[發明專利]基于Creo、ADAMS環境的弧面分度凸輪機構運動學仿真方法

在審

• 申請號: 201711022885.5
• 申請日: 2017-10-27
• 公開（公告）號: CN107633152A
• 公開（公告）日: 2018-01-26
• 發明（設計）人: 胡鑫喆;姚成豪;高永全;洪學明;唐慧穎
• 申請（專利權）人: 天津百利機械裝備集團有限公司中央研究院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標代理有限公司12101
• 代理人: 范建良

1.一種基于Creo、ADAMS環境的弧面分度凸輪機構運動學仿真方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1、基于Creo軟件建立弧面分度凸輪機構的弧面分度凸輪模型、分度盤模型以及滾子模型，并裝配，以*.x_t的格式保存輸出；

步驟2、將步驟1中的*.x_t格式的裝配模型導入ADAMS軟件中，并添加模型屬性，建立弧面分度凸輪機構仿真虛擬樣機模型；2.1)添加材料屬性：分別設置弧面分度凸輪及分度盤的材料屬性為steel；2.2)添加運動副：根據弧面分度凸輪機構的運動特性，在ADAMS/View模塊中，運用2Bodies-1Location的方法，分別在弧面分度凸輪和分度盤上分別設置轉動副R1和R2；2.3)添加驅動：添加旋轉驅動MOTION_1于轉動副R1，MOTION_1的方向與弧面分度凸輪的轉向一致；2.4)添加剛體接觸力：分別先后選中弧面分度凸輪和分度盤的滾子，在兩者之間添加接觸力CONTACT_1；

步驟3、運用ADAMS/Simulation模塊對步驟2中建立好的弧面分度凸輪機構仿真虛擬樣機模型進行仿真參數設定，并進行運動學仿真：3.1)設置仿真控制參數，對弧面分度凸輪機構的仿真時間、計算步長、仿真類型進行設定；

步驟4、輸出運動學仿真結果：在ADAMS/PostProcessor模塊中建立弧面分度凸輪機構中分度盤的角速度運動學曲線，并以*.GIF格式保存輸出。

2.根據權利要求1所述的基于Creo、ADAMS環境的弧面分度凸輪機構運動學仿真方法，其特征在于：基于Creo軟件弧面分度凸輪的建模方法，按如下步驟進行：

步驟1-1、弧面凸輪機構坐標系的建立：分別建立弧面分度凸輪機構的固定坐標系O₁-X₁Y₁Z₁和固定坐標系O₂-X₂Y₂Z₂，固定坐標系O₁-X₁Y₁Z₁的原點O₁位于凸輪轉動中心處，固定坐標系O₂-X₂Y₂Z₂的原點O₂位于分度盤的轉動中心處；其中固定坐標系O₁-X₁Y₁Z₁中坐標軸X₁的方向平行于O₂O₁且與其同向，Z₁的方向由右手定則確定，即右手緊握凸輪軸，四指指向與凸輪轉向相同，此時拇指所指方向即為Z₁方向；固定坐標系O₂-X₂Y₂Z₂中坐標軸X₂的方向平行于O₂O₁且與其同向平行于O₂O₁且與其同向，Y₂的方向平行于Z₁且與其同向；建立動坐標系o₁-x₁y₁z₁和動坐標系o₂-x₂y₂z₂，動坐標系o₁-x₁y₁z₁固連于凸輪并隨凸輪的轉動而轉動，動坐標系o₁-x₁y₁z₁的原點o₁位于凸輪的轉動中心處，動坐標系o₁-x₁y₁z₁坐標軸x₁、y₁、z₁的初始方向分別與固定坐標系O₁-X₁Y₁Z₁的坐標軸X₁、Y₁、Z₁相同；動坐標系o₂-x₂y₂z₂固連于分度盤并隨分度盤的轉動而轉動，動坐標系o₂-x₂y₂z₂的原點o₂位于分度盤的轉動中心處，動坐標系o₂-x₂y₂z₂坐標軸x₂與分度盤轉子No.2的自轉軸線共線，方向由o₂指向分度盤轉子No.2，坐標軸z₂平行于Z₂且與其同向；當凸輪轉動角度為θ時，x₁與X₁之間的夾角為θ；x₂與X₂之間的夾角為；

步驟1-2、建立坐標系間的RPY旋轉坐標變換矩陣：

動坐標系o₁-x₁y₁z₁在定坐標系O₁-X₁Y₁Z₁中的RPY旋轉坐標變換矩陣為：其中sθ表示sinθ，cθ表示cosθ，其余同理；動坐標系o₂-x2y2z2在定坐標系O₂-X₂Y₂Z₂中的RPY旋轉坐標變換矩陣為：定坐標系O₂-X₂Y₂Z₂在定坐標系O₁-X₁Y₁Z₁中的RPY旋轉坐標變換矩陣為

步驟1-3、建立弧面分度凸輪嚙合點的坐標變換約束方程并求解

建立分度盤上嚙合點P₂在定坐標系O₂-X₂Y₂Z₂中的坐標變換約束方程：

P2=R(Z2,φ)x′y′z′=cφx′-sφy′sφx′+cφy′z′---(1)]]>

其中，為分度盤上的嚙合點P₂在動坐標系o₂-x₂y₂z₂中的直角坐標值；

建立分度盤上嚙合點P₂在定坐標系O₁-X₁Y₁Z₁中的坐標變換約束方程

P₁＝R(X₁,90°)·P₂+T(2)

其中，P₁為凸輪上的嚙合點在定坐標系O₁-X₁Y₁Z₁中的表示，為P₁在動坐標系o₁-x₁y₁z₁中的坐標值；T＝[-|O₁O₂| 0 0]^T＝[-a 0 0]，a為凸輪中心與分度盤中心之間的距離；

將坐標變換約束方程(1)帶入(2)中，求解矩陣方程，得到凸輪工作廓線上嚙合點的坐標值：

x=cθcφx′-cθsφy′-z′sθ-acθy=-sθcφx′+sθsφy′-z′cθ+asθz=sφx′+cφy′]]>

步驟1-4、建立弧面分度凸輪三維模型

通過步驟3所得的工作廓線上嚙合點的坐標值建立工作廓線三維曲線，借助Creo軟件的曲線擬合功能，將工作廓線擬合成曲面，對上述曲面進行縫合，得到凸輪三維實體模型。