曲柄滑块机构建模与仿真

1、曲柄滑块机构建模与仿真一 软件介绍机械系统动力学自动分析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)软件是集成建模求解，可视化技术一体的运动仿真软件，是当前世界上使用范围最广，最负盛名的机械系统动力学仿真分析平台。简称ADAMS。该软件是美国MDI公司(Mechanical Dynamics Inc.)开发的虚拟样机分析软件。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虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。它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

2、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。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。它分为四个模块：ADAMS/VIEW,ADAMS/Solver，ADAMS/Postprocessor以及ADAMS/Insight。二 几何模型建立建立一个偏置滑块机构，滑块在驱动力的作用下推动滑块运动，滑块曲柄力的作用下做往复运动。主动杆长度为100mm,偏心距e=60mm，从动杆长300mm；w=3600r/min，两杆的截面

3、尺寸为10mm*25mm,滑块长100mm，底面直径为80mm。所有构件的材料为铸钢，密度为7800Kg/m3,弹性模量为E=2.02*105MPa,泊松比u=0.3。1.设置建模环境双击Adams -View图标，启动Adams View程序，建立一个New model，输入Model Name，重力设置选择Earth Normal参数；选择系统默认的工作单位MMKS系统，进入到软件界面，在settings菜单里选择栅格间距及大小，间距设定为10mm。2.几何建模（1）创建设计点根据杆件及滑块的位置，预先创建Marker点，为后面的建模提供坐标支持。（2）曲柄滑块建模根据曲柄和滑块的尺寸用主

4、工具箱里的建模工具画出曲柄和滑块的模型，如下图。图1 曲柄滑块模型（3）修改构件的材料属性在build>materials>new中，出现添加新材料对话框，按照要求可以修改材料的属性，这里将构件的材料使用为钢。3.添加运动约束（1）创建旋转副 在工具中选择、然后选择 出现参数栏设置，并设置参数栏参数。 （2）创建移动副约束 在主工具栏上选择相应工具，在出现的参数设置栏中设置相应参数。4.添加旋转约束在主工具栏中选择、 工具，在出现的对话框中设置参数。 目前已经完成样机的整个设计过程。以上步骤操作完成后可生成曲柄滑块机构的完整模型，如下图所示：图2 曲柄滑块样机模型三 运动学仿真分析

5、点击工具栏中选择仿真按钮、 ，并分别设置“end time”和"steps"为0.05s和500，开始仿真。仿真结束后，进入Postprocessor，分别绘制滑块的质心的位移、速度及加速度曲线，如下图所示：图3 滑块质心位移、速度及加速度曲线图4 滑块质心位移曲线图5 滑块质心速度曲线图6 滑块质心加速度曲线仿真结果分析：从图3 中可以看到滑块质心位移、速度及加速度的变化曲线，由于有偏心距存在，因此滑块质心的运动符合正弦规律，从图形中也验证了这一点，可以看出曲线与实际运动较吻合。图4是滑块质心位移曲线，由于滑块始终与导杆相接触，故滑块质心位移近似与正弦曲线，图形中也显示出

6、来这一特征。图5是滑块质心速度曲线，质心速度的变化规律依然符合正弦曲线的规律，具有周期性的变化规律。图6 是滑块质心加速度曲线，它是速度的导数，因此曲线与速度曲线的变化规律基本一致，仍然具有周期性变化规律。四 动力学仿真分析在顶杆的端部作用着一个大小为200N的力，然后点击工具栏中的仿真按钮，把仿真类型变为dynamic，并分别设置“end time”和"steps"为4.0s和400，开始仿真。仿真结束后，进入Postprocessor，分别绘制弹簧力、凸轮驱动力矩及凸轮顶杆接触力的曲线,如下图所示：图7 添加驱动力矩变化曲线图8 添加驱动力矩和阻力变化曲线仿真结果分析：图7是添加驱动力矩变化曲线，由于滑块和导杆一起做正弦曲线运动，变化规律也符合正弦曲线，图形验证了这一点。图8 是添加驱动力矩和阻力变化曲线，从图形中可以看出驱动力矩也是周期性变化，里面含有高频成分，整体变化规律符合正弦曲线。五 心得体会通过这次凸轮顶杆机构建模与仿真，我初步学会了使用ADAMS软件，并对机构进行运动学和动力学仿真分析。从仿真曲线看，基本符合机构的运动规律，只有合适的参数才能生成较好的曲线形状，这一点也需要在以后的学习工作中慢慢探索。 另外，我感觉对于工程应用类软件，要想真正的学好它，并不是