基于ADAMS2014的凸轮机构的设计与仿真

本文将举一个例子，说明如何在ADAMS2014中对凸轮机构建模并仿真。

例子如下：

【问题】试设计一对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构的轮廓曲线，已知凸轮基圆半径35mm,从动件行程40mm,其位移曲线如图。

【问题分析】

从上述推杆的位移曲线可以看出，推杆的运动包括四个过程：推程，远休止，回程，近休止。其中推程和回程均是一次多项式运动规律。

在给定了凸轮的基圆半径以后，使用作图法，可以在AUTOCA中设计出凸轮的工作廓线。

这里使用ADAMS2014来绘制该凸轮廓线，并查看其压力角的变化。

使用ADAMS2014提供的凸轮设计工具建模凸轮机构，需要有三个步骤：

（1）创建推杆的位移曲线

（2）根据（1）以及凸轮的参数创建凸轮廓线

（3）基于（1）和（2）以及其他设置创建凸轮机构。这主要包括创建推杆的几何体，推杆的运动形式，以及各运动副等。

下面使用上述步骤来创建该凸轮机构。

1. 准备工作

打开ADAMS2014，新建一个模型，设置长度单位是毫米，角度单位是度，由于要做运动学分析，忽略重力。

2. 创建推杆的位移曲线

点击machinery》cam中的第一个按钮如下图，开始创建推杆的位移曲线。

此时ADAMS会弹出对话框向导。

（2.1）指定推杆的运动形式及自变量。

（1）设置从动件的位移曲线自变量是凸轮转角。

（2）设定用函数构造器来设置推杆的运动规律

（3）设定从动件是平移。

进入下一步

（2.2)创建推杆的运动规律

如上图所示，

首先指定位移曲线分为4段

然后分段确定运动形式及相应参数。

第1段定义为直线，输入在Y轴的截距以及斜率。

第2段定义为常数，是水平直线

第3段定义为直线，输入在Y轴的截距以及斜率。

第2段定义为常数，是水平直线

进入下一步

（2.3）查看结果

在新弹出的对话框中用“plot”的方式查看ADAMS根据上述规律所生成的数据。

从上图可以看出，其运动规律与我们给定的是一样的。

进入下一步

（2.4）查看加速度

看一下，进入下一步

（2.5）优化位移曲线

不需要。进入下一步。

（2.6）结果

这是优化后的位移曲线。因为我们没有做优化，所以结果与前面一致。

按FINISH结束推杆运动规律的创建。

3. 创建凸轮的轮廓线

点击machinery》cam中的第2个按钮如下图，开始创建凸轮的轮廓线。

（3.1）设置凸轮的基本参数

按照上图，设置是

盘形凸轮；

基圆半径为35mm；

凸轮的厚度是10mm；

凸轮转动的方向是Z轴方向。

（3.2）确定创建凸轮轮廓的依据

分别指定：

从动件用上一步刚创建的从动件运动规律

这是一个对心凸轮机构

推杆在平移

是尖顶推杆

（3.3）浏览凸轮轮廓线上的点数据集

按FINISH退出凸轮的创建。

则主窗口中凸轮出现。

4. 创建凸轮机构

点击machinery》cam中的第3个按钮如下图，开始创建凸轮的轮廓线。

（4.1）指定名字

这里指定凸轮机构的名字，推杆的名字，以及凸轮轮廓。

直接下一步。

（4.2）确定从动件的个数以及凸轮-从动件之间的连接方式

这里设定只用一个从动件，二者之间用约束的形式连接。

直接下一步。

（4.3）确定凸轮。

使用前面所创建的凸轮。

下一步。

（4.4）确定凸轮和地面的连接方式。

选择凸轮与地面通过转动副相互连接。

下一步。

（4.5）指定从动件的形状及运动形式。

这里只能浏览，

它是尖顶，平移，对心。

下一步。

（4.6）指定从动件的几何参数

设定推杆的总长为100mm，尖端是20mm，其截面为5mm的圆形，直立。

下一步。

（4.7）指定从动件与机架之间的连接方式

确定它与地面之间是移动副。

下一步。

（4.8）空。

下一步。

（4.9）指定推杆上所施加的载荷

不施加。

下一步。

（4.10）定义质量参数。

使用默认值，完成。

创建的凸轮机构如下图所示。

5. 施加驱动

给凸轮-地面之间的转动副施加旋转驱动。

驱动使用默认值。

6. 仿真

仿真12秒，100步，进行运动学仿真。

7. 后处理

按F8进入到后处理器。

（1）查看运动学仿真的动画。

（2）查看推杆的运动规律。

可见，推杆的运动规律与输入一致。这证明凸轮的轮廓设计是正确的。

（3）查看压力角。

可见，最大的压力角为25度左右。一般直动推杆的许用压力角为30度，所以这里压力角是满足要求的。

【总结】

ADAMS2014提供了一套完善的工具用于创建凸轮机构，只要预先确定了一些基本参数，在输入推杆的运动规律后，就可以方便的创建出凸轮机构，并给出压力角。实际上，它能够计算的参数还有很多，限于篇幅，不再赘述。