空间折杆机构运动计算机仿真分析

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空间折杆可以将输入的旋转运动转变为摆动输出，并且结构简单、紧凑,可以应用于伺服舵机。空间折杆机构的分析方法主要有图解法和解析法。图解法原理简单、直观易行,但绘图误差较大;解析法计算精度较高,但其推导过程复杂,编程工作量大,许多工程技术人员深感难以理解和推导。利用虚拟样机技术,使用ADAMS软件进行计算机仿真,利用其丰富的建模工具和强大的运动学、动力学分析功能,可以方便、快速的分析折杆机构运动的输入/输出之间的关系以及输出运动的特点。

1虚拟样机技术和ADAMS软件概述

虚拟样机技术(virtualprototypingtechnology)是利用软件所提供的各零部件的物理和几何信息,直接在计算机上对机械系统进行建模和虚拟装配,从而获得基于产品的计算机数字模型,即虚拟样机(virtualprototype),并对其进行计算机仿真分析。这种方法使设计人员能在计算机上快速试验多种设计方案,直至得到最优化结果,从而免去了传统设计方法中物理样机的试制,从而大幅度缩短了开发周期,减少了开发成本,提高了产品质量。ADAMS(AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystem)软件是由美国MSC公司开发研制的集建模、求解、可视化技术于一体的虚拟样机软件,最主要的模块为ADAMS/View(用户界面模块)和ADAMS/Solve(r求解器)。通过这两个模块,可以对大部分的机械系统进行计算机仿真。进行计算机仿真分析的模型既可以在ADAMS环境下直接建模,也可以从其它CAD软件中导入,然后在模型上施加一定的运动约束副、力或力矩的运动激励,就可以进行运动计算机仿真分析。

2分析目的

折杆折角为θ，左端是输入端，右端是输出端。输入运动为：杆的左端绕着公转轴线转动的同时也绕着自转轴线转动，即其公转的同时自转。下面进行折杆运动计算机仿真分析，主要解决如下问题：

1）折角10°时，一周期内折杆公转角与摆角之间关系以及横向位移变化情况。

2）折角15°时，一周期内折杆公转角与摆角之间关系以及横向位移变化情况。3）在折角10°与15°两种情况下，横向位移比较，以及公转角与摆角关系的变化。2计算机仿真模型与输入参数折杆adams计算机仿真模型设折角为θ，摆角为δ，公转角为折角为10°时，根据输出摆动速度50°s，求得用于计算机仿真的输入参数公转角速度225°s，自转角速度450°s。折角为15°时，根据输出摆动速度50°s，求得用于计算机仿真的输入参数公转角速度300°s，自转角速度600°s。

3、计算机仿真分析结果

3.1折角为10°时摆角与公转角的关系可以用δ=δmaxcos()，即δ=20cos()拟合如下，误差可达0.039°。

2）横向位移变化情况横向位移呈周期变化，最大可达到0.9mm,分别在公转角为36°,144°,216°,324°，最小为0mm。

3.2折角为15°时1）摆角与公转角的关系摆角与公转角的关系可以用δ=δmaxcos()，即δ=30cos()拟合如下，误差可达0.097°。

2）横向位移变化情况横向位移呈周期变化，最大可达到2.03mm,分别在公转角为36°,144°,216°,324°时，最小为0mm。

3.3在折角10°与15°两种情况下计算机仿真分析比较，与折角为15°相比较，折角为10°时，

1）输出摆角与输入公转角关系曲线更接近于δ=δmaxcos()曲线;

2）最大横向位移更小。

4结束语

本文通过对折杆机构原理分析,运用ADAMS计算机仿真软件进行分析空间折杆机构的运动特点情况，分析输入运动与输出运动的关系并用函数曲线拟合，找到输出横向位移与输入运动的关系。最终找到了折杆折角大小对机构运动的影响。为该空间折杆机构运动原理研究提供了参考，对工程运用具有很好的借鉴。

作者：周蓓 秦立富 黄玉平 单位：中国运载火箭技术研究院 中核控制系统工程有限公司