可以得到更复杂的约束 高副约束(Higher Pair Constraints)：两构件通过点或线接触而构成的运动副 驱动约束(Motion Generators)：赋给原动件已知的运动规律,三、常用的低副约束(Joints),1.旋转副Revolute Joint，(1,1),构件1相对于构件2旋转，约束2个旋转和3个移动自由度,2.平移副Translational Jo

4、int，(1,2),构件1相对于构件2平移，约束3个旋转和2个移动自由度,3.圆柱副Cylindrical Joint，(1,3),构件1相对于构件2即可沿轴线移动又可旋转，约束2个旋转和2个移动自由度。,4.球面副Spherical Joint，(1,4),构件1相对于构件2可在球面内旋转，约束3个平移自由度。,5.平面副Planar Joint，(1,5),构件1相对于构件2可在平面内运动，约束2个旋转和1个平移自由度。,6.固定副Fixed Joint，(3,1),构件1相对于构件2固定，约束3个旋转和3个平移自由度,7万向节Universal Joint或虎克铰Hooke Joint，

5、(2,1),构件1相对于构件2可作2个方向的转动，约束了一个旋转和3个平移自由度。 轴1的回转运动通过万向节传递给轴2,构件1作垂直方向的移动时，构件2随之上移，但可绕十字叉轴的两个轴线方向偏转一定角度。 虎克铰不用来传递轴构件的旋转运动和转矩,万向节：,虎克铰与万向节共用一个按钮,8.恒速副(Common Velocity Joint)，(2,1),构件1的转速恒等于构件2的转速，约束1个旋转自由度和3个平移自由度。 恒速副的机械原型是双万向节机构 单万向节机构的工作特性：,主动轴转一转，从动轴也转一转 两轴线不重合时，两轴的瞬时角速度比并不恒等于1 当主动轴匀速旋转时，从动轴的转速不是匀速

6、的,为了消除上述从动轴变速传动的缺点，常将单万向节机构成对使用，这便是双万向节机构,主、从动轴的角速度恒相等的条件 主、从动轴1、3和中间轴2应位于同一平面内(中间轴两端的叉面应位于同一平面内或相互平行) 主、从动轴1、3的轴线与中间轴2的轴线之间的夹角相等,把中间轴2和两个万向节看成一个运动副，则轴1和轴3之间的运动副就是一个恒速副,9.螺旋副(Screw)，(2,3),螺旋副约束两个构件之间的2个平动自由度和2个旋转自由度 两个构件之间有1个平动自由度和1个旋转自由度，但这2个自由度之间满足一定的关系 构件1相对于构件2每旋转一周的同时将上升或下降一个螺距。总体说来，螺旋副提供一个相对运动

7、自由度。,建立直齿圆柱齿轮副，需要在啮合点设置一个标记坐标系，称为速度标记，它固结在机架上 速度标记的Z轴定义了齿轮啮合点的速度方向。速度标记坐标系的原点定义了两齿轮的初始啮合点,10.齿轮副(Gear)，(2,4),齿轮副是一种复合副，约束两个旋转副之间定比传动 直齿齿轮副由两个齿轮，一个支架和两个铰组成,11.关联副(Coupler) ,(2,5),基本约束是一种抽象的运动副，通过基本副的组合可以得到更复杂的约束 常用的低副也可以用基本副组合而成 基本副在特定的场合有特殊的应用，一个系统如果完全用低副和高副来约束，往往会造成过约束，此时就需要一定量的基本副替代低副,四、基本约束(Joint

8、 Primitives),1.平行副(Parallel) 2.垂直副(Perpendicular),3.方向副(Orientation) 4.点面副(inplane) 5.点线副(Inline) 6.点点副(Atpoint)。,机械手，将支架(构件2)与大地固连，在所有的圆孔处添加旋转铰，在驱动杆(构件3)处添加移动副和移动驱动后，系统是过约束的 活动构件数：10 低副：12个转动铰1个移动副13 固定副1 驱动约束：移动驱动1 过约束的数目：135161106726012,以前讲的冗余约束是由于多添加了运动副。,产生过约束的原因：在一个封闭的回路中，全部用低副来约束构件。（运动副的类型不正确

9、而引入了冗余约束）,6.点点副(Atpoint),约束第一个构件上的某点与第二个构件的某点始终重合，点点副约束两个构件之间的3个平动自由度 约束I-Marker的原点与J-Marker的原点始终重合,1.平行副(Parallel),约束第一个构件的某个方向与第二个构件的某个方向始终平行，约束了两个构件之间的2个旋转自由度 第一个构件上固定I-Marker坐标系，第二个构件上固定J-Marker坐标系，平行副就是约束I-Marker的Z轴与J-Marker的Z轴始终平行,点点副+平行副旋转铰,2.垂直副(Perpendicular),垂直副约束第一个构件的某个方向始终垂直于第二个构件的某个方向，

10、垂直副约束两个构件之间的1个旋转自由度，还剩3个平动自由度和2个旋转自由度 垂直副就是约束I-Marker的Z轴与J-Marker的Z轴始终垂直,3.方向副(Orientation),约束第一个构件只能相对第二个构件平动，而不能转动，方向副约束两个构件之间的3个旋转自由度 方向副就是约束I-Marker的3个坐标轴与J-Marker的3个坐标轴始终平行,4.点面副(inplane),点面副约束第一个构件的某点只能在第二个构件的某个平面内运动，点面副约束两个构件之间的1个平动自由度，还剩2个平动自由度和3个旋转自由度 点面副就是约束I-Marker的原点始终在J-Marker的XY平面内,约束第

11、一个构件的一点在第二个构件的某个方向上，点线副约束两个构件之间的2个平动自由度 就是约束I-Marker的原点始终在J-Marker的Z轴上,5.点线副(Inline),基本副的创建过程与低副的创建过程基本相同，一般需要选择第一个构件和第二个构件，然后选择一个作用点以及一个方向或两个方向，根据基本副的物理意义很容易知道如何定义基本副,机械手模型中，与机架相连的活动构件Part_8和Part_11上有3个转动铰，而一般与机架相连的活动构件上只需要2个铰，可能有过约束,对于上机报告中机械手模型过约束的情况，具体选择哪几个低副用基本副来替代呢？用什么样的基本副？,应把Part_8和Part_11上外

12、围的4个旋转铰约束改为点线基本副 每个点线副比旋转铰少约束3个自由度，4个点线副正好少约束12个自由度,五、高副约束(Higher Pair Constraints),两种高副约束,一种是点线副,点线副约束一个构件上的一个点在另一个构件上的一条曲线移动，二者不能分离,另一种是线线副,线线副约束一个构件上的一条线与另一个构件上的一条线始终接触，曲线必须是平面曲线，且两个曲线必须在一个平面内 线线副中只允许有一个触点 左图所示的平底凸轮机构是线线副的一个特例,主工具箱的最下边四个按钮：,1,1：栅格显示/隐藏按钮。 1,2：透视图按钮。 2,2：对象属性标志的显示/隐藏按钮。 2,1：渲染/边框按

13、钮,六、渲染和观察模型,1. 渲染模型,包括随体坐标系的图标，标记坐标系的图标，铰的类型，驱动类型标识等 单击菜单栏Setting/Icons，弹出对象属性标志设置对话框，可以对对象名称标识的显示、标识符号的字号大小等进行设置,对象属性标志的显示/隐藏按钮：,2.从不同方向观察模型,教材P23页图2-24,七、施加运动（定义驱动）,系统有确定位形的充要条件是系统的自由度等于驱动的数目,如果一个系统有未约束住的自由度，ADAMS将对未约束住的自由度进行在重力或其它载荷的作用下的动力学计算；对于有确定位形的自由度，ADAMS则进行运动学计算,复摆模型由连杆1、连杆2、旋转副1、旋转副2和对旋转副1

14、的驱动组成。,复摆模型,1.驱动的含义。,2.驱动的类型和大小,铰驱动：定义旋转副、平移副和圆柱副关联的两个构件以给定的规律相对移动或转动，每一个驱动约束了一个自由度 创建铰驱动就是在运动副上添加驱动，实际上是将运动副还没有约束住的自由度“管住”，让其按照某种规律变化。 点驱动：定义两个构件上的两个点之间的运动规律 单点驱动：两个构件上的两个点在某一个轴方向上按设定的规律作相对移动或相对转动。 一般点驱动：两个构件上的两个点在3个轴方向上按设定的规律作相对移动或相对转动。,点驱动比铰驱动更加灵活，可以在不增加额外约束或构件的情况下，构造复杂的运动,例：在崎岖不平的道路上行驶，汽车车轮会上下跳动

15、，需要研究车轮上下跳动过程中，前轮前束角的变化情况,前轮前束角：在与地面平行的平面内，车轮平面与纵向垂直平面之间的夹角,对于载重汽车，前束角为正，两车轮的前端略向内偏,3.铰驱动的创建：,可以驱动的运动副：旋转副和圆柱副 方向说明：约束第一个构件相对于第二个构件，绕J-Marker的z轴按照确定的规律旋转。驱动的正负用右手定则确定,旋转铰驱动,移动铰驱动,可以驱动的运动副：滑移副和圆柱副 方向说明：约束第一个构件相对于第二个构件，沿着J-Marker的z轴按照确定的规律滑移。移动方向与J-Marker的z轴方向相同，为正；与J-Marker的z轴方向相反，为负,按照要求给曲柄摇杆机构施加运动：曲柄1均速转动的角速度为1=1rad/s,八、保存模型与打开模型,九、约束建模时的注意事项,在样机建模时，应该逐步地对构件施加各种约束，并且经常对施加的约束进行试验，检查是否有错误，通过这种方法可以比较容易发现约束错误 在创建运动副约束时，要注意选择对象的顺序，正确地选择对象，