基于ADAMS的摆环机构运动仿真及优化设计

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1、2015年6月农机化研究第6期基于ADAMS的摆环机构运动仿真及优化设计谢珣，史景钊，李保谦，刘照朋(河南农业大学机电工程学院，郑州450002)摘要:分析了联合收获机摆环机构的工作原理，并利用ADAMS软件进行了虚拟仿真及仿真分析。在确认仿真符合其实际运动规律之后，把主要杆件的长度作为设计变量，对其切割速度进行优化，使其最大。优化结果表明:摆杆长度增大了3．22%，切割速度提高了30．8%;在确定摆角的情况下，摆杆的长度决定了切割的速度;设计人员可以通过调节摆杆的长度，达到选取合适切割速度的目的。利用虚拟样机技术，不但提升了产品的性能，且设计效率也得到了提高。关键词:

2、联合收获机;摆环机构;运动仿真;优化设计;ADAMS中图分类号:S225．3;TP391．9文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)06－0067－03DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.06.016大，则惯性力越小;但最大惯性力出现次数增加是十0引言［2］分不利的，若太小又达不到预定的运动要求。因［3］联合收获机械的切割装置分为往复式和圆盘式此，一般选用倾角a不超过15°～16°。两种。其中，往复式切割器的驱动有曲柄连杆机构、摆环机构、行星齿轮机构、双曲柄机构和双飞轮机构［1］等。它是利用动刀片作往复剪切运动，达到将禾株剪断的目的

3、。相较于其它机构，摆环机构在农牧机械上应用最广泛，具有结构紧凑、力学性能好、噪音小及质量小的优点。但目前针对于摆环机构的虚拟样机设计较少，本文通过Adams软件对摆环机构进行虚拟建模、仿真及优化，旨在为摆环机构的虚拟设计和研究提供依据。1摆环机构结构及工作原理摆环机构由主轴、摆环、摆叉、摆轴、摆杆、连杆及割刀组成如图1所示。由图1可以看出，一个斜孔套装在主轴上，斜孔套的外部通过滚珠套着摆环，摆叉则由摆环上的双销轴铰接。在主轴做旋转运动时，带1．主轴2．摆环3．摆叉4．摆轴5．摆杆6．连杆7．割刀动摆环做往复摆动，从而将旋转运动转化为往复运图1摆环机构简图动。当摆环作摆动

4、时，通过摆叉连接着的摆轴驱动摆Fig．1Theschematicdiagramofsuspendinglinkorganization杆、连杆、割刀作往复切割运动。2摆环机构的建模与仿真根据图1所示，主轴轴线和斜孔套轴线之间有一夹角为a，即为摆角。摆角a是摆环机构重要的结构在建立摆环机构虚拟样机模型之前，首先根据摆参数，其值的大小直接影响整体机构的性能。摆角越环机构的运动原理，初步设定各机构参数，确定其关键坐标点，如表1所示;然后调用Adams∕view中建收稿日期:2014－06－15基金项目:公益性行业(农业)科研专项(201303011－4)模实体link建立机构

5、的运动实体;实体搭建完成之作者简介:谢珣(1988－)，男，河南淅川人，硕士研究生，(E－mail)后，调用Adams软件中的revolution约束，按照机构的13140007687@163．com。实际状态将各个构件连接起来，其中摆环机构用万向通讯作者:史景钊(1963－)，男，河南柘城人，副教授，硕士生导师，［4］(E－mail)haujingzhao@126．com。节代替;最后给曲柄设定规定的转速。其各个约束·67·2015年6月农机化研究第6期情况如表2所示。仿真之前，利用ADAMS软件对虚拟样机进行模表1各设计点坐标型验证，显示结果为模型验证成功。主轴的角

6、速度为Table1Thedesignpointcoordinates－300rad/s，所以设定仿真时间为1．2s时，这样能够xyz实现摆环机构1个周期内的运动。点击开始，其虚拟Point1－16500样机模型如图2所示。Point2－6000Point3－50013．39Point4000Point500200Point640．191－150200Point7－60－150200Point8－200－150200表2约束情况Table2Constraintstablesuspending约束对象约束类型Joint_1主轴—大地圆柱副图2摆环机构虚拟样机模型Fig．2T

7、hevirtualmodeloflinkorganizationJoint_2主轴—摆轴万向节Joint_3摆轴—大地圆柱副3仿真分析Joint_4摆轴—摆杆旋转副仿真分析是指把真实环境中的物体运动情况在Joint_5摆杆—连杆旋转副计算机中进行模拟的过程，从中获得需要的参数，为［5］Joint_6连杆—割刀旋转副物理样机的开发提供帮助。仿真结束之后，由后处理里模块绘制和输出一系列仿真结果。其位移、速度Joint_7割刀—大地移动副和加速度曲线如图3所示。—表示割刀位移—表示割刀速度－－－割刀表示加速度图3割刀运动参数曲线Fig．3Mov