基于ADAMS的夹钳动力学仿真分析

机械设计与制造第11期Machinery Design Manufacture2005年11月文章编号:1001-3997(2005)11-0052-02钾基于 ADAMs的夹钳动力学仿真分析算机应用刘伟达刘剑雄毕世英严波(昆明理工大学机电工程学院,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软件在机槭系统动力学仿真分析方面应用越来越广泛,文章在简要介绍 ADAMS的基础上,阐述了自动闭合式夹钳的工作原理,详细介绍了夹钳的零件设计和虚拟装配设计,论述了ADAMS与一般三维造型软件之间的数据转换,最后应用 ADAMS软件对夹钳进行动力学分析,并分析了计算结果。为以后进行夹钳优化设计提供了帮助。关键词:动力学; ADAMS;夹钳(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中图分类号:TH13文献标识码:A1前言钳缓缓地放在钢卷上,锁闭器ADAMS( Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System)锁心被锁架向上推移,同时锁软件是美国MD公司(现已经并入美国MC公司)开发的机械心在其头部轴向凸轮的摧动下系统动力学仿真分析软件。 ADAMS是集建模求解、可视化技转过90,如图2)所示;当向上术于一体的虚拟样机软件,是世界上目前使用范围最广、最负提升夹钳时,此时锁闭器开启,盛名的机械系统仿真分析软件。使用这套软件可以产生复杂机最终夹钳在桥式起重机吊钩的械系统的虚拟样机,真实地仿真其运动过程,并且可以迅速地提升下,凹凸钳嘴架逐渐合拢分析和比较多种参数方案,直至获得优化的工作性能,从而大将钢卷夹紧。如图3)所示;当大减少了昂贵的物理样机制造及试验次数,提高了产品设计质钢卷把带卷搬运到指定地点量,大幅度地缩短产品研制周期和费用。时,随着桥式起重机吊钩的下ADAMS软件将强大的分析求解功能与使用方便的用户界落,锁心在其头部轴向凸轮的面相结,使该软件使用起来既直观又方便,还可用户专门推动下再次转过90.,如图4图1夹钳工作原理图解化。 ADAMS软件的主要特点如下所示;锁闭器闭合。自动闭合Fi;1 The working theory of clamp(1)分析类型包括运动学静力学和准静力学分析,以及线式夹钳便完成了一个工作循环性和非线性动力学分析包含刚体和柔性体分析。3夹钳的动力学分析(2)自动输出位移、速度、加速度和反作用力曲线,仿真结3.1甚于夹钳特征造型的零件设计果显示为动画和曲线图形。特征是几何形体的参数化表示,也是设计或制造零部件的(3)可预测机械系统的性能、运动范围、碰撞、包装、峰值载基本几何体,特征造型设计比传统的几何造型设计(如点、线条荷以及计算有限元的输人载荷和曲面等)更能准确完整地表达设计产品零部件的信息,是更(4)支持同大多数CAD、FEA和控制设计软件包之间的双高层的产只学姓设括术向通讯。中国煤化工夹§2自动闭合式夹钳的工作原理零件CNMHG,通自动闭合式夹钳的基本工作原理是:通过桥式起重机,首过拉伸、旋转、扫描等基本的特征形体方先将在锁闭器控制下,处于最大开口度的夹钳置于钢卷的正上法建立夹钳零件的特征基体方并使凸钳嘴导向锥对准钢卷中心孔,如图1)所示;然后将夹(2)完成零件的细节。在确保夹钳图2锁心设计图Fig. 2 Design of locking heart★莱福团=-12-26第11期刘伟达等:基于 ADAMS的夹钳动力学仿真分析零件的总体设计正确时通过倒角、阵列等其他的造型方法逐步错造型技术。但是试验表明以IGES格式和STEP格式输出时,对夹钳零件进行细节上的设计,以得到完整的夹钳零件模型。如耗时大效率低而且出错信息多,我们采用 Parasolid作为核心图2图3图4所示为锁闭器的锁心和凹钳嘴和锁体设计图。实体造型技术。如图6为夹钳在 ADAMS中的模型。34基于 ADMAS的夹钳动力学分析ADAMS根据机械系统模型,自动建立系统的拉格朗日运动方程,对多刚体系统 ADAMS将列出以下刚体运动方程(具体推导过程请见参考文献[1])。动力学方程(将力与加速度相联系)图3凹钳嘴设计图图4锁体设计图Fig, 3 Design of clamp mouthFig. 4 Design of locking body3.2虚拟装配设计an,可点a”=(=12…6)(1虚拟装配设计是在计算机上建立起夹钳整机的装配模型,系统约束方程:φ(9,q,l)=0即将不同零部件通过特征识别、确定装配特征后组装成一个装系统外力方程:F(u,,g,t)=0配体。其功能是定义部件之间不同的约束关系,并进行零部件自定义代数微分方程:DEF(點gfD=0之间的干涉检查。虚拟装配设计有两种装配设计方法:自下而在上述公式中上和自上而下。K-动能;q-描述系统的广义坐标;一系统的约束方程自下而上的设计是一个从零件到装配件的设计过程F-广义坐标方向的广义力;λ-M×1拉格朗日乘子列阵自上而下的设计是一个装配件到零件的设计过程。对于夹q-笛卡几广义坐标;a-广义坐标的微分;-外力和约束:针的设计,基于已经建立起的三维零件模型采用自下而上的装时间。配设计方式。对于夹钳的运动学分析需求解一系列的非线性代数方程,(1)首先要确定各装配件的零件组ADAMS采用了修正的 Newton- Raphson选代算法迅速准确地成。根据夹钳的工作原理和各部件的求解。其求解过程的数据流程如图7。假设夹钳调运的带卷材料结构,确定装配部件的装配层次、父子内径D外径D2高Ⅱ关系。为进行装配设计做准备。ADAMS环境下通过对夹钳的各个部件做出约束限制,同时加上(2)完成具体装配设计。根据夹钳作用力和重力利用已定义的部件和约束自动定义作用零件自身的特征绪构,通过轴对齐、面力和反作用力以及惯性力。对于钢卷和铝卷通过 ADAMS软件对齐贴合等关系约束组成装配体。如图5夹钳总装配图动力学仿真可以得到如表1的曲线图。从表中可以看出铝卷的图5为夹钳的总装配图Fig5 The assembly of clamp速度比钢卷要大,但运动都比较平缓。钢卷和铝卷的加速度曲3.3 ADMAS与三维造型软件的数据转换线趁向于一条直线同时铝卷的加速度较钢卷大,夹钳提升时间ADAMS/Vew与主要三维造型软件共同支持的图形交换要短。铝卷的力曲线也趋向于一条直线,但由于夹钳刚开始和格式主要有以下三种:钢卷夹紧时有一定的冲击力,钢的刚度比铝大,所以钢卷的力刚(1)STEP格式STEP的出现要归功于产品数据交换的许开始时在一定范围变化(近似为正旋曲线变化),但最终为一固多成熟技术及现有的交换标准的改进,STEP必须包括以下几定值。个基本功能:描述方法资源信息模型应用协议实现形式和一致分方组性检验EP为产品在它的生命周期内规定了唯一的描述和力世化为代康转化为代数方程计算机可处理的信息表达形式.这种形式独立于可能要处理这种数据格式的应用软件,并能保证系统中的一致性。求解代数方程(2)IGES格式由于IGES作为一种表达产品数据并将其转化成中性文件格式的行业标准,其在开发和维护方面与专用图7 ADAMS数据流程图的转换软件相比优势是明显的,但IGEs只适用于在计算机集Fig 7 Data now chart of ADMAS成生产中的各个子系统领域传送信息以形成技术绘图或简单的裹1不同树料带卷的速度、加速度、力的曲线图三维几何模型Tab. I Graph of velocity, accretion, force of differcnt materials3) Parasolid格式 Perasolid现以成为开发高端、中等规模DI-smnuD10leHats(p…7x10,CAD系统及商品化CAD的(P27103,CAM/CAE软件的标准。Paasolid几何核心系统可提供精确的几何边界表达,能够在以它H中国煤化工为几何核心的CAD/CAE系统CNMHG间可靠的传递几何和拓扑信息,它的数据拓扑实体包括:点、边界、片、环、面壳体、区图6夹钳在 ADAMS中的模型域、体、它的一项关键技术是容Fig6 The model of clamp in ADMAS机械设计与制造第11期54Machinery Design '& Mi2005年11月文章编号:1001-3997(200511-0054-03基守VC↓+和 ANSYS的曲轴三维模型冇限元分析系统的研究杨青真1王紅梅王玉秋(西北工业大学,西安710072)(2西安理工大学,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“最符合实际工况、最少量简化”为原则,基于VC++和 ANSYS接口技术开发了参数化三维整体曲轴有限元分析系统,设计了友好的类型导航界面,借助VC++前台开发友好、方便、易用的人机交互界面,对复杂的、难于理解和掌揠的 ANSYS命令流进行后台封浆,能够大大减少曲轴」研究与设计的工作量。此技术既具有曲轴专用分析软件方便、高效的优点,又具有大型通用软件稳定、可靠的优点。关键词:vC++; ANSYS;高效率;曲轴;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中图分类号:TK402文献标识码:A1引言1/4和1/2拐乃至整体模型都有采用;载荷处理上一般只考虑近年来,根据名义应力和应力集中系数计算曲轴应力的传了单一受载情况,而忽略了扭矩和惯性力的作用曲柄销表面统方法尽管在理论和方法上得到了一定的发展[],但随着计作用力和主轴颈约束果用了不同的简化处理方法。这里在对曲算机技术的发展有限元技术在曲轴的强度研究中得到了越来轴有限元模型进行研究论证的基础上,开发了基于VC++和越广泛的应用,已有许多文献利用有限元方法得出了较为有效 ANSYS接口的高效率曲轴有限元分析系统,工程技术人员只需的结果[2-4]。但总起来看,已有的曲轴有限元分析的研究对具有一定的曲轴设计经验,就可使用该系统进行曲轴的参数化象都是针对某种具体型号曲轴,而且从模型和边界条件的处理设计与有限元分析,从而能够大减少曲轴研究与设计的工作上存在较大的差别:在模方面,二维平面模型和三维的单拐、量提高产品的质量。这里的工作在进行发动机增压、扩缸部机型改造时,需要小范围改进曲抽的设计尺寸并校核曲轴的强度★来稿日期:2005-01-264结论参考文献运用 ADAMS软件来进行夹钳动力学仿真分析,不仅可以1王国强张进平,马若丁,虚拟样机技术及其在 ADAMS上的实践[M西安;酉北工业大学出版社,200213-15.得到夹钳各个构件的力、位移、速度加速度,同时也自动生成山门坦高[M]北京机械工业出版每次仿真的标准试验报告,并且也能用它来进行夹钳的故障社,中国煤化工诊断。利用 ADAMS软件仿真分析得到的计算结果,我们可以3傅CNMHO备.199244-47与实际测量数据之间进行比较,这样就增加了在计算机上制·4向北平素茂蓉,机床夹具虚拟设计系统研究[.机电工程技术造虚拟样机的信心,同时也为以后进行夹钳化设计打下了理2004.1.12~14论基础。5屈利刚.基于3D特征造型的高压辊磨机关键技术结构CAD技术研究机械设计与制造,2001(1).18-21