机电产品设计试验报告

1、课程名称：机电产品现代设计方法 上课时间：2015年春季机电产品现代设计方法实验报告姓 名: 学 号: 班 级:所在学院：机电工程学院任课教师：张旭堂实验名称机电产品现代设计方法姓名张文奇学号1120810610班级1208106实验地点实验日期2015-06-11评分指导教师张旭堂同组成员其他孙如昊一、实验项目与实验目的实验项目：典型机电产品多学科协同优化设计。 试验目的：(1)掌握典型机电产品多学科协同优化设计软件环境组成，包括建模软件、分析软件、协同平台。(2 )自主设计产品模型、分析过程、优化目标。(3)对得到的优化结果进行定性分析，解释结果的合理性，编写上机实验报告。二、实验环境网络

2、协同设计环境，如下图所示：包括产品CAD建模、有限元分析FEM动力学仿真ADAMS和控制仿真 MATLAB计算机网络硬件环境和相应软件环境。图形工作站和路由器，安装协同设计仿真软件。协同设计仿真平台组成三、实验原理典型机电产品协同设计仿真工作流程如下图所示。1) 利用CAD建模工具，建立产品模型；2) 利用ADAM建立产品运动学模型；3）根据CAD和ADAM传过来的结构模型和边界条件分析零件应力场和应变场;4）用ADAM分析得到的运动参数（位移、速度）。1产品CA建模(CATIA有限元输入载荷FEM分析结果 （应力、应变、模态）CAD模型(STEP / IGE格 式)3.CA有限元分析（CAT

3、IA12.动力学分析4.控制仿真(ADAMS(MATLAB运动参数：位 移、速度 卜动力参数：惯 量、载荷驱动力、反应 时间精选资料，欢迎下载协同设计仿真平台组成四、实验内容与步骤（1）总体方案设计SysML语言是 UML语言（Unified Modeling Language，统一建模语言，一种面向对象的标准建模语言，用于软件系统的可视化建模）在系统工程应用领域的延续和扩展，是近年提出的用于系统体系结构设计的多用途建模语言，用于对由软硬件、数据和人综合而成的复杂系统的集成体系结构进行可视化的说明、分析、设计及校验。在这里我们绘制参数图如下。在下面的参数图中，我们确定了系统中各部件的相互约束情

4、况。雋上¥1量打稀扭将力处TT-a'IJ轴的扭转萌I2=pi*軸的尺寸产品初步结构与SysML图(2 )底座转台关键件(圆盘)的有限元分析1.首先在ansys环境下绘制圆盘模型，弹出如下对运行 Preprocessor->Modeling->Volumns->Cylinder->Solide Cylinder话框，在对话框中输入相应数值，点OK生成零件模型。2. 选择单元类型运行 Preprocessor->Element Type->Add/Edit/Delete，选择 Structural 中的 Solid ，由于10个结点的单元计算精

5、度要比8个结点的计算精度高,故选择“ Tet 10node 92”单元。3. 材料属性设置运行 Preprocessor->Material Props>Material Models，弹出如下所示对话框，依次双击Structural ， Lin ear ， Elastic ， Isotropic，弹出图所示对话框。本例中选择材料为铸钢。MtfrrlhViidDeT7a M 也吐 rAHM- 1Htj£乳卩.dxr j直I Llnal眷w檜 Orrtirhrpc 直M泅帕比 MmA wWW riprrBilE-piuin附：常用材料的弹性模量和泊松比惮性 »A4

6、l.g天*白n暫戟115-IGOOr 23-0.27isi'iw)blD. 26-0.29M200 -230BL0.2J-C.2S21X>其0.25宀仇3L75眄-84CL 25 - 1 Z9*L划甜LIB射H 33CL SS_L1Q400.35就120.2S餐：件金T1計919035-370.3J0.42轧制児审LIOV)Ok 31 -U- 3-1ja/ri c旋Q271®26-7UMo.ac1770.424. 网格划分设置划分网运行 Preprocessor->Meshing->Size Cntrl->Manual Size->Global-

7、>Size 格的大小。运行Mesh->MeshTool，弹出如图所示对话框， 在Shape选项栏后面，选择Tri和Free ,单击Mesh弹出选择实体对话框，选择一个实体进行网格划分。划分后模型结果如下图5.施加约束选择菜单 Solutio n->Defi ne Loads->Apply->Structure-> Displaceme nt-> On Nodes选择若干节点，弹出图所示对话框，选择 All DOF ,单击OK在圆盘中心适当大小的圆周范围内施加固定约束。6.施加载荷选择菜单 Solutio n->Defi ne Loads->

8、Apply->Structure ->Pressure->O n Areas，弹出如图所示对话框。拾取一个或多个面，单击0K按钮。弹出如图所示对话框。在VALUE选项栏中填写受力。如下图：以上操作完成后，基本参数的值如下图所示7.求解运行Solution->Solve->Current LS，弹出如图所示对话框。Mesli VolumesTickUn.p i ck £ingl«'Baxl Polygiori fCircleloopC o_unt=1=1Tf-i -n-i ifti am=1Folu Ho. 1,r*' List

9、q i It Min, Hax, IncORhpply |He setC sxiceLPicE AllHelp |8.结果显示运行 Ge neral Postproc>Plot Results>Co ntour Plot>Nodal Solu，弹出如图所示对话框，运 DOFSolution>Displacement vector sum和 Stress>von Misesstress ，分别显示分析结果的位移云图和应力云图。2JAJH|tMi iw mIWi图13負?-曲亠阿P工鱼亘 ra 亘 E-r?ff 9 ar 2u一 a-旦 « I- I ft-

10、|W»!|l>|wM(3)基于ADAMS勺运动学仿真1.构造ADAM样机机械模型依据实验题目给定的数据来绘制挖掘机的几何模型。具体参数及绘图结果如下图。Main To+.E* 曰1fM 勒MW* 函4 &K1 何 IHH 出On Ground Length|仙)V Height(4m)函 Depth2")阳 | 钟七|I i(4*1i ITT 4 Q2. 设定运动副约束分别在基座和座架、座架与轴肩、铲斗与悬臂之间添加转动副约束；在悬臂与轴肩之间添加平动副约束。添加运动副的结果最终如下图所示。JlJI ?3. 设定运动分别在基座与座架之间，座架与轴肩之间以及悬臂

11、与铲斗之间设定旋转运动，并设定相应的运动函数；在悬臂与轴肩之间设定平行运动。添加运动后效果如下图。4. 运动仿真按照设定的运动进行仿真，可以实现预先设定的运动。X > *乜L-ft AI CL£5.测量和后处理利用ADAMS自带的测量功能，测量悬臂左端点到轴肩右端点间的距离。并且绘制如下曲线图：DMEA_PT2PT_12五、实验总结传统设计方法以经验总结为基础，利用经验、公式、图表、设计手册等作为设计依据， 是一种以静态分析、近似计算为特征的设计方法，在设计速度、设计精度等方面存在不足。现代设计方法是随计算机技术的广泛应用而在设计领域发展起来的一门新兴的多元交 叉学科。在产品设计中，实现建模和分析方的数字化、多学科最优化、智能化、网络化和可 靠化。通过本门课程以及实验， 使我们加深并且深入理解了现代设计方法的优势，了解现代设计与传统设计的区别和联系，利用现代设计方法解决机电产品设计中的