基于ADAMS的玩具飞机的机构运动仿真..

基于ADAMS的玩具飞机的机构运动仿真

摘要：本文首先对目前市场上涉及到的机械玩具进行了一个简要的概括，然后选取一款玩具飞机的模型分析了它的运动规律，并进行测绘利用SolidWorks建立了其总体结构；对玩具飞机的关键部件—发条机构进行了简要介绍，在运动学分析的基础上，运用虚拟样机仿真软件Adams对玩具飞机进行了仿真。结果表明：玩具飞机的运动是稳定的，基本和实际运动状态一致。

关键词：玩具飞机；ADAMS；运动学分析

Dynamic simulation of toy aircraft based on ADAMS

Abstract: Firstly，mechanical toys on the market at present involved in a brief summary,and then choose a toy airplane model to analyze the movement rules of it,and mapping of SolidWorks was utilized to establish the overall structure; the key part of the toy plane clockwork mechanism are introduced,on the basis of kinematics analysis last,the application of virtual prototype simulation software Adams simulation of the toy plane. The results show that: the toy plane movement is stable,consistent with the basic and the actual state of motion.

Key words:toy aircraft;ADAMS;kinematics analysis

1 引言

中国是世界上最大的玩具制造国和出口国，全球70％的玩具是在我国境内制造的。在琳琅满目的玩具之中，靠发条驱动的纯机械玩具吸引着许多小孩子的眼球这类玩具用塑料做成，价格低廉，体积较小，节能环保，大多模拟某一种动物的动作这类机械玩具在设计方面采用了大量的机械机构，如连杆机构，齿轮机构，凸轮机构，不完全齿轮机构，槽轮机构等，很多玩具的设计思想十分巧妙"对这些商品玩具进行测绘、建模、装配并做仿真，这对玩具的研发和设计，都具有重要的参考价值[2]。

然而，对机械玩具进行仿真的相关研究在国内期刊上很少见到"中科院自动化研究所的张志刚等从仿生学的角度出发，按照一系列步骤，编制了机器鱼的设计与仿真软件，实现了由生物特征到机器鱼实现的过渡，方便了机器鱼的设计[1]。在对玩具市场进行一番调研后发现，一款玩具飞机设计非常巧妙，也很有代表性，这里主要以它为例来阐述玩具的运动机理和y运动学仿真中的一些关键技术。

2 玩具飞机的运动原理及仿真方案

玩具飞机的虚拟仿真研究过程中，零件之间存在着各种相对关系，为得到理想的结

果，首先需要对玩具进行拆卸，然后分析出其零件间的连接关系，测绘出其零件的尺寸，

完成装配，为仿真准备好模型数据。玩具飞机的整体图如下：

图2.1 飞机外形图

Fig.2.1 Toy airplane configuration

玩具飞机的内部结构图如下图所示：

图2.2 飞机内部结构图

Fig.2.2 The internal structure of toy airplane

运动分析:首先手轮给整个装置提供一个原动力，由于发条箱内部的齿轮机构和弹

片装置使得有两个动力输出，位于尾部的零件车轮轴带动两个车胎转动，位于飞机头部

的零件手轮轴带动传动轮转动，又由于传动轮的转动，带动连杆沿着其中间的槽一起往

前移动，连杆的移动，拉动着底板沿着飞机下半身的圆弧槽转动，底板的转动会给地面

一个向下的力，由于力的作用是相互的，反作用力会给飞机一个反向的支撑力，使得飞

机翻转。

翻转之后，由于连杆和飞机下半身之间有弹簧连接，连杆被拉回弹簧原长位置，整

个过程就这样往复。从而实现飞机的前进和翻转复合运动。

3 玩具飞机的关键部件分析

发条是玩具飞机最关键的一个部件，相当于汽车的发动机。下面将对发条机制涉及到的机构学知识做一个简要介绍：

发条的结构主要分为∶发条、主发条盒（一番车）、发条轴心，以及具防止齿轮倒转的大卷车（止逆棘轮）、止逆子与止逆弹簧[3]。其中收纳发条的主发条盒也是走时轮系的第一枚齿轮，所以又称为一番车，与大卷车连接在同一轴心上，而收纳在主发条盒内的发条两端分别固定在轴心与发条盒内壁，止逆子则在止逆弹簧推动下与大卷车互相啮合。当我们做进一步拆解时，只要将轴心的固定螺丝旋开，即可将主发条盒与大卷车分开，再进一步将主发条盒上的发条盒盖板撬开，就可以看到隐藏在里面的发条了。

从整个机芯排列来看，发条机构正介於上链机构与走时轮系的中间∶大卷车与上链系统的小卷车互相连接以传递上链的力量，而一番车则是与走时轮系中的中间轮（二番车）相连接以传递发条释出的动力至整个机芯。换句话说，发条机构的作用正是将所输入的力量储存在发条中，并且转化成机械能传输至齿轮系及擒纵系统。

当上链时，主发条盒停止不动，而受上链机制驱动的大卷车转动轴心，带动固定在轴心的发条内端将发条沿逆时针方向向内卷紧；而当机芯在运转时，大卷车停止不动，而固定在发条盒内壁的发条外端在释放动力中的发条带动之下，将发条盒以及一番车沿顺时针方向转动，驱动以下的走时轮系。

4 玩具飞机的建模

先要对飞机进行测绘，测绘时所使用的工具为游标卡尺和毫米刻度尺，以下为部分零部件的测绘尺寸：

图4.1 飞机下半身尺寸

Fig.4.1 Body size aircraft

图4.2 飞机上半身尺寸

Fig.4.2 Body size aircraft

玩具飞机的下半部分建模步骤：