步進機構通過扳手的往復擺動帶動驅動銷, 由驅動銷驅動驅動板, 再由驅動板上的孔和推桿之間摩擦, 實現自鎖, 從而驅動推桿實現步進運動。采用摩擦角以及全約束力的作圖法對該機構關鍵參數進行了求解, 運用Pro/ E 建立此運動機構3D 模型, 導入ADAMS 軟件進行該機構的運動學和動力學分析, 為后續的設計和制造提供了一定的理論依據。

　　引言

　　虛擬樣機技術可以使工程設計人員在虛擬環境中模擬產品關鍵機構的運動學及動力學特性, 快速分析出該機構的運動以及受力情況, 并且可以對物理樣機無法進行測試的一些關鍵參數進行模擬分析, 直到獲得最優產品為止。虛擬樣機代替物理樣機試驗, 可以降低設計成本和提高設計質量。

　　我們通過采用摩擦角以及全約束力的作圖法求解步進機構關鍵參數, 并把關鍵參數通過Pro/ E 建立3D模型, 然后導入ADAMS 里進行運動學和動力學的仿真分析。

1、步進機構工作原理及關鍵參數確認

　　1.1、工作原理介紹

　　從圖1 所示的步進機構原理圖可知, 此機構運動原理如下:

　　當扳手8 擺動時, 扳手就會相對于機座9 旋轉, 扳手8 上的驅動銷5 就會驅動驅動板4, 直至驅動板4 上孔與推桿2 表面接觸并摩擦自鎖后, 就會直接驅動推桿2 朝工件方向步進運動, 直至扳手8 向內側轉動結束, 這時推桿2 停止向前運動, 松開扳手8, 由于驅動板壓簧3 和鎖緊板壓簧6 的作用下, 扳手8、驅動板4、鎖緊板7 就會恢復到初時狀態, 這時鎖緊板7 上孔就和推桿2 相表面接觸并摩擦自鎖, 實現推桿2 的鎖定( 推桿2 無法向后運動, 保證推桿2 步進的連續性) , 如果需要推桿2 能夠向后運動, 就需要撥開鎖緊板7。

圖1 步進機構原理圖

　　1.2、關鍵參數的確認

　　1.2.1、驅動結構相關參數確定

　　(1) 材料選擇。此機構所有的零件材料選為:Q235 ) A, 具體依據: 它是鋼材里比較普通的材質, 成本低, 機械性能基本可以滿足現機構的要求; 此材料的摩擦因數相對其他材料要大一點, 更容易實現摩擦自鎖。

　　(2) 步進機構初步尺寸的確定。圖2 為步進機構的參數圖, 通過參考JM) 109 步進機構的參數, 具體數值如下: 推桿直徑d1 = 4 mm; 驅動板孔直徑D1 = 4. 5mm; 驅動板壁厚t1= 3 mm; 鎖緊板孔直徑D2= 4. 5 mm;鎖緊板壁厚t 2= 1. 5 mm; 步進距離L1= 10 mm; 扳手轉軸孔的位置: L0x = 20 mm, L0y = 31 mm; 驅動銷直徑d2= 3 mm; 扳手上部分轉動半徑r , 需要通過下述計算才可以確定參數為何值時, 才能夠保證在整個步進運動中, 驅動板和推桿表面接觸并摩擦自鎖; 推桿和驅動板孔、推桿和鎖緊板孔之間的靜摩擦因數為f s = 0. 2。

圖2 步進機構參數圖

4、結論

　　通過采用摩擦角以及全約束力作圖法求解步進機構能夠實現步進運動的關鍵參數, 并把這些參數通過Pro/ E 建立3D 模型, 導入ADAMS 軟件進行仿真分析,通過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動板之間接觸力曲線, 有助于發現模型中的問題以及代替部分物理樣機的相關試驗, 縮短開發周期, 提高工作效率。

　　本文中的分析是沒有考慮零件精度、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鍵參數會有所變化, 以及ADAMS 所分析出的位移、速度、加速度和接觸力也會相應的變化, 具體變化數值, 有待后續深入的去研究。