虚拟样机Adams作业尖端摆动从动件凸轮机构设计

《产品设计与虚拟样机》

2013-11-26

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

摆动从动件凸轮机构的设计通常采用的方法为反转法。在ADAMS中对凸轮机构的设计，需要对从动件添加运动规律函数，通过从动件与凸轮接触点位移曲线求解出凸轮轮廓曲线，再拉伸得到凸轮；而对于摆动件凸轮，若摆杆采用直杆，在仿真过程中，摆杆会与凸轮相交，因此摆杆设计为曲形，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。

关键词： 摆动从动件凸轮机构；ADAMS；接触点；凸轮轮廓曲线；标志曲线

目录

1 摆动从动件凸轮机构设计要求................................................................................ 1

1.1 题目设计要求.................................................................................................. 1 1.2 题目分析........................................................................ 错误！未定义书签。 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................................................................................................. 3

2.2.1 创建R100mm及R200圆曲线............................ 错误！未定义书签。 2.2.2 Boolean减运算得到摆杆................................. 错误！未定义书签。 2.3 创建凸轮模型............................................................... 错误！未定义书签。 2.4 创建凸轮副及驱动角速度........................................... 错误！未定义书签。

2.4.1 创建Marker点.................................................. 错误！未定义书签。 2.4.2 创建凸轮副........................................................ 错误！未定义书签。 2.4.3 添加驱动角速度................................................ 错误！未定义书签。 2.5 检查模型....................................................................... 错误！未定义书签。 3 仿真与后处理.......................................................................... 错误！未定义书签。

3.1 仿真模型....................................................................... 错误！未定义书签。 3.2 测试与后处理............................................................... 错误！未定义书签。 3.3 结果分析....................................................................... 错误！未定义书签。 4 结束语...................................................................................... 错误！未定义书签。 参考文献: .................................................................................................................... 12

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AB在起始位置时垂直于OB，rO?lOB?40mm，lAB?80mm，凸轮以等角速度?逆时针转动。摆动从动件的运动规律为

?12??????sin??0???180???max?2?????????180?12?????? ????max?1??sin??180180???330?''?2??????0330????360????????????式中，?max?30?，??180?，?'?150?，???t，t表示时间。

B

ψ

A

ω r0

O

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

1

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。

a

b

c

d

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：

2

a

b c

d

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：

a b

图4 Mark点创建

创建长为80mm摆杆，操作过程如下所示

3

a

c

b

图5 摆杆的创建

添加转动副，操作过程如下图所示：

a b

d

c

图6 转动副的添加

创建凸轮的板，如下图所示，

4

a b

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30?/s。则摆杆运动的时间范围分别为(0，6)s、(6，11)s、(11，12)s，时间节点为6s和11s。

5

a c b

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30?/s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：

6

c d g

a

b

e

f

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

7

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。

a b c d

f

e

图12 拉伸凸轮过程

8

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。

a c

b d

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。

9

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

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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，并不能约束球体的自由度，因此该模型仍有6个自由度。球体在垂直屏幕方向不受其他作用力，仅在平行屏幕方向上进行运动，因此模型检查成功。

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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.

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/t44w.html