基于ADAMS仿真验证斜面滑块下滑条件.doc

基于ADAMS仿真验证斜面滑块下滑条件 【摘要】 本文主要基于题中斜面上的滑块不下滑时的条件，先通过理论验证，然后进行仿真描完成对结果的验证。重点介绍CONTACT函数的应用，通过对对此函数的应用，增加对其的理解，以及对接触和碰撞问题的分析。 关键词： ADAMS；CONTACT；斜面滑块；仿真分析 1 引言 1.1 题目设计要求 在倾斜角为的固定斜面上放置一个半径为、质量为的球体。在驱动转矩的作用下，球体沿斜面向上滚动，如图1所示。设斜面的倾斜角为，球体与斜面之间的摩擦系数为。 试给出球体不下滑时应满足的条件。 试采用有CONTACT力定义球体和斜面直接关系的方法来建立仿真模型，并验证上述条件。 图1斜面机构 1.2 求解步骤： 首先分析第一问，进行理论推导，对球体进行受力分析，根据力和力矩的平衡的条件可以得到、、等未知参量应满足的条件，使球体不下滑。 在第二问中，首先应当建立斜面和球体的模型，在定义它们之间的运动副，由题中所是规定应选用CONTACT力。然后改变、、等未知参量的数值，根据它们的变化，验证第一问的条件是否与仿真的结果相同，并得出结论。 2 求解球体不下滑的条件： 对球体进行受力分析，如图2所示： 图2 球体受力分析图 若要球体沿斜面方向力，保证； 对球体上的A点取矩，需保证力矩的平衡，即； 在垂直斜面上有关系； 又由摩擦的关系得； 由以上五式解得 ； 由此得知若保证不下滑，则T、均要大于其下界。 3 建立虚拟样机模型并初次进行仿真： 3.1 设置工作空间和网格 由于题目中的数据较大，在建模开始时可以对工作环境进行适当设定，如图3所示。 图3单位工作空间和网格设定 3.2 创建斜面和球体模型 图4 球体和滑板的模型创建 3.3 按题目要求更改模型质量并旋转模型 图5 更改质量 在这里第一次先取，故分别将滑块与小球绕原点旋转，可得到图6 所示的模型。 图6 旋转模型 3.4 创建锁 将滑板用锁与地锁住。如图7所示，可以把斜面当作固定在地面上。 图7创建锁之后的模型 3.5 创建CONTACT作用力 图8 创建并修改CONTACT作用力 由第一问条件、 故要想保证不下滑的条件是T、均要大于其下界。 先保证满足其下界：故修改CONTACT的属性为Friction Force改为Coulomb；同时将Dynamics Coefficient改为0.6，将Stiction Coefficient改为0.7，比滑动摩擦大一点。将Stiction Transition Vel即代表静摩擦的最小速度值改为0；将Dynamics Transition Vel即代表滑动摩擦的最小速度值改为0.1，如图8所示。 3.6 添加扭矩 图9 施加扭矩（左)与仿真（右） 分别输入-4.6、-4.9、-5.0、-5.5四个数值进行仿真。发现T为-4.6、-4.9小球会往下滑，同时-5.0、-5.5会往上滑，并且数值越大速度越快。 注意：由于创建的扭矩与所要的方向相反，故数值需输入负值。 4 修改参数继续进行仿真 4.1 再次修改CONTACT 使小于其下界：故修改CONTACT的属性为Friction Force改为Coulomb；同时将Dynamics Coefficient改为0.55，将Stiction Coefficient改为0.55，比滑动摩擦大一点。 4.2 修改扭矩 分别输入-4.6、-4.9、-5.0、-5.5四个数值进行仿真。发现小球都会下滑。 4.3 修改转角 修改转角，则根据公式、。故要想保证不下滑的条件是T、均要大于其下界。 先令满足下界，取： 令T=-6.5、-6.8、-7.1、-7.6四个数值进行仿真，发现T为-6.5、-6.8小球会往下滑，同时-7.1、-7.6会往上滑，并且数值越大速度越快。 再使小于其下界，取： 令T=-6.5、-6.8、-7.1、-7.6四个数值进行仿真，发现小球均会下滑。 5分析结果得出结论： 由不断改变的参数、、的值，逐个仿真。根据仿真结果即可验证小球不下滑的条件是；。若、不满足其中一条件，小球下滑。若满足其中条件，则小球会向上走。 得出结论第一问中理论推导的结果是正确的。 6 结束语 运用ADAMS动力学仿真分析软件，可以快速、方便地创建动力学实体模型。利用其中一些函数的定义，可以实现抽象的对实体的某些特征进行定义或拟合。通过CONTACT力的定义，来实现对接触碰撞问题中碰撞力的模拟，可以实现简单的力定义难以实现的功能，而且更加准确。这对于分析复杂问题，节约时间提高效率，都有重要意义。 参考文献: [1] 郭卫东. 虚拟样机技术与ADAMS应用实例教程 [ M ]. 北京:北京航空航天大学出版社, 2009年2月:机械工业出版社, 2006年月 - - 8 - -