基于ADAMS的夹钳动力学仿真分析

1、机械设计与制造 第11期 =!兰=坚竺蔓!竺翌一些堑罂壁.坠竺兰墅!坚堡 兰QQ妻主!旦 文章号:1l一3997(2005ll一52一02基于ADAMS的夹钳动力学仿真分析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 simuIation anaIysis 0f cIamp based On ADMASLIU Weida,UU Ji粕一xion岛BI Shiying,YANBo(KunmiIlg Unive璐ity of Science锄d Tech肿lo盼K矾ming 650093,China关键词:动力学;ADAMS;夹钳【Abstract】AppZic

2、af幻n矿ADAMS s够埘nre流mec口凡如nZ s筘em5而饥om沈simuZ耐幻n口如蠡蠡,加阳 。,以mDre血6rDn吐 6黜Bd DH旃e 6一矿inroduc幻n旷ADAMS,e印口i口把dk t睹i,皤琥,y酽口以om毗诂m cZed ck,7妒,p8rticHznr rem,ne珊如d t7塘p口厅des哲n口乃d移i,苫删础sem6移d昭i卵c旷cZ口,妒,如c潞sed幽屺da尬 con抛坩ion 6ef训een ADAMS口n4scH加s妒埘nM, 砒zf c血彤ing t,”.D叼毋n血m沈sim以口如凡口眦加如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籼on cf。mp,soptfm拓垤如咖in丘“re. 3Key words:Dynamics;Automatic dynamic卸aJysis of mechalljcal syS玉哪;cl锄p中图分类号:THll3文献标识码:Al前言ADAMs(Automatic Dynamic Amdysis of Mechaflical System 软件是美国MDI公司(现已经并入美国MSC公司开发的机械 系统动力学仿真分析软件。ADAMS是集建模、求鳃、可视化技 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 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 械

4、系统的虚拟样机.真实地仿真其运动过程。并且可以迅速地 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 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 量,大幅度地缩短产品研制周期和费用。ADAMs软件将强大的分析求解功能与使用方便的用户界 面相结合,使该软件使用起来既直观又方便。还可用户专门 化。ADAMs软件的主要特点如下:(1分析类型包括运动学、静力学和准静力学分析.以及线 性和非线性动力学分析,包含刚体和柔性体分析。(2自动输出位移、速度、加速度和反作用力曲线,仿真结 果显示为动画和曲线图形。(3可预测机械系统的性能、运动范围、碰撞、包装、峰值载 荷以及计算有限元的输入载

5、荷。(4支持同大多数cAD、砸黛和控制设计软件包之问的双 向通讯。2自动闭合式夹钳的工作原理自动闭合式夹钳的基本工作原理是:通过桥式起重机.首 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 方,并使凸钳嘴导向锥对准钢卷中心孔,如图I所示;然后将夹 钳缓缓地放在钢卷上,锁闭器锁心被锁架向上推移,同时锁心在其头部轴向凸轮的推动下转过900,如图2所示;当向上提升夹钳时,此时锁闭器开启。最终夹钳在桥式起重机吊钩的提升下。凹凸钳嘴架逐渐合拢。将钢卷夹紧。如图3所示;当钢卷把带卷搬运到指定地点时。随着桥式起重机吊钩的下落,锁心在其头部轴向凸轮的篓苎下要当蝥苎?o。,。如|巴! 图l夹钳工作原理

6、图解 所示;锁闭器闭合。自动闭合Fj蔷1%e:赢j。;n,二i:l。呷 式夹钳便完成了一个工作循环。3夹钳的动力学分析3.1基于夹钳特征造型的零件设计特征是几何形体的参数化表示.也是设计或制造零部件的 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 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 高层次的产品零部件设计技术。(1建立零件的总体模型。在对夹钳零件合理的建模后,用一些空间曲线,通过拉伸、旋转、扫描等基本的特征形体方法。建立夹钳零件的特征基体。(2完成零件的细节。在确保夹钳 图2锁心设计图 一瓣夔糕瓣煎第11期 划伟达等:基于ADAMS的夹钳动力学仿真分析 一53一

7、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。图3凹钳嘴设计图Fig.3DesigIl of cl岬p mouth 3.2虚拟装配设计图4锁体设计图 Fig.4Desi印0f locki“g body虚拟装配设计是在计算机上建立起夹钳整机的装配模型, 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 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 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 上和自上而下。自下而上的设计是一个从零件到装配件的设计

8、过程。自上而下的设计是一个装配件到零件的设计过程。对于夹 钳的设计,基于已经建立起的三维零件模型,采用自下而上的装 配设计方式。(1首先要确定各装配件的零件组成。根据夹钳的工作原理和各部件的结构,确定装配部件的装配层次、父子关系。为进行装配设计做准备。(2完成具体装配设计。根据夹钳零件自身的特征结构,通过轴对齐、面对齐、贴合等关系约束组成装配体。如 图5夹钳总装配图 图5为夹钳的总装配图。Fig.511lembly of clp 3.3ADMAs与三维造型软件的数据转换ADAMs/vjew与主要三维造型软件共同支持的图形交换 格式主要有以下三种:(1s.IEP格式 STEP的出现要归功于产品数

9、据交换的许 多成熟技术及现有的交换标准的改进.趼EP必须包括以下几 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 性检验.吼P为产品在它的生命周期内规定了唯一的描述和 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。(2IGEs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 的转换软件相比优势是明显的.但IGEs只适用于在计算机集 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 三维几何模型。(3Paralid格式Plid现以成为开发高端、中等规模 cAD系统及商品化C

10、AD/CAM/CAE软件的标准。Pam.80Kd几何核心系统可提供精确的几何边界表达,能够在以它为几何核心的CAD/CAE系统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 Fg.6T11e model of cla“p in ADMAs 错造型技术。但是试验表明以IGEs格式和锄P格式输出时。 耗时大,效率低,而且出错信息多.我们采用Pa枷d作为核心 实体造型技术。如图6为夹钳在ADAMs中的模型。3.4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

11、刚体系统ADAMs将列出以下剐体运动方程(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:番c去+喜=矾乩z“, 系统约束方程:妒(g,口,t=0(2 系统外力方程:F(“,“,gI1=o (3 自定义代数微分方程:DIEF(1l,%毋工f=O (4 在上述公式中:x一动能;毋一描述系统的广义坐标;鼽一系统的约束方程; 毋一广义坐标方向的广义力;Ai一肘×1拉格朗日乘子列阵; g一笛卡儿广义坐标;一广义坐标的微分;,一外力和约束;l一 时间。对于夹钳的运动学分析,需求解一系列的非线性代数方程, ADAMs采用了修正的NewtonRBphson迭代算法迅速准确地 求解。

12、其求解过程的数据流程如图7。假设夹钳调运的带卷材料 内径Dl=508mm,外径D2=1016mm,高日=1500mm,在 ADAMs环境下通过对夹钳的各个部件做出约束限制,同时加上 作用力和重力,ADAMS利用已定义的部件和约束自动定义作用 力和反作用力以及惯性力。对于钢卷和铝卷通过ADAMS软件 动力学仿真可以得到如表l的曲线图。从表中可以看出铝卷的 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 线趋向于一条直线,同时铝卷的加速度较钢卷大。夹钳提升时间 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 钢卷夹紧时有一定的冲击力,钢的剐度比铝大,所以钢卷的力刚 开始时在一定范围

13、变化(近似为正旋曲线变化,但最终为一固 定僵。图7AnAMS数据藏程圈Hg.7D山nw ch碰ofADMs表l不同材料带卷的速度、加速度、力的曲线圈T曲.1G飓ph 0f vel“y、北e蹭tion,f0托e of di躬femm material8 l _鲁p.,.1xlOx。,一l 船,2,110-,- 叠 J=广 -:r”一“l一I一一一l蔷 1三f l .=疆。. q, n ”一i厂,、厂、,、d _.i l _帖1rd .#=;=q机械设计与制造 第ll期 一5毒一 麓黼弑ne拜&si辨&酪黼珏螽el瑚港 25年ll羹 文章编号#10013997(200sll一005

14、403基于VC+和ANSYS的曲轴三维模型有限元分析系统的研究扬赣真1童红褥1篓墨秋2(t西北置韭大学。褥安710072(2酉安毽誓大学,露安7l00483D cnankshaft finjte eIement analysi8system base 0n VC+and ANSYSyANG Qi珏g一燕摊1,WANG§强gmeil,姒撑G hq群(1No施west锄孙lyteehnie啦UlIiversity,髓7l0072ehina(2Xi粕University of Technology,xian 710048,China;。“+。9。+。; ; 【摘要】以“最蒋舍实l豢工况、最

15、少量筒纯”为原弱,蓥母Vc+争A瓣s￥s接礴技术秀发了参数i ;化嚣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i i用的人机交蔑界面,对复杂的、难于理解和掌握的ANsYs命令流进行詹台封装,能够大大减少曲轴i ;研究与设诗镌盖辞量。诧技拳藐葵骞镬辆专臻分析软箨方便、高效秘钱点,又吴鸯欠型通趸敬箨稳i ;定、可靠的优点。 i ; 关键词:vc+;ANsYs;高效率;曲轴;有限元分析 i l lA瓤露珊】熟尹瘤辩蠢妇醪”菇蕊#s聪i5西如力r罗嬲i笛;e档si麓癌雾2e啦据弦,'醵触糯磁由秀;妊3D i i cr4概地卺五砌e e拓砌眦a触蜘缸垆沏

16、l 6e o砧Vc+8以ANsYS蠡融却耐.豫8触砌砂西蹴批ce矿i i 御8g谢B蠡妣坤甜d触,ld饥c0胱凡如眦桫吐以e咖凇以co唧螂垤i舭以ce括p脚勰d钾赫i i 妇矗却移Vc+。溉妇勰d 8捌缈帮磁矽僦减矗够蠡端撑蹴移捌瓣窿酚m揪sd瞅细嫩跏i ; 唧溉。磁d蹶施ANsYs co舢8蕊.孤括溉矗脚如gy盎辩觑础硷嗽萨矿蝴馏站曲删够c据唧懿i i p吲瓠如眦z cm概地厅口n口蜘b s驴lcIa心口以如sEn6以毋口以M屁曲以妨o,k弘com剐肛s包细口re. i i I畸Worlls:Vc+;ANsYs;燃垂e燕幽n留;c强n蛐越;垂1in耋抛element鼗舱b磷s i ;。.。.

17、。;。.一。.。i 中网分类号:TK402文献标识码:Al引言近年采。根据名义虚力稻应力豢中系数计算穗辘应力的传 统方法尽管在理论和方法上得到了一定的发展【l】。但随着计 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 越广泛戆波惹,已有谗多文献鬟爨凑羰元方法褥掇了较秀骞效 的结果24】。但总起来看,已有的曲轴有限嚣分析的研究对 象都是针对某种具体测号曲轴,而殿从模型和边界条件的处璁 上存在较大豹差别:巍模型方嚣,二缝乎嚣模型秘兰维的单拐、 女来稿鼹期:25一Ol一26 l/4和l/2拐乃至整体模型都有采用;载荷处理点一般只考虑 了攀一受蔽壤提,覆慧臻7燕矩黎壤穗力豹终燕;蠡ll耩镤表

18、露 作用力和斑轴颈约束采用了不同的简亿处理方法。这里在对脓 轴有限元模型进行研究论证的基础上。开发了熬于VC+和 矗醚疆s按翻越蹇效率瓣辘有限元分攒系统,工程技零人员只餐 具有一定瓣晦轴设计经验,就可使掰该系统进符赫轴的参数亿 设计与有限元分析。从而能够大大减少曲轴研究筒设计的工作 量,提高产晶的质量。逸基的工作税进行发动机增压、扩缸等机 鳌浚遥辩,赛要零蕊戮数透篷辘懿竣诗足尊著投狻虢辘懿疆凌4结论运麓轰蛰矗醚S敬黪寒进鳄夹辨凌力学费赛努糖,苓霞霉淡 得到夹钳备个构件的力、位移、速度、加速度,同时也自动生成 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 诊凝。嬲膘ADAMs软终携真分析

19、掇列的计算缕果,我们可以 与实际测豢数据之阗遴行魄较,邃徉就增魏了谯诗算税上键 造虚拟样机的信心,同时也为以后进行夹钳化设计打下了瓒 论基础。 参考文献l王国强。张进孚,马若了.攫数样机技拳及其在ADAMs上的实骏【嘲. 嚣安:嚣j工监大学盘簸社,22.13一15。2郑建.ADAMs一虚拟样机技术入门与撮高【M】.北京:机械工业出版 社,200223.3傅钦橱.鱼韵立式钢卷炎嚣【n冶金设备.1998。2。4447.5屈利刚+基于3D特征趱型的高压辊磨机关键技术结构CAD技术研 究,祝授设计与翻造。200l1。1821. 基于ADAMS的夹钳动力学仿真分析作者:刘伟达 , 刘剑雄 , 毕世英 , 严波 , LIU Wei-da, LIU Jian-xiong, BI Shi-ying, YAN Bo作者单位:昆明理工大学机电工程学院,昆明,650093刊名:机械设计与制造 英文刊名:MACHINERY DESIGN