基于adams的夾緊機構仿真分析畢業(yè)論文設計

1、<p><b>　　本科生畢業(yè)設計</b></p><p>　　題 目 基于Adams的夾緊機構仿真分析 </p><p>　　學 院 機電工程學院 </p><p>　　撰寫日期：2014年 5 月 25 日</p><p><b>　　摘 要&l

2、t;/b></p><p>　　ADAMS是虛擬樣機分析的應用軟件，用戶可以運用該軟件非常方便地對虛擬機械系統進行靜力學、運動學和動力學分析。在本實例中首先設置ADAMS建模環(huán)境，選擇合適的單位，用工具庫中的命令創(chuàng)建模型的各個部分，添加運動副后進行一次0.2秒100步的仿真，確保運動副的正確性，再添加彈簧和驅動力，夾緊機構虛擬模型完成。當夾緊力最大時也是機構處于自鎖狀態(tài)時，因此需要創(chuàng)建角度測量，然后再創(chuàng)建一

3、個角度傳感器通過曲線可觀察到機構什么時候達到最大夾緊力。接下來創(chuàng)建設計變量使機構模型參數化，對各個關鍵點進行設計研究，通過對比找出對夾緊力影響最大的幾個點，進行優(yōu)化迭代運算，獲取夾緊機構能達到的最大的夾緊力。</p><p>　　關鍵詞：Adams；夾緊機構；仿真；優(yōu)化</p><p>　　Analysis and Simulation of the latch based on Adam

4、s</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　ADAMS is the application of virtual prototype analysis software, the user can analyze the kinematics and dynamics of the virtual machine system, v

5、ery convenient to use the software. In this example we set the ADAMS modeling environment, choice of units, each part of creating model for tool library in command, add motion simulation after a 0.2 second 100 step, ensu

6、re the accuracy of kinematic pair, and then add the spring and a driving force, the clamping mechanism virtual model. When the clampin</p><p>　　Key Words：Adams；Latch；simulation；optimization </p><p

7、><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 引言4</b></p><p>　　1.1夾緊機構的工作原理：5</p><p>　　2 利用Adams創(chuàng)建虛擬樣機5</p><p>　　2.1啟動 ADMAS/View并設置工作環(huán)境5</p><p

8、>　　2.2創(chuàng)建彈簧掛鎖樣機模型6</p><p>　　2.2.1添加運動副7</p><p>　　2.2.2模型運動仿真7</p><p>　　2.2.3創(chuàng)建三維接觸7</p><p>　　2.2.4創(chuàng)建拉壓彈簧8</p><p><b>　　3仿真分析9</b></p&

9、gt;<p>　　3.1測量彈簧力9</p><p><b>　　3.2測量角度9</b></p><p>　　3.3進行樣機仿真10</p><p>　　4樣機模型參數化11</p><p>　　5樣機模型設計研究11</p><p>　　5.1人工方案研究11<

10、/p><p>　　5.2進行設計研究12</p><p>　　5.3研究結果分析17</p><p>　　6樣機模型優(yōu)化設計17</p><p>　　6.1修改設計變量17</p><p>　　6.2顯示測量圖18</p><p>　　6.3進行優(yōu)化設計18</p><

11、;p>　　6.4優(yōu)化結果分析22</p><p><b>　　7結語22</b></p><p><b>　　參考文獻23</b></p><p><b>　　致 謝24</b></p><p><b>　　1 引言</b></p&g

12、t;<p>　　在與休斯頓的人造太空飛船研制中心簽訂的一份合同中，北美洲Aviation, Inc的EariV.Holman發(fā)明的一種掛鎖模型,它能夠將運輸集裝箱的兩部分夾緊在一起，因此而產生了該掛鎖的設計研究問題該掛鎖共有12個，在Apollo登月計劃中,它們被用來夾緊登月倉和指揮服務倉[1]。ADAMS/View是一個強大的建模和仿真環(huán)境,它可以建模、仿真并優(yōu)化機械系統模型。ADAMS/View可快速對多個設計變量進行

13、分析直到獲得最優(yōu)化的設計。在ADAMS/View中創(chuàng)建模型的步驟與通常創(chuàng)建物理模型的步驟是相同的。盡管列出的創(chuàng)建模型的步驟似乎是一次創(chuàng)建模型成功,然后再對模型進行測試并優(yōu)化,但建議在創(chuàng)建整個模型之前先建立并測試模型的小的元件或子系統[2]。例如,先創(chuàng)建一些小的模型部件,把它們聯系在一起,然后運行簡單的仿真以測試它們的運動，確保它們運動正確。一旦模型正確,再在其上添加更復雜的模型。剛開始會進展緩慢,但能在開始下一步之前確保每個子系統工作正

14、常，為后續(xù)工作作好鋪墊。本課題主要利用Adams/View軟件對夾緊機構進行模擬仿真，獲取夾緊機構能達到的最大夾緊力。</p><p>　　1.1夾緊機構的工作原理：</p><p>　　夾緊機構的主要功能是將兩個物體夾緊在一起。該機構的工作原理是如圖1-1在E點處下壓操作手柄，下壓時，曲柄繞A點順時計轉動，使滑鉤上的B點向后運動，此時，連桿上的D點向下運動。當D點處于C 點和F點的連線時

15、，夾緊力達到最大值[3]。D點應該在C點和F點連線的下方移動，直到操作手柄停在滑鉤上部。這樣使得夾緊力接近最大值，但只需一個較小的力就可以打開掛鎖。根據對掛鎖操作過程的描述可知，A和F的相對位置對保證掛鎖滿足設計要求是非常重要的。因此，在建立和測試模型時，可以通過改變這兩點之間的相對位置來研究他們對設計要求的影響[4]。</p><p>　　圖1-1 物理樣機圖 <

16、;/p><p>　　2 利用Adams創(chuàng)建虛擬樣機</p><p>　　2.1啟動 ADMAS/View并設置工作環(huán)境</p><p>　　啟動ADAMS/View，并在開始對話框中選擇創(chuàng)建新模型Create a new model，在Model name文本框中輸入lacth1，單擊OK按鈕。在Setting菜單選擇Units命令, 顯示單位設置對話框,在Length

17、欄，選擇centimeter，并單擊OK按鈕。在Setting菜單中選擇Working Grid,顯示工作柵格設置選擇合理尺寸進行設置[5]。 </p><p>　　2.2創(chuàng)建彈簧掛鎖樣機模型</p><p>　　在主工具箱中選擇點工具，按表2-1所示的坐標分別定義A B C D E F六個點。在幾何建模工具庫中選擇工具樞軸，將厚度和半徑設為1CM。用鼠

18、標依次選取POINT_l, POINT.2,及POINT_3三點，創(chuàng)建樞軸。將樞軸名名為Pivot，單擊OK。在工具庫中選取連桿工具圖標用鼠標依次選取Point_3, Point_4兩點，創(chuàng)建手柄。將連桿零件名稱改為handle。在幾何建模工具庫中選取剛體extrusion工具，將拉伸深度設為1,并選中Closed選項。按表2-2坐標依次在屏幕上選取各點，單擊右鍵完成滑鉤創(chuàng)建。</p><p><b>

19、　　表2-1設計點坐標</b></p><p>　　在幾何建模工具庫中選取連桿工具,用鼠標依次選取Point_5, Point_6 兩點，創(chuàng)建滑桿。將滑桿零件改為solider。創(chuàng)建一個立方體，作為滑鉤的移動的平面，在幾何建模工具庫中選取box工具，在參數設置區(qū)，將構建方式選項由New Part改為 On Ground。依次選取點（-2，1，0），（-18，-1，0），創(chuàng)建約束體。</p>

20、<p>　　表2-2滑鉤設計坐標點</p><p>　　2.2.1添加運動副</p><p>　　如圖1-1所示，夾緊機構在A點通過旋轉副將樞軸同大地連接，B點通過旋轉副將滑鉤與樞軸連接，在C點通過旋轉副將手柄與樞軸連接，在D、 F點通過旋轉副將滑桿分別同手柄和滑鉤連接，在主工具箱的運動副工具庫中選擇旋轉副工具，在參數設置欄中選擇1 Location和Normal to Gi

21、rd,并選取Point_1，連接滑鉤和樞軸，在參數設置欄中選擇2Bod-1Location和Normal to Gird,然后依次選擇樞軸，滑鉤及 Point_2點。同理在手柄和樞軸，滑桿和手柄之間添加運動副[6]。</p><p>　　2.2.2模型運動仿真</p><p>　　在主工具箱中選擇仿真工具，設置End Time=0.2, Steps = 200。單擊播放圖標，開始仿真分析[

22、7]。單擊復位圖標，回到模型初始狀態(tài)。在File菜單中，選擇Save Database As，然后保存文件為Build11。 </p><p>　　2.2.3創(chuàng)建三維接觸</p><p>　　在滑鉤與固定架之間需要添加一個三維接觸，用于限制滑鉤，使其只能在約束體表面上滑動。在主工具箱中，用鼠標右擊拉壓彈簧工具圖標，選擇接觸工具圖標，顯示接觸工具對話框。在I Solid文本框中單擊鼠標右鍵，

23、選擇Contact_solid,選擇Pick，選擇hook.重復上面的操作，在J Solid文本框中選擇ground (BOX.11) 其余參數保持不變，單擊OK按鈕完成三維接觸的創(chuàng)建[8]。</p><p>　　2.2.4創(chuàng)建拉壓彈簧</p><p>　　彈簧代表滑鉤夾住集裝箱時的加緊力。彈簧的風度系數為800N/cm，阻尼系數為0.5N.S/cm。在主工具箱中，單擊拉壓彈簧工具圖標，

24、在參數欄中選中彈簧剛性系數K，輸入K=800,選中阻尼系數C，輸入C=0.5。用鼠標右鍵單擊點（一14, 1, 0)附近，來選取滑鉤的頂點。然后再選取點 (-23, 1, 0),完成彈簧的創(chuàng)建。</p><p>　　2.2.5創(chuàng)建手柄力</p><p>　　在主工具箱施加力工具庫中，選擇單作用力工具圖標，在Run-time Direction選項中選擇Space Fixed，在Constr

25、uction選項欄中選擇Pick Feature 選項。在Characteristic選項欄中選擇Constant Force選項，選中Force選項， 并在其文本框中輸入80。依次選取手柄,手柄末端標記點（handle.marker_5)(注意： 可通過在Point_4處單擊鼠標右鍵來選擇，坐標點（一 18, 14, 0)完成后的模型如圖2-3所示</p><p>　　圖2-3 虛擬樣機圖</p>

26、<p><b>　　3仿真分析</b></p><p><b>　　3.1測量彈簧力</b></p><p>　　在彈簧處單擊右鍵，在彈出菜單中選擇Spring: Spring_1,再選擇 Measure,顯示裝配測最對話框。在裝配測量對話框中，將Characteristic選項設為Force，單擊OK按鈕顯示彈簧測量曲線圖。選擇仿

27、真工具圖標，設置End Time=0.2，Steps=50，單擊播放圖標，進行一次仿真分析彈簧測量曲線如3-1所示。</p><p>　　圖3-1 彈簧測量曲線圖</p><p><b>　　3.2測量角度</b></p><p>　　測量角度用來反映手柄壓下的行程，彈簧掛鎖鎖緊時，手柄需壓過鎖緊點位置，從而保證掛鎖處于自鎖狀態(tài)。在Build

28、菜單中，將鼠標依次指向Measure和Angle，然后選擇New 顯示角度測量對話框。在 Measure Name 文本框中輸入 over center_angle。在First Marker文本框中，單擊鼠標右鍵，選擇Marker，再選擇Pick，然后選擇Point_5處的任意一個標記點，然后選擇Point_3處的任意一個標記點，接下來在Last Marker 欄，單擊鼠標右鍵，選擇Marker，再選擇Pick，然后選擇Point_6

29、處的一個標記點，創(chuàng)建完成。</p><p>　　3.2.1創(chuàng)建角度傳感器</p><p>　　創(chuàng)建一個傳感器[5]，用于檢測over center_angle何時達到負值，檢測到該情 況，傳感器會通知ADAMS/View自動停止仿真過程，在Simulate菜單，選擇Sensor,再選擇New,顯示創(chuàng)建傳感器對話框，在對話框中，按圖3-2來設置參數，單擊OK按鈕。</p>&l

30、t;p>　　圖3-2傳感器設置圖</p><p><b>　　3.3進行樣機仿真</b></p><p>　　在主工具箱中選擇仿真工具，取結束時間為0.2秒，頻數為100步單擊播放工具，進行樣機仿真，在仿真過程中，由于傳感器的作用，在彈簧掛鎖鎖緊時，ADAMS/View自動停止仿真分析過程，如下圖3-3和圖3-4為在感器作用下的角度和彈簧的測量曲線圖。</

31、p><p>　　圖3-3 角度測量曲線圖</p><p>　　圖3-4 彈簧測量曲線圖</p><p><b>　　4樣機模型參數化</b></p><p><b>　　4.1創(chuàng)建設計變量</b></p><p>　　為了對樣機模型進行細化處理需要創(chuàng)建設計變量，并對設計變量進

32、行設置。用設計變最代替樣機模型中設計點的X和Y坐標值，但為了保證機構的封閉性要求，保留手柄端點POINT_4坐標為常數。用鼠標右鍵單擊點POINT_1(0,0,0,)，在彈出式菜單中選擇 Point:POINT_l，然后選modify顯示設計點表格編輯器，用鼠標單擊POINT_1的Loc_X單元格，在表格編輯器輸入欄中單擊鼠標右鍵，顯示彈出菜單，然后依次選擇：Parameterize , Create Design Variable,

33、Real,創(chuàng)建設計變量.Latch.DV.重復上述操作步驟，依次將POINT_1，POINT_ 2，POINT_3, POINT_ 4，POINT_ 5，POINT_6，的Loc_x和Loc_Y，都創(chuàng)建成設計變量，單擊Apply按鈕。</p><p><b>　　5樣機模型設計研究</b></p><p><b>　　5.1人工方案研究</b>&

34、lt;/p><p>　　5.1.1數據更新 </p><p>　　如果沒有顯示彈簧力測景曲線圖，可以在Build菜單中依次選擇Measure和Display,顯示測量數據庫瀏覽器，并雙擊SPRING_1_MEA_1,顯示彈簧力測量曲線圖。首先進行一次0.2s，100步的仿真分析，將彈簧力測量曲線圖更新，仿真分析結束后模型復位；然后，在彈簧力測量曲線圖中，用鼠標右擊測量數據曲線，在彈出菜單中將鼠

35、標指 向 Curve： Current,然后選擇 Save Curve。修改設計</p><p>　　變量首先在Build菜單中將鼠標指向Design Variable，然后選擇Modify，然后在數據瀏覽對話框中，用鼠標雙擊DV_1變量，將 Standard Value文本框中的</p><p>　　數值改為1.0,單擊OK按鈕，完成設計變量的修改。仿真分析進行一次0.2s，100步的

36、仿真后的彈簧力測量曲線如4-1所示。從圖中可見，POINT_1取不同的位置時對夾緊力有影響，通過更改POINT_1的位置，可獲得更大的夾緊力。</p><p>　　圖4-1 彈簧力測量曲線</p><p><b>　　5.2進行設計研究</b></p><p>　　進行設計研究，可以迅速知道設計變量的取值范圍，也可以觀察到設計變量對設計的影響

37、。ADAMS/View提供多種報表，用于方案研究，在Simulate菜單中，選擇Design Evaluation，顯示參數化分析工具對話框。按圖5-1所示進行設置。單擊參數化分析工具對話框中的Display按鈕，顯示仿真設置對話框按圖5-1所示進行仿真設置。</p><p>　　圖5-1 參數化設置圖</p><p>　　單擊Start按鈕，進行設計研究。ADAMS/View顯示優(yōu)化圖和

38、設計研究報表。</p><p>　　圖5-2 5種不同的彈簧優(yōu)化曲線圖</p><p>　　圖5-3 5種不同的角度曲線圖</p><p>　　圖5-4 DV_1取值曲線圖</p><p>　　圖5-5 DV_1研究設計報表</p><p>　　重復以上步驟，對每個變量進行分析</p><p&

39、gt;　　圖5-6 DV_2研究設計報表</p><p>　　圖5-7 DV_3研究設計報表</p><p>　　圖5-8 DV_4研究設計報表</p><p>　　圖5-9 DV_5研究設計報表</p><p>　　圖5-10 DV_6研究設計報表</p><p>　　圖5-11 DV_7研究設計報表&l

40、t;/p><p>　　圖5-12 DV_8研究設計報表</p><p>　　圖5-13 DV_9研究設計報表</p><p>　　圖5-14 DV_10研究設計報表</p><p><b>　　5.3研究結果分析</b></p><p>　　在其余變量保持恒定的基礎上，分別對第一個變量進行研究[

41、9]。其中，敏感度定義為彈簧力相對變量的斜率。敏感度對決定在最優(yōu)化設計時應該選擇哪些設計變量很有幫助[10]。通過參數化可以迅速得知哪些設計變量對設計影響最大，由以上可知DV_4，DV_6，DV_8的第三度最大那么這3個變量對該設計的影響最大在后面的優(yōu)化中將選擇這3個設計變量。</p><p><b>　　6樣機模型優(yōu)化設計</b></p><p><b>

42、　　6.1修改設計變量</b></p><p>　　在Build菜單中，選擇Design Variable，再選擇Modify，在顯示的數庫瀏覽器中雙由DV_4，顯示設計變最數據對話框。在Value Range by 欄，選擇Absolute Min and Max Value，并設置Min.Value=1,Max.Value=6，如圖6-1選擇Apply確認修改值。</p><p

43、>　　圖6-1 修改設計變量圖</p><p>　　在Name欄單擊鼠標右鍵，顯示彈出菜單，選擇Variable,再選擇Browse,顯示數據庫瀏覽器，雙4 DV_6,設置：Min.Value=6.5,Max.Value= 10,單擊Apply。重復以上的操作，設置DV_8取值范圍，Min .Value=9,Max,Value=11。單擊OK按鈕，關閉修改設計變量窗口。</p><p&

44、gt;<b>　　6.2顯示測量圖</b></p><p>　　在Build菜單，選擇Measure，再選擇Display，在彈出的數據庫瀏覽器中，雙擊SPRING_MEA_1,顯示彈簧力測量圖。重復以上操作步驟，在彈出的數據庫瀏覽器中，雙擊over center_angle, 顯示角度測量圖。</p><p><b>　　6.3進行優(yōu)化設計</b&g

45、t;</p><p>　　在 Simulate菜單中，選擇 Design Evaluation,并選擇 Optimization 選項顯示參數化分析工具對話框。按圖6-2所示進行設置。</p><p><b>　　圖6-2參數設置圖</b></p><p>　　單擊Output，按圖6-3進行相關設置</p><p>&

46、lt;b>　　圖6-3參數設置圖</b></p><p>　　單擊Start按鈕，進行優(yōu)化設計，優(yōu)化設計的有關圖表如下圖。</p><p>　　圖6-4彈簧力優(yōu)化曲線圖</p><p>　　圖6-5角度優(yōu)化曲線圖</p><p>　　圖6-6 彈簧力迭代計算圖</p><p>　　圖6-7 DV＿

47、8迭代計算曲線</p><p>　　圖6-８ DV＿6迭代計算曲線</p><p>　　圖6-8 DV＿4迭代計算曲線</p><p>　　圖6－10　　優(yōu)化設計報表</p><p><b>　　6.4優(yōu)化結果分析</b></p><p>　　優(yōu)化設計報表中，給出了優(yōu)化分析報告。其中，主要結論

48、如下表6-11所示。從表中可以看出，經過6次迭代運算，ADAMS找到一個最優(yōu)點，使最大夾緊力由842N提高到878N。</p><p>　　表6-11 優(yōu)化結果</p><p><b>　　7結語</b></p><p>　　經過兩個多月的努力，基于ADAMS的夾緊機構仿真設計終于完成，在整個設計過程中，出現過很多的難題，但都在老師和同學的幫

49、助下順利解決了，在不斷的學習過程中我體會到： </p><p>　　寫論文做畢業(yè)設計是一個不斷學習的過程，從最初對ADAMS軟件一無所知到最后能夠熟練運用操作并對虛擬樣機進行仿真分析，我體會到實踐對于學習的重要性，以前只是明白理論，沒有經過實踐考察，對知識的理解不夠明確，通過這次的做，真正做到理論時間相結合的重要性。</p><p>　　通過畢業(yè)設計,我深刻體會到要做好一個完整的事情，需要

50、有系統的思維方式和方法，對待要解決的問題，要耐心、要善于運用已有的資源來充實自己。同時我也深刻的認識到，在對待一個新事物時，一定要從整體考慮，完成一步之后再作下一步，這樣才能更加有效。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]Adams Online Documentation.Mechanical Dynamics,Inc.1998&

51、lt;/p><p>　　[2]孫恒，陳作模，葛文杰機械原理（第七版）[M].北京：高等教育出版社.2006.5</p><p>　　[3] 鄒慧君 張青.機械原理課程設計手冊[M].北京：高等教育出版社，2010.6</p><p>　　[4]郭衛(wèi)東.虛擬樣機技術與Adams應用實例教程[M].北京：北京航空航天大學出版社，2008.6</p><p

52、>　　[5]李增剛.Adams入門詳解與實例[M].北京：國防工業(yè)出版社，2008.4</p><p>　　[6]王國強.虛擬樣機技術及其在Adams上的實踐[M].西安：西北工業(yè)大學出版社，2002</p><p>　　[7]MDI公司著.Advanced ADAM/View Training Guide.</p><p>　　[8]李軍，邢俊文，譚文杰.A

53、dams實例操作教程[M].北京：北京理工大學出版社，2002[9]姬文芳.機床夾具設計[M].北京:航空工業(yè)出版社，1993</p><p>　　[10]劉澤深.機械基礎[M].北京:冶金工業(yè)出版社，1988</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　感謝**機電工程學院各位領導，老師和輔導員對我四年來的培養(yǎng)和教育。

54、</p><p>　　感謝四年來在一起學習和生活的同學。同學之間的相互關心，相互幫助，使我在良好的學習和工作環(huán)境中順利完成學業(yè)，感謝所有支持我，關心我的大學同學。</p><p>　　我非常感謝我的父母。在整個大學學習階段，我得到了他們的充分理解和全力支持。他們對我的愛，使我在精神上受到極大鼓舞和安慰，滿懷信心與希望，順利完成學業(yè)。</p><p>　　我衷心地感謝