4.3.1 模型的建立
在建立模型前需注意如下因素:
外形简单的零件用ADAMS建模非常方便,对于形状复杂的零件,相对于UG、Pro/E等软件,ADAMS则稍显逊色。一般来说,可以先用UG、Pro/E等软件对复杂的零件进行建模,再将建好的模型传入ADAMS中进行仿真分析。这样可以大大提高机构分析的效率。
在用ADAMS建模之前,根据运动副对模型进行简化,将各个零件之间的运动副表示清楚。这样不仅可以节省大量的建模时间,也可以保证ADAMS的仿真及分析过程能够顺利进行。同时,由于ADAMS在进行运动学、动力学求算时,只考虑零件的质心和质量,而对零件的外部形状不予考虑,因此在模型中精确地描述出复杂的零件外形,并没有多大的实际意义。故模型外形应尽量简化。当然,零件形体描述得越准确,ADAMS自动求算的零件质量和质心位置也就越精确,但复杂零件的建模并不是ADAMS的特长。
多个零件固结时,可以只用一个零件表示,节省运动副数量。因为运动链越长,计算误差越大。
4.3.1.1 建立装配模型
当前,在工程领域,应用美国PTC公司的CAD软件Pro/E和美国MDI公司的动力学仿真软件ADAMS联合进行复杂机械系统的动力学仿真研究是一种较实用、较流行的仿真方案。本文的仿真分析中所有模型均是采用这种方案。考虑到建模的注意因素,在用Pro/E建模的过程中,省去了十字轴万向联轴器的许多细小结构,如润滑部分、滚针轴承、弹簧卡圈等,只是保留了十字轴万向联轴器在原理上进行传动的必需构件和运动副。在此原则下建立的十字轴万向联轴器的各构件模型如图4-2所示,实际上只包含十字轴和传递叉两个活动构件。建立的十字轴万向联轴器的装配模型如图4-3所示。
4.3.1.2 建立运动分析模型
将装配模型转变为运动分析模型必须在装配模型的基础上加上运动副和运动驱动。由于Pro/E中的图形导入ADAMS中形成可作为刚体进行分析的shell时,会丢失大部分几何特征,如圆变成了多边形,旋转体的轴线丢失等等。在这种情况下如果再对模型添加运动副和运动驱动,则比较困难,故而我们可以利用MDI公司为ADAMS和Pro/E间做的专用接口模块Mechanism/Pro,通过Mechanism/Pro(以挂接在Pro/E菜单管理器下的一个子菜单形式存在),先在Pro/E中添加较简单的运动副和运动驱动(一般而言,由于导入到ADAMS后,图形的部分几何信息丢失,在添加运动副和运动驱动时不能定位,故能在mechanism/Pro下添加的约束尽量在Mechanism/Pro下进行),然后再导入到ADAMS中,这样做的效率较高。
在Prp/E中,对装配模型中的十字轴和两个传递叉间分别添加上两个旋转副,在一个传递叉和支承间添加上一个旋转副,在另一个传递叉和另一个支承间添加一个圆柱副(实际上旋转副也可),再将模型转到ADAMS中,在一端的传递叉和支承间的旋转副上添加上一个运动驱动,大小为180°/s。这样就得到了十字轴万向联轴器的运动仿真模型。模型如图4-4所示。
通过对模型的验证,可知此模型中共有3个移动件,l个圆柱副,3个旋转副,1个运动驱动,机构的自由度为0,机构中有冗余的约束方程(在这种情况下求出的运动反力是不正确的)。
4.3.2 运动仿真
在运动仿真中须注意如下几点:
在仿真分析中,要求输入仿真步长参数,如果输入步长过大,则给出的值可能不精确,随着模型的变化从这一输出点突然跳到下一输出点,得到不连续的结果,输出的曲线也不光滑。要确定有足够的步数能捕捉到输出的尖峰或谷底,否则就要在整个仿真过程中减小步长。但是减小步长会增加仿真的计算时间,需要更多的计算机资源;
在仿真分析中如果步长太大,可能使数值计算不收敛,导致仿真失败,故仿真中选取合适的步长是比较重要的。


运动仿真:
选取合适的步长,在缺省模式下(由前面的自上度为0,可知此时的仿真是运动仿真)对模型做仿真分析,并在结果中输出两轴夹角的测量值曲线图(如图4-6所示)以及输入、输出轴角速度测量的曲线图(如图4-7所示)。
在仿真中如果发现结果不对,则我们需要对前面的模型进行修正,然后再做仿真分析,直到结果正确。总而言之利用Pro/E和ADAMS进行联合仿真,其基本的步骤如图4-5所示。

4.3.3 仿真结果分析
由图4-6可知,仿真中十字轴万向联轴器的两轴夹角实际上即是34.88°(原夹角的补角),在第二章的十字轴万向联轴器理论计算曲线图中也包含了这个夹角下的运动分析曲线(图2-12),比较图2-12中β=34.88°的曲线和图4-7的曲线,可知两条曲线在变化频率、形状、值的大小都是一样的。
4.3.4 结论
由上面的分析结果可知,利用ADAMS进行的仿真在一定的程度上是有效的、正确的。另外据文献介绍,物理样机实验结果与虚拟样机用ADAMS的仿真结果吻合程度超过95%,这进一步证明了利用ADAMS进行仿真的可行性。

4.4 单联三叉杆式万向联轴器的运动仿真
4.4.1 仿真模型的建立
在本次分析中,建立的装配模型同第三章中图3-2所示的模型是完全一样的,在这个装配模型的基础上通过添加运动副和运动驱动构成图4-8所示的运动仿真模型。添加的运动副和运动驱动如下:

在滑杆套轴(输入轴)和左支承间添加旋转副;
在小杆同滑杆套轴间添加移动副(本来圆柱副也可,这里提局部自由度);
在内球头同小杆之间添加球面副;
在内球头同三叉杆轴颈之间添加圆柱副;
在三叉杆同轴承内圈之间添加圆柱副;
在轴承内圈同轴承外圈之间添加球面副;
在旋转副上添加恒速驱动,大小为90o/s。
通过模型检验,可知模型中:
有9个移动件、3个圆柱副、1个旋转副、4个球面副、3个移动副、1个固定副、1个驱动,模型共有3个自由度。

4.4.2 运动仿真
设定一定的步长,对模型进行仿真分析,并输出如下测量的结果:输入、输出轴角速度曲线(如图4-9);
输入、输出轴夹角曲线(如图4-10);
小杆、轴颈滑移速度曲线(如图4-11);
小杆、轴颈滑移位移曲线(如图4-12);
小杆、轴颈滑移加速度曲线(如图4-13);
输出轴角加速度曲线(如图4-14);
三叉杆三轴颈轴线交点(以后简称三叉交点)的跟踪轨迹(如图4-15所示,左图为相对大小,右图为放大图)。
两轴角速度

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