空間折桿機構(gòu)運動計算機仿真分析

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空間折桿可以將輸入的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)閿[動輸出，并且結(jié)構(gòu)簡單、緊湊,可以應(yīng)用于伺服舵機?？臻g折桿機構(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;解析法計算精度較高,但其推導過程復雜,編程工作量大,許多工程技術(shù)人員深感難以理解和推導。利用虛擬樣機技術(shù),使用ADAMS軟件進行計算機仿真,利用其豐富的建模工具和強大的運動學、動力學分析功能,可以方便、快速的分析折桿機構(gòu)運動的輸入/輸出之間的關(guān)系以及輸出運動的特點。

1虛擬樣機技術(shù)和ADAMS軟件概述

虛擬樣機技術(shù)(virtualprototypingtechnology)是利用軟件所提供的各零部件的物理和幾何信息,直接在計算機上對機械系統(tǒng)進行建模和虛擬裝配,從而獲得基于產(chǎn)品的計算機數(shù)字模型,即虛擬樣機(virtualprototype),并對其進行計算機仿真分析。這種方法使設(shè)計人員能在計算機上快速試驗多種設(shè)計方案,直至得到最優(yōu)化結(jié)果,從而免去了傳統(tǒng)設(shè)計方法中物理樣機的試制,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)。通過這兩個模塊,可以對大部分的機械系統(tǒng)進行計算機仿真。進行計算機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軟件中導入,然后在模型上施加一定的運動約束副、力或力矩的運動激勵,就可以進行運動計算機仿真分析。

2分析目的

折桿折角為θ，左端是輸入端，右端是輸出端。輸入運動為：桿的左端繞著公轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動的同時也繞著自轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動，即其公轉(zhuǎn)的同時自轉(zhuǎn)。下面進行折桿運動計算機仿真分析，主要解決如下問題：

1）折角10°時，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，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計算機仿真模型與輸入?yún)?shù)折桿adams計算機仿真模型設(shè)折角為θ，擺角為δ，公轉(zhuǎn)角為折角為10°時，根據(jù)輸出擺動速度50°s，求得用于計算機仿真的輸入?yún)?shù)公轉(zhuǎn)角速度225°s，自轉(zhuǎn)角速度450°s。折角為15°時，根據(jù)輸出擺動速度50°s，求得用于計算機仿真的輸入?yún)?shù)公轉(zhuǎn)角速度300°s，自轉(zhuǎn)角速度600°s。

3、計算機仿真分析結(jié)果

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

2）橫向位移變化情況橫向位移呈周期變化，最大可達到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0.097°。

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

3.3在折角10°與15°兩種情況下計算機仿真分析比較，與折角為15°相比較，折角為10°時，

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

本文通過對折桿機構(gòu)原理分析,運用ADAMS計算機仿真軟件進行分析空間折桿機構(gòu)的運動特點情況，分析輸入運動與輸出運動的關(guān)系并用函數(shù)曲線擬合，找到輸出橫向位移與輸入運動的關(guān)系。最終找到了折桿折角大小對機構(gòu)運動的影響。為該空間折桿機構(gòu)運動原理研究提供了參考，對工程運用具有很好的借鑒。

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