Adams虚拟样机技术在机械原理的应用

迟鹏

山东建筑大学250100

摘要：机械原理是机械设计的基础，本文从机械设计过程中所需的机械原理的角度出发，通过Adams软件进行机构的建模与仿真分析，对验证各种机构的合理性以及机构的运动是否满足机械设计的需求给予技术支持。利用Adams的三维建模仿真技术，可实现对各种机构运动学、动力学分析。将Adams引用到机械原理中，可以更有效的提供各种机构运动的直观性，克服运动计算步骤繁琐的缺点。

关键词：机械原理；Adams仿真；运动学分析

机械是机器和机构的总称，所以机械原理又称为机器与机构理论。机器的种类数不胜数，但是组成这些机器的基本机构的种类并不是很多，即使最复杂的机器，也无非是由连杆机构、齿轮机构、凸轮机构、间歇运动机构等一些常用机构是机器的共性问题。Adams软件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，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，实现实时在线仿真，了解复杂机械系统设计的运动性能。

1.机械原理中对机构描述的现状

机械原理是机械专业一门重要的技术基础课程，其研究对象是机器或机构，主要研究内容包括机构的组成理论、机构运动学、机器动力学以及机械系统方案设计等方面。其中对机构运动分析的主要方法有图解法和解析法。图解法对构件少结构简单的平面运动进行运动分析时直观简便，一张图仅能反映一个位置的运动情况，如果机构运动简图不准确，速度及加速度分析不严格按比例尺作图求解，将严重影响分析结构的正确性；解析法虽然能够获得精确的计算结果，但其教学模型的建立和计算机程序的编制相当繁琐，需要花费大量的时间和精力。

2.典型曲柄连杆机构运动仿真实例

以Adams软件对平面曲柄滑块机构做运动学仿真分析为例，探究ADAMS软件在机械原理中的应用。具体为如图一所示的曲柄滑块机构运动简图，已知Ra=200mm，Rb=300mm，Lcd=150mm，滑块长、高、深选项分别输入600mm、300mm、400mm，曲柄BE以角速度w=60rad/s做往复运动。计算构件5滑块C点位移、速度及加速度。如图1。

图1运动简图

2.1模型建立

（1）建立机构运动实体模型。借助ADAMS软件建立曲柄滑块运动实体模型，由各构件的尺寸参数，提取ADAMS/View零件库中连杆构建（Link），依次建立曲柄、连杆、摇杆；再用长方体构建（Box），建立滑块4，使其与摇杆3相连。

（2）修改零件物理特性在质量、Ixx、Iyy、Izz中分别输入连杆质量60kg、惯性矩0.132Hz、0.68Hz、0.691Hz；修改滑块的材料：鼠标放在滑块4上，点击右键，依次选择part-，修改，打开修开对话框，在分类中选择质量特性；在定义质量方式中选择几何形状和材料类型；在材料类型右边空白处，先删除原有材料，然后点右键，依次选择材料、浏览，材料库中选择铝；按上述方法，再修改齿轮的物理特性。

（3）.建立运动副。通过对曲柄滑块机构的运动分析，该机构共有6个运动副，其中含有个4旋转副，含有1个移动副，1个齿轮副，机构自由度为1。

（4）建立驱动。设置齿轮1的运动速度为60rad/s，在建模视窗中，选择齿轮1上的转动副，创建运动约束然后修改约束：

1）打开B处的约束修改对话框：鼠标放在B上的铰链副joint（连接）上，单击右键—浮动菜单modify（修改），打开运动修改对话框，使其约

2）打开齿轮1上的运动约束修改对话框，修改齿轮1的运动为往复运动：鼠标放在齿轮1上的运动副motion（驱动）上，单击右键—浮动菜单modify（修改），打开运动修改对话框，点击funcction（time）（函数（时间））右侧的图标，打开编辑器对话框，在definearuntimefunction中输入：step（time，0，0，10，60）+step（time，10，0，20，-60）。

含驱动的机构运动实体模型如图2所示。

图2

2.2仿真分析

点击仿真工具按钮，设置结束时间为20s，由于step函数设置时间为20s，所以只运动一周，顺时针旋转剩下30s为静止。然后开始仿真。

（1）运动实体模型分析。机构开始以20s为一个周期进行运动仿真。

（2）运动曲线图分析。对该机构进行运动学仿真分析，借助ADAMS软件中的测量工具，得到滑块C位移，速度、加速度随时间变化曲线图。

①位移曲线图②速度曲线图③加速度曲线图

①②③

图3①位移曲线图②速度曲线图③加速度曲线图

如图所示，通过以上方法，我们可以得到机构中任意一点的运动特性，输出仿真动画，关键点的位移、速度、加速度运动特性曲线，从速度曲线变化规律可知回程速度与推程工作速度相对比是完全重合的。

3.总结

本文研究机械原理的机构运动特性与Adams相互结合，通过先进的计算机技术来分析机构的运动特性。将课本上死板的机构简图与运动特性通过Adams进行建模、运动仿真与运动学分析。生动形象又直观，有助于正确无误的分析机构。

参考文献：

[1]陈志伟，董月亮.MSCAdams多体动力学仿真基础与实例解析[M].中国水利水电出版社，2012.

[2]机械原理/刘会英，张明勤，徐宁编.第三版.北京：机械工业出版社，2013.8