機(jī)械設(shè)計(jì)與制造第11期Machinery Design Manufacture2005年11月文章編號(hào):1001-3997(2005)11-0052-02鉀基于 ADAMs的夾鉗動(dòng)力學(xué)仿真分析算機(jī)應(yīng)用劉偉達(dá)劉劍雄畢世英嚴(yán)波(昆明理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院,昆明650093Dynamic simulation analysis of clamp based on ADMASLIU Wei-da, LIU Jian-xiong, BI Shi-ying YAN-BoKunming University of Science and Technology, Kunming 650093, China)【摘要】 ADAMS軟件在機(jī)槭系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真分析方面應(yīng)用越來越廣泛,文章在簡要介紹 ADAMS的基礎(chǔ)上,闡述了自動(dòng)閉合式夾鉗的工作原理,詳細(xì)介紹了夾鉗的零件設(shè)計(jì)和虛擬裝配設(shè)計(jì),論述了ADAMS與一般三維造型軟件之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,最后應(yīng)用 ADAMS軟件對(duì)夾鉗進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析,并分析了計(jì)算結(jié)果。為以后進(jìn)行夾鉗優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了幫助。關(guān)鍵詞:動(dòng)力學(xué); ADAMS;夾鉗(Abstract Application of ADAMS software in mechanical system's dynamic simulation analysis is moreand more abroad, based on the brief introduction of ADAMS, expatiated the working theory of automatismlosed clamp, particular recommended the part design and virtual assembly design of clamp, discussed the dataconversion between ADAMS and sculpt software at last carrying through dynamic simulation analysis ofclamp by ADAMs, and analyzing the calculation result. Ofering helps on clamp soptimizing design in future.Key words: Dynamics; Automatic dynamic analysis of mechanical system; Clamp中圖分類號(hào):TH13文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A1前言鉗緩緩地放在鋼卷上,鎖閉器ADAMS( Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System)鎖心被鎖架向上推移,同時(shí)鎖軟件是美國MD公司(現(xiàn)已經(jīng)并入美國MC公司)開發(fā)的機(jī)械心在其頭部軸向凸輪的摧動(dòng)下系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真分析軟件。 ADAMS是集建模求解、可視化技轉(zhuǎn)過90,如圖2)所示;當(dāng)向上術(shù)于一體的虛擬樣機(jī)軟件,是世界上目前使用范圍最廣、最負(fù)提升夾鉗時(shí),此時(shí)鎖閉器開啟,盛名的機(jī)械系統(tǒng)仿真分析軟件。使用這套軟件可以產(chǎn)生復(fù)雜機(jī)最終夾鉗在橋式起重機(jī)吊鉤的械系統(tǒng)的虛擬樣機(jī),真實(shí)地仿真其運(yùn)動(dòng)過程,并且可以迅速地提升下,凹凸鉗嘴架逐漸合攏分析和比較多種參數(shù)方案,直至獲得優(yōu)化的工作性能,從而大將鋼卷夾緊。如圖3)所示;當(dāng)大減少了昂貴的物理樣機(jī)制造及試驗(yàn)次數(shù),提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)鋼卷把帶卷搬運(yùn)到指定地點(diǎn)量,大幅度地縮短產(chǎn)品研制周期和費(fèi)用。時(shí),隨著橋式起重機(jī)吊鉤的下ADAMS軟件將強(qiáng)大的分析求解功能與使用方便的用戶界落,鎖心在其頭部軸向凸輪的面相結(jié),使該軟件使用起來既直觀又方便,還可用戶專門推動(dòng)下再次轉(zhuǎn)過90.,如圖4圖1夾鉗工作原理圖解化。 ADAMS軟件的主要特點(diǎn)如下所示;鎖閉器閉合。自動(dòng)閉合Fi;1 The working theory of clamp(1)分析類型包括運(yùn)動(dòng)學(xué)靜力學(xué)和準(zhǔn)靜力學(xué)分析,以及線式夾鉗便完成了一個(gè)工作循環(huán)性和非線性動(dòng)力學(xué)分析包含剛體和柔性體分析。3夾鉗的動(dòng)力學(xué)分析(2)自動(dòng)輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線,仿真結(jié)3.1甚于夾鉗特征造型的零件設(shè)計(jì)果顯示為動(dòng)畫和曲線圖形。特征是幾何形體的參數(shù)化表示,也是設(shè)計(jì)或制造零部件的(3)可預(yù)測機(jī)械系統(tǒng)的性能、運(yùn)動(dòng)范圍、碰撞、包裝、峰值載基本幾何體,特征造型設(shè)計(jì)比傳統(tǒng)的幾何造型設(shè)計(jì)(如點(diǎn)、線條荷以及計(jì)算有限元的輸人載荷和曲面等)更能準(zhǔn)確完整地表達(dá)設(shè)計(jì)產(chǎn)品零部件的信息,是更(4)支持同大多數(shù)CAD、FEA和控制設(shè)計(jì)軟件包之間的雙高層的產(chǎn)只學(xué)姓設(shè)括術(shù)向通訊。中國煤化工夾§2自動(dòng)閉合式夾鉗的工作原理零件CNMHG,通自動(dòng)閉合式夾鉗的基本工作原理是:通過橋式起重機(jī),首過拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描等基本的特征形體方先將在鎖閉器控制下,處于最大開口度的夾鉗置于鋼卷的正上法建立夾鉗零件的特征基體方并使凸鉗嘴導(dǎo)向錐對(duì)準(zhǔn)鋼卷中心孔,如圖1)所示;然后將夾(2)完成零件的細(xì)節(jié)。在確保夾鉗圖2鎖心設(shè)計(jì)圖Fig. 2 Design of locking heart★萊福團(tuán)=-12-26第11期劉偉達(dá)等:基于 ADAMS的夾鉗動(dòng)力學(xué)仿真分析零件的總體設(shè)計(jì)正確時(shí)通過倒角、陣列等其他的造型方法逐步錯(cuò)造型技術(shù)。但是試驗(yàn)表明以IGES格式和STEP格式輸出時(shí),對(duì)夾鉗零件進(jìn)行細(xì)節(jié)上的設(shè)計(jì),以得到完整的夾鉗零件模型。如耗時(shí)大效率低而且出錯(cuò)信息多,我們采用 Parasolid作為核心圖2圖3圖4所示為鎖閉器的鎖心和凹鉗嘴和鎖體設(shè)計(jì)圖。實(shí)體造型技術(shù)。如圖6為夾鉗在 ADAMS中的模型。34基于 ADMAS的夾鉗動(dòng)力學(xué)分析ADAMS根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)模型,自動(dòng)建立系統(tǒng)的拉格朗日運(yùn)動(dòng)方程,對(duì)多剛體系統(tǒng) ADAMS將列出以下剛體運(yùn)動(dòng)方程(具體推導(dǎo)過程請(qǐng)見參考文獻(xiàn)[1])。動(dòng)力學(xué)方程(將力與加速度相聯(lián)系)圖3凹鉗嘴設(shè)計(jì)圖圖4鎖體設(shè)計(jì)圖Fig, 3 Design of clamp mouthFig. 4 Design of locking body3.2虛擬裝配設(shè)計(jì)an,可點(diǎn)a”=(=12…6)(1虛擬裝配設(shè)計(jì)是在計(jì)算機(jī)上建立起夾鉗整機(jī)的裝配模型,系統(tǒng)約束方程:φ(9,q,l)=0即將不同零部件通過特征識(shí)別、確定裝配特征后組裝成一個(gè)裝系統(tǒng)外力方程:F(u,,g,t)=0配體。其功能是定義部件之間不同的約束關(guān)系,并進(jìn)行零部件自定義代數(shù)微分方程:DEF(點(diǎn)gfD=0之間的干涉檢查。虛擬裝配設(shè)計(jì)有兩種裝配設(shè)計(jì)方法:自下而在上述公式中上和自上而下。K-動(dòng)能;q-描述系統(tǒng)的廣義坐標(biāo);一系統(tǒng)的約束方程自下而上的設(shè)計(jì)是一個(gè)從零件到裝配件的設(shè)計(jì)過程F-廣義坐標(biāo)方向的廣義力;λ-M×1拉格朗日乘子列陣自上而下的設(shè)計(jì)是一個(gè)裝配件到零件的設(shè)計(jì)過程。對(duì)于夾q-笛卡幾廣義坐標(biāo);a-廣義坐標(biāo)的微分;-外力和約束:針的設(shè)計(jì),基于已經(jīng)建立起的三維零件模型采用自下而上的裝時(shí)間。配設(shè)計(jì)方式。對(duì)于夾鉗的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析需求解一系列的非線性代數(shù)方程,(1)首先要確定各裝配件的零件組ADAMS采用了修正的 Newton- Raphson選代算法迅速準(zhǔn)確地成。根據(jù)夾鉗的工作原理和各部件的求解。其求解過程的數(shù)據(jù)流程如圖7。假設(shè)夾鉗調(diào)運(yùn)的帶卷材料結(jié)構(gòu),確定裝配部件的裝配層次、父子內(nèi)徑D外徑D2高Ⅱ關(guān)系。為進(jìn)行裝配設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。ADAMS環(huán)境下通過對(duì)夾鉗的各個(gè)部件做出約束限制,同時(shí)加上(2)完成具體裝配設(shè)計(jì)。根據(jù)夾鉗作用力和重力利用已定義的部件和約束自動(dòng)定義作用零件自身的特征緒構(gòu),通過軸對(duì)齊、面力和反作用力以及慣性力。對(duì)于鋼卷和鋁卷通過 ADAMS軟件對(duì)齊貼合等關(guān)系約束組成裝配體。如圖5夾鉗總裝配圖動(dòng)力學(xué)仿真可以得到如表1的曲線圖。從表中可以看出鋁卷的圖5為夾鉗的總裝配圖Fig5 The assembly of clamp速度比鋼卷要大,但運(yùn)動(dòng)都比較平緩。鋼卷和鋁卷的加速度曲3.3 ADMAS與三維造型軟件的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換線趁向于一條直線同時(shí)鋁卷的加速度較鋼卷大,夾鉗提升時(shí)間ADAMS/Vew與主要三維造型軟件共同支持的圖形交換要短。鋁卷的力曲線也趨向于一條直線,但由于夾鉗剛開始和格式主要有以下三種:鋼卷夾緊時(shí)有一定的沖擊力,鋼的剛度比鋁大,所以鋼卷的力剛(1)STEP格式STEP的出現(xiàn)要?dú)w功于產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換的許開始時(shí)在一定范圍變化(近似為正旋曲線變化),但最終為一固多成熟技術(shù)及現(xiàn)有的交換標(biāo)準(zhǔn)的改進(jìn),STEP必須包括以下幾定值。個(gè)基本功能:描述方法資源信息模型應(yīng)用協(xié)議實(shí)現(xiàn)形式和一致分方組性檢驗(yàn)EP為產(chǎn)品在它的生命周期內(nèi)規(guī)定了唯一的描述和力世化為代康轉(zhuǎn)化為代數(shù)方程計(jì)算機(jī)可處理的信息表達(dá)形式.這種形式獨(dú)立于可能要處理這種數(shù)據(jù)格式的應(yīng)用軟件,并能保證系統(tǒng)中的一致性。求解代數(shù)方程(2)IGES格式由于IGES作為一種表達(dá)產(chǎn)品數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)化成中性文件格式的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),其在開發(fā)和維護(hù)方面與專用圖7 ADAMS數(shù)據(jù)流程圖的轉(zhuǎn)換軟件相比優(yōu)勢是明顯的,但I(xiàn)GEs只適用于在計(jì)算機(jī)集Fig 7 Data now chart of ADMAS成生產(chǎn)中的各個(gè)子系統(tǒng)領(lǐng)域傳送信息以形成技術(shù)繪圖或簡單的裹1不同樹料帶卷的速度、加速度、力的曲線圖三維幾何模型Tab. I Graph of velocity, accretion, force of differcnt materials3) Parasolid格式 Perasolid現(xiàn)以成為開發(fā)高端、中等規(guī)模DI-smnuD10leHats(p…7x10,CAD系統(tǒng)及商品化CAD的(P27103,CAM/CAE軟件的標(biāo)準(zhǔn)。Paasolid幾何核心系統(tǒng)可提供精確的幾何邊界表達(dá),能夠在以它H中國煤化工為幾何核心的CAD/CAE系統(tǒng)CNMHG間可靠的傳遞幾何和拓?fù)湫畔?它的數(shù)據(jù)拓?fù)鋵?shí)體包括:點(diǎn)、邊界、片、環(huán)、面殼體、區(qū)圖6夾鉗在 ADAMS中的模型域、體、它的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)是容Fig6 The model of clamp in ADMAS機(jī)械設(shè)計(jì)與制造第11期54Machinery Design '& Mi2005年11月文章編號(hào):1001-3997(200511-0054-03基守VC↓+和 ANSYS的曲軸三維模型冇限元分析系統(tǒng)的研究楊青真1王紅梅王玉秋(西北工業(yè)大學(xué),西安710072)(2西安理工大學(xué),西安710048)3d crankshaft finite element analysis system base on vC++ and ANSYSYANG Qing-zhen, WANG Hong-mei, WANG Yu-qiur'(Northwestern Polytechnical University, Xi an 710072 China(Xi' an University of Technology, Xi'an 710048, China)【摘要】以“最符合實(shí)際工況、最少量簡化”為原則,基于VC++和 ANSYS接口技術(shù)開發(fā)了參數(shù)化三維整體曲軸有限元分析系統(tǒng),設(shè)計(jì)了友好的類型導(dǎo)航界面,借助VC++前臺(tái)開發(fā)友好、方便、易用的人機(jī)交互界面,對(duì)復(fù)雜的、難于理解和掌揠的 ANSYS命令流進(jìn)行后臺(tái)封漿,能夠大大減少曲軸」研究與設(shè)計(jì)的工作量。此技術(shù)既具有曲軸專用分析軟件方便、高效的優(yōu)點(diǎn),又具有大型通用軟件穩(wěn)定、可靠的優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞:vC++; ANSYS;高效率;曲軸;有限元分析Abstract】 In principle of"” most suitable for practice,, least simplification”,parametrized 3Dcrankshaft finite element analysis system base on VC + and ANSYS is developed. The friendly interface oftype guide is developed and the friendly, conveniently and easily used. Computing inteface is provided withthe help of vC ++. Design and analysis work of crankshaft is extremely reduced by means of developing thecomplex and difficult ANSYS commands. This technology has the advantage of convenience and eficiency asprofessional crankshaft analysis software, and the stability and reliability of large common softwareKey words: VC + ANSYS; High efficiency; Crankshaft; Finite element analysis中圖分類號(hào):TK402文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A1引言1/4和1/2拐乃至整體模型都有采用;載荷處理上一般只考慮近年來,根據(jù)名義應(yīng)力和應(yīng)力集中系數(shù)計(jì)算曲軸應(yīng)力的傳了單一受載情況,而忽略了扭矩和慣性力的作用曲柄銷表面統(tǒng)方法盡管在理論和方法上得到了一定的發(fā)展[],但隨著計(jì)作用力和主軸頸約束果用了不同的簡化處理方法。這里在對(duì)曲算機(jī)技術(shù)的發(fā)展有限元技術(shù)在曲軸的強(qiáng)度研究中得到了越來軸有限元模型進(jìn)行研究論證的基礎(chǔ)上,開發(fā)了基于VC++和越廣泛的應(yīng)用,已有許多文獻(xiàn)利用有限元方法得出了較為有效 ANSYS接口的高效率曲軸有限元分析系統(tǒng),工程技術(shù)人員只需的結(jié)果[2-4]。但總起來看,已有的曲軸有限元分析的研究對(duì)具有一定的曲軸設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),就可使用該系統(tǒng)進(jìn)行曲軸的參數(shù)化象都是針對(duì)某種具體型號(hào)曲軸,而且從模型和邊界條件的處理設(shè)計(jì)與有限元分析,從而能夠大減少曲軸研究與設(shè)計(jì)的工作上存在較大的差別:在模方面,二維平面模型和三維的單拐、量提高產(chǎn)品的質(zhì)量。這里的工作在進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)增壓、擴(kuò)缸部機(jī)型改造時(shí),需要小范圍改進(jìn)曲抽的設(shè)計(jì)尺寸并校核曲軸的強(qiáng)度★來稿日期:2005-01-264結(jié)論參考文獻(xiàn)運(yùn)用 ADAMS軟件來進(jìn)行夾鉗動(dòng)力學(xué)仿真分析,不僅可以1王國強(qiáng)張進(jìn)平,馬若丁,虛擬樣機(jī)技術(shù)及其在 ADAMS上的實(shí)踐[M西安;酉北工業(yè)大學(xué)出版社,200213-15.得到夾鉗各個(gè)構(gòu)件的力、位移、速度加速度,同時(shí)也自動(dòng)生成山門坦高[M]北京機(jī)械工業(yè)出版每次仿真的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)報(bào)告,并且也能用它來進(jìn)行夾鉗的故障社,中國煤化工診斷。利用 ADAMS軟件仿真分析得到的計(jì)算結(jié)果,我們可以3傅CNMHO備.199244-47與實(shí)際測量數(shù)據(jù)之間進(jìn)行比較,這樣就增加了在計(jì)算機(jī)上制·4向北平素茂蓉,機(jī)床夾具虛擬設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究[.機(jī)電工程技術(shù)造虛擬樣機(jī)的信心,同時(shí)也為以后進(jìn)行夾鉗化設(shè)計(jì)打下了理2004.1.12~14論基礎(chǔ)。5屈利剛.基于3D特征造型的高壓輥磨機(jī)關(guān)鍵技術(shù)結(jié)構(gòu)CAD技術(shù)研究機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2001(1).18-21