第5期機(jī)械設(shè)計(jì)與制造2007年5月Machinery Design Manufacture-87章編號(hào):1001-3997(200705-0087-02基于 ADAMS的變胞機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)仿真*吳艷榮金國(guó)光李東福(天津工業(yè)大學(xué)機(jī)械電子學(xué)院,天津300160)Dynamic simulation of metamorphic mechanism with ADaMs softwarewU Yan-rong, JIN Guo-guang, LI Dong-fu(School of Mechanical and Electric Engineering, Tianjin Polytechnic University, Tianjin 300160, China)“+“+“+“+…+“+““+-+-++【摘要】隨著對(duì)變胞機(jī)構(gòu)研究的深入,如何用虛擬仿真軟件對(duì)變胞機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真是一個(gè)急待解決的問題。通過對(duì)一個(gè)簡(jiǎn)單的變胞機(jī)構(gòu)的構(gòu)態(tài)變換過程進(jìn)行分析,初步研究了如何利用 adams軟件對(duì)變胞機(jī)構(gòu)進(jìn)行建模和動(dòng)力學(xué)仿真。將仿真結(jié)果與使用 MATLAB建立數(shù)學(xué)模型計(jì)算的結(jié)果相比較,從而+驗(yàn)證了其正確性關(guān)鍵詞:變胞機(jī)構(gòu);動(dòng)力學(xué);ADAM仿真(Abstract) With the development of the research of Metamorphic Mechanisms, how to use virtual simu-d Lation software to do Metamorphic Mechanisms simulation is an urgent question. The studied how to useADAMS software to do Metamorphic Mechanisms modeling and dynamic simulation through analyzing thexi change of a simple Metamorphic Mechanisms configuration. The result of the ADAMS simulation is comparedwith the result of calculation, whose numerical modeling is established by MATLAB software. The comparisonproved the aDaMs simulationsKey words: Metamorphic mechanism; Dynamics; ADAMS simulation“+“…+“+“+“十“+“+#+“+“+艸++++…+“+#中圖分類號(hào):TH133文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:AADAMS( Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systen)時(shí)與鉸鏈F固連,ED與機(jī)架重合,機(jī)構(gòu)演變成四桿機(jī)構(gòu),此為全稱是機(jī)械系統(tǒng)自動(dòng)動(dòng)力學(xué)分析軟件,是美同 Mechanical dy-構(gòu)態(tài)二,初始條件為構(gòu)態(tài)一結(jié)束時(shí)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。如圖1(b)所namics,hnc.s(MDIs)公司生產(chǎn)的軟件,它是目前世界范圍內(nèi)使示用最廣泛的多體系統(tǒng)仿真分析軟件在 adams中建立變胞機(jī)構(gòu)的模型時(shí),不是建立變胞機(jī)構(gòu)的通過對(duì)簡(jiǎn)單的變胞機(jī)構(gòu)的構(gòu)態(tài)變換過程進(jìn)行分析,初步研初始狀態(tài),而要建立在構(gòu)態(tài)切換時(shí)可能存在的一種狀態(tài)。如當(dāng)機(jī)究了如何利用 adams軟件對(duì)變胞機(jī)構(gòu)進(jìn)行建模和動(dòng)力學(xué)仿真。構(gòu)運(yùn)動(dòng)一定時(shí)間或幾個(gè)周期后發(fā)生構(gòu)態(tài)變換,構(gòu)態(tài)切換點(diǎn)為1建立模型ED運(yùn)動(dòng)到EF時(shí),ED與EF重合,機(jī)構(gòu)由五桿機(jī)構(gòu)演變成四桿對(duì)于一般的模型可以在 ADAMS軟件中直接建模對(duì)于復(fù)雜機(jī)構(gòu)。在建立模型時(shí)就需要建立四桿機(jī)構(gòu)狀態(tài)的模型,ED與EF的模型可以借助一些CAD軟件(如UG、CATA、PROE等建模,重合的狀態(tài),建立模型如圖2所示然后將模型導(dǎo)入到 ADAMS環(huán)境中最后給這個(gè)模型施加約束和作用力,進(jìn)行仿真等如圖1a所示, ABCDE組成一個(gè)閉鏈五桿機(jī)構(gòu)。桿件AB和桿件DE為驅(qū)動(dòng)桿,其上各施加有大小為100N·m的力矩。AE圖2變胞機(jī)構(gòu)的 adams模型為機(jī)架。各桿件均為均質(zhì)桿,長(zhǎng)度分別為AB=ED=0.70m,BC:模型建立后需要添加約束,除了添加圖中給出的約束外,還CD=AE=150m,密度p=7.8×10kg/m3,寬和高均為70mm、35mm。需要添加鉸鏈D與大地之間的旋轉(zhuǎn)約束,為方便記憶將其更名F是桿AE上的鉸鏈。建立坐標(biāo)系如圖中所示。構(gòu)態(tài)一如圖1(a)為act,這個(gè)約束是用來實(shí)現(xiàn)構(gòu)態(tài)切換的所示為五桿機(jī)構(gòu),當(dāng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后,鉸鏈D運(yùn)動(dòng)到F點(diǎn)在A、E兩鉸鏈點(diǎn)各施加大小為100N·m的力矩,分別作用于AB桿和ED桿為了查看模型驗(yàn)證的情況,可以右擊狀態(tài)欄右側(cè)的“工具架”按鈕,選擇驗(yàn)證模型(Veiy)工具。在彈出的菜單中出現(xiàn)自由度藪目及模型驗(yàn)證成功等文字信息。5D2創(chuàng)建測(cè)量中國(guó)煤化工由 Build->HCNMHG點(diǎn)分別建立測(cè)(a)五桿機(jī)構(gòu)幾構(gòu)(b)四桿機(jī)量角∠BAE和∠DEA,系統(tǒng)自動(dòng)將其命名為 MEA ANGLE1和圖1變胞機(jī)構(gòu)的變換過程*來稿日期:2006-09-25*基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào):50275002)天津市高等學(xué)?？萍及l(fā)展基金項(xiàng)目(編號(hào):20041103)吳艷榮等:基于 ADAMS的變胞機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)仿真第5期MEA ANGLE2,為方便記憶也可將其更名,在屏幕上自動(dòng)顯示如果變胞機(jī)兩個(gè)測(cè)量圖框用戶可另外建立所需的任意測(cè)量變量,如各構(gòu)件構(gòu)有多于兩個(gè)的1204虛線 -ADAMS的角速度角加速度及沿各坐標(biāo)軸的位移、速度、加速度等。本例構(gòu)態(tài)變換,理論與100中的測(cè)量主要是廣義坐標(biāo)q1,q2的角位移、角速度等上相同,只需建立3設(shè)置初始條件包含所有構(gòu)態(tài)切右擊A(E)處的約束副,選擇 Joint:-> Modify菜單命令,選擇換時(shí)變胞機(jī)構(gòu)的4InitialConditions選項(xiàng),在約束副初始條件對(duì)話框中輸入初始條一種可能狀態(tài),然20件。如果初始條件與所建模型的初始狀態(tài)不同, Adams將按輸入后逐步進(jìn)行仿真11.5的初始條件進(jìn)行仿真。但是在閉環(huán)系統(tǒng)中,各構(gòu)件的初始位置必分析即可。時(shí)間s如果變胞機(jī)圖3q角位移須與所建模型的初始位置一致,否則不能進(jìn)行仿真。如果是開環(huán)構(gòu)的構(gòu)態(tài)切換是1200系統(tǒng)則可以任意設(shè)定。為方便起見,本次仿真的初始條件取系統(tǒng)由運(yùn)動(dòng)構(gòu)件與大100實(shí)線- MATLAB默認(rèn)值:虛線- ADAMS地之間的固定約q=T;q1=0:q2=0;q2=0束副起作用得到,本次仿真的構(gòu)態(tài)切換點(diǎn)為:當(dāng)桿ED運(yùn)動(dòng)36后與機(jī)架EA則當(dāng)自由度減少60重合,然后以四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)(運(yùn)動(dòng)件與大地之4進(jìn)行仿真間的固定約束起4.1建立傳感器作用)時(shí),仿真具建立傳感器,設(shè)置運(yùn)行條件為:當(dāng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)到構(gòu)態(tài)切換點(diǎn)時(shí)有局限性,模型的時(shí)間ts所滿足的表達(dá)式。在傳感器對(duì)話框的表達(dá)式( Expression)中輸建立及仿真初始圖4q1角速度條件受構(gòu)態(tài)變換入測(cè)量表達(dá)式,并設(shè)定當(dāng)滿足表達(dá)式時(shí),結(jié)束當(dāng)前仿真,進(jìn)入描的影響,不能在任述仿真。正式仿真前一般應(yīng)先進(jìn)行一次預(yù)仿真,測(cè)量機(jī)構(gòu)從初始實(shí)線一 MATLAB意時(shí)刻、任意狀態(tài)虛線- ADAMS狀態(tài)運(yùn)動(dòng)到構(gòu)態(tài)切換點(diǎn)所需的時(shí)間t1。本次仿真t=13541s對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行仿真4.2描述仿真而自由度增加(運(yùn)用 mulation scrip描貓述仿真,在描述類型( ScriptType動(dòng)件與大地之間1s4中,選擇“ ADAMSSolver commands”輸入仿真命令的固定約束失效)仿真過程為的仿真或某約束(1)使鉸鏈D與大地之間的旋轉(zhuǎn)約束act(ID=7)失效副使其所聯(lián)結(jié)的00.5(2)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真,設(shè)置仿真時(shí)間和步長(zhǎng)。設(shè)置仿真時(shí)間兩運(yùn)動(dòng)構(gòu)件由相時(shí)間ts大于機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)到構(gòu)態(tài)切換點(diǎn)所需的時(shí)間t,如2.5s,步長(zhǎng)0005對(duì)靜止到相對(duì)運(yùn)圖5q2角位移(3)當(dāng)滿足傳感器中判斷表達(dá)式后,使旋轉(zhuǎn)副act激活,再動(dòng)變化時(shí),則不受50接著進(jìn)行仿真此限制實(shí)線- MATLAB在“ ADAMSSolver commands輸入的仿真命令,即可得到變參考文獻(xiàn)虛線- AdAms胞機(jī)構(gòu)完整的仿真過程。I Dai.J5后處理Mobility in Metamo-仿真完成后, ADAMSSolver就會(huì)自動(dòng)輸出各構(gòu)件的位移、 rphic Mechanism of 914Foldable/Erectable速度、加速度和其他自定義的各特征值,如受力、扭矩、變形等tion這些輸出值通過 ADAMSyiew中的 Ploting可以以圖形形式輸 f the asme, Journal時(shí)間t/s出,從而能清晰地看出它們?cè)诜抡孢^程中的變化規(guī)律。另外還可 of mechanical design圖6q2角速度用 Animation模塊中的功能進(jìn)行實(shí)體動(dòng)畫顯示,能方便直觀地199121(3:375-382看出仿真效果并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),并可制作成擴(kuò)展名為av的視2 DaiJ s. Zhang X. Metamorphic mechanisms and their configu ratio頻剪輯,使用媒體播放器播放仿真運(yùn)動(dòng)過程models Chinese J of Mechanical Engin-, 2000, 133): 212-21圖中虛線為 ADAMS的仿真結(jié)果,實(shí)線為用 MATLAB建立數(shù)學(xué)04 SCADAMS FSP基礎(chǔ)培訓(xùn)教程M北京:清華大學(xué)出版圖3~圖6即是本例中變胞機(jī)構(gòu)的 ADAMS軟件仿真結(jié)果。3李軍譯模型計(jì)算的結(jié)果。圖中可以看出,兩種仿真結(jié)果幾乎重合。4 ADAMS USer's Manual[M]. Mechanical Dynamics Inc, 2301 Com6結(jié)論monwealth Boulevard. Ann Arbor ML. 19955 DADS USer's MarTH中國(guó)煤化工 oftware Ino初步研究了怎樣用 ADAMS軟件對(duì)變胞機(jī)構(gòu)進(jìn)行仿真?？?Oakdale,IA,1995以看出,只須運(yùn)用 ADAMS軟件就可方便的得到從初始運(yùn)動(dòng)到6 Rubin.C.A.TheCNMHGI Version 2.0構(gòu)態(tài)切換點(diǎn)所需的時(shí)間,對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析和論證M. Addison-Wesley, MA, 1995