步進(jìn)機(jī)構(gòu)通過(guò)扳手的往復(fù)擺動(dòng)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)銷, 由驅(qū)動(dòng)銷驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)板, 再由驅(qū)動(dòng)板上的孔和推桿之間摩擦, 實(shí)現(xiàn)自鎖, 從而驅(qū)動(dòng)推桿實(shí)現(xiàn)步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。采用摩擦角以及全約束力的作圖法對(duì)該機(jī)構(gòu)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了求解, 運(yùn)用Pro/ E 建立此運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)3D 模型, 導(dǎo)入ADAMS 軟件進(jìn)行該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析, 為后續(xù)的設(shè)計(jì)和制造提供了一定的理論依據(jù)。

　　引言

　　虛擬樣機(jī)技術(shù)可以使工程設(shè)計(jì)人員在虛擬環(huán)境中模擬產(chǎn)品關(guān)鍵機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)特性, 快速分析出該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)以及受力情況, 并且可以對(duì)物理樣機(jī)無(wú)法進(jìn)行測(cè)試的一些關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行模擬分析, 直到獲得最優(yōu)產(chǎn)品為止。虛擬樣機(jī)代替物理樣機(jī)試驗(yàn), 可以降低設(shè)計(jì)成本和提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

　　我們通過(guò)采用摩擦角以及全約束力的作圖法求解步進(jìn)機(jī)構(gòu)關(guān)鍵參數(shù), 并把關(guān)鍵參數(shù)通過(guò)Pro/ E 建立3D模型, 然后導(dǎo)入ADAMS 里進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的仿真分析。

1、步進(jìn)機(jī)構(gòu)工作原理及關(guān)鍵參數(shù)確認(rèn)

　　1.1、工作原理介紹

　　從圖1 所示的步進(jìn)機(jī)構(gòu)原理圖可知, 此機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)原理如下:

　　當(dāng)扳手8 擺動(dòng)時(shí), 扳手就會(huì)相對(duì)于機(jī)座9 旋轉(zhuǎn), 扳手8 上的驅(qū)動(dòng)銷5 就會(huì)驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)板4, 直至驅(qū)動(dòng)板4 上孔與推桿2 表面接觸并摩擦自鎖后, 就會(huì)直接驅(qū)動(dòng)推桿2 朝工件方向步進(jìn)運(yùn)動(dòng), 直至扳手8 向內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)束, 這時(shí)推桿2 停止向前運(yùn)動(dòng), 松開(kāi)扳手8, 由于驅(qū)動(dòng)板壓簧3 和鎖緊板壓簧6 的作用下, 扳手8、驅(qū)動(dòng)板4、鎖緊板7 就會(huì)恢復(fù)到初時(shí)狀態(tài), 這時(shí)鎖緊板7 上孔就和推桿2 相表面接觸并摩擦自鎖, 實(shí)現(xiàn)推桿2 的鎖定( 推桿2 無(wú)法向后運(yùn)動(dòng), 保證推桿2 步進(jìn)的連續(xù)性) , 如果需要推桿2 能夠向后運(yùn)動(dòng), 就需要撥開(kāi)鎖緊板7。

圖1 步進(jìn)機(jī)構(gòu)原理圖

　　1.2、關(guān)鍵參數(shù)的確認(rèn)

　　1.2.1、驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)相關(guān)參數(shù)確定

　　(1) 材料選擇。此機(jī)構(gòu)所有的零件材料選為:Q235 ) A, 具體依據(jù): 它是鋼材里比較普通的材質(zhì), 成本低, 機(jī)械性能基本可以滿足現(xiàn)機(jī)構(gòu)的要求; 此材料的摩擦因數(shù)相對(duì)其他材料要大一點(diǎn), 更容易實(shí)現(xiàn)摩擦自鎖。

　　(2) 步進(jìn)機(jī)構(gòu)初步尺寸的確定。圖2 為步進(jìn)機(jī)構(gòu)的參數(shù)圖, 通過(guò)參考JM) 109 步進(jìn)機(jī)構(gòu)的參數(shù), 具體數(shù)值如下: 推桿直徑d1 = 4 mm; 驅(qū)動(dòng)板孔直徑D1 = 4. 5mm; 驅(qū)動(dòng)板壁厚t1= 3 mm; 鎖緊板孔直徑D2= 4. 5 mm;鎖緊板壁厚t 2= 1. 5 mm; 步進(jìn)距離L1= 10 mm; 扳手轉(zhuǎn)軸孔的位置: L0x = 20 mm, L0y = 31 mm; 驅(qū)動(dòng)銷直徑d2= 3 mm; 扳手上部分轉(zhuǎn)動(dòng)半徑r , 需要通過(guò)下述計(jì)算才可以確定參數(shù)為何值時(shí), 才能夠保證在整個(gè)步進(jìn)運(yùn)動(dòng)中, 驅(qū)動(dòng)板和推桿表面接觸并摩擦自鎖; 推桿和驅(qū)動(dòng)板孔、推桿和鎖緊板孔之間的靜摩擦因數(shù)為f s = 0. 2。

圖2 步進(jìn)機(jī)構(gòu)參數(shù)圖

4、結(jié)論

　　通過(guò)采用摩擦角以及全約束力作圖法求解步進(jìn)機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)步進(jìn)運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵參數(shù), 并把這些參數(shù)通過(guò)Pro/ E 建立3D 模型, 導(dǎo)入ADAMS 軟件進(jìn)行仿真分析,通過(guò)仿真分析可以得到推桿的位移、速度、加速度曲線以及推桿和驅(qū)動(dòng)板之間接觸力曲線, 有助于發(fā)現(xiàn)模型中的問(wèn)題以及代替部分物理樣機(jī)的相關(guān)試驗(yàn), 縮短開(kāi)發(fā)周期, 提高工作效率。

　　本文中的分析是沒(méi)有考慮零件精度、裝配誤差、零件的變形等因素的影響, 如果考慮這些因素, 本文中我們采用摩擦角以及全約束力作圖法所求解出關(guān)鍵參數(shù)會(huì)有所變化, 以及ADAMS 所分析出的位移、速度、加速度和接觸力也會(huì)相應(yīng)的變化, 具體變化數(shù)值, 有待后續(xù)深入的去研究。