基于Adams的槽輪機構的運動仿真

孫科 長江大學工程技術學院機械工程學院

引言：槽輪機構廣泛應用于機械傳動裝置中,其作用是將主動撥盤的連續轉動轉化為從動輪槽輪的間歇運動,以達到間歇進給、轉位和分度等工作要求。槽輪機構具有結構簡單,外形尺寸小,機械效率高,能準確控制轉角,以及能較平穩地、間歇地進行轉位等優點,其缺點是動程不可調節,從動槽輪在打開和停止時有剛性沖擊,所以適用于中速場合。

1 、ADAMS軟件概述

虛擬樣機技術的工程應用建立在界面友好、功能強大、性能穩定的商品化虛擬樣機軟件之上。美國MSC公司在多體系統領域的標志產品MSC.ADAMS進過多年的發展，已經成為虛擬樣機技術平臺的杰出代表，廣泛應用于汽車、鐵道、船舶、航空航天等行業。ADAMS由基本模塊、擴展模塊、接口模塊、專業模塊及工具箱組成，其中基本模塊包括ADAMS/View(用戶界面模塊)、ADAMS/Solver(求解器)、ADAMS/PostProcessor(專業后處理模塊)。

2 、槽輪機構的運用及參數設計

2.1 槽輪機構的運行原理

槽輪機構的典型結構如圖1所示，它由主動撥盤、從動槽輪和機架組成。撥盤以等角速度作連續回轉，當主動盤上的圓銷未進入槽輪的徑向槽時，由于槽輪的內凹鎖止弧被撥盤的外凹槽鎖止弧卡住，故槽輪不動。圖示1為圓銷鋼進入槽輪徑向槽時的位置，此時鎖止弧又也剛被松開。此后，槽輪受圓銷的驅使而轉動。當圓銷在另一邊離開徑向槽時，鎖止弧又被卡住，槽輪又靜止不動。直至圓銷再次進入槽輪的另一個徑向槽時，又重復上述運動。所以槽輪作時動時停的間歇運動。此外，當圓銷開始進入和退出徑向槽時，由于角加速度有突變，故在此兩瞬時有柔性沖擊。而且槽輪的槽數愈少，柔性沖擊愈大。因存在柔性沖擊的缺點，故常用于速度不太高的場合。如轉塔車床上的刀具轉位機構。它還常在電影放映機中用以間歇移動膠片等。

圖1 機構運動簡圖

2.2 槽輪的尺寸計算

對于外槽輪機構, 為了避免或減輕從動輪在開始轉動和停止轉動時的碰撞或沖擊, 撥銷應停止在開始進入徑向槽或剛從徑向槽脫出的狀態。即撥銷中心的線速度方向均是沿著徑向槽的中心線方向,以便從動槽輪在打開和停止時的瞬間角速度為零。因此有

式中z—從動槽輪的槽數。

當主動撥盤以等角速度 A 轉動時, 從動槽輪轉動一次所需的時間

因此, 有

同理, 對于內槽輪機構來說

由式（5）、式（6）可知, 外槽輪機構的運動系數k 應大于零。因此,其槽數z 應大于3。當n=1，k 總是小于0. 5, 即外槽輪機構的運動時間總是小于停歇時間。

由于槽輪機構常做間歇運動, 它會有間歇時間, 所以運動系數k 總是小于1。因此, n 與z 的關系為

通常取z=4～ 8 。本文的仿真采用了z=4。

3 ProE槽輪機構建模、裝配及導入adams

模型導入adams中先要在proe里將裝配體保存副本，保存格式為“.x_t”。注意保存的路徑不能有中文名稱。然后在ADAMS里把剛才的xxx.x_t文件import。導入的模型沒有質量，要自己添加。。機構運動簡圖（圖1）對3.1建立的幾何模型進行約束建模，整個約束建模的工作仍是在ADAMS/View(用戶界面模塊)中利用主工具箱中的約束工具完成。該機構中運動副處的約束分別為：主動撥盤在中心點與大地形成轉動副；從動槽輪在中心點與大地形成轉動副，機架形成固定件；完成后如圖2所示。

圖2 約束建模圖

4 、仿真結果后處理

仿真結果后處理在ADAMS/PostProcessor（專業后處理模塊）下進行。該模塊用來輸出高性能的動畫，各種數據曲線，該模塊還可以進行曲線的編輯和數字信號處理等，使用戶可以方便、快捷地觀察、研究ADAMS的仿真結果。本例主要是利用它的仿真曲線繪制功能。

在本例所需的從動槽輪的運動曲線的獲取步驟基本如下：

轉換到ADAMS/PostProcessor，待載入曲線的空白頁面處單擊右鍵，在下來菜單中選擇“Load Plot（載入曲線）”命令。依次對Model、Source進行選擇。Source選為Objects后選擇從動槽輪（caolun2），再選擇characteristic下需要的項目，然后根據實際情況選擇Component，最后勾選Surf，即生成如圖3所示的曲線。

圖3 從動槽輪運動曲線

圖中：紅實線——表示從動槽輪在x方向的速度

藍色長虛線——表示從動槽輪在x方向的加速度

5 、總結

由槽輪的建模及仿真過程可知，利用ProE和ADAMS對機械產品進行建模與仿真簡單可行。它不但能使機構的造型形象化、可視化，而且也使整個仿真過程更加準確、形象、生動。實現槽輪的自動化設計，消除了傳統設計中許多弊端?；贏DAMS的機構運動仿真已經進入了可視化仿真以及虛擬現實仿真技術的新階段, 它是未來計算機仿真的發展方向。