基于ADAMS机械机构的自动化设计和运动特性分析

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【摘要】科学技术的进步给各行各业带来了质的变化。在机械制造行业中，ADAMS的诞生，以建模模拟的方式实现机械机构的自动化设计，缩减了大量的设计工序，节约成本的同时提升了设计质量，为我国机械结构自动化设计提供了新的发展方向。本文以机械机构中的曲柄摇杆构件设计为例，浅析基于ADAMS的机械机构自动化设计，并分析其运动特性，给相关研究提供参考。
【关键词】ADANS；机械机构；自动化设计
机械结构自动化设计是近年来工业机械发展的重要方向，已经取得了较好的研究成果。在传统机械化设计中，往往需要根据设计需要，将机械结构完整设计后，采用制作样机的方式对机械设计的功能和运动特性进行分析，在此基础上加以改进。这种方式既浪费了大量的设计、改进时间，也浪费了大量的机械材料，给机械制造业带来不可估量的损失。
一、基于ADAMS机械机构自动化设计概述
ASAMS是一种基于虚拟样机技术的自动化机械系统动力学分析软件，该软件集合建立模型、仿真模拟、分析求解、可视化处理等众多处理技术于一体，在机械制造设计中具有重要的作用。通过该软件能够根据设计需求，建立机械机构的虚拟化样机模型，并通过样机模拟，将机构的运动过程模拟出来，通过仿真模拟来分析样机的运动特性。在样机模拟中，以ASAMS分析样机模拟运行中存在的差错与不足，通过可视化处理，将机构缺陷逐渐完善、改进，从而得到一个完整的、可直接制造的成品机械化设计产品。这种机械机构的自动化设计，较传统的软件机械结构设计、建立样机、实验验证并逐渐改进，具有节省样机制造成本、方便快捷、节约设计改进时间的效果。
下文以曲柄摇杆机构的自动化设计为例，对建模过程加以分析，再结合建模实例分析机械机构的运动特性，为验证机械机构是否满足机械运动特性提供数据支持。
二、曲柄摇杆机构自动化建模与运动特性分析
1.建模分析。曲柄摇杆机构是机械设计中的重点，在机械自动化产品中，曲柄摇杆机构
数据必不可少的核心构件。研究曲柄摇杆结构的建模设计，通过部分机械结构的建模分析与改进，映射完整机械自动化设计的全过程，给分析机械设计与改进的相关研究提供参考。
通过ADAMS/Vie？建立曲柄摇杆的可视化模型，以相关设计需求的参数完成虚拟模型的建立。这一过程中需要优先确定曲柄摇杆的铰接点位置，因此，需要构建曲柄摇杆的数学模型，获取机构位置方程，从而去顶铰接点的具体坐标值。曲柄摇杆数学模型见图1。
建立直角坐标系，以曲柄部分和机架部分的铰接点A作为坐标系的原点，直角坐标系沿着水平向右方向建立。构件的位置角度均以逆时针计算，各个构件通过矢量表示。
对于机械设计产品的用户化设计来讲，模型参数化能够直接根据用户设计需求在ADAMS软件中调整样机参数，实现对样机虚拟模型的功能改进与完善。与其他设计软件一样，ADAMS软件的参数化方法是将模型中不同元素的参数通过设计变量关联设置，从而以改变设计变量方式来实现对模型参数具体值的变更。然后在变更参数数值后，改变虚拟样机模型的结构与功能。本次研究中的曲柄摇杆机构设计中，通过利用设计点参数化实现对曲柄摇杆机构的参数化设计，并按照变量初始值生成样机模型结构圖，如图2所示。
2.运动特性分析。分析机械结构的运动特性在机械制造过程中十分重要，特别是虚拟样机技术下的机械结构设计，运动特性直接决定产品制造后是否满足用户设计需求。
急回运动是曲柄摇杆机构的重要运动性能之一，在虚拟样机模拟中对这一运动特性的分析同样十分重要。通过分析机架与从动摇杆之间的极限角度与夹角变化，确定极限位置的角度差值，当摇杆处于两个极限位置时，可根据运动时间同步原则，曲柄与摇杆同步转动部分角度数据可分析获得。
总结
基于ADAMS的机械自动化设计，给我国机械加工行业带来了巨大的改变，促进我国机械化建设的可持续发展。本文通过以曲柄摇杆机构的ADAMS机械建模分析为例，分析机械设计中ADAMS模拟自动化设计优越性，并对构件的运动特性分析讨论，从而给机械设计中设计结构符合运动学特性的研究提供参考。
【参考文献】
[1]贾枫美，李秀红.基于ADAMS的曲柄摇杆机构运动和动力特性研究[J].机械工程与自动化，2011（6）：21-22
[2]陈同伟，雨强，肖冰.基于ADAMS的五自由度机械手的设计及运动学仿真[J].制造业自动化，2014（4）：40-43