虚拟样机Adams作业尖端摆动从动件凸轮机构设计..docVIP

《产品设计与虚拟样机》 201-11-26尖端摆动从动件凸轮机构设计 北京航空航天大学 机械工程及自动化学院 （北京 100191） 摘 要 关键词： ADAMS； 1 1.1 题目设计要求 1 1.2 题目分析 1 2 建立虚拟样机模型 2 2.1 设置工作空间及网格参数 2 2.2 创建摆杆模型 2 2.2.1 创建R100mm及R200圆曲线 2 2.2.2 Boolean减运算得到摆杆 3 2.3 创建凸轮模型 4 2.4 创建凸轮副及驱动角速度 4 2.4.1 创建Marker点 4 2.4.2 创建凸轮副 5 2.4.3 添加驱动角速度 6 2.5 检查模型 6 3 仿真与后处理 7 3.1 仿真模型 7 3.2 测试与后处理 7 3.3 结果分析 11 4 结束语 12 参考文献: 13 1 摆动从动件凸轮机构设计要求 1.1 题目设计要求 试设计如图0.1所示的尖端摆动从动件凸轮机构。已知摆杆在起始位置时垂直于，，，凸轮以等角速度逆时针转动。摆动从动件的运动规律为 式中，，，，，表示时间。 图1 斜面机构 1.2 仿真思路 对于摆动杆凸轮的设计，由于接触点随着凸轮运动而在摆杆上变动位置，采用直动杆凸轮的设计时的接触点曲线法得到的凸轮轮廓就不准确。这时应该采用接触线包络线法，在摆杆上添加接触线，通过运动过程中接触线的包络曲线，得到凸轮轮廓曲线。这样的凸轮才能满足摆杆的实际运动特点，即摆杆与凸轮轮廓相切。 2 建立虚拟样机模型 2.1 初始参数设置 2.1.1 工作空间及网格设置 根据题目数据条件，可直接采用系统预设的工作空间及网格设置，操作步骤如下图所示。 图2 工作空间及网格设定过程及结果 2.1.2 单位设置 根据题目数据要求，采用合适的单位，单位设置过程如下所示： 图3 单位设置过程及结果 2.2 创建摆杆凸轮模型 在（80,40）位置创建Mark点，操作过程如下图所示： 图4 Mark点创建 创建长为80mm摆杆，操作过程如下所示 图5 摆杆的创建 添加转动副，操作过程如下图所示： 图6 转动副的添加 创建凸轮的板，如下图所示， 图7 创建凸轮板 同时如图6所示的方法加上转动副，结果图如下 图8 凸轮板添加旋转副 2.3 添加运动规律函数 对凸轮板转动副添加驱动角速度，其值为。则摆杆运动的时间范围分别为(0，6s、(6，s、(11，s，时间节点为6s和11s。 图9 凸轮板角速度的添加 对摆杆转动副添加驱动角速度，添加过程和图9一样，对角速度值使用IF函数。由于IF函数只能表示一个时间节点下的运动规律，而本题中摆杆的摆角规律有2个时间节点，经过思考，我发现可以用IF函数嵌套来实现多个节点的IF函数表达。将凸轮等角速度ω的值带入公式，可以得出摆杆转动副的驱动规律可表达为 IF(time-11:IF(time-6:-30d*(time/6-sin(60*time)/(2*180)),-30d,-30d*((11-time)/5+sin(72*time-12*36)/(2*180))),0,0) 具体过程如下图所示： 图10 从动件驱动值的修改 2.4 建立凸轮（从动件为无干涉曲杆） 对创建好的模型进行运动仿真，仿真时间为12s，步长设定为500。仿真完成后依次选择工具栏选项Review-Create Trace Spline，并选中摆杆接触点和凸轮板，得到轮廓曲线。凸轮的轮廓线如下图所示 图11 凸轮轮廓线图 将轮廓线拉伸成凸轮实体，同时删除之前的凸轮板。 图12 拉伸凸轮过程 图13 凸轮板删除过程 删除凸轮板和摆杆驱动规律。在摆杆和凸轮之间添加凸轮副，得到凸轮机构的模型。 图14 凸轮副添加过程 建立测量曲线，测量从动杆随凸轮运动的摆角曲线，得到如下结果。 图15 从动杆摆角曲线 从上图中可以看出，摆杆运动的角度符合题目中给定的要求。但是在运动过程中，发现摆杆为直杆情况下，接触点始终与凸轮轮廓保持接触，这就导致摆杆在运动过程中出现与凸轮体相交的情况。因此，对于摆动件凸轮，若摆杆采用直杆，在仿真过程中，摆杆会与凸轮相交，摆杆设计为曲形，这样保证摆杆与凸轮接触基本是同一点接触且不会存在相交干涉；若依旧采用直杆作为摆杆，由于接触点是变动的，接触点曲线法不能得出凸轮的正确轮廓，应该在从动件上添加一条标志曲线，通过运动过程中标志曲线的包络线来得到凸轮轮廓，然后再获得凸轮。 2.5 检查模型 完成建模后，进行如下图所示的操作。图中显示建模成功。 图12 检查模型过程图 通过图12可以看出，该模型具有2个固定件，1个运动副,6个自由度。这是因为球体与斜面之间的接触副只起到限制球体运动方向的作用，并不能约