基于ADAMS的变胞机构动力学仿真

第5期机械设计与制造2007年5月Machinery Design Manufacture-87章编号:1001-3997(200705-0087-02基于 ADAMS的变胞机构动力学仿真*吴艳荣金国光李东福(天津工业大学机械电子学院,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】随着对变胞机构研究的深入,如何用虚拟仿真软件对变胞机构进行动力学仿真是一个急待解决的问题。通过对一个简单的变胞机构的构态变换过程进行分析,初步研究了如何利用 adams软件对变胞机构进行建模和动力学仿真。将仿真结果与使用 MATLAB建立数学模型计算的结果相比较,从而+验证了其正确性关键词:变胞机构;动力学;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“+“+#+“+“+艹++++…+“+#中图分类号:TH133文献标识码:AADAMS( Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systen)时与铰链F固连,ED与机架重合,机构演变成四杆机构,此为全称是机械系统自动动力学分析软件,是美同 Mechanical dy-构态二,初始条件为构态一结束时机构的运动状态。如图1(b)所namics,hnc.s(MDIs)公司生产的软件,它是目前世界范围内使示用最广泛的多体系统仿真分析软件在 adams中建立变胞机构的模型时,不是建立变胞机构的通过对简单的变胞机构的构态变换过程进行分析,初步研初始状态,而要建立在构态切换时可能存在的一种状态。如当机究了如何利用 adams软件对变胞机构进行建模和动力学仿真。构运动一定时间或几个周期后发生构态变换,构态切换点为1建立模型ED运动到EF时,ED与EF重合,机构由五杆机构演变成四杆对于一般的模型可以在 ADAMS软件中直接建模对于复杂机构。在建立模型时就需要建立四杆机构状态的模型,ED与EF的模型可以借助一些CAD软件(如UG、CATA、PROE等建模,重合的状态,建立模型如图2所示然后将模型导入到 ADAMS环境中最后给这个模型施加约束和作用力,进行仿真等如图1a所示, ABCDE组成一个闭链五杆机构。杆件AB和杆件DE为驱动杆,其上各施加有大小为100N·m的力矩。AE图2变胞机构的 adams模型为机架。各杆件均为均质杆,长度分别为AB=ED=0.70m,BC:模型建立后需要添加约束,除了添加图中给出的约束外,还CD=AE=150m,密度p=7.8×10kg/m3,宽和高均为70mm、35mm。需要添加铰链D与大地之间的旋转约束,为方便记忆将其更名F是杆AE上的铰链。建立坐标系如图中所示。构态一如图1(a)为act,这个约束是用来实现构态切换的所示为五杆机构,当机构运动一段时间后,铰链D运动到F点在A、E两铰链点各施加大小为100N·m的力矩,分别作用于AB杆和ED杆为了查看模型验证的情况,可以右击状态栏右侧的“工具架”按钮,选择验证模型(Veiy)工具。在弹出的菜单中出现自由度薮目及模型验证成功等文字信息。5D2创建测量中国煤化工由 Build->HCNMHG点分别建立测(a)五杆机构几构(b)四杆机量角∠BAE和∠DEA,系统自动将其命名为 MEA ANGLE1和图1变胞机构的变换过程*来稿日期:2006-09-25*基金项目:国家自然科学基金项目(编号:50275002)天津市高等学校科技发展基金项目(编号:20041103)吴艳荣等:基于 ADAMS的变胞机构动力学仿真第5期MEA ANGLE2,为方便记忆也可将其更名,在屏幕上自动显示如果变胞机两个测量图框用户可另外建立所需的任意测量变量,如各构件构有多于两个的1204虚线 -ADAMS的角速度角加速度及沿各坐标轴的位移、速度、加速度等。本例构态变换,理论与100中的测量主要是广义坐标q1,q2的角位移、角速度等上相同,只需建立3设置初始条件包含所有构态切右击A(E)处的约束副,选择 Joint:-> Modify菜单命令,选择换时变胞机构的4InitialConditions选项,在约束副初始条件对话框中输入初始条一种可能状态,然20件。如果初始条件与所建模型的初始状态不同, Adams将按输入后逐步进行仿真11.5的初始条件进行仿真。但是在闭环系统中,各构件的初始位置必分析即可。时间s如果变胞机图3q角位移须与所建模型的初始位置一致,否则不能进行仿真。如果是开环构的构态切换是1200系统则可以任意设定。为方便起见,本次仿真的初始条件取系统由运动构件与大100实线- MATLAB默认值:虚线- ADAMS地之间的固定约q=T;q1=0:q2=0;q2=0束副起作用得到,本次仿真的构态切换点为:当杆ED运动36后与机架EA则当自由度减少60重合,然后以四杆机构运动(运动件与大地之4进行仿真间的固定约束起4.1建立传感器作用)时,仿真具建立传感器,设置运行条件为:当机构运动到构态切换点时有局限性,模型的时间ts所满足的表达式。在传感器对话框的表达式( Expression)中输建立及仿真初始图4q1角速度条件受构态变换入测量表达式,并设定当满足表达式时,结束当前仿真,进入描的影响,不能在任述仿真。正式仿真前一般应先进行一次预仿真,测量机构从初始实线一 MATLAB意时刻、任意状态虚线- ADAMS状态运动到构态切换点所需的时间t1。本次仿真t=13541s对机构进行仿真4.2描述仿真而自由度增加(运用 mulation scrip描猫述仿真,在描述类型( ScriptType动件与大地之间1s4中,选择“ ADAMSSolver commands”输入仿真命令的固定约束失效)仿真过程为的仿真或某约束(1)使铰链D与大地之间的旋转约束act(ID=7)失效副使其所联结的00.5(2)进行动力学仿真,设置仿真时间和步长。设置仿真时间两运动构件由相时间ts大于机构运动到构态切换点所需的时间t,如2.5s,步长0005对静止到相对运图5q2角位移(3)当满足传感器中判断表达式后,使旋转副act激活,再动变化时,则不受50接着进行仿真此限制实线- MATLAB在“ ADAMSSolver commands输入的仿真命令,即可得到变参考文献虚线- AdAms胞机构完整的仿真过程。I Dai.J5后处理Mobility in Metamo-仿真完成后, ADAMSSolver就会自动输出各构件的位移、 rphic Mechanism of 914Foldable/Erectable速度、加速度和其他自定义的各特征值,如受力、扭矩、变形等tion这些输出值通过 ADAMSyiew中的 Ploting可以以图形形式输 f the asme, Journal时间t/s出,从而能清晰地看出它们在仿真过程中的变化规律。另外还可 of mechanical design图6q2角速度用 Animation模块中的功能进行实体动画显示,能方便直观地199121(3:375-382看出仿真效果并进行优化设计,并可制作成扩展名为av的视2 DaiJ s. Zhang X. Metamorphic mechanisms and their configu ratio频剪辑,使用媒体播放器播放仿真运动过程models Chinese J of Mechanical Engin-, 2000, 133): 212-21图中虚线为 ADAMS的仿真结果,实线为用 MATLAB建立数学04 SCADAMS FSP基础培训教程M北京:清华大学出版图3~图6即是本例中变胞机构的 ADAMS软件仿真结果。3李军译模型计算的结果。图中可以看出,两种仿真结果几乎重合。4 ADAMS USer's Manual[M]. Mechanical Dynamics Inc, 2301 Com6结论monwealth Boulevard. Ann Arbor ML. 19955 DADS USer's MarTH中国煤化工 oftware Ino初步研究了怎样用 ADAMS软件对变胞机构进行仿真。可 Oakdale,IA,1995以看出,只须运用 ADAMS软件就可方便的得到从初始运动到6 Rubin.C.A.TheCNMHGI Version 2.0构态切换点所需的时间,对机构进行分析和论证M. Addison-Wesley, MA, 1995