双连杆换向器ADAMS机构分析报告.docx

双连杆换向器ADAMS机构分析报告一、题目分析1、题冃双连杆換向器图1如上图所示，这个装置的功能是可使输出运动在输入盘转180Z后自动换 向输入圆盘有一个过盈配合的销它撞击连杆A使它顺时针旋转，连杆A依 次用它的齿轮部分（或者齿轮通过销钉与连杆A相连）驱动连杆B做逆时针转 动输出轴和输岀连杆（可以是工作构件）与连杆B相连在接近18（）的旋转后，销滑过连杆A撞击与其相遇的连杆B, 丁是使得连 杆B （输出）换向然后再经过180的旋转后，销滑过连杆B撞击连杆A,再 次进行这个循环2、机构运动简图图23、尺寸预确定(1) 齿轮：模数2,齿数15,厚20mm(2) 输入圆盘：外圆直径200mm,内圆直径70mm,厚10mm(3) 撞击销：直径10mm,高30mm(4) 从动连杆：长90mm,宽8mm,厚5mm二、分析目的根据题意，要求输出杆，每转动180就自动换向，并且不断循环下去从 动力传递的顺序来分析，动力是由撞击销传递给连杆，然后由连杆传递给齿轮， 再由齿轮传递给输岀杆，因为连杆、齿轮以及输岀杆是固结在一起的，并且齿轮 副传递是平稳的，所以输出杆的一些运动信息可以通过对齿轮的测量来获取下 面将对输出杆转动的情况做简耍的分析：1、运动要求：若以图2所示位置为初始位置，撞击销的转动方向为顺时针，当转动一定角 度后，撞击并带动连杆A转动，一对啮合的齿轮将运动传递给输岀杆和连杆B, 使他们一起逆时针转动，当运动进行到如图3的时候，输岀杆转动180° ,此时撞击销与连杆A分离。

整个过程中，理想情况是销与连杆碰撞后始终保持接触, 直到相互分离图32、力的要求：在实际机构中，总是存在着各种各样的摩擦，因此在齿轮的转动副上需要添 加摩擦力；在撞击销与两连杆以及两连杆间的碰撞时应该添加接触力，接触时会 有能量的损失，所以在接触力的设置时应有摩擦的设置在ADAMS/View中有 两种计算接触力的方法，一种是补偿法(Restitinion)；另一种是冲击函数法 (Impact) □补偿法需要确定两个参数：惩罚系数(Penalty )和补偿系数 (Restitution)o惩罚系数确定两个构件Z间的重合体积的刚度，也就是说由于接 触，一个构件的一部分体积要进入到另一个构件内，惩罚系数越大，一个构件进 入另一个构件的体积就越小，接触刚度就越大补偿系数决定两个构件在接触时 能量的损失接触力由两个部分组成：一个是由于两个构件Z间的相互切入而产 生的弹性力；另一个是由相对速度产生的阻尼力三、模型建立1、UG零件建模(1) 齿轮图4 齿轮的建立采用了齿轮插件(2)输入圆盘图5(3)从动连杆（4）输出杆（5）撞击销图82、ADAMS运动学分析建模（1）ADAMS运动学分析模型是通过将事先建好的UG模型，通过导出.x_t文件, 然后在打开ADAMS的时候选择导入文件來实现的；然后再在ADAMS中对模 型进行一系列的rename, appearance,去掉重复及不必要的部件，最终获得如图 9所示的模型。

图9(2) 添加约朿双连杆换向机构中用到的约束有三种，即M|固定副约束回转副约束齿轮副约束约束1：在圆盘与撞击销Z间，采用了固定副约束 约束2：在齿轮与从动连杆Z间，釆用了固定副约束约束3：在齿轮与输出杆Z间，采用了固定副约朿约束4：在圆盘与地而Z间，采用了凹转副约朿约束5：在两齿轮与地面Z间，分别采用了回转副约束约束6：在两齿轮Z间，采用了齿轮副约束3) 力的施加：在双连杆换向机构中，主动件只有一个，即输入圆盘，其他构件的运动都因输入盘的运动引起，所以只需添加一个驱动到输入盘即可添加驱动：使用Rotational Joint Motion⑥ 在输入盘上添加驱动，具表达式为D（t）= -10d*time为了尽可能使连杆与撞击销能时刻保持接触，使仿真更加真实，所以在实际 操作中，还在两齿轮与地面Z间的约朿上，添加了摩擦力，如图10,撞击销与 从动连杆Z间，添加了接触力，设置如图11图10图11根据对题冃的分析，然后对在理想运动情况下的双连杆换向机构（理想运动 情况是撞击销与连杆碰撞后始终保持接触，一起转动直到分离）的一个180°行 程，运用数学分析的方法对输出杆的转速变化进行分析计算。

根据这一思想，运 用Matlab软件，编写一个程序对圆盘转动180°的过程中输出杆角速度进行了运 算，得岀的输出杆角速度变化曲线如下图（图12）所示可以看出，当撞击销 与连杆接触后带动从动杆转动，输岀杆的角速度变化规律是先增大到一定值后乂 慢慢减小，直到撞击销与该连杆分离为止图12Figure 1五、实际输出结果仿真吋设置时间为60秒，步数为1000次，然后对两个齿轮上的joint分别测量相对角 速度如下图所示，撞击销依次撞击齿轮A和齿轮B1）测量齿轮角速度、JOINT_6_MEA_2图13 齿轮A的角速度曲线、JOINT_5_MEA_19 U图14 齿轮B的角速度曲线从图13、14中可以看岀，齿轮的角速度有个瞬间从0增到很大的过程，这 是由于撞击销与连杆碰撞造成的；接着时间从0到6秒的过程中，齿轮的角速度 会缓慢增大，这是由于在撞击销的推动下，连杆及齿轮会绕齿轮中心旋转，从0 到6秒，撞击销与齿轮旋转中心的距离逐渐减小，因为撞击销的角速度是一定的, 所以齿轮的和速度会逐渐增大；时间从6到18秒的过程中，齿轮的角速度会缓 慢减小，这是因为撞击销离齿轮旋转中心的距离逐渐增大，撞击销的角速度保持 一定，所以齿轮的角速度会有所减小。

换向后的变化过程一样，此后此过程将重 复进行从上两图比较可知撞击销传给齿轮A的运动通过齿轮传动后，运动速 度曲线变得比较光滑，图14中第二180的曲线跟理想的曲线最接近2)测量输出杆转角采用由定义三个marker点来定义两个矢量，测量两矢量夹角的方法来实现, 第一个marker点定义在ground上，第二个marker点定义在输岀杆的转动中心位 置，第三个marker点定义在输出杆的一端，第一个和第三个marker点在第二个 marker点的同一侧，且三点在一条直线上，建立两个矢量，由丁•这三个点在一条 直线上，这样就使得运动开始时两矢量的夹角为0° ,仿真并测量该两矢量的夹角可得到输出杆的摆角变化情况,运用到测量工具MEA_ANGLE_52225d180100.0-OOV05.23060图15 输出杆摆动角度的曲线从图中可以看出，开始的一段时间，输出杆没有摆动，因为这段时间内，撞 击杆刚脱离连杆B,转动一定角度后才与连杆A碰撞，碰撞后6秒内，曲线的 斜率较大，6秒到18秒，曲线的斜率较小，这是因为受齿轮角速度大小的影响, 前6秒齿轮和速度逐渐增大，因此输出杆摆动较快，角度变化也较快，6秒后齿 轮角速度逐渐减小，输岀杆摆动也相应变慢，角度变化也就较慢。

列外，输岀杆 在两个极限位置处，会稍稍超出界限，即正摆时会摆到185°左右，回摆时会摆 到-5°左右，这是因为撞击杆脱离一根杆后，不能马上碰撞另一-根杆，在这段 时间内，由于惯性的作用，两连杆会继续按原方向摆动一个很小的角度，直到撞 击杆与另一根杆碰撞为止换向后的变化过程也一样六、 结论机构在总体上基本上满足了具功能要求，即能使输出盘在转动180Z后, 输出杆会口动换向但是也存在一定的缺陷，比如不能准确的让输出杆摆动 180° ,这是因为撞击杆在脱离一根连杆后，碰撞另一根连杆2前，会有一段空 转时间，这段时间内，连杆在惯性力的作用下，会再转一个小角度七、 改善措施为了要让输出杆准确摆动180必须要消除两两连杆Z间的间隙，即撞击 销与前一杆脱离的瞬间，两连杆就马上碰撞，可以采用图16的方案另外为了要实现撞击销分离前一个杆后马上撞击后一个杆，可以增加撞击销 的直径，如图23,当销的直径大到如图所示的程度时，即可实现立即脱离连杆B 时，G点正好碰撞连杆A,从而实现立即换向这种方法还可以改进，考虑到把 销做太大不太现实，可把连杆做成弯的，如图24图24 弯连杆实现立即换向为了更容易达到耍求，我们可以同时采用上述两种方法，即适当的增长连杆, 同时适当的增大撞击销的直径。

八、课程学习体会经过半个学期的课堂学习，以及对双连杆换向器的仿真，我终丁算得上是 了解了 Adams的基本用法，非常高兴乂掌握了一种实用的工具，因为Adams是 全球运用最为广泛的机械系统仿真软件，用户可以利用Adams在计算机上 建立和测试虚拟样机，实现事实再现仿真，了解复杂机械系统设计的运动 性能通过这道题冃，我了解了使用Adams/View进行样机仿真应当遵循渐 进的设计原则，最好先创建较小的机构或者子系统进行仿真分析后再创建 完整的虚拟样机例如，先创建一部分零件并将其连接，然后进行简单的 仿真分析，确认连接正确后再继续进行样机建模虽然Adams/View W以进 行具有非常复杂的机械系统的大规模虚拟样机仿真分析，但是进行虚拟样 机仿真分析中最好限制系统的规模，只考虑影响虚拟样机性能的零件刚 开始做这道题吋，感觉题冃不是很困难，运动清晰明了，但是一开始动手 做就不一样了，软件运用不熟练，经常会出现错误，因此本来较轻松的事 做得相对复杂了，以后还需多加熟练Adams的操作另外，通过这次实践， 提高了我自己分析问题解决问题的能力，对运动较复杂的机构有了更为成熟的分析方法。