基于ADAMS2014的凸轮机构的设计与仿真

对于机械系统而言，ADAMS主要用于方案设计阶段的机构动力学仿真。我们可以看到，在ADAMS的最近几个版本中，除了把界面变得清爽易用外，也陆续添加了一些专门为机构设计的模块。到ADAMS2014版为止，它所添加的机构设计模块包含了凸轮机构，齿轮机构，链传动，带传动，绳传动以及轴承，电动机七个方面的支持。该模块的操作界面如下（在ADAMS/VIEW中）：

本文将举一个例子，说明如何在ADAMS2014中对凸轮机构建模并仿真。

例子如下：

【问题】试设计一对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构的轮廓曲线，已知凸轮基圆半径35mm,从动件行程40mm,其位移曲线如图。

【问题分析】

从上述推杆的位移曲线可以看出，推杆的运动包括四个过程：推程，远休止，回程，近休止。其中推程和回程均是一次多项式运动规律。

在给定了凸轮的基圆半径以后，使用作图法，可以在AUTOCA中设计出凸轮的工作廓线。

这里使用ADAMS2014来绘制该凸轮廓线，并查看其压力角的变化。

使用ADAMS2014提供的凸轮设计工具建模凸轮机构，需要有三个步骤：

（1）创建推杆的位移曲线

（2）根据（1）以及凸轮的参数创建凸轮廓线

（3）基于（1）和（2）以及其他设置创建凸轮机构。这主要包括创建推杆的几何体，推杆的运动形式，以及各运动副等。

下面使用上述步骤来创建该凸轮机构。

1. 准备工作

打开ADAMS2014，新建一个模型，设置长度单位是毫米，角度单位是度，由于要做运动学分析，忽略重力。

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2. 创建推杆的位移曲线

点击machinery》cam中的第一个按钮如下图，开始创建推杆的位移曲线。

此时ADAMS会弹出对话框向导。

（2.1）指定推杆的运动形式及自变量。

（1）设置从动件的位移曲线自变量是凸轮转角。

（2）设定用函数构造器来设置推杆的运动规律

（3）设定从动件是平移。

进入下一步

（2.2)创建推杆的运动规律

如上图所示，

首先指定位移曲线分为4段

然后分段确定运动形式及相应参数。

第1段定义为直线，输入在Y轴的截距以及斜率。

第2段定义为常数，是水平直线

第3段定义为直线，输入在Y轴的截距以及斜率。

第2段定义为常数，是水平直线

进入下一步

（2.3）查看结果

在新弹出的对话框中用“plot”的方式查看ADAMS根据上述规律所生成的数据。

从上图可以看出，其运动规律与我们给定的是一样的。

进入下一步

（2.4）查看加速度

看一下，进入下一步

（2.5）优化位移曲线

不需要。进入下一步。

（2.6）结果

这是优化后的位移曲线。因为我们没有做优化，所以结果与前面一致。

按FINISH结束推杆运动规律的创建。

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3. 创建凸轮的轮廓线

点击machinery》cam中的第2个按钮如下图，开始创建凸轮的轮廓线。

（3.1）设置凸轮的基本参数

按照上图，设置是

盘形凸轮；

基圆半径为35mm；

凸轮的厚度是10mm；

凸轮转动的方向是Z轴方向。

（3.2）确定创建凸轮轮廓的依据

分别指定：

从动件用上一步刚创建的从动件运动规律

这是一个对心凸轮机构

推杆在平移

是尖顶推杆

（3.3）浏览凸轮轮廓线上的点数据集

按FINISH退出凸轮的创建。

则主窗口中凸轮出现。

4. 创建凸轮机构

点击machinery》cam中的第3个按钮如下图，开始创建凸轮的轮廓线。

（4.1）指定名字

这里指定凸轮机构的名字，推杆的名字，以及凸轮轮廓。

直接下一步。

（4.2）确定从动件的个数以及凸轮-从动件之间的连接方式

这里设定只用一个从动件，二者之间用约束的形式连接。

直接下一步。

（4.3）确定凸轮。

使用前面所创建的凸轮。

下一步。

（4.4）确定凸轮和地面的连接方式。

选择凸轮与地面通过转动副相互连接。

下一步。

（4.5）指定从动件的形状及运动形式。

这里只能浏览，

它是尖顶，平移，对心。

下一步。

（4.6）指定从动件的几何参数

设定推杆的总长为100mm，尖端是20mm，其截面为5mm的圆形，直立。

下一步。

（4.7）指定从动件与机架之间的连接方式

确定它与地面之间是移动副。

下一步。

（4.8）空。

下一步。

（4.9）指定推杆上所施加的载荷

不施加。

下一步。

（4.10）定义质量参数。

使用默认值，完成。

创建的凸轮机构如下图所示。

5. 施加驱动

给凸轮-地面之间的转动副施加旋转驱动。

驱动使用默认值。

6. 仿真

仿真12秒，100步，进行运动学仿真。

7. 后处理

按F8进入到后处理器。

（1）查看运动学仿真的动画。

（2）查看推杆的运动规律。

可见，推杆的运动规律与输入一致。这证明凸轮的轮廓设计是正确的。

（3）查看压力角。

可见，最大的压力角为25度左右。一般直动推杆的许用压力角为30度，所以这里压力角是满足要求的。

【总结】

ADAMS2014提供了一套完善的工具用于创建凸轮机构，只要预先确定了一些基本参数，在输入推杆的运动规律后，就可以方便的创建出凸轮机构，并给出压力角。实际上，它能够计算的参数还有很多，限于篇幅，不再赘述。

来源：宋博士的博客，版权归作者所有。