锁紧杆槽轮机构——多体动力学报告

1、学院： 机械与运载工程学院目 录一、 课题内容1二、课题分析21、分析机构运动情况22、确定机构运动尺寸33、仿真分析目的4三、 建模仿真71、模型描述72、仿真结果93、仿真分析结论1010一、 课题内容槽轮机构由槽轮和圆柱销组成的单向间歇运动机构，又称马尔他机构。它常被用来将主动件的连续转动转换成从动件的带有停歇的单向周期性转动。槽轮机构有外啮合和内啮合以及球面槽轮等。外啮合槽轮机构的槽轮和转臂转向相反,而内啮合则相同，球面槽轮可在两相交轴之间进行间歇传动。锁紧杆槽轮机构的旋转曲柄上有一驱滚子，当它进入一个槽时，输出轮就会迅速地转位。在图1中，锁止杆上的圆滚（图中将要滚出槽的圆滚）与槽相啮

2、合以防止槽轮不转位时的移动。（图 1）二、 课题分析1、 分析机构运动情况根据课题要求，画出机构的运动简图，见图2。本机构由三个构件组成：0为机架；1为六槽的槽轮，通过铰链与机架相连；2的结构较为复杂，由一个凸轮、连杆和连杆末端的滚子组成，凸轮和连杆位置固定，通过铰链E与机架相连，而连杆末端的滚子则通过高副A与槽轮相连；3为两个连杆固定位置后通过铰链D与机架相连，在两个连杆的末端分别有两个圆柱销与连杆固定，其中一个滚子通过高副B与构件2中的凸轮部分相接触，另外一个滚子通过高副C与槽轮连接。（图2）一个作平面运动的自由构件具有三个自由度。若一个平面机构共有n个活动构件。在未用运动副联接前，则活动

3、构件自由度总数为3n。当用运动副将这些活动构件与机架联接组成机构后，则各活动构件具有的自由度受到约束。若机构中有PL个低副，PH个高副，则受到的约束，即减少的自由度总数应为2PL+ PH。因此，该机构相对于固定构件的自由度数应为活动构件的自由度数与引入运动副减少的自由度数之差，该差值称为机构的自由度，并以F表示，即 F=3n-2PL-PH根据上述分析，该机构的构件总数N=4；活动构件数n=3；有3个转动副和0个移动副，即低副PL=3；同时有3个高副，但任一时刻，构建3两端的滚子仅有一个与槽轮连接或与构件2中凸轮连接，故实际高副PH=2。由此可得机构的自由度数为：F=3n-2PL-PH=33-2

4、3-12=1由于该机构只有一个自由度，当外力只给与一个动力时，该机构有确定运动。2、 确定机构运动尺寸对于仿真分析，我们需要知道该机构的运动尺寸，由于此次仿真没有给出具体的机构参数，只有一张图纸，为了得到仿真所需的机构尺寸参数，对该锁紧杆槽轮机构ADAMS分析采用将机构图片输入到AutoCAD中，通过在AutoCAD软件中借助标注功能来获取运动尺寸。通过AutoCAD标注得到机构大致运动尺寸见图3。（图3）3、 仿真分析目的锁紧杆槽轮机构由具有径向槽的槽轮1、具有圆滚和凸轮的拨杆2和止动杆3及机架所组成。原动件2作等速连续转动时，从动件1时而转动，时而静止。当拨杆2的圆滚A未进入槽轮1的径向槽

5、时，由于止动杆3一端的圆滚将槽轮一槽卡住，故槽轮1静止不动。如图2所示，当原动件的圆滚A进入槽轮时，止动杆的B端正好被原动件的凸轮顶起，而止动杆另一端的圆滚则被挤出槽轮，因而圆滚A能驱使槽轮转动。当圆滚A开始脱离槽轮的径向槽时，槽轮的另一槽又被止动杆3的圆滚卡住，致使槽轮1又静止不转，直至拨杆2的圆滚A再次进入槽轮的另一径向槽时，两者又重复上述运动过程。槽数n和圆销数k是槽轮机构的两个主要参数，为了使槽轮开始转动和终止转动时的角速度为零以免刚性冲击，圆销进入或脱离槽轮的径向槽时，圆销中心的轨迹圆应与径向槽的中心线相切。槽轮转动时拨杆的转角为 在一个运动循环中，槽轮的运动时间与原动件的运动时间之

6、比称为运动系数，用表示。对于单销槽轮机构，若原动件等速转动一周为一个运动循环，则时间比可转换成转角之比，即 由于0，所以0，因此z3。由上式知，这种单销槽轮机构的运动系数总小于05，即槽轮的运动时间总小于静止时间。如果原动件上均匀地装有k个圆销，那么，原动件每转过L就是一个运动循环,其中L为槽轮径向尺寸。若原动件转过一周所需时间不变，显然原动件完成一个运动循环所需的时间应为L；带动槽轮转动一次所需时间仍为td，则 由于槽轮总是作间歇转动的，故运动系数r总小于1，所以由上式可得 由上式可知：当z=3时，k15;当z=4或5时，k=13；当z6时，k12。槽数n的选择除应满足工作要求外，还应考虑机

7、构运动的平稳性和机构的尺寸大小。当中心距a一定时，z越大，尺寸L也越大，故转动时槽轮的惯性力矩也越大，因此生产实际中应用的槽轮槽数z常取为48，本例中取槽轮槽数n=6，理论上正确无误。三、 建模仿真1、 模型描述通过前述分析，该锁紧杆槽轮机构可以进行ADAMS仿真分析。下面为建模过程分析:第一步建立几何模型：由于ADAMS软件建模功能有限，而槽轮机构较为复杂，故采用在UG软件中完成槽轮建模，而在ADAMS中完成其余部分的建模工作。首先在UG软件中建立槽轮模型，然后将该槽轮模型文件以caolun.x_t格式导入ADAMS软件中，接着在槽轮模型文件基础上建立原动件拨杆、凸轮和止动杆。第二步定义约束

8、：由于在ADAMS中没有机架，故原与机架相连的的槽轮、拨杆和止动杆分别通过三个旋转副与地连接；由于拨杆和槽轮、止动杆和拨杆凸轮、止动杆与槽轮都为高副接触，所以分别定义三个接触以约束拨杆和槽轮、止动杆和拨杆凸轮、止动杆与槽轮。第三步定义原动件：运行仿真需要原动件提供动力，从前述分析可知，该动力应有拨杆提供，故在拨杆与地的旋转副上施加一个运动。第四步施加载荷：原机构图中有一弹簧与止动杆相连，仿真中省略弹簧，以一个水平方向的力代替弹簧力。（图4）通过以上步骤，就可以建立起ADAMS仿真所需的模型，见图4。但模型的正确与否还需要通过ADAMS软件自带检测功能对建立的模型进行检测，拓扑学检测结果如下：M

9、odel verified successfullyTopology of model: model_1_jilun Ground Part: ground Part ground Is connected to: jiyuan via JOINT_1 (Revolute Joint) tulun via JOINT_2 (Revolute Joint) zhidonggan via JOINT_3 (Revolute Joint) zhidonggan via SFORCE_1 (Single_Component_Force) Part jiyuan Is connected to: gro

10、und via JOINT_1 (Revolute Joint) tulun via CONTACT_1 (Contact) zhidonggan via CONTACT_3 (Contact) Part tulun Is connected to: ground via JOINT_2 (Revolute Joint) jiyuan via CONTACT_1 (Contact) zhidonggan via CONTACT_2 (Contact) Part zhidonggan Is connected to: ground via JOINT_3 (Revolute Joint) gro

11、und via SFORCE_1 (Single_Component_Force) tulun via CONTACT_2 (Contact) jiyuan via CONTACT_3 (Contact) 通过检测，模型建立正确，可以运行仿真。2、 仿真结果运行ADAMS程序，可见锁紧杆槽轮机构的旋转曲柄上有一驱滚子，当它进入一个槽时，输出轮就会迅速地转位。与此同时，锁止杆上在槽轮内的圆滚由于与拨杆固定的凸轮将止动杆顶起而被挤出槽轮，当拨杆末端滚子离开槽轮瞬间，由于拨杆受水平向右方向的拉力，拨杆末端的滚子再次与槽轮相啮合以防止槽轮不转位时的移动。仿真情况见图5。（图5）为了检测机构性能，我们可以查看槽轮在个过程中受冲击情况，特别是拨杆刚接触槽轮时的瞬间冲击情况，具体可以测量，槽轮与大地的转动副上受到的力矩情况见图6。（图5）从上图可以清楚地看到，该槽轮机构在拨杆刚接触和离开时受到较大的冲击，而且离开时收到的冲击更大，这也说明止动杆设计的不合理，对机构的是性能产生了较大的影响。3、 仿真分析结论从以上分析结果可以看出，锁紧杆槽轮机构很好的的实现了槽轮间歇运动、并能够有效的防止在槽轮间歇期间的自动回转运动。但该