机械设计毕业论文：基于ADAMS的凸轮机构设计与三维建模仿真.doc

1、本科毕业论文（20 届）基于 ADAMS 的凸轮机构设计与三维建模仿真所在学院 专业班级 机械设计制造及自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 本科生毕业论文II摘要考虑到凸轮机构运动的复杂性，使用传统的设计方法很难根据从动件运动规律精确地描述出凸轮复杂的外形轮廓曲线。目前常用的方法是在其它三维软件中造型，然后传入ADAMS 中进行仿真分析。这种方法在某种程度是上可取的，但对于轮廓曲线比较复杂的凸轮机构来说，显然存在这样一个弊端，就是在数据传输的过程中很有可能出现信息失真的现象。因此，本文基于 ADAMS 软件完成了凸轮机构的设计到仿真整个全过程。本文以ADAMS/View

2、为平台建立了凸轮机构动力分析仿真模型，对凸轮机构模的型建模与仿真作了详细的介绍。利用 ADAMS 软件还能在计算机仿真分析复杂的机械系统的运动学和动力学性能，可以使学生了解现代计算机辅助机械设计的高效、直观、快捷的特点。从而提高了学生的学习积极性。关键词：凸轮；虚拟样机；仿真；ADAMS 本科生毕业论文IIIAbstractConsidering the complexity of cam motion, its difficult to accurately describe the complex contour curve of the cam based on motion law i

3、f we use traditional design methods. The currently used method is to model in other three-dimensional software and then pass ADAMS for simulation analysis. To some extent this approach is desirable, but for the cam mechanism with more complex contour, there is a clear flaw that information distortio

4、n occurs possibly in the process of data transfer. Therefore, this article completed the whole process of the design of cam mechanism to simulation based on ADAMS software. ADAMS / View as a platform, this article established a dynamic analysis simulation model of cam and introduced the modeling and

5、 simulation of cam in detail. By using ADAMS, we can simulate and analyze kinematic and dynamic function of complex mechanical system. It can make students understand modern computer-aided mechanical design of efficient, intuitive and fast characteristics, improving students learning initiative.【Key

6、words】: cam; virtual prototype; simulation; ADAMS本科生毕业论文IV目 录第 1 章 绪论 .11.1 传统的盘型凸轮机构设计方法 .11.1.1 凸轮机构工作时的运动情况及基本术语 .11.1.2 基本运动规律 .21.1.3 移动从动件盘型凸轮机构设计 作图法 .41.1.4 设计凸轮机构基本尺寸的确定 .61.2 国内外仿真软件及相关技术的发展 .81.2.1 PAMCRASCH 软件 .81.2.2 DADS 软件 .81.2.3 MATLAB 软件 .91.2.4 EASY5 软件 .91.2.5 ADAMS 软件 .101.3 选题的

7、依据和意义 .111.4 课题研究的内容 .12第 2 章 机械系统动态仿真技术 .132.1 机械系统动态仿真技术概述 .132.2 机械系统动态仿真技术的相关技术 .142.3 ADAMS 软件的动态仿真分析理论基础 .152.3.1 自由度 .152.3.2 坐标系 .162.3.3 速度、加速度和角加速度 .172.3.4 刚体运动方程 .172.3.5 系统动力学方程的建立 .182.3.6 ADAMS 计算流程 .212.4 ADAMS 软件动态仿真分析基本步骤 .22第 3 章 凸轮机构 ADAMS 建模分析 .253.1 凸轮参数设计 .25本科生毕业论文V3.2 凸轮实体建模

8、 .253.2.1 设置工作环境 .253.2.2 用升程表创建凸轮轮廓曲线 .263.2.3 创建凸轮实体 .293.2.4 创建尖顶从动件 .333.2.5 创建移动副、旋转副和驱动 .353.3 测试凸轮模型 .37总结 .41致谢 .42参考文献 .43本科生毕业论文1第 1 章 绪论随着世界经济和科学技术的飞速发展,全球性的市场竞争日益激烈。产品消费结构不断向多元化、个性化方向发展。传统的样机的单机手工制造增加了成本,严重地制约了产品质量提高、成本降低和对市场的占有。无法从根本上解决和从总体上把握产品设计的时间、质量、成本等问题。要对快速多变的市场需求做出敏捷响应,就必须寻求先进的设

9、计方法和手段,虚拟样机技术就是在这种迫切需要驱动下产生的。本文介绍了了 ADAMS 软件及相关软件的基本功能，概述了机械系统动态仿真技术及其相关技术的介绍并利用 ADAMS/View 对凸轮和内燃机样机进行了模拟仿真。ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)，即机械系统动力学分析软件包)是世界上应用最为广泛的机械系统动力学分析软件。本文以 ADAMS/View 为平台建立了凸轮机构与内燃机样机的动力分析仿真模型，对凸轮机构模的型建模与仿真作了详细的介绍。运用 ADAMS 软件可以方便的对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学

10、仿真，在机械教学中利用 ADAMS 的三维建模技术可将机械原理中一些常用的机构如凸轮机构、齿轮机构、连杆机构的组成、运动、和应用等情况一一展现出来，等于把现场搬入了课堂，给学生一个全面清楚认识，弥补了学生实践经验不足所带来的问题。利用 ADAMS 软件还能在计算机仿真分析复杂的机械系统的运动学和动力学性能，可以使学生了解现代计算机辅助机械设计的高效、直观、快捷的特点。从而提高了学生的学习积极性。1.1 传统的盘型凸轮机构设计方法1.1.1 凸轮机构工作时的运动情况及基本术语 1凸轮的基圆 初始位置行程推程运动角 远休止角 回程运动角近休止角22s图 1-1 凸轮机构的基本术语回程 从动件从距离

11、凸轮回转中心最远位置到起始位置，从动件移向凸轮轴线的行程，称为回程。对应凸轮转角 h 称为回程运动角。2本科生毕业论文2推程运动角 t 从动件推程过程，对应凸轮转角称为推程运动角远休止角 s推杆在最高位置静止不动，凸轮相应的转角近休止角 s 推杆在最低位置静止不动，凸轮相应的转角推程从动件从距离凸轮回转中心最近位置到距离凸轮回转中心最远位置的过程，称为推程。相应移动的距离 h 称为行程凸轮的基圆以凸轮的最小向径 r0 所作的圆称为基圆。1.1.2 基本运动规律图 1-2 等速运动的运动规律（一）等速运动规律如图 1-2a=0常数022vthsvts凸轮开始或停止转动时： tat0lim如图 1

12、-3，从动件在运动起始和终止两瞬时的加速度在理论上由零值突变为无穷大，惯性力也为无穷大。由此的冲击称为刚性冲击。适用于低速场合。图 1-3 刚性冲击（二）等加速等减速运动规律本科生毕业论文3图 1-4 等加速等减速运动规律如图 1-4。常数02atv2021s在运动规律推程的始末点和前后半程的交接处，加速度变化为有限值，由此引起的冲击称为柔性冲击等加速等减速运动规律从动件位移曲线绘制方法因为 ， 2021tas当 t=1,2,3 时，则 29,4002as若已知 h， 182310100 hasht（三） 余弦加速度(简谐)运动规律 如图 1-5a = p2hw2cos(pd/d0 )/(2d

13、20 )特点：存在柔冲击。位置：发生在运动的起始点和终止点。（四） 正弦加速度（摆线）运动规律 如图 1-6。a = 2phw2sin(2pd/d0 )/d20)特点：既无柔性更无刚性冲击。本科生毕业论文4图 1-5 余弦加速度(简谐)运动规律 图 1-6 正弦加速度（摆线）运动规律表 1-1 各种运动的参数1.1.3 移动从动件盘型凸轮机构设计作图法（一）尖顶移动从动件盘型凸轮机构（1）按已设计好的运动规律作出位移线图；（2）按基本 尺寸作出凸轮机构的初始位置；（3）按- 方向划分基圆周得 c0、c1、c2 等 点；并过这 些点作射线，即为反转后的导路线；（4）在各反转导路线上量取与位移 图

14、相应的位移，得 B1、B2 、 等点，即为凸轮轮廓上的点。运动规律 )/(0maxh)/(20maxh冲击 应用场合等速等加速等减速余弦加速度正弦加速度3-4-5 多项式改进型等速改进型正弦加速度改进型梯形加速度1.002.001.572.001.881.331.762.004.004.936.285.778.385.534.89刚 性柔 性柔 性无无无无无低速轻负荷中速轻负荷中低速中负荷中高速轻负荷高速中负荷低速重负荷中高速重负荷高速轻负荷本科生毕业论文5图 1-7 凸轮运动规律图 1-8 凸轮轮廓滚子从动件盘型凸轮机构轮廓曲线的设计步骤：图 1-9 凸轮实际轮廓（1）画出滚子中心的轨迹 （称为理论轮廓）2）以理论轮廓为圆心，滚子半径 rS 为半径画圆，再画滚子圆族的包络线，则为从动件凸轮的工作轮廓曲线（称为实际轮廓曲线） 。注意：1）理论轮廓与实际轮廓互为等距曲线；（2）凸轮的基圆半径是指理论轮廓曲线的最小向径。摆动(oscillating) 从动件盘形凸轮轮廓设计一）摆动从动件凸轮机构特点：1.从动件的运动为绕某一固定点的摆动。2. 从动件的位移为角位移 ，而不是直线位移