基于Adams的槽轮机构的运动仿真

孙科 长江大学工程技术学院机械工程学院

引言：槽轮机构广泛应用于机械传动装置中,其作用是将主动拨盘的连续转动转化为从动轮槽轮的间歇运动,以达到间歇进给、转位和分度等工作要求。槽轮机构具有结构简单,外形尺寸小,机械效率高,能准确控制转角,以及能较平稳地、间歇地进行转位等优点,其缺点是动程不可调节,从动槽轮在打开和停止时有刚性冲击,所以适用于中速场合。

1 、ADAMS软件概述

虚拟样机技术的工程应用建立在界面友好、功能强大、性能稳定的商品化虚拟样机软件之上。美国MSC公司在多体系统领域的标志产品MSC.ADAMS进过多年的发展，已经成为虚拟样机技术平台的杰出代表，广泛应用于汽车、铁道、船舶、航空航天等行业。ADAMS由基本模块、扩展模块、接口模块、专业模块及工具箱组成，其中基本模块包括ADAMS/View(用户界面模块)、ADAMS/Solver(求解器)、ADAMS/PostProcessor(专业后处理模块)。

2 、槽轮机构的运用及参数设计

2.1 槽轮机构的运行原理

槽轮机构的典型结构如图1所示，它由主动拨盘、从动槽轮和机架组成。拨盘以等角速度作连续回转，当主动盘上的圆销未进入槽轮的径向槽时，由于槽轮的内凹锁止弧被拨盘的外凹槽锁止弧卡住，故槽轮不动。图示1为圆销钢进入槽轮径向槽时的位置，此时锁止弧又也刚被松开。此后，槽轮受圆销的驱使而转动。当圆销在另一边离开径向槽时，锁止弧又被卡住，槽轮又静止不动。直至圆销再次进入槽轮的另一个径向槽时，又重复上述运动。所以槽轮作时动时停的间歇运动。此外，当圆销开始进入和退出径向槽时，由于角加速度有突变，故在此两瞬时有柔性冲击。而且槽轮的槽数愈少，柔性冲击愈大。因存在柔性冲击的缺点，故常用于速度不太高的场合。如转塔车床上的刀具转位机构。它还常在电影放映机中用以间歇移动胶片等。

图1 机构运动简图

2.2 槽轮的尺寸计算

对于外槽轮机构, 为了避免或减轻从动轮在开始转动和停止转动时的碰撞或冲击, 拨销应停止在开始进入径向槽或刚从径向槽脱出的状态。即拨销中心的线速度方向均是沿着径向槽的中心线方向,以便从动槽轮在打开和停止时的瞬间角速度为零。因此有

式中z—从动槽轮的槽数。

当主动拨盘以等角速度 A 转动时, 从动槽轮转动一次所需的时间

因此, 有

同理, 对于内槽轮机构来说

由式（5）、式（6）可知, 外槽轮机构的运动系数k 应大于零。因此,其槽数z 应大于3。当n=1，k 总是小于0. 5, 即外槽轮机构的运动时间总是小于停歇时间。

由于槽轮机构常做间歇运动, 它会有间歇时间, 所以运动系数k 总是小于1。因此, n 与z 的关系为

通常取z=4～ 8 。本文的仿真采用了z=4。

3 ProE槽轮机构建模、装配及导入adams

模型导入adams中先要在proe里将装配体保存副本，保存格式为“.x_t”。注意保存的路径不能有中文名称。然后在ADAMS里把刚才的xxx.x_t文件import。导入的模型没有质量，要自己添加。。机构运动简图（图1）对3.1建立的几何模型进行约束建模，整个约束建模的工作仍是在ADAMS/View(用户界面模块)中利用主工具箱中的约束工具完成。该机构中运动副处的约束分别为：主动拨盘在中心点与大地形成转动副；从动槽轮在中心点与大地形成转动副，机架形成固定件；完成后如图2所示。

图2 约束建模图

4 、仿真结果后处理

仿真结果后处理在ADAMS/PostProcessor（专业后处理模块）下进行。该模块用来输出高性能的动画，各种数据曲线，该模块还可以进行曲线的编辑和数字信号处理等，使用户可以方便、快捷地观察、研究ADAMS的仿真结果。本例主要是利用它的仿真曲线绘制功能。

在本例所需的从动槽轮的运动曲线的获取步骤基本如下：

转换到ADAMS/PostProcessor，待载入曲线的空白页面处单击右键，在下来菜单中选择“Load Plot（载入曲线）”命令。依次对Model、Source进行选择。Source选为Objects后选择从动槽轮（caolun2），再选择characteristic下需要的项目，然后根据实际情况选择Component，最后勾选Surf，即生成如图3所示的曲线。

图3 从动槽轮运动曲线

图中：红实线——表示从动槽轮在x方向的速度

蓝色长虚线——表示从动槽轮在x方向的加速度

5 、总结

由槽轮的建模及仿真过程可知，利用ProE和ADAMS对机械产品进行建模与仿真简单可行。它不但能使机构的造型形象化、可视化，而且也使整个仿真过程更加准确、形象、生动。实现槽轮的自动化设计，消除了传统设计中许多弊端。基于ADAMS的机构运动仿真已经进入了可视化仿真以及虚拟现实仿真技术的新阶段, 它是未来计算机仿真的发展方向。