Adams空间齿轮曲柄摇杆机构.docx

空间锥齿轮曲柄摇杆机构一、题目描述分配任务：A3, B8锥齿轮系作为输入，带动曲柄摇杆机构运动轮系中1齿轮为主 动齿轮，带动齿轮2运动，齿轮3与地面固定，行星架为输出轴，将曲柄连在行星架上就带 动了后面的连杆和摇杆运动 A3， B8 如下图 1 所示：图1 为了分析的简便，选择 3 个锥齿轮的参数都一样，模数 m=5,Z1=Z2=Z3=20, 曲柄长度d1=80，连杆长度d2=120，摇杆长度d3=160，机架长度d4=170，满足曲柄摇 杆机构的杆长条件：d1+d4>=d2+d3,最长杆作为机架，则有曲柄机构的运动简图及自由度机构运动见图如下：W=3*n-2Pl-Ph=3*5-2*6-2=1从上式可以得出，机构在加一个驱动后有确定的运动三、各个部件的建模由于 Adams 中建模不是很方便，我们可以采用三维软件建模之后然后导入 到 Adams 中这样可以节省时间，装配之后可以保证各个部件的位置关系，各 个部件在三维软件UG中建立模型装配，建模完成后，输出为Parasolid x_t文件, 将该文件导入 Adams 如下：Model 图 3 给各个部分构件赋予属性，更改名称，这里材料一律选取 steel 刚材料。

添 加重力，仿真发现所有构件向下掉，说明属性赋予成功四、结构约束建立模型成功导入,属性成功赋予之后，接下来就是构件之间约束的建立齿轮 1 和行星架之间建立一个转动副，齿轮 2 和行星架建立一个转动副，齿轮 3 和行星 架建立一个转动副，齿轮 3 和大地固定住，曲柄和行星架固定，曲柄和连杆建立 一个转动副，连杆和摇杆建立一个转动副，摇杆和大地再建一个转动副，关键的 是齿轮副的建立，这就需要先建立一对啮合齿轮具有共同速度的 Marker 点，然 后才能正确的建立齿轮副，齿轮 1 和齿轮 2，齿轮 2 和齿轮 3各建一个齿轮副， 这样各约束已经完全建立建立的过程中，每建立一个约束最好仿真一下，这样确保建立约束的正确性约束建立后的模型如下图 4 所示：31CPQ2013okHqh工;r•口.3XOo0.RKER 5SIARKER 62KER鈕fe.MARKER_60g). qkjvlARj4■::E-R.U― R_57CPQ2013okBrowseGroups FiltersS- Bodies 白计 Connectors h^JOINT_9 k^JOINT_8 k^JOINT_7 丨卜 @ JOINT_6 k @ JOINT_4 k^JOINT_5 k<^JOINT_2 L^JOINT_1EJ MotionsEH Forces 申••〕Elements E-[ Measures 申Design Variables Chain SystemsEl-1 Belt Systems E-[ Gear Systems EJ SimulationsE-1 ResultsS-i All Other才似cmB_44r~~ !_Ei1Search图 4 约束图 之后 model verify 查看模型的自由度是否合理图 5 Model verified 图Model verified successfully,1 个自由度，说明模型约束建立合理且能满足所需 的运动要求。

五、机构分析目的要分析机构的传动比特性（输出速度 /输入速度）、机械利益特性（输出力/ 输入力）、机械效率特性（输出功率/输入功率）按下面“六、七、八、九”所 述的方法进行分析取得这些分析结果在这个模型中，我们需要分析的传动比特 性是输出角速度/输入角速度，机械利益特性是输出力矩/输入力矩六、机构运动分析在机构中选择一齿轮1作原动件，对其施加一个motion，使得角速度为30度 /s对机构作运动分析，取得机构末端从动件摇杆的角位移及角速度一个周期的 变化曲线摇杆的质心角速度图如图 6 所示：图 6 摇杆质心角速度图由于Adams里面没有角位移的测量项，则需要对角速度求积分即得到角位移, 积分后得到的角位移曲线如下图 7 所示：CPQ2013ok(6a)p) ©&UV图 7 摇杆质心角位移曲线图将输入速度与输出速度数据导出，求取“输出速度 /输入速度”曲线输入 速度图如下图 8 所示：Q JOINT_l_wm31.01 Time: 12.000 —Current: 30.0030. CX 29 S.O 7.5 15.0图 8 输入角速度图 导出摇杆的输出角速度和齿轮 1 的输入角速度数据到 excel 表中求输出速度 和输入速度的比值获得曲线图如下图 9 所示：速度比團时间&1速度比團图 9 输出速度 / 输入速度图七、静力分析静力分析：在机构末端从动件上施加一阻力矩，对机构作静力分析，取得原动件上所需的驱动力矩。

导出驱动力矩与阻力矩数据，求取“阻力矩/驱动力矩”曲线，该曲线表示 机构对驱动力矩的放大作用，分析得到的曲线是否合理建立阻力矩用到 sign 函数(-sign(0.23, .CPQ2013ok.JOINT_9_MEA_2)),意思是建立在joint _9 的力矩和 joint_9 的角速 度方向始终相反重新measure得到阻力矩图和驱动力矩图如下图10,图11所示：CPQ2013okAnalysis: Last_Run Time (sec) 2013-11-21 12:47:40图 10 阻力矩图CPQ2013okAnalysis: Last_Run Time (sec) 2013-11-21 13:19:28图11驱动力矩图导出数据到excel，求得阻力矩/驱动力矩，画出阻力矩/驱动力矩和时间的曲 线图如下图12 所示：阻力矩/驱动力矩时间/S1阻力矩/聽动力矩图 12从图12中可以看出，阻力矩取0.23N,对驱动力矩的总体影响比较小，当 驱动力矩接近0的时候，阻力矩这对这个机构的影响有明显的放大作用，由于在 整个过程中存在重力和惯性，所以出现了一小段阻力矩符号的变化时间段不一 致。

所以说曲线还是合理的八、功率分析功率分析：将取得的原动件角速度曲线与其驱动力矩曲线相乘，得输入功率0.0 5.0 10.0 15.0Analysis: Last_Run Time (sec) 2013-11-21 14:03:06图13输入功率图Measure 得到阻力矩和阻力角速度，两曲线相乘得到输出功率图如下图 14 所示：CPQ2013ok图 14 输出功率图输入功率整体为正，输出功率为负，由于构件存在重力和惯性，这之间存在 功率损失，总体上输出功率和输入功率都是合理的九、机械效率分析机械效率分析：分别就“情形 1：在机构的高速部分的某个运动副中施加 摩擦力”和“情形2：低速部分的某个运动副中施加摩擦力”两种情形，在阻力 不变的情况下，取得驱动力（实际驱动力）将无摩擦时的驱动力（理想驱动力） 和实际驱动力数据导出，求取“理想驱动力/实际驱动力”曲线，即机械效率曲 线分析机械效率曲线是否合理，高速部分的摩擦力和低速部分的摩擦力中那个 因素对机械效率的影响大首先考虑第一种情况，在高速部分的一个运动副施加 摩擦力，这里选择joint 3，齿轮3和行星架之间的转动副Measure加摩擦前后 的力矩，导出数据到Excel表中求得理想力矩和实际力矩的比值，画出比值和时 间的曲线关系如下图：时恒图15情形1中理想力矩/实际力矩图在低速部分的一个运动副施加摩擦力，这里选择 joint 9，摇杆和大地之间 的转动副。

Measure加摩擦前后的力矩，导出数据到Excel表中求得理想力矩和 实际力矩的比值，画出比值和时间的曲线关系如下图 16 所示：舉-R匿袜、眾-RW戢时间沧从上面的图可以得出结论:高速部分加摩擦对机构产生的影响要大于低速部 分加摩擦产生的影响这是因为在高速部分同样的摩擦力产生的能量损失要远大 于低速部分产生的能量损失十、改进的工作由于 Adams 对于复杂的模型建模比较困难，而且装配关系表达的也不是很 清楚通常在这种情况下，利用三维软件如SolidWorks或者pre/E或者UG建立 好模型后装配好后导入到Adams中而且Adams对于导入进来的模型不能修改 尺寸，这就使得解构优化变的繁琐需要在三维软件中修改尺寸后装配进来在进 行运动学分析与设计课程学习体会和建议在我的印象中，好像没有哪一位老师讲学习软件有杨老师讲的这么好，这么 能提高我们学习的兴趣我们自学的时候总是停留在比较浅显的水平，而且在遇 到了问题不知道如何解答的时候特别需要一位老师能够手把手的教按照书本上 的过程来解决让我们不知道它是怎么解决的，因为我们有太多太多的问题比如 为什么要这样设置，为什么会那个样子等等杨老师讲的课非常有趣，深入浅出， 遇到问题了能及时的请教老师。

每节的课后作业能把老师当天课上讲的知识及时 消化，避免了由于学了软件没有具体到应用上面以至于把知识还给了老师这样 的做法很棒 !关于课程结束后的课程报告，这是对我们学习 Adams 的水平的考察在做 分析报告的时候遇到了很多问题，最终在老师和同学的大力支持与帮助下完成 了收获很多，感触也很多拿到题目的时候，由于图不是很清楚，自己和同学 讨论研究了很长一段时间按照自己的想法建模，导入到 Adams 中分析，发现 Adams 运行的时候总是提示错误的信息为了弄明白题目中各构件的运动关系， 回过头来又开始看机械设计与机械原理，还从图书馆借来了《常用机构设计及应 用题例》，上网查一些关于机构运动的相关资料最后与老师的讨论中确定了各 个部件的运动及相互之间的连接方式在设计分析过程中，不仅让我学到更多的关于 Adams 软件的知识，而且使 我温习了专业知识比如算空间机构的自由度，这是我们在本科学习机械原理的 时候没有涉及到的通过上网查找相关资料，了解并掌握了常见的空间机构自由 度的算法还有空间机构运动简图的画法等等在老师的指导和同学的帮助下，最终顺利的完成了这次的分析报告，让我再 次领会到团队的重要性，也培养了我独立分析的能力，与同学老师的交流使我受 益菲浅。

感谢杨老师！吴明师兄！感谢帮助我的各位同学！。