基于ADAMS软件的三维运动混合机仿真

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三维运动混合机采用-种全新的运动学原理，使混合运动成为平移、转动和翻转 3种运动的叠加，具有极高的效率。目前，国内有关三维运动混合机设计理论和计算方法的研究力量薄弱、研究设计水平落后，国内广泛使用的三维运动混合机普遍存在可靠性低、能源动力消耗高、控制功能不完 善等 问题。ADAMS(Automatic DynamicAnalysis of Mechanical Systems)，即机械系统动力学 自动分 析 ，该 软 件 是 美 国 MDI公 司 (Me-chanical Dynamics Inc.)开发的虚拟样机分析软1 三维运动混合机结构及工作原理口三维运动混合机结构简图如图1所示。

图 1由 6部分(空间六杆机构)组成 ：机架 、主动轴、主动拨叉、料筒、从动拨叉、从动轴。主动轴与从动轴互相平行，其与相邻转动副的轴线则相互正交 ，当主动轴 以等速回转时，从动轴则变速反方向旋转，从而使筒体同时具有平移、自旋和翻转运动，以迫使筒体内的物料受到连续的交替脉动作用而产生沿筒体环向、径向和轴向的三向流转，使被混物料交替地处于凝聚和扩散运动中，达到收稿 日期 ：2013-02-27基金项目：吉林势技发展计划基金资助项目(20090547)；吉林侍育厅十-五”科学技术研究项 目(2009250)作者简介：胡静波(1965 )，男，汉族，黑龙江齐齐哈尔人，长春工程学院教授，博士，主要从事机械设计及理论方向研究，Emailhujingbo7712###126.corn。

274 长 春 工 业 大 学 学 报(自然科学版) 第 34卷良好的混合效果。

图 1 三维运动混合机结构简图2 三维运动混合机仿真分析2.1 三维运动混合机仿真模型的建立3 J在此使用 CATIA三维绘图软件建立三维运动混合机模型，导入 ADAMS中。在 ADAMS/View平台上对导入模型的各零部件命名、填充颜色、设置材料密度、零部件间创建约束，三维运动混合机仿真模型如图2所示。

其 中，三维运动混合机由主动轴、主动拨叉、料筒、从动拨叉、从动轴、机架组成。主动轴与机架问建立转动副 工，主动轴与主动拨叉间建立转动副Ⅱ，主动拨叉与料筒之间建立转动副Ⅲ，从动拨叉与料筒之间建立转动副 Ⅳ，从动轴与从 动拨l0O.o50.00叉之间建立转动副V，机架与地面之问建立固定副Ⅵ。已知空间六杆机构共有 36个 自由度 ，1个固定副限制 6个自由度，1个转动副限制 5个 自由度 ，共限制 31个 自由度 ，因三维运动混合机是只有 1个自由度的机构，所以在从动轴与机架之间建立两虚约束-- Paralel Axis VlI和 In LineⅧ，各限制 2个自由度。转动副 Ⅱ轴线与转动副Ⅲ轴线距离为 a，转动副Ⅲ轴线与转动副Ⅳ轴线距离为 b，转动副Ⅳ轴线与转动副 V距离为 C，a-b- c图2 三维运动混合机仿真模型2.2 仿真分析 。川2.2.1 主动轴与从动轴转速对照曲线主动轴与从动轴转速曲线如图 3所示。

l 《 l i / / / /动 I1.0 2.0/s图 3 主动轴与从动轴转速图中，主动轴为匀转速运动 ，从动轴转速呈周期性非对称变转速运动，但主动轴转动-周，从动轴也转动-周。

7.0 8.0 9.0 10.02.2.2 从动轴的径 向窜动在三维运动混合机的主动轴转动-个周期内，从动轴的径向窜动随结构参数变化情况如图4所示 。

第 3期 胡静波，等：基于 ADAMS软件的三维运动混合机仿真 2752·O1·0g吕。

- 1·O- 2.0- Tria1 1 · 1'rial 3 / .： -、 - · Tria1 4 / . ---” 、 。-. . -Trial 5- 、-I- 。

。 ÷ -.. .～ 、 -， . - 二二二：：； --，-. 。. -- -/ . / / 、 J.， - .-I--0 1.0 2.0 3.Ot/s图4 从动轴的径向窜动曲线对零件结构进行参数优化，转动副Ⅲ轴线与转动副Ⅳ轴线距离 6长度不变，使转动副 Ⅱ轴线与转动副Ⅲ轴线距离 和转动副Ⅳ轴线与转动副V距 离 c相 等，且 口与 c长 度 变化 区 间在±1 mm，得到下面 5条从动轴的径向窜动曲线，应用仿真软件清晰地得出：当n6-C时，无径向窜动。

当a，c与6不相等时，它们之间的偏差造成的从动轴 轴方向窜动量的最大值，见表 1。

由表 1可见，当从动轴的径向窜动量随图 2中n，6，C尺寸偏差的绝对值增大而增大，当n，6，C偏差为 0时，从动轴的径向窜动量近似于 0。

04.0表 1 不同结构参数对应的从动轴径向窜动量2.2.3 主、从动拨叉的角速度曲线主、从动拨叉的角速度如图5所示。

1二擎翥蓑曼l l～1 . ； fl f . 1 .，-- -～、 l . ，- -～、 . ， 。 ～～ l f. -- -～ ， 《 i ～ 、 t 、 /： ，.， ～ ，；t ，～ ，～ t， 《 i . / ' ， 、 ，、 ，， 、 ，' ， ，. / l r 'r，0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 1O.0t/s图 5 主、从动拨叉的角速度图中，拨叉角速度均呈周期性变化，主动拨叉因与主动轴相连，角速度变化幅值变化小，从动拨叉因与从动轴相连，角速度变化幅值变化大；因图5为主动轴转动-周时的主、从动拨叉的角速度变化范围，可看出主动轴转动-周，主、从动拨叉转动角速度变化为两个周期。

2.2.4 料筒质心位移轨迹和速度质心坐标及其轨迹坐标的 x-y面、 面、y-z面投影曲线如图6所示。

276 长 春 工 业 大 学 学 报(自然科学版) 第 34卷100.050.O0- 50.0- 10O.0- - - - -、 / / 、l- - 、 / -， ， 。 ./ 1 ≮ / /、 。

、 ， ， ./、 I / 。 ～ - - 200.0 -100.0 0 1O0.0600.0500.0400.0300.0200.01O0.00- 10O.O- 200.0200.0 300.0 400.0 500.0 600.0xmm(a)料筒质心轨迹在.z'-y面投影曲线- - - - . - - - . .. -- - - - .- ∥ i～ 、 、 。

1 135.O 1 145.0 1 l55.0 l 165.0 1 175.0 1 185.0 1 195.0 1 205.01 205.01 195.01 l85.O口 1 175.01 165.0l 155.O1 145.01 135.O(b)料筒质心轨迹在 z面投影曲线- - - - ～～ / 、 / / f ll i / / / - 、、 // 、、 ( --，～ - 0 。

- - 100.0 -50.0 0(c)料筒质心轨迹在 y-z面投影曲线图 6 料筒质心运动轨迹在各平面投影料筒的运动轨迹最为复杂且最为重要，从图(a)，(b)，(c)可以看出，料筒质心运动为三维空间运动，料筒质心的运动轨迹在 方向最大 ，z方向50 100最小 。

第 3期 胡静波，等：基于 ADAMS软件的三维运动混合机仿真 277- l 000.0- l 500.0· ---- X · V/ 厂 。.. / . / f-- / ， A.---l 譬 ：： . . -- --.· ，、.、 ：：： ： . . -t -·-·-. / ～ -。 ：二. / ·-： r-.- / ～ - ：二 /、 / i 、 / l， / f / --- I.- / 0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0f/s图 7 料筒质心在 z，Y，z 3个方向的速度从图7可以看出，在主动轴旋转-周的过程中，料筒质心始终在三维空间内存在着速度梯度，并且在 z方 向速度变化范围最大 。

3 结 语应用 ADAMS软件对三维运动混合机进行仿真分析，通过各主要零部件的运动曲线，可明确三维运动混合机的运动机理及结构参数对性能的影响 ，丰富了机构分析的理论和方法 ，为三维运动混合机的进-步研究及优化设计奠定了坚实的基础 。