基于ADAMS的真空断路器凸轮廓形的设计.doc

1、基于ADAMS的真空断路器凸轮廓形的设计摘要：凸轮机构结构简单，功能可靠，在现代机械中得到了广泛的应用，凸轮功能的实现主要是依靠凸轮廓形。利用传统拼凑法设计凸轮廓形工作繁琐复杂，且设计出的廓形精度较低。随着计算机技术的发展，虚拟样机技术应运而生，其中尤以ADAMS软件使用最为普遍。ADAMS软件对机构的运动学和动力学分析功能是非常强大的，通过对此软件运动学功能的灵活运用实现了某真空断路器电磁操动机构中凸轮的廓形的设计，并对实现过程进行了详细讲解。以此廓形为输入得到的从动件输出曲线与理论关系式的曲线完全吻合，则证明了此方法的正确性并为机构的后续工作提供参考依据。关键字：ADAMS；凸轮；廓形中图

2、分类号：TH112 文献标识码：AThe Design of vacuum circuit breakers cam profile based on ADAMSCUI yan-bin,LUN zhi-da,Che Lei(Department of Mechanical Engineering North China Electric Power University, Hebei Baoding 071003)Abstract: Cam mechanism is widely used in modern machinery，because of its simple structure

3、and reliable function.the realization of the cam function relies on cam profile.The job using traditional method to designed cam profile is cumbersome and complex,and also the profile shape is of low precision.With the development of computer technology,virtual prototyping technology came into being

4、, especially the use of ADAMS is the most common.The software-ADAMS is very powerfull on the kinematics and dynamics analysis,through the flexible use of the kinematic function this text has achieved the design of electromagnetic actuators cam profile,and made a detailed explanation of the implement

5、ation process.the output curve of follower as this profile is input and the theoretical curve matched exactly,then it showed that the methed is correct and also provided references for follow-up. The driving force for institutional follow-up analysis and optimization of design reference.Key words: A

6、DAMS；cam；profile0前言真空断路器以其熄弧能力强、安全无污染、使用寿命长等特点在电力系统中得到广泛使用。断路器操作机构种类繁多，其中以电磁操纵机构应用最广。主要优点是：结构简单、零部件少、可靠性高和免维护等。而其优点主要归功于凸轮的使用。凸轮机构结构简单，并可以精确实现从动件的运动规律。这一功能的实现依靠的是凸轮的廓形，因此，凸轮廓形的设计就显得尤为重要。凸轮机构的设计主要是根据已知从动件的运动规律及凸轮的基本尺寸来求得凸轮的轮廓曲线1。由于轮廓曲线的复杂性，一般很难用表达式表述，因此现在的设计仍以拼凑法为主。这就必然导致了廓形具有一定的不准确性和实现的困难性。ADAMS是美国M

7、DI公司开发的一款著名的虚拟样机分析软件，它的运动学和动力学仿真分析功能是非常强大的。如果使用此软件去进行设计就能够克服拼凑法的不足，则不失为一个好的方法。1 模型相关参数的计算下面我们以某电气公司开发设计的一种新型高压开关的电磁操动机构为例2。图 1 电磁操动机构示意图1 脱扣杆 2 凸轮 3 拐臂 4 分闸弹簧 5 触头压缩弹簧6 动触头 7静触头 8真空灭弧室 9分闸电磁铁动触头的运动规律，根据各种工况的要求不同，也有具体的不同。但是了，理论上，动触头的分、合闸规律要求满足一条理想曲线3，如图3所示： 图 2动触头合闸速度曲线 图2 a)是动触头理想合闸速度曲线，在本次设计中，为例计算方

8、便，就选择一种近似理想曲线的简单曲线，作为动触头的运动规律曲线。可以选择正弦曲线的前二分之一部分，如图2 b)所示。设动触头的速度运动规律为：根据文献 2 我们可设定：合闸时间12ms，动触头运动的平均速度1m/s则： 可以求得： 求得：A=50所以，动触头速度方程为： （1）根据拐臂与动触头的几何关系，可以由动触头的运动规律导出拐臂的运动规律。图 3 拐臂与动触头结构简图实际操动机构中，可推导出拐臂角速度： （2）式中：t=00.012s根据操动机构的结构和尺寸以及电磁机构动铁心的伸出长度，可以暂定凸轮的转角位45度，我们假定凸轮是匀速转动，则可求得凸轮转速： （3）2 模型建立与轮廓的绘制

9、通过对文献4和文献5的学习理解，进行以下设置和分析：Step1:打开ADAMS新建一个模型文件，命名adamstulun。Step2:设置单位：点击settings-units选择MMKS模式。设置网格：点击settings-Working Grid，Size X=200 Y=300 Spacing=5.0。设置图标：点击Settings-Icons，New Size=20。设置背景颜色：点击Settings-Viev Background Color 选择白色 Step3:建立凸轮模型：点击cylinder，Length=10 Radius=120建立后改变方位Marker-Modify-O

10、rientation=0.0,0.0,0.0 为了便于观察凸轮的转动情况，在凸轮上打孔作为标记，点击Hole 使用默认设置在凸轮上打孔。 Step4:建立拐臂模型：点击cylinder，Length=150 Radius=0.5 建立拐臂，点击Sphere Add to Part Radius=5 作为拐臂滚子模型 Step5:添加约束：点击Revolution ,1 Location选择拐臂端点。再次重复选择凸轮中心。则设置好凸轮与拐臂的铰链约束 Step6:添加运动：点击Rotational joint Motionz 再点击拐臂铰链约束，然后Modify, Function= -(50*

11、pi/0.057)*sin(2*pi/0.024)* time)*DTOR ,Type=Velocity 由于系统默认逆时针转动为正方向，而实际拐臂转动为顺时针。则由式（2）可知，拐臂速度应加符号。DTOR自动将数字由角度转化为弧度。再次重复，为凸轮施加运动，由式（3）可知，Function= 3750.0d * time Type=Displacement建立的凸轮机构模型如图4所示：图4 凸轮机构ADAMS模型Step7:运动仿真：点击Interactive Simulation Controls,End Time=0.012 Step=200 点击Start or continue si

12、mulation 开始仿真Step8:绘制轮廓曲线：轮廓曲线实际上就是滚子圆心在凸轮上的轨迹线，因此，点击Review-Creat Trace Spline 再点击滚子圆心Marker点及凸轮，便得到轨迹曲线。Step9:生成凸轮：分别使用Polyline、Arc和Spling，绘制凸轮其它部分。点击Extrusion, Add To Part ,Create profile by=Curve Path=About Center 再单击模型中曲线，然后删除原凸轮Cylinder,可得到最终凸轮如图5所示：图5凸轮机构最终形式Step10:验证廓形：为了验证所得到的凸轮廓形是否符合要求，我们做以

13、下仿真试验。删除拐臂运动Motion使凸轮作为驱动件，做运动仿真并测量拐臂角速度曲线，如图6所示：图6 拐臂角速度曲线由图6我们可以看出拐臂角速度曲线与拐臂的角速度表达式是完全吻合的，则说明此法设计的凸轮廓形是符合要求的。4 结语通过以上介绍我们可以知道，运用ADAMS软件设计凸轮机构的方法是可行的，而且其设计精度也是很高的。这就为机构后续的运动分析和力学分析等打下了很好的基础。使用计算机技术可以将设计人员从繁琐复杂的工作中解脱出来，让计算机去做那些重复繁杂的工作，设计人员可以将精力主要集中在设计的原理与实现上。对应用软件的灵活运用将为我们今后的设计工作提供很大的方便。参考文献:1苑舜.真空断

14、路器操动机构的设计与优化M.北京：中国电力出版社，1997.2汤敬秋，电磁操动机构中凸轮机构的设计及仿真硕士学位论文.华北电力大学，20043王季梅等. 大容量真空开关理论及其产品的开发M.西安：西安交通大学出版社，2001.104郭卫东，虚拟样机技术与ADAMS应用实例教程M.北京航空航天大学出版社,20085李军，邢俊文，覃文浩等， ADAMS实例教程M.北京理工大学出版社,2002第一作者简介：崔彦彬(1961-)，河北沧州人，男，副教授，主要从事工业设计及CAD/CAE方面的研究。联系方式：电话：13730271876.邮箱：chelei120通讯地址：河北省保定市华电路689号华北电力大学357信箱。 邮编：071003 .