基于ADAMS2014的凸轮机构的设计与仿真

ADAMS 2014在机械系统设计中的凸轮机构动力学仿真研究


引言

在现代化工程设计特别是机械系统领域，ADAMS作为一种高级的多体系统动力学仿真软件，提供了从方案设计到详细性能分析的全面工具。ADAMS以其在机构动力学、机械设计和仿真领域的强大功能，受到广泛的应用和认可。本文将聚焦ADAMS 2014版本中针对机构设计模块的最新技术进步，并以一对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构为案例，详细阐述其建模和仿真流程。

ADAMS 2014机构设计模块概述

ADAMS 2014版在过去版本基础上新增了一系列面向复杂机构设计的模块，致力于提供更为直观、高效的设计和分析体验。这一版本尤其强化了凸轮机构、齿轮、链传动、带传动、绳传动、轴承、电动机等领域的支持能力，大幅提高了机械工程师在方案设计阶段实现高效仿真分析的能力。

问题陈述与分析

目标设计任务是搭建一对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构的轮廓曲线，其中涉及的参数包括：基圆半径35mm，推杆行程40mm。通过ADAMS 2014进行建模与仿真是实现这一设计目标的关键步骤。




详细问题分析指出，推杆运动可以粗略分解为四个阶段：推程（π/2~π）、远休止（ζ）、回程（π~3π/2）、近休止（3π/2~2π），其中推程和回程阶段的运动规律可视为统一的多项式运动。利用作图法和ADAMS 2014的凸轮设计工具，我们旨在验证和优化工程设计。

ADAMS 2014凸轮机构建模流程


以下步骤概述了如何利用ADAMS 2014实施上述设计任务：


1. 准备工作

创建新模型：确保ADAMS环境与项目所需参数（长度单位毫米、角度单位度）相符，忽略重力影响。

初始化：搭载必要的设计参数（目前关注凸轮机构而非更复杂的传动系统）。


2. 创建推杆位移曲线


利用ADAMS的Cam模块，通过交互界面定义推杆运动规律的关键参数：

形式选择：依据推杆位移曲线与凸轮转角的对应关系，使用函数构造器构建EXPRESSIONS，确保推杆运动自变量匹配实际情况。

优化验证：最终通过“结果”步骤下“plot”功能验证生成曲线与预期设计检验相符，合理推测优化步骤在此阶段并非必需。

3. 凸轮轮廓线设计


任务核心，通过交互界面指定凸轮参数与设计依据，实现凸轮轮廓路径的自动生成：

基本参数设置：确保凸轮类型（盘形）、基圆尺寸（35mm）、厚度（10mm）、转动方向（沿Z轴）符合设计要求。

运动连接设置：根据上一步的运动规律，准确关联推杆与凸轮间的约束关系。


4. 构建凸轮机构模型

命名与识别：规划凸轮机构的特定命名，以提供模型在后续场景操作中的识别与检索便利性。

从动件设定：确定单个从动件的数目，规范与推杆间的连接类型为约束关系，确保构建逻辑性的承接构建基础。

凸轮整合：选择先前内部创建的凸轮，进一步融入整体机构模型中。

运动连接：在概述了凸轮与地面连接遵循的物理模型（如螺旋副、旋转副等）基础上，动态调整参数至合理值。

几何参数定义：根据实际设计规范，粗略设定推杆长度、尖端尺寸、截面形状与方位，保证智能化制造与分析依据的基础性。

综合设置：明确从动件与机架连接方式、负载附加设置以及质量参数等，优化模型的合理性与分析资源的有效利用。

5. 设定驱动与仿真

驱动力施加：整合创建条件，为凸轮与地面间的旋转副应用指定驱动参数，模拟真实运行环境。

运行与观察：执行指定的仿真周期（12秒，100步），通过运动学仿真研究，捕捉推杆运动轨迹、关键压力角及设备的机械相互作用。

6. 后处理与分析

结果可视化：通过后处理器入口，对比动画模拟与原始设定的运动规律的一致性，同时评估最大压力角（约25度）是否满足直动推杆的理想应用范围（许用压力角30度以内）。

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