在當(dāng)今制造業(yè)中，傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)、類比設(shè)計(jì)和靜態(tài)設(shè)計(jì)因?yàn)殚_(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、質(zhì)量差、產(chǎn)品成本高等缺點(diǎn)越來(lái)越不適應(yīng)日益加劇的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，企業(yè)能否對(duì)市場(chǎng)做出迅速的響應(yīng)，生產(chǎn)出最大程度滿足顧客要求的高質(zhì)量低成本產(chǎn)品已成為競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。本文簡(jiǎn)要介紹了虛擬樣機(jī)的含義，并就二級(jí)直齒
齒輪減速器，利用ADAMS軟件進(jìn)行簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)仿真，直觀再現(xiàn)傳動(dòng)過(guò)程，通過(guò)理論計(jì)算驗(yàn)證模型的正確與否。
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!05]B% 虛擬樣機(jī)技術(shù)( Virtual Prototyping Technology)的出現(xiàn)為企業(yè)提供了行之有效的方法。虛擬樣機(jī)技術(shù)是指在產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，將分散的零部件設(shè)計(jì)和分析技術(shù)(指在某單一系統(tǒng)中零部件的
CAD和FEA技術(shù))揉合在一起，在計(jì)算機(jī)上建造出產(chǎn)品的整體模型，并針對(duì)該產(chǎn)品在投入使用后的各種工況進(jìn)行仿真分析，預(yù)測(cè)產(chǎn)品的整體性能，進(jìn)而改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、提高產(chǎn)品性能的一種新技術(shù)。簡(jiǎn)單的說(shuō)，虛擬樣機(jī)技術(shù)就是利用CAD軟件所提供的各零部件的物理和幾何信息，直接在計(jì)算機(jī)上對(duì)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行建模和虛擬裝配，從而獲得基于產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)數(shù)字模型，即虛擬樣機(jī)(Virtual Prototype)，并對(duì)其進(jìn)行仿真分析。這種方法使設(shè)計(jì)人員能在計(jì)算機(jī)上快速試驗(yàn)多種設(shè)計(jì)方案，直至得到最優(yōu)化結(jié)果，而且免去了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中物理樣機(jī)的試制，從而大幅度縮短了開(kāi)發(fā)周期，減少了開(kāi)發(fā)成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。
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0*5 GkU _01C 虛擬樣機(jī)技術(shù)是許多技術(shù)的綜合，其核心是多剛體(柔體)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)建模理論及其技術(shù)實(shí)現(xiàn)，其關(guān)鍵技術(shù)包括工程設(shè)計(jì)技術(shù)、建模仿真技術(shù)和VR可視化技術(shù)等。成熟的三維計(jì)算機(jī)軟件有效地保證了虛擬樣機(jī)技術(shù)的大規(guī)模推廣和應(yīng)用。這方面比較有代表性的是美國(guó)MDI公司開(kāi)發(fā)的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析軟件ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)、比利時(shí)LMS公司的DADS以及德國(guó)航天局的SIMPACK，其中ADAMS最為成熟，已廣泛應(yīng)用于世界各行各業(yè)，占據(jù)了超過(guò)50%的市場(chǎng)銷售份額。
| v7Je?yh 4)e1K/PJ) 本文擬就二級(jí)齒輪減速傳動(dòng)，利用ADAMS軟件進(jìn)行簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)仿真，詳細(xì)介紹應(yīng)用ADAMS軟件的一般操作步驟，直觀再現(xiàn)傳動(dòng)過(guò)程，并驗(yàn)證所建造模型正確與否。
i ed 1+H H_f8/H 一、實(shí)例
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PP ^ ^}htg 設(shè)一個(gè)直齒二級(jí)齒輪減速器，基本結(jié)構(gòu)幾何
參數(shù)如下：
.i R<5. AsE77AUA 第一級(jí)： 模數(shù)m = 4mm ，z1=20，z2=50;齒寬B=40mm
J\+fkN<. qZ! kVrmg& 第二級(jí)： 模數(shù)m = 4mm ，z1=30，z2=70;齒寬B=40mm
kAp#6->(q +PE-j| D 則第一級(jí)傳動(dòng)小齒輪分度圓直徑為d 1 = m × z 1 = 8 0 m m ，d2=m×z2=200mm;第二級(jí)傳動(dòng)小齒輪分度圓直徑為d1=m×z1=120mm，d2=m×z2=280mm。
0B8Wf/j?M *-=/"m 二、幾何建模
J=Kv-@I>E .t[u_tBL 1.啟動(dòng)軟件
=LLpJ+ fLs>|Rh 雙擊桌面上ADAMS/View的快捷圖標(biāo),打開(kāi)ADAMS/View。在歡迎對(duì)話框中選擇“Create a new model”，在模型名稱(Model name)欄中輸入decelerator ;在重力名稱(Gravity)欄中選擇“Earth Normal(-Global Y)”;在單位名稱(Units)欄中選擇“MMKS -mm,kg,N,s,deg”;點(diǎn)擊“OK”確定。
>QYx9`x& F-ZTy"z 2.設(shè)置工作環(huán)境
ffk >IOH j_,/U^Ws|f 在ADAMS/View菜單欄中，選擇設(shè)置(Setting)下拉菜單中的工作網(wǎng)格(Working Grid)命令。系統(tǒng)彈出設(shè)置工作網(wǎng)格對(duì)話框，將網(wǎng)格的尺寸(Size)中的X和Y分別設(shè)置成750mm和500mm，間距(Spacing)中的X和Y都設(shè)置成10mm。然后點(diǎn)擊“OK”確定。
I*%3E.Z@g OP+*%$wR 3.創(chuàng)建齒輪
axmq/8X M{orw;1Isy 鼠標(biāo)右鍵單擊模型庫(kù)，選擇旋轉(zhuǎn)方式，按照上面計(jì)算所得各分度圓直徑建立圖1所示模型。
CRCy)AS,t j)8$hK/e0. 4 .創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)副、齒輪副、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)
rF[-4t
% 0#Gm# =F 選擇ADAMS/View約束庫(kù)中的旋轉(zhuǎn)副(Joint: Revolute)圖標(biāo)，參數(shù)選擇“2 Bod-1 Loc”和“pick feature”，在“ADAMS/View”工作窗口中先用鼠標(biāo)左鍵選擇小齒輪，然后選擇機(jī)架(ground)，接著選擇小齒輪上的中心點(diǎn)，拖動(dòng)光標(biāo)直到出現(xiàn)沿小齒輪中心軸線方向的白色箭頭，點(diǎn)擊左鍵完成旋轉(zhuǎn)副(JOINT_1)，該旋轉(zhuǎn)副連接機(jī)架和齒輪，使齒輪能相對(duì)機(jī)架旋轉(zhuǎn)。同樣方法創(chuàng)建中間雙齒輪和右邊大齒輪的旋轉(zhuǎn)副JOINT_2和JOINT_3。
H2|'JA#v <Eq S
,cO^ 創(chuàng)建完三個(gè)定軸齒輪上的旋轉(zhuǎn)副后，還要?jiǎng)?chuàng)建兩個(gè)嚙合點(diǎn)(MARKER)。齒輪副的嚙合點(diǎn)和旋轉(zhuǎn)副必須有相同的參考連桿(機(jī)架)，并且嚙合點(diǎn)Z軸的方向與齒輪的傳動(dòng)方向相同。所以在本例中，嚙合點(diǎn)(MARKER)必須定義在機(jī)架(ground)上。選擇ADAMS/View零件庫(kù)中的標(biāo)記點(diǎn)工具圖標(biāo)，參數(shù)選擇Add to Ground和Global XY,分別在兩對(duì)嚙合齒輪中心處單擊，默認(rèn)的z軸方向恰好垂直于工作平面，即嚙合點(diǎn)線速度方向，但兩處z軸的指向應(yīng)相反，具體指向可根據(jù)下面驅(qū)動(dòng)的方向確定。
4r_*: $g nW]CA~ 選擇ADAMS/View約束庫(kù)中的齒輪副(Gear)圖標(biāo)，在彈出的對(duì)話框中的Joint Name欄中選擇小齒輪的JOINT_1和中間雙齒輪的JOINT_2，在Common Velocity Marker欄中選擇第一級(jí)嚙合處的MARKER，點(diǎn)擊OK完成齒輪副的創(chuàng)建，同樣方法完成第二級(jí)嚙合的齒輪副。
*2/qm:gB Qa/1*Mb 在ADAMS/View驅(qū)動(dòng)庫(kù)中選擇旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)(Rotational Joint Motion)按鈕，在Speed一欄中輸入3000，表示旋轉(zhuǎn)速度3000度/秒。左鍵選小齒輪軸JOINT_1作為驅(qū)動(dòng)。完成后模型如圖2所示.
aJv+BX_, $yU}56(z~ 至此，二級(jí)齒輪減速器模型創(chuàng)建完畢。
JcYY* p XSof{:V 三、仿真模型
[L-wAk:Fb ^7>~y( 點(diǎn)擊仿真按鈕， 為便于計(jì)算，設(shè)置仿真終止時(shí)間(E n d Time)為1，仿真工作步長(zhǎng)(Step Size)為0.01,然后點(diǎn)擊開(kāi)始仿真按鈕，進(jìn)行仿真。
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