空間折桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)計(jì)算機(jī)仿真分析

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空間折桿可以將輸入的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閿[動(dòng)輸出，并且結(jié)構(gòu)簡單、緊湊,可以應(yīng)用于伺服舵機(jī)。空間折桿機(jī)構(gòu)的分析方法主要有圖解法和解析法。圖解法原理簡單、直觀易行,但繪圖誤差較大;解析法計(jì)算精度較高,但其推導(dǎo)過程復(fù)雜,編程工作量大,許多工程技術(shù)人員深感難以理解和推導(dǎo)。利用虛擬樣機(jī)技術(shù),使用ADAMS軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真,利用其豐富的建模工具和強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析功能,可以方便、快速的分析折桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的輸入/輸出之間的關(guān)系以及輸出運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。

1虛擬樣機(jī)技術(shù)和ADAMS軟件概述

虛擬樣機(jī)技術(shù)(virtualprototypingtechnology)是利用軟件所提供的各零部件的物理和幾何信息,直接在計(jì)算機(jī)上對(duì)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行建模和虛擬裝配,從而獲得基于產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)數(shù)字模型,即虛擬樣機(jī)(virtualprototype),并對(duì)其進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真分析。這種方法使設(shè)計(jì)人員能在計(jì)算機(jī)上快速試驗(yàn)多種設(shè)計(jì)方案,直至得到最優(yōu)化結(jié)果,從而免去了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中物理樣機(jī)的試制,從而大幅度縮短了開發(fā)周期,減少了開發(fā)成本,提高了產(chǎn)品質(zhì)量。ADAMS(AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystem)軟件是由美國MSC公司開發(fā)研制的集建模、求解、可視化技術(shù)于一體的虛擬樣機(jī)軟件,最主要的模塊為ADAMS/View(用戶界面模塊)和ADAMS/Solve(r求解器)。通過這兩個(gè)模塊,可以對(duì)大部分的機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真。進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真分析的模型既可以在ADAMS環(huán)境下直接建模,也可以從其它CAD軟件中導(dǎo)入,然后在模型上施加一定的運(yùn)動(dòng)約束副、力或力矩的運(yùn)動(dòng)激勵(lì),就可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)計(jì)算機(jī)仿真分析。

2分析目的

折桿折角為θ，左端是輸入端，右端是輸出端。輸入運(yùn)動(dòng)為：桿的左端繞著公轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)也繞著自轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，即其公轉(zhuǎn)的同時(shí)自轉(zhuǎn)。下面進(jìn)行折桿運(yùn)動(dòng)計(jì)算機(jī)仿真分析，主要解決如下問題：

1）折角10°時(shí)，一周期內(nèi)折桿公轉(zhuǎn)角與擺角之間關(guān)系以及橫向位移變化情況。

2）折角15°時(shí)，一周期內(nèi)折桿公轉(zhuǎn)角與擺角之間關(guān)系以及橫向位移變化情況。3）在折角10°與15°兩種情況下，橫向位移比較，以及公轉(zhuǎn)角與擺角關(guān)系的變化。2計(jì)算機(jī)仿真模型與輸入?yún)?shù)折桿adams計(jì)算機(jī)仿真模型設(shè)折角為θ，擺角為δ，公轉(zhuǎn)角為折角為10°時(shí)，根據(jù)輸出擺動(dòng)速度50°s，求得用于計(jì)算機(jī)仿真的輸入?yún)?shù)公轉(zhuǎn)角速度225°s，自轉(zhuǎn)角速度450°s。折角為15°時(shí)，根據(jù)輸出擺動(dòng)速度50°s，求得用于計(jì)算機(jī)仿真的輸入?yún)?shù)公轉(zhuǎn)角速度300°s，自轉(zhuǎn)角速度600°s。

3、計(jì)算機(jī)仿真分析結(jié)果

3.1折角為10°時(shí)擺角與公轉(zhuǎn)角的關(guān)系可以用δ=δmaxcos()，即δ=20cos()擬合如下，誤差可達(dá)0.039°。

2）橫向位移變化情況橫向位移呈周期變化，最大可達(dá)到0.9mm,分別在公轉(zhuǎn)角為36°,144°,216°,324°，最小為0mm。

3.2折角為15°時(shí)1）擺角與公轉(zhuǎn)角的關(guān)系擺角與公轉(zhuǎn)角的關(guān)系可以用δ=δmaxcos()，即δ=30cos()擬合如下，誤差可達(dá)0.097°。

2）橫向位移變化情況橫向位移呈周期變化，最大可達(dá)到2.03mm,分別在公轉(zhuǎn)角為36°,144°,216°,324°時(shí)，最小為0mm。

3.3在折角10°與15°兩種情況下計(jì)算機(jī)仿真分析比較，與折角為15°相比較，折角為10°時(shí)，

1）輸出擺角與輸入公轉(zhuǎn)角關(guān)系曲線更接近于δ=δmaxcos()曲線;

2）最大橫向位移更小。

4結(jié)束語

本文通過對(duì)折桿機(jī)構(gòu)原理分析,運(yùn)用ADAMS計(jì)算機(jī)仿真軟件進(jìn)行分析空間折桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)情況，分析輸入運(yùn)動(dòng)與輸出運(yùn)動(dòng)的關(guān)系并用函數(shù)曲線擬合，找到輸出橫向位移與輸入運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。最終找到了折桿折角大小對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的影響。為該空間折桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)原理研究提供了參考，對(duì)工程運(yùn)用具有很好的借鑒。

作者：周蓓 秦立富 黃玉平 單位：中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院 中核控制系統(tǒng)工程有限公司