曲柄滑塊機構建模與仿真一 軟件介紹機械系統動力學自動分析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)軟件是集成建模求解，可視化技術一體的運動仿真軟件，是當前世界上使用范圍最廣，最負盛名的機械系統動力學仿真分析平臺。簡稱ADAMS。該軟件是美國MDI公司(Mechanical Dynamics Inc.)開發的虛擬樣機分析軟件。ADAMS一方面是虛擬樣機分析的應用軟件，用戶可以運用該軟件非常方便地對虛擬機械系統進行靜力學、運動學和動力學分析。它使用交互式圖形環境和零件庫、約束庫、力庫，創建完全參數化的機械系統幾何模型，其求解器采用多剛體系統動力學理論中的拉格朗日方程方法，建立系統動力學方程，對虛擬機械系統進行靜力學、運動學和動力學分析，輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線。另一方面，又是虛擬樣機分析開發工具，其開放性的程序結構和多種接口，可以成為特殊行業用戶進行特殊類型虛擬樣機分析的二次開發工具平臺。它分為四個模塊：ADAMS/VIEW,ADAMS/Solver，ADAMS/Postprocessor以及ADAMS/Insight。二 幾何模型建立建立一個偏置滑塊機構，滑塊在驅動力的作用下推動滑塊運動，滑塊曲柄力的作用下做往復運動。主動桿長度為100mm,偏心距e=60mm，從動桿長300mm；w=3600r/min，兩桿的截面尺寸為10mm*25mm,滑塊長100mm，底面直徑為80mm。所有構件的材料為鑄鋼，密度為7800Kg/m3,彈性模量為E=2.02*105MPa,泊松比u=0.3。1.設置建模環境雙擊Adams -View圖標，啟動Adams View程序，建立一個New model，輸入Model Name，重力設置選擇Earth Normal參數；選擇系統默認的工作單位MMKS系統，進入到軟件界面，在settings菜單里選擇柵格間距及大小，間距設定為10mm。2.幾何建模（1）創建設計點根據桿件及滑塊的位置，預先創建Marker點，為后面的建模提供坐標支持。（2）曲柄滑塊建模根據曲柄和滑塊的尺寸用主工具箱里的建模工具畫出曲柄和滑塊的模型，如下圖。圖1 曲柄滑塊模型（3）修改構件的材料屬性在buildmaterialsnew中，出現添加新材料對話框，按照要求可以修改材料的屬性，這里將構件的材料使用為鋼。3.添加運動約束（1）創建旋轉副 在工具中選擇、然后選擇 出現參數欄設置，并設置參數欄參數。 （2）創建移動副約束 在主工具欄上選擇相應工具，在出現的參數設置欄中設置相應參數。4.添加旋轉約束在主工具欄中選擇、 工具，在出現的對話框中設置參數。 目前已經完成樣機的整個設計過程。以上步驟操作完成后可生成曲柄滑塊機構的完整模型，如下圖所示：圖2 曲柄滑塊樣機模型三 運動學仿真分析點擊工具欄中選擇仿真按鈕、 ，并分別設置“end time”和steps為0.05s和500，開始仿真。仿真結束后，進入Postprocessor，分別繪制滑塊的質心的位移、速度及加速度曲線，如下圖所示：圖3 滑塊質心位移、速度及加速度曲線圖4 滑塊質心位移曲線圖5 滑塊質心速度曲線圖6 滑塊質心加速度曲線仿真結果分析：從圖3 中可以看到滑塊質心位移、速度及加速度的變化曲線，由于有偏心距存在，因此滑塊質心的運動符合正弦規律，從圖形中也驗證了這一點，可以看出曲線與實際運動較吻合。圖4是滑塊質心位移曲線，由于滑塊始終與導桿相接觸，故滑塊質心位移近似與正弦曲線，圖形中也顯示出來這一特征。圖5是滑塊質心速度曲線，質心速度的變化規律依然符合正弦曲線的規律，具有周期性的變化規律。圖6 是滑塊質心加速度曲線，它是速度的導數，因此曲線與速度曲線的變化規律基本一致，仍然具有周期性變化規律。四 動力學仿真分析在頂桿的端部作用著一個大小為200N的力，然后點擊工具欄中的仿真按鈕，把仿真類型變為dynamic，并分別設置“end time”和steps為4.0s和400，開始仿真。仿真結束后，進入Postprocessor，分別繪制彈簧力、凸輪驅動力矩及凸輪頂桿接觸力的曲線,如下圖所示：圖7 添加驅動力矩變化曲線圖8 添加驅動力矩和阻力變化曲線仿真結果分析：圖7是添加驅動力矩變化曲線，由于滑塊和導桿一起做正弦曲線運動，變化規律也符合正弦曲線，圖形驗證了這一點。圖8 是添加驅動力矩和阻力變化曲線，從圖形中可以看出驅動力矩也是周期性變化，里面含有高頻成分，整體變化規律符合正弦曲線。五 心得體會通過這次凸輪頂桿機構建模與仿真，我初步學會了使用ADAMS軟件，并對機構進行運動學和動力學仿真分析。從仿真曲線看，基本符合機構的運動規律，只有合適的參數才能生成較好的曲線形狀，這一點也需要在以后的學習工作中慢慢探索。 另外，我感覺對于工程應用類軟件，要想真正的學好它，并不是能簡