跟我一起学Adams虚拟样机: 基础篇(四) 凸轮的运动学仿真,以一个盘型凸轮机构为例 |
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这篇博文是Adams虚拟样机系列的第四篇,也是基础部分的最后一篇。废话不多说,上节、上上节和上上上节已经说过了: 基础篇(一) 运动学仿真基操,以一个简单的曲柄摇杆机构为例 基础篇(二) 动力学仿真基操,以曲柄滑块压力机为例 基础篇(三) 齿轮系的运动学仿真,以一个行星齿轮系为例 本节我们以一个盘型凸轮机构为例,介绍凸轮的运动学仿真方法。 其中将涉及:Adams View工作环境的设置、拉伸体的绘制、转动副的创建、移动副的创建、凸轮副的创建、角速度驱动的施加、仿真器的设置、运动参数的测量、仿真数据的处理和输出、仿真视频的输出等。 凸轮的运动学仿真
双击打开 Adams View 2020 [Welcome to Adams 窗口] 点击 New Model 左侧图标新建模型 [Create New Model 窗口] ⓐ 在 Model Name 栏中输入模型名称 example_5_cams ⓑ 在 Working Directory 栏中输入工作路径 E:_KEEP FOOLISH\Adams\Example\Temp (也可点击右侧文件夹在资源管理器中选择,后续工程文件、临时文件和输出的文件都将默认保存在工作路径下) ⓒ OK,完成模型创建 [主菜单] ⓐ 点击 Settings ⓑ 点击 Units [Units Settings 窗口] ⓒ 点击 MMKS 按钮 ⓓ OK [主菜单] ⓐ 点击 Settings ⓑ 点击 Working Grid [Working Grid Settings 窗口] ⓒ 修改合适的尺寸 (X方向 250mm,Y方向 200mm) 、间隔大小 (X、Y方向均为 10mm) 和栅格方向 ⓓ OK (Apply 按钮也能执行相同的命令,但对话框不会关闭) [主菜单] ⓐ 点击 Settings ⓑ 点击 Icons [Icon Settings 窗口] ⓒ 在 New Size 栏中修改图标 (坐标系、运动副等的标识图标) 大小为 20 ⓓ OK [主菜单] ⓐ 点击 View ⓑ 点击 Coordinate Window,即在右下方出现实时显示光标位置的坐标窗口 (也可在工作区使用快捷键F4) 凸轮1为半径 R=100mm 的偏心圆盘,其回转中心A到凸轮几何中心O的距离 H=30mm。凸轮以 ω1=30°/s 的角速度匀速转动。 凸轮副在创建时需要用一个曲线作为约束,因此,我们的建模思路是先绘制凸轮外缘的曲线,然后将其拉伸为实体。 2.1.1.1. 创建凸轮外缘曲线[功能区] ⓐ 选择 Bodies 选项卡 ⓑ 点击 Construction 中的 Construction Geometry: Arc/Circle 图标 [左侧 Geometry: Circle 栏] ⓒ 选择 New Part ⓓ 勾选 Radius ⓔ 在 Radius 栏输入半径数值100 ⓕ 勾选 Circle [工作区] ⓖ 单击圆心,即 (0,0,0) 位置,完成凸轮外缘曲线的创建 [工作区] ⓐ 右击 PART_2 ⓑ 点击或鼠标滑向 Circle: CIRCLE_1 (也可在 Browse 栏中右击) ⓒ 点击 Modify [Geometry Modify Curve Circle 窗口] ⓓ 修改 Segment Count 为 50 (指用多少个线段来近似这条曲线) ⓔ OK [功能区] ⓐ 选择 Bodies 选项卡 ⓑ 点击 Solids 中的 RigidBody: Extrusion 图标 [左侧 Geometry: Extrusion 栏] ⓒ 选择 Add to Part ⓓ 在 Profile 栏选择 Curve (拉伸体的截面为已有的曲线) ⓔ 在 Path 栏选择 About Center (对称拉伸) ⓕ 在 Length 栏输入厚度 10 [工作区] ⓖ 点击选择 PART_2 ⓗ 点击选择 PART_2.CIRCLE_1 ,完成凸轮的创建 [工作区] ⓐ 右击凸轮 ⓑ 点击或鼠标滑向 part:PART_2 (也可在 Browse 栏中右击) ⓒ 点击 Rename [Rename 窗口] ⓓ 在 New Name 栏中替换 PART_2 为新名称 CAM ⓔ OK 移动从动件可以视为由一个尖锥体和一个圆柱连接而成。 2.1.2.1. 创建移动从动件尖端[功能区] ⓐ 选择 Bodies 选项卡 ⓑ 点击 Solids 中的 RigidBody: Frustum 图标 [左侧 Geometry: Frustum 栏] ⓒ 选择 New Part ⓓ 勾选需要控制的所有量 ⓔ 在 Length 栏输入杆长高度 20,在 Bottom Radius 栏输入一端的半径数值 0.01 (不能为0,所以输入一个很小的值来模拟尖端),在 Top Radius 栏输入另一端的半径数值 5 [工作区] ⓕ 点击从动件尖端,即 (0,100,0) 位置 ⓖ 竖直上移光标,当出现锥形的几何形体后单击,完成从动件尖端的创建 [功能区] ⓐ 选择 Bodies 选项卡 ⓑ 点击 Solids 中的 RigidBody: Cylinder 图标 [左侧 Geometry: Cylinder 栏] ⓒ 选择 Add to Part ⓓ 勾选需要控制的所有量 ⓔ 在 Length 栏输入杆长数值 80,在 Radius 栏输入半径数值 5 [工作区] ⓕ 单击刚刚创建的从动件尖端 PART_3 ⓖ 单击 (0,120,0) 位置 ⓗ 竖直上移光标,当出现圆柱的几何形体后单击,完成杆身的创建 ⓘ 按照 2.1.1.4. 重命名凸轮 中的步骤,重命名 PART_3 为 FOLLOWER [功能区] ⓐ 选择 Connectors 选项卡 ⓑ 点击 Joints 中的 Create a Revolute joint 图标 [左侧 Revolute Joint 栏] ⓒ 选择 2 Bodies - 1 Locations (选择两个物体和一个连接位置) ⓓ 选择 Normal To Grid (约束方向垂直于栅格) [工作区] ⓔ 点击凸轮 CAM ⓕ 点击工作区空白处选择 ground ⓖ 点击 (-30,0,0) 位置 ⓗ 按照 2.1.1.4. 重命名凸轮 中的步骤,重命名约束为 JOINT_A [功能区] ⓐ 选择 Connectors 选项卡 ⓑ 点击 Joints 中的 Create a Translational joint 图标 [左侧 Translational Joint 栏] ⓒ 选择 2 Bodies - 1 Locations (选择两个物体和一个连接位置) ⓓ 选择 Pick Geometry Feature (约束方向自选) [工作区] ⓔ 点击从动件 FOLLOWER ⓕ 点击工作区空白处选择 ground ⓖ 点击 FOLLOWER.cm ⓗ 竖直上移光标,当出现向上的箭头时单击,完成创建移动副 (注意通过坐标/旋转视图检查一下箭头是否竖直向上) ⓘ 按照 2.1.1.4. 重命名凸轮 中的步骤,重命名约束为 JOINT_B [功能区] ⓐ 选择 Connectors 选项卡 ⓑ 点击 Special 中的 Point-Curve Constraint (No lift-off) 图标 [左侧 Point-Curve Constraint 栏] ⓒ 选择 Curve (以曲线定义凸轮) [工作区] ⓓ 点击选择从动件尖端 FOLLOWER.MARKER_3 作为凸轮副的约束点 ⓔ 点击选择凸轮外缘曲线 CAM.CIRCLE_1 作为约束曲线,完成凸轮副的创建 ⓕ 按照 2.1.1.4. 重命名凸轮 中的步骤,重命名约束为 PTCV_C (导航窗格里,凸轮副位于 All Other - Point Curves 中) [功能区] ⓐ 选择Motions选项卡 ⓑ 点击Joint Motions中的 Rotational Joint Motion 图标 [左侧 Rotational Joint Motion 栏] ⓒ 在Rot. Speed栏中输入角速度为30 (默认单位°/s) [工作区] ⓓ 单击转动副JOINT_A,运动被施加到 JOINT_A 上 [右下角设置栏] ⓐ 点击 Wireframe / shaded toggle 按钮,由线框显示切换为着色显示 [上方工具栏] ⓑ 点击 Set the View to Isometric 按钮,将视角切换为轴测图 [功能区] ⓐ 选择 Simulation 选项卡 ⓑ 点击 Simulate 中的 Run an Interactive Simulation [Simulation Control 对话框] ⓒ 设置 End Time (结束时间) 为 12 ⓓ 设置 Steps (总步数) 为 500 ⓔ 点击 Start Simulation 按钮,开始仿真 ⓕ 点击 Reset to Input Configuration 可恢复初始构型 [功能区] ⓐ 选择 Results 选项卡 ⓑ 点击 Review 中的 Displays the Animation Control dialog 图标 [Animation Controls 窗口] ⓒ 动画播放按钮全家给您拜年 [功能区] ⓐ 选择 Bodies 选项卡 ⓑ 点击 Construction 中的 Marker 图标 [左侧 Geometry: Marker 栏] ⓒ 选择 Add to Ground (仿真过程中这个标记点就会固定在大地上) ⓓ 点击 MARKER_1 处,创建 MARKER_20 (为什么已经有 MARKER_1 还要原地新建一个: MARKER_1 是固结在 CAM 上的,仿真时会随着凸轮运动) [功能区] ⓐ 选择 Design Exploration 选项卡 ⓑ 点击 Measures 中的 Create a new Angle Measure 图标 ⓒ 点击 Advanced [Angle Measure 窗口] ⓓ 更改 Measure Name 即测量名称为 MEA_ANGLE_1 123ⓔ右击 First Marker 栏右击 Middle Marker 栏右击 Last Marker 栏ⓕ点击或鼠标滑向Markerⓖ点击Pick[工作区]ⓗ右击凸轮中心点右击凸轮转轴点右击凸轮中心点[Select 窗口]ⓘ选择 ground: MARKER_20选择 ground: MARKER_6选择 CAM.cm (凸轮质心)选择 ground: MARKER_20ⓙOKⓚ OK,完成凸轮角度测量的创建 (如果测量角度为负值,重新运行一遍仿真即可) [工作区] ⓐ 右击从动件尖端位置 ⓑ 点击或鼠标滑向 Part: FOLLOWER 下方的 Marker: MARKER_3 ⓒ 点击 Measure [Point Measure 窗口] ⓓ 更改 Measure Name 即测量名称为 MEA_DIS ⓔ 在 Characteristic 栏中选择 Translational displacement, 即位移 ⓕ 在 Component 栏中选择 Y 分量 ⓖ OK,完成从动件位置的测量 [工作区] ⓐ 右击从动件尖端位置 ⓑ 点击或鼠标滑向 Part: FOLLOWER 下方的 Marker: MARKER_3 ⓒ 点击 Measure [Point Measure 窗口] ⓓ 更改 Measure Name 即测量名称为 MEA_VEL ⓔ 在 Characteristic 栏中选择 Translational velocity, 即线速度 ⓕ 在 Component 栏中选择 Y 分量 ⓖ OK,完成从动件速度的测量 [工作区] ⓐ 右击从动件尖端位置 ⓑ 点击或鼠标滑向 Part: FOLLOWER 下方的 Marker: MARKER_3 ⓒ 点击 Measure [Point Measure 窗口] ⓓ 更改 Measure Name 即测量名称为 MEA_ACC ⓔ 在 Characteristic 栏中选择 Translational acceleration, 即线加速度 ⓕ 在 Component 栏中选择 Y 分量 ⓖ OK,完成从动件线速度的测量 [主菜单] ⓐ 点击 View ⓑ 点击 Measures [Database Navigator 窗口] ⓒ 选中所要显示的测量名称 ⓓ OK 要把刚刚测量的位移、速度、加速度随凸轮转角变化的规律和仿真动画同时显示出来,我们首先要把页面分成四份 [功能区] ⓐ 选择 Result 选项卡 ⓑ 点击 Postprocessor 图标 [Adams PostProcessor: 右上角设置栏] ⓒ 右击 Page Layout 按钮 ⓓ 选择 4 Views,将窗口显示切换为四个视窗 分别在三个格子里绘制位移、速度、加速度随凸轮转角变化的曲线 [Adams PostProcessor: 下方功能区 Data 标签页] ⓐ 选择 Source 栏为 Measures ⓑ 在 Independent Axis 栏中,选择 Data 为横轴数据源 [Adams PostProcessor: Independent Axis Browser 窗口] ⓒ 在 Measure 列表中选择 MEA_ANGLE_1,即曲柄的角度,作为横轴的数据源 ⓓ OK,选定横轴数据源 1. 从动件位移-凸轮转角曲线2. 从动件速度-凸轮转角曲线3. 从动件加速度-凸轮转角曲线[Adams PostProcessor: 工作区]ⓔ单击选中左上视窗单击选中右上视窗单击选中左下视窗[Adams PostProcessor: 下方 Data 标签页]ⓕ在 Measure 列表框中选择 MEA_DIS,即从动件位移,作为纵轴的数据源在 Measure 列表框中选择 MEA_DIS,即从动件速度,作为纵轴的数据源在 Measure 列表框中选择 MEA_DIS,即从动件加速度,作为纵轴的数据源ⓖ 点击 Add Curve,显示测量曲线[Adams PostProcessor: 工作区] ⓐ 单击选中右下视窗 [Adams PostProcessor: 主菜单] ⓑ 点击 View ⓒ 点击 Load Animation,在右视窗中加载仿真动画 [Adams PostProcessor: 上方工具栏] ⓓ 右击 view 视角按钮 ⓔ 点击 ISO view 选择轴测图视角 ⓕ 右击 Zoom 按钮 ⓖ 点击 Dynamic Zoom (也可使用快捷键Z),拖动缩放画面 ⓗ 点击 Dynamic Translate (也可使用快捷键T),拖动平移画面 [Adams PostProcessor: 下方功能区] ⓘ 点击下方Record选项卡 ⓙ 在File Name栏中输入视频文件名cams ⓚ 点击 Record Ready 按钮 ⓛ 点击 Play Animation 按钮,动画开始录制,当滑动条首次滑动到末端时即完成录制 (当未点击Record Ready按钮时,可以播放动画,但不会录制,可用于预览) [1] 郭卫东,李守忠.虚拟样机技术与ADAMS应用实例教程[M].北京:北京航空航天大学出版社,2018:73~85. |
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