基于ADAMS機(jī)械機(jī)構(gòu)的自動(dòng)化設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)特性分析

楊漢文

【摘要】科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步給各行各業(yè)帶來了質(zhì)的變化。在機(jī)械制造行業(yè)中，ADAMS的誕生，以建模模擬的方式實(shí)現(xiàn)機(jī)械機(jī)構(gòu)的自動(dòng)化設(shè)計(jì)，縮減了大量的設(shè)計(jì)工序，節(jié)約成本的同時(shí)提升了設(shè)計(jì)質(zhì)量，為我國機(jī)械結(jié)構(gòu)自動(dòng)化設(shè)計(jì)提供了新的發(fā)展方向。本文以機(jī)械機(jī)構(gòu)中的曲柄搖桿構(gòu)件設(shè)計(jì)為例，淺析基于ADAMS的機(jī)械機(jī)構(gòu)自動(dòng)化設(shè)計(jì)，并分析其運(yùn)動(dòng)特性，給相關(guān)研究提供參考。

【關(guān)鍵詞】ADANS；機(jī)械機(jī)構(gòu)；自動(dòng)化設(shè)計(jì)

機(jī)械結(jié)構(gòu)自動(dòng)化設(shè)計(jì)是近年來工業(yè)機(jī)械發(fā)展的重要方向，已經(jīng)取得了較好的研究成果。在傳統(tǒng)機(jī)械化設(shè)計(jì)中，往往需要根據(jù)設(shè)計(jì)需要，將機(jī)械結(jié)構(gòu)完整設(shè)計(jì)后，采用制作樣機(jī)的方式對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的功能和運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上加以改進(jìn)。這種方式既浪費(fèi)了大量的設(shè)計(jì)、改進(jìn)時(shí)間，也浪費(fèi)了大量的機(jī)械材料，給機(jī)械制造業(yè)帶來不可估量的損失。

一、基于ADAMS機(jī)械機(jī)構(gòu)自動(dòng)化設(shè)計(jì)概述

ASAMS是一種基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的自動(dòng)化機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析軟件，該軟件集合建立模型、仿真模擬、分析求解、可視化處理等眾多處理技術(shù)于一體，在機(jī)械制造設(shè)計(jì)中具有重要的作用。通過該軟件能夠根據(jù)設(shè)計(jì)需求，建立機(jī)械機(jī)構(gòu)的虛擬化樣機(jī)模型，并通過樣機(jī)模擬，將機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程模擬出來，通過仿真模擬來分析樣機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性。在樣機(jī)模擬中，以ASAMS分析樣機(jī)模擬運(yùn)行中存在的差錯(cuò)與不足，通過可視化處理，將機(jī)構(gòu)缺陷逐漸完善、改進(jìn)，從而得到一個(gè)完整的、可直接制造的成品機(jī)械化設(shè)計(jì)產(chǎn)品。這種機(jī)械機(jī)構(gòu)的自動(dòng)化設(shè)計(jì)，較傳統(tǒng)的軟件機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、建立樣機(jī)、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證并逐漸改進(jìn)，具有節(jié)省樣機(jī)制造成本、方便快捷、節(jié)約設(shè)計(jì)改進(jìn)時(shí)間的效果。

下文以曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的自動(dòng)化設(shè)計(jì)為例，對(duì)建模過程加以分析，再結(jié)合建模實(shí)例分析機(jī)械機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性，為驗(yàn)證機(jī)械機(jī)構(gòu)是否滿足機(jī)械運(yùn)動(dòng)特性提供數(shù)據(jù)支持。

二、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)自動(dòng)化建模與運(yùn)動(dòng)特性分析

1.建模分析。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)是機(jī)械設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)，在機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品中，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

數(shù)據(jù)必不可少的核心構(gòu)件。研究曲柄搖桿結(jié)構(gòu)的建模設(shè)計(jì)，通過部分機(jī)械結(jié)構(gòu)的建模分析與改進(jìn)，映射完整機(jī)械自動(dòng)化設(shè)計(jì)的全過程，給分析機(jī)械設(shè)計(jì)與改進(jìn)的相關(guān)研究提供參考。

通過ADAMS/Vie？建立曲柄搖桿的可視化模型，以相關(guān)設(shè)計(jì)需求的參數(shù)完成虛擬模型的建立。這一過程中需要優(yōu)先確定曲柄搖桿的鉸接點(diǎn)位置，因此，需要構(gòu)建曲柄搖桿的數(shù)學(xué)模型，獲取機(jī)構(gòu)位置方程，從而去頂鉸接點(diǎn)的具體坐標(biāo)值。曲柄搖桿數(shù)學(xué)模型見圖1。

建立直角坐標(biāo)系，以曲柄部分和機(jī)架部分的鉸接點(diǎn)A作為坐標(biāo)系的原點(diǎn)，直角坐標(biāo)系沿著水平向右方向建立。構(gòu)件的位置角度均以逆時(shí)針計(jì)算，各個(gè)構(gòu)件通過矢量表示。

對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品的用戶化設(shè)計(jì)來講，模型參數(shù)化能夠直接根據(jù)用戶設(shè)計(jì)需求在ADAMS軟件中調(diào)整樣機(jī)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)樣機(jī)虛擬模型的功能改進(jìn)與完善。與其他設(shè)計(jì)軟件一樣，ADAMS軟件的參數(shù)化方法是將模型中不同元素的參數(shù)通過設(shè)計(jì)變量關(guān)聯(lián)設(shè)置，從而以改變?cè)O(shè)計(jì)變量方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)模型參數(shù)具體值的變更。然后在變更參數(shù)數(shù)值后，改變虛擬樣機(jī)模型的結(jié)構(gòu)與功能。本次研究中的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，通過利用設(shè)計(jì)點(diǎn)參數(shù)化實(shí)現(xiàn)對(duì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計(jì)，并按照變量初始值生成樣機(jī)模型結(jié)構(gòu)圖，如圖2所示。

2.運(yùn)動(dòng)特性分析。分析機(jī)械結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性在機(jī)械制造過程中十分重要，特別是虛擬樣機(jī)技術(shù)下的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，運(yùn)動(dòng)特性直接決定產(chǎn)品制造后是否滿足用戶設(shè)計(jì)需求。

急回運(yùn)動(dòng)是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的重要運(yùn)動(dòng)性能之一，在虛擬樣機(jī)模擬中對(duì)這一運(yùn)動(dòng)特性的分析同樣十分重要。通過分析機(jī)架與從動(dòng)搖桿之間的極限角度與夾角變化，確定極限位置的角度差值，當(dāng)搖桿處于兩個(gè)極限位置時(shí)，可根據(jù)運(yùn)動(dòng)時(shí)間同步原則，曲柄與搖桿同步轉(zhuǎn)動(dòng)部分角度數(shù)據(jù)可分析獲得。

總結(jié)

基于ADAMS的機(jī)械自動(dòng)化設(shè)計(jì)，給我國機(jī)械加工行業(yè)帶來了巨大的改變，促進(jìn)我國機(jī)械化建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。本文通過以曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的ADAMS機(jī)械建模分析為例，分析機(jī)械設(shè)計(jì)中ADAMS模擬自動(dòng)化設(shè)計(jì)優(yōu)越性，并對(duì)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)特性分析討論，從而給機(jī)械設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)符合運(yùn)動(dòng)學(xué)特性的研究提供參考。

【參考文獻(xiàn)】

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