基于RecurDyn的多體動力學仿真.doc

基于RecurDyn的多體動力學仿真大規(guī)模復雜的多體系統(tǒng)動力學問題，尤其是復雜的多接觸問題是動力學分析的難點，本文對鏈式輸送機構(gòu)應用RecurDyn軟件，在導入原有實體模型的基礎(chǔ)上，快速構(gòu)建仿真模型，結(jié)果另人滿意。 產(chǎn)品開發(fā)工程師經(jīng)常會遇到各種運動機構(gòu)的動力學分析問題，有些情況過于復雜和特殊，特別是一些鏈式輸送機構(gòu)的動力學仿真問題，整個系統(tǒng)在高速的運動中涉及到的許多接觸碰撞等受力情況會給系統(tǒng)的動力學求解帶來極大的困難。RecurDyn 是新一代的動力學分析軟件，采用全新的運動方程理論和完全遞歸算法，非常適合于求解大規(guī)模復雜的多體系統(tǒng)動力學問題，尤其是復雜的多接觸問題。本文對某一形式的鏈式輸送機構(gòu)借助RecurDyn軟件進行了動力學仿真。 一、系統(tǒng)建模 該鏈式輸送機構(gòu)用于高速間歇狀態(tài)下傳輸筒型物體，由于系統(tǒng)的運動主要是在一個平面的運動，因此輸送帶采用具有旋轉(zhuǎn)約束的鏈節(jié)相互聯(lián)接而成，鏈節(jié)之間加入扭轉(zhuǎn)彈簧以反映平面內(nèi)的扭轉(zhuǎn)剛度。每個鏈節(jié)依靠四個抱緊臂彈性固定著傳輸體，這四個抱緊臂通常可簡化成彈性的懸臂曲梁，本例中簡化成四個剛性鉸接的小爪，并加上渦卷彈簧力，也可以很好地反映出實際情況。機構(gòu)的運動是通過輸鏈器裝置完成的，主要是通過上方撥動齒的往復運動和下方防止鏈條反向倒退的阻動齒來共同驅(qū)動的。由于上方撥動齒的位置尚需精確的定位，故將上方撥動齒的運動簡化為水平方向的牽引運動。 仿真模型的建立是在導入原有三維精確實體模型的基礎(chǔ)上，用RecurDyn提供的多級子系統(tǒng)建模和空間多接觸面定義快速構(gòu)建出的，如圖1、圖2所示，并在此基礎(chǔ)上添加力、碰撞、運動副等約束條件。由于該機構(gòu)是高速間歇運動，因此采用一系列分段的時間與運動位移坐標來輸入運動參數(shù)。 圖1 經(jīng)簡化的一對空鏈節(jié)模型 二、仿真分析 1.運動狀態(tài)與干涉校驗 首先必須考慮到鏈條柔度對運動的干涉影響，即考慮到在設(shè)計的平面柔度和扭轉(zhuǎn)柔度范圍內(nèi)，長鏈條和最后只剩單個鏈節(jié)情況下，鏈節(jié)進入輸鏈器裝置內(nèi)的運動狀態(tài)，避免被卡住或干涉撞擊引起抱緊臂變形。設(shè)計一定的鏈條柔度有助于輸送系統(tǒng)工作的可靠性，但設(shè)計柔度不能過大，否則會引起勾掛現(xiàn)象，產(chǎn)生掛鏈故障并破壞鏈節(jié)。鏈式輸送機構(gòu)的運動仿真和鏈節(jié)的空間位移曲線如圖3、圖4所示。 圖2 鏈式輸送機構(gòu)的仿真模型 圖3 鏈式輸送機構(gòu)的運動仿真 圖4 鏈節(jié)的空間位移曲線 2.關(guān)鍵件動載分析 撥動齒是輸送機構(gòu)中負載較大的功能性部件，在高速間歇受載運行中會周期性地沖撞擊鏈條、激勵銷軸座及其支撐結(jié)構(gòu)，形成一系列由沖擊激勵產(chǎn)生的振蕩。在本模型中牽引運動的驅(qū)動力可近似為等效的沖擊載荷，分析結(jié)果如圖5所示。 圖5 沖擊動載荷分析 3.運動平穩(wěn)性分析 由于鏈式輸送模型中含有多種非線性因素，采用完全遞歸算法，對各鏈節(jié)的各自由度運動幅值的斂散性進行分析，來判定鏈式輸送系統(tǒng)的運動平穩(wěn)性；同時得到考察運動平穩(wěn)性的參數(shù)，即各鏈節(jié)的加速度值，如圖6所示。 圖6 加速度響應 4.抱緊力分析 抱緊臂的抱緊力設(shè)計也十分重要，該值越大，抱緊傳輸體越可靠，但裝卸傳輸體就困難了；另一方面，從鏈節(jié)中脫出傳輸體將消耗過多的能量，對其他的相關(guān)機構(gòu)工作不利。若該值較低，則容易使傳輸體在輸送過程的劇烈抖動中掉落，產(chǎn)生故障，因此需要進行抱緊臂的抱緊力動態(tài)載荷分析，分析結(jié)果如圖7所示。 圖7 動態(tài)載荷分析 三、結(jié)束語 本文應用RecurDyn多體動力學軟件，在導入原有實體模型的基礎(chǔ)上，快速構(gòu)建仿真模型。根據(jù)RecurDyn提供的多級子系統(tǒng)建模、空間多接觸和完全遞歸算法等特有功能，對復雜鏈式輸送機構(gòu)的分析問題進行了動力學仿真，得到了做為設(shè)計參考的動力學參數(shù)，為鏈式輸送機構(gòu)的動力學設(shè)計提供了很好的設(shè)計校驗方法。仿真結(jié)果可以檢測輸送系統(tǒng)工作的平穩(wěn)性和可靠性，并預測鏈式輸送機構(gòu)故障的發(fā)生及現(xiàn)象模擬。 由于在計算碰撞的過程中對CAD模型的要求較高，而現(xiàn)有鏈節(jié)的鈑金件模型及裝配位置公差還有待精確完善，因此本模型對鏈節(jié)連接關(guān)系進