基于ADAMS的夾鉗動力學仿真分析

1、機械設計與制造 第11期 =!蘭=堅竺蔓!竺翌一些塹罌壁.墜竺蘭墅!堅堡 蘭QQ妻主!旦 文章號:1l一3997(2005ll一52一02基于ADAMS的夾鉗動力學仿真分析劉偉達劉劍雄畢世英嚴波(昆明理工大學機電工程學院,昆明650093Dynamic simuIation anaIysis 0f cIamp based On ADMASLIU Weida,UU Ji粕一xion島BI Shiying,YANBo(KunmiIlg Unive璐ity of Science鋤d Tech腫lo盼K礬ming 650093,China關鍵詞:動力學;ADAMS;夾鉗【Abstract】AppZic

2、af幻n礦ADAMS s夠塒nre流mec口凡如nZ s筘em5而饑om沈simuZ耐幻n口如蠡蠡,加陽 。,以mDre血6rDn吐 6黜Bd DH旃e 6一礦inroduc幻n曠ADAMS,e印口i口把dk t睹i,皤琥,y釅口以om毗詁m cZed ck,7妒,p8rticHznr rem,ne珊如d t7塘p口廳des哲n口乃d移i,苫刪礎sem6移d昭i卵c曠cZ口,妒,如c潞sed幽屺da尬 con拋坩ion 6ef訓een ADAMS口n4scH加s妒塒nM, 砒zf c血彤ing t,”.D叼毋n血m沈sim以口如凡口眥加如o, cznmp砂ADAMs,o以n耽晌愕f矗e c砒如

3、f幻n煅比拙雅砌g矗e秈on cf。mp,soptfm拓垤如咖in丘“re. 3Key words:Dynamics;Automatic dynamic卸aJysis of mechalljcal syS玉哪;cl鋤p中圖分類號:THll3文獻標識碼:Al前言ADAMs(Automatic Dynamic Amdysis of Mechaflical System 軟件是美國MDI公司(現已經并入美國MSC公司開發(fā)的機械 系統(tǒng)動力學仿真分析軟件。ADAMS是集建模、求鰓、可視化技 術于一體的虛擬樣機軟件,是世界上目前使用范圍最廣、最負 盛名的機械系統(tǒng)仿真分析軟件。使用這套軟件可以產生復雜機 械

4、系統(tǒng)的虛擬樣機.真實地仿真其運動過程。并且可以迅速地 分析和比較多種參數方案,直至獲得優(yōu)化的工作性能,從而大 大減少了昂貴的物理樣機制造及試驗次數,提高了產品設計質 量,大幅度地縮短產品研制周期和費用。ADAMs軟件將強大的分析求解功能與使用方便的用戶界 面相結合,使該軟件使用起來既直觀又方便。還可用戶專門 化。ADAMs軟件的主要特點如下:(1分析類型包括運動學、靜力學和準靜力學分析.以及線 性和非線性動力學分析,包含剛體和柔性體分析。(2自動輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線,仿真結 果顯示為動畫和曲線圖形。(3可預測機械系統(tǒng)的性能、運動范圍、碰撞、包裝、峰值載 荷以及計算有限元的輸入載

5、荷。(4支持同大多數cAD、砸黛和控制設計軟件包之問的雙 向通訊。2自動閉合式夾鉗的工作原理自動閉合式夾鉗的基本工作原理是:通過橋式起重機.首 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 方,并使凸鉗嘴導向錐對準鋼卷中心孔,如圖I所示;然后將夾 鉗緩緩地放在鋼卷上,鎖閉器鎖心被鎖架向上推移,同時鎖心在其頭部軸向凸輪的推動下轉過900,如圖2所示;當向上提升夾鉗時,此時鎖閉器開啟。最終夾鉗在橋式起重機吊鉤的提升下。凹凸鉗嘴架逐漸合攏。將鋼卷夾緊。如圖3所示;當鋼卷把帶卷搬運到指定地點時。隨著橋式起重機吊鉤的下落,鎖心在其頭部軸向凸輪的簍苧下要當蝥苧?o。,。如|巴! 圖l夾鉗工作原理

6、圖解 所示;鎖閉器閉合。自動閉合Fj薔1%e:贏j。;n,二i:l。呷 式夾鉗便完成了一個工作循環(huán)。3夾鉗的動力學分析3.1基于夾鉗特征造型的零件設計特征是幾何形體的參數化表示.也是設計或制造零部件的 基本幾何體,特征造型設計比傳統(tǒng)的幾何造型設計(如點、線條 和曲面等更能準確完整地表達設計產品零部件的信息,是更 高層次的產品零部件設計技術。(1建立零件的總體模型。在對夾鉗零件合理的建模后,用一些空間曲線,通過拉伸、旋轉、掃描等基本的特征形體方法。建立夾鉗零件的特征基體。(2完成零件的細節(jié)。在確保夾鉗 圖2鎖心設計圖 一瓣夔糕瓣煎第11期 劃偉達等:基于ADAMS的夾鉗動力學仿真分析 一53一

7、零件的總體設計正確時,通過倒角、陣列等其他的造型方法,逐步對夾鉗零件進行細節(jié)上的設計,以得到完整的夾鉗零件模型。如圖2、圖3、圖4所示為鎖閉器的鎖心和凹鉗嘴和鎖體設計圖。圖3凹鉗嘴設計圖Fig.3DesigIl of cl岬p mouth 3.2虛擬裝配設計圖4鎖體設計圖 Fig.4Desi印0f locki“g body虛擬裝配設計是在計算機上建立起夾鉗整機的裝配模型, 即將不同零部件通過特征識別、確定裝配特征后。組裝成一個裝 配體。其功能是定義部件之間不同的約束關系,并進行零部件 之間的干涉檢查。虛擬裝配設計有兩種裝配設計方法:自下而 上和自上而下。自下而上的設計是一個從零件到裝配件的設計

8、過程。自上而下的設計是一個裝配件到零件的設計過程。對于夾 鉗的設計,基于已經建立起的三維零件模型,采用自下而上的裝 配設計方式。(1首先要確定各裝配件的零件組成。根據夾鉗的工作原理和各部件的結構,確定裝配部件的裝配層次、父子關系。為進行裝配設計做準備。(2完成具體裝配設計。根據夾鉗零件自身的特征結構,通過軸對齊、面對齊、貼合等關系約束組成裝配體。如 圖5夾鉗總裝配圖 圖5為夾鉗的總裝配圖。Fig.511lembly of clp 3.3ADMAs與三維造型軟件的數據轉換ADAMs/vjew與主要三維造型軟件共同支持的圖形交換 格式主要有以下三種:(1s.IEP格式 STEP的出現要歸功于產品數

9、據交換的許 多成熟技術及現有的交換標準的改進.趼EP必須包括以下幾 個基本功能:描述方法資源信息模型應用協(xié)議實現形式和一致 性檢驗.吼P為產品在它的生命周期內規(guī)定了唯一的描述和 計算機可處理的信息表達形式.這種形式獨立于可能要處理這 種數據格式的應用軟件,并能保證系統(tǒng)中的一致性。(2IGEs格式 由于IGEs作為一種表達產品數據并將其 轉化成中性文件格式的行業(yè)標準。其在開發(fā)和維護方面與專用 的轉換軟件相比優(yōu)勢是明顯的.但IGEs只適用于在計算機集 成生產中的各個子系統(tǒng)領域傳送信息以形成技術繪圖或簡單的 三維幾何模型。(3Paralid格式Plid現以成為開發(fā)高端、中等規(guī)模 cAD系統(tǒng)及商品化C

10、AD/CAM/CAE軟件的標準。Pam.80Kd幾何核心系統(tǒng)可提供精確的幾何邊界表達,能夠在以它為幾何核心的CAD/CAE系統(tǒng)間可靠的傳遞幾何和拓撲信息,它的數據拓撲實體包括:點、邊界、片、環(huán)、面、殼體、區(qū) 圖6夾鉗在ADAMs中的模型 域、體、它的一項關鍵技術是容 Fg.6T11e model of cla“p in ADMAs 錯造型技術。但是試驗表明以IGEs格式和鋤P格式輸出時。 耗時大,效率低,而且出錯信息多.我們采用Pa枷d作為核心 實體造型技術。如圖6為夾鉗在ADAMs中的模型。3.4基于ADMAS的夾鉗動力學分析ADAMs根據機械系統(tǒng)模型,自動建立系統(tǒng)的拉格朗日運 動方程,對多

11、剛體系統(tǒng)ADAMs將列出以下剮體運動方程(具體 推導過程請見參考文獻1】。動力學方程(將力與加速度相聯系:番c去+喜=礬乩z“, 系統(tǒng)約束方程:妒(g,口,t=0(2 系統(tǒng)外力方程:F(“,“,gI1=o (3 自定義代數微分方程:DIEF(1l,%毋工f=O (4 在上述公式中:x一動能;毋一描述系統(tǒng)的廣義坐標;鼽一系統(tǒng)的約束方程; 毋一廣義坐標方向的廣義力;Ai一肘×1拉格朗日乘子列陣; g一笛卡兒廣義坐標;一廣義坐標的微分;,一外力和約束;l一 時間。對于夾鉗的運動學分析,需求解一系列的非線性代數方程, ADAMs采用了修正的NewtonRBphson迭代算法迅速準確地 求解。

12、其求解過程的數據流程如圖7。假設夾鉗調運的帶卷材料 內徑Dl=508mm,外徑D2=1016mm,高日=1500mm,在 ADAMs環(huán)境下通過對夾鉗的各個部件做出約束限制,同時加上 作用力和重力,ADAMS利用已定義的部件和約束自動定義作用 力和反作用力以及慣性力。對于鋼卷和鋁卷通過ADAMS軟件 動力學仿真可以得到如表l的曲線圖。從表中可以看出鋁卷的 速度比鋼卷要大.但運動都比較平緩。鋼卷和鋁卷的加速度曲 線趨向于一條直線,同時鋁卷的加速度較鋼卷大。夾鉗提升時間 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 鋼卷夾緊時有一定的沖擊力,鋼的剮度比鋁大,所以鋼卷的力剛 開始時在一定范圍

13、變化(近似為正旋曲線變化,但最終為一固 定僵。圖7AnAMS數據藏程圈Hg.7D山nw ch碰ofADMs表l不同材料帶卷的速度、加速度、力的曲線圈T曲.1G颶ph 0f vel“y、北e蹭tion,f0托e of di躬femm material8 l _魯p.,.1xlOx。,一l 船,2,110-,- 疊 J=廣 -:r”一“l(fā)一I一一一l薔 1三f l .=疆。. q, n ”一i廠,、廠、,、d _.i l _帖1rd .#=;=q機械設計與制造 第ll期 一5毒一 麓黼弒ne拜&si辨&酪黼玨螽el瑚港 25年ll羹 文章編號#10013997(200sll一005

14、403基于VC+和ANSYS的曲軸三維模型有限元分析系統(tǒng)的研究揚贛真1童紅褥1簍墨秋2(t西北置韭大學。褥安710072(2酉安毽誓大學,露安7l00483D cnankshaft finjte eIement analysi8system base 0n VC+and ANSYSyANG Qi玨g一燕攤1,WANG§強gmeil,姒撐G hq群(1No施west鋤孫lyteehnie啦UlIiversity,髓7l0072ehina(2Xi粕University of Technology,xian 710048,China;?！?。9。+。; ; 【摘要】以“最蔣舍實l豢工況、最

15、少量筒純”為原弱,鎣母Vc+爭A瓣s￥s接礴技術秀發(fā)了參數i ;化囂維整體曲軸有限元分析系統(tǒng),設計了友好的類型導航界面,借助Vc+前臺開發(fā)友好、方便、易i i用的人機交蔑界面,對復雜的、難于理解和掌握的ANsYs命令流進行詹臺封裝,能夠大大減少曲軸i ;研究與設詩鐫蓋辭量。詫技拳藐葵騫鑊輛專臻分析軟籜方便、高效秘錢點,又吳鴦欠型通躉敬籜穩(wěn)i ;定、可靠的優(yōu)點。 i ; 關鍵詞:vc+;ANsYs;高效率;曲軸;有限元分析 i l lA瓤露珊】熟尹瘤辯蠢婦醪”菇蕊#s聰i5西如力r羅嬲i笛;e檔si麓癌霧2e啦據弦,'醵觸糯磁由秀;妊3D i i cr4概地巹五砌e e拓砌眥a觸蜘缸壚沏

16、l 6e o砧Vc+8以ANsYS蠡融卻耐.豫8觸砌砂西蹴批ce礦i i 御8g謝B蠡妣坤甜d觸,ld饑c0胱凡如眥桫吐以e咖凇以co唧螂垤i舭以ce括p腳勰d鉀赫i i 婦矗卻移Vc+。溉婦勰d 8捌緲幫磁矽僦減矗夠蠡端撐蹴移捌瓣窿酚m揪sd瞅細嫩跏i ; 唧溉。磁d蹶施ANsYs co舢8蕊.孤括溉矗腳如gy盎辯覷礎鹼嗽薩礦蝴餾站曲刪夠c據唧懿i i p吲瓠如眥z cm概地廳口n口蜘b s驢lcIa心口以如sEn6以毋口以M屁曲以妨o,k弘com剮肛s包細口re. i i I畸Worlls:Vc+;ANsYs;燃垂e燕幽n留;c強n蛐越;垂1in耋拋element鼗艙b磷s i ;。.。.

17、。;。.一。.。i 中網分類號:TK402文獻標識碼:Al引言近年采。根據名義虛力稻應力豢中系數計算穗轆應力的傳 統(tǒng)方法盡管在理論和方法上得到了一定的發(fā)展【l】。但隨著計 算機技術的發(fā)展。有限元技術在曲軸的強度研究中得到了越來 越廣泛戇波惹,已有讒多文獻鬟爨湊羰元方法褥掇了較秀騫效 的結果24】。但總起來看,已有的曲軸有限囂分析的研究對 象都是針對某種具體測號曲軸,而殿從模型和邊界條件的處璁 上存在較大豹差別:巍模型方囂,二縫乎囂模型秘蘭維的單拐、 女來稿鼴期:25一Ol一26 l/4和l/2拐乃至整體模型都有采用;載荷處理點一般只考慮 了攀一受蔽壤提,覆慧臻7燕矩黎壤穗力豹終燕;蠡ll耩鏷表

18、露 作用力和斑軸頸約束采用了不同的簡億處理方法。這里在對膿 軸有限元模型進行研究論證的基礎上。開發(fā)了熬于VC+和 矗醚疆s按翻越蹇效率瓣轆有限元分攢系統(tǒng),工程技零人員只餐 具有一定瓣晦軸設計經驗,就可使掰該系統(tǒng)進符赫軸的參數億 設計與有限元分析。從而能夠大大減少曲軸研究筒設計的工作 量,提高產晶的質量。逸基的工作稅進行發(fā)動機增壓、擴缸等機 鰲浚遙辯,賽要零蕊戮數透篷轆懿竣詩足尊著投狻虢轆懿疆凌4結論運麓轟蟄矗醚S敬黲寒進鱷夾辨凌力學費賽努糖,苓霞霉淡 得到夾鉗備個構件的力、位移、速度、加速度,同時也自動生成 每次仿真的標準試驗報告,并且也能用它來進行夾鉗的故障 診凝。嬲膘ADAMs軟終攜真分析

19、掇列的計算縷果,我們可以 與實際測豢數據之闐遴行魄較,邃徉就增魏了譙詩算稅上鍵 造虛擬樣機的信心,同時也為以后進行夾鉗化設計打下了瓚 論基礎。 參考文獻l王國強。張進孚,馬若了.攫數樣機技拳及其在ADAMs上的實駿【嘲. 囂安:囂j工監(jiān)大學盤簸社,22.13一15。2鄭建.ADAMs一虛擬樣機技術入門與撮高【M】.北京:機械工業(yè)出版 社,200223.3傅欽櫥.魚韻立式鋼卷炎囂【n冶金設備.1998。2。4447.5屈利剛+基于3D特征趲型的高壓輥磨機關鍵技術結構CAD技術研 究,祝授設計與翻造。200l1。1821. 基于ADAMS的夾鉗動力學仿真分析作者:劉偉達 , 劉劍雄 , 畢世英 , 嚴波 , LIU Wei-da, LIU Jian-xiong, BI Shi-ying, YAN Bo作者單位:昆明理工大學機電工程學院,昆明,650093刊名:機械設計與制造 英文刊名:MACHINERY DESIGN