基于ADAMS的摆动导杆间歇急回机构的参数化建模分析
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试验设计参数化分析的结果报告( 如图 6 所示) 列出了设计变量 D V - 3、D V - 4 同时改变时, 滑块 C 质心坐标最大值的变化。根据设计目标的取值, 即可从 表中分析出变量 D V - 3 和 D V - 4 的较优 值。
Key words: AD AM S, T he sw ing leads pole imit ation, Parameter modeling analysis
在机构设计中, 要求机构的从动件必须满足某 种运动规律, 这就需要对机构进行必要的运动分析。 常规的分析方法是图解法和解析法。但是, 前者的 设计精度低; 后者的计算工作量大, 必须借助计算机 编程处理。如果借 助 ADAM S之间是否干涉, 执行件的运动是否与期望的相符; 通过参数化建模 分析及优化设计, 可以优化机构的设计方案, 大大提 高机构分析设计的效率。
建立测 量。在 Adam s/ V iew 的 测量命令 中添 加对滑块 C 的测量。在特征选项 中可选择 CM 位 移、CM 速度、CM 加速度等测量工具。 3. 2 参数化分析 3. 2. 1 参数化摆动导杆间歇机构
对样机几何形体进行参数化处理的最简单的方 法是对特殊点进行参数化处理。首先, 根据样机几 何结构的特点, 设置若干点, 这些点定义了一些特殊 的位置, 是构造其他几何形体的基准点; 然后利用这 些点产生一些新的构件, 或者将已有的构件同新创 建的点关联, 当这些特殊点的位置改变时, 与其相关 联的几何形体也将自动更新。因此, 如果将点的坐 标进行参数化处理, 则可以在一定程度上实现样机 几何形体的参数化建模。
1 参数化建模分析简介
ADAM S 提供了强大的参数化建模功能。在创
建模型时, 根据分析需要, 确定相关的关键变量, 并 将这些关键变量设置为可以改变的设计变量。在分 析时, 只需要改变这些设计变量值的大小, 虚拟样机 模型就会自动更新。如果需要根据事先确定好的参 数进行仿真, 可以由程序预先设置好一系列可变的 参数, ADAMS 自动进行系列仿真, 以便于观察不同 参数值下样机性能的变化。Adam s/ View 提供了参 数化点坐标、使用设计变量、参数化运动方式和使用 参数表达式 4 种参数化的方法。用户可以方便的修 改参数化的模型, 不用考虑模型内部的关联变动, 而 且可以达到对模型进行优化的目的。
# 25 #
应用设计研究参数化分析得出的结果如图 2~ 图 5 所示。
图 2~ 图 4 分别为滑块 C 的位移、速度、加速度 随时间变化的曲线, 5 条曲线对应 5 种不同的设计 方案。即变量 D V - 3 的值分别为 15、18、22、26 和 30 共 5 种方案。图 5 为滑块位移随设计变 量的变
化曲线, 其横坐标为变量 D V - 3 的值, 纵坐标为滑 块 C 行程的对应坐标值。从该图可分析出设计变 量对滑块行程的敏感程度, 曲线的斜率越大, 说明滑 块行程对变量 D V - 3 的变化越敏感。经过对多个 设计变量进行试验, 可比较出哪个设计变量的变化 对滑块位移最敏感, 能快速地分析出对机构设计目 标的最大影响因素。
转状态下不发生变化, 就必须增大配合过盈量, 抑制 主轴锥孔的扩张量。一方面可消除离心力产生的减 少效应; 另一方面在连接面间产生足够的接触应力, 以保证刀柄在锥孔内的精确定位和夹紧。再者可以 对主轴/ 刀柄连接实行周向定位的方法或者彻底改 变铣床刀柄的结构, 采用更先进的铣刀柄, 但这样会 增加 费用。总之, 对 于不同的机床, 加工不 同的工 件, 应采取相应的措施以达到最完美的效果。
添加约束。在曲柄与机架、曲柄与滑块 D、导杆 与机架、导杆与连杆和连杆与滑块 C 之间添加转动 副。在滑块 D 与导杆、滑块 C 与机架之间添加移动 副。
给曲柄添加旋转运动, 并设置相应转速。在仿 真时, 要对参数结束时间和步长进行设置。在 ADAM S 中, 设置输出步长时应注意, 步长太大将不能 反映样机的高频响应。反之, 步长太小会大大增长 仿真分析时间, 同时使得输出文件很大。所以参数 设置要适当, 设置好后即可运行仿真。
x= l2 - a2 [ 1- cos(arcsin ( y3- y2 )2 + x2 2 sinH) ] 2 +
( y2- y1)2+
x
2 2
atan( arcsin
(
y3 (y2
y -
2) 2+ y1 )2
x22 +x
sinH 2)
2
3 参数化建模分析
3. 1 建立摆动导杆模型并添加约束 摆动导杆间歇急回机构是一种应用比较广泛的
LIU Xuey ang , W U H aitao, L IU Ho ng bin ( F aculty of M echanical and Electrical Eng ineer ing, Kunming U niversity of Science and Technolo gy , K unming 650500, China)
基于 ADAMS 的摆动导杆间歇急回机构的参数化建模分析*
刘雪扬, 吴海涛, 刘泓滨
( 昆明理工大学 机电工程 学院, 云南 昆明 650500)
摘 要: 运用 MSC ADAM S 软件, 建立了摆动导杆间歇急回机构的虚拟样机模型。本文将曲柄和导 杆的设计尺寸参数化, 以机构的行程为设计目标, 对该机构进行参数化建模分析。通过对该机构的参数 化建模分析, 阐述了应用虚拟样机技术进行设计的方法, 提高了机构设计的效率, 缩短了设计周期。
lBC = l, lDE = r, 则 有 r = ( y3 - y2 ) 2 + x 2 2 , b = ( y 2 - y1 )2 + x 2 2 。根据正弦定理可知 sirnA= sibnH,
求出目标函数为: x = c2 - a2 ( 1- cosA) 2 + atanA, 将 以上参数分别代入该式得:
1) 设计研究: 考虑一个设计变量的变化对样机 性能的影响。
2) 试验设计: 可以考虑多个设计变量同时发生 变化对样机性能的影响。
3) 优化分析: 通过优化分析, 可以获得在给定 的设计变量变化范围内, 设计目标达到最大或最小 值的工况。
在 Adams/ V iew 中的设计研 究工具对 话框中
5新技术新工艺6 # 数字技术与机械加工工艺装备 2011 年 第 6 期
参数化分析可以帮助设计者分析设计参数变化 对样 机 性能 的 影 响。在 参 数 化 分 析 中, A dams/ View 采用不同的设计参数值, 自动运行一系列的仿 真分析, 然后返回分析。设计者可以观察设计参数 变化对结果的影响。A dams/ View 提供了以下 3 种 类型的参数化分析过程。
关键词: ADAMS; 摆动导杆仿真; 参数化建模分析 中图分类号: T P 391 文献标志码: A Parameter Molding Analysis of Lead Pole Swing Intermittent and Nasty Return Organization based on ADAMS
参考文献
[ 1] 徐秉业, 刘信声. 应用弹塑性力学[ M ] . 北京: 清 华大学 出版社, 1995. [ 2] 王西彬, 解丽静 . 超高速切削技术及其 新进展[ J] . 中国
机械工程, 2000, 11( 1- 2) : 190- 194. [ 3] 王殿龙, 李天华, 康 德纯. 高速 状态下 机床主 轴/ 刀具 连 接系统变形的有限元分析[ J] . 工具 技术, 2003( 37) : 32. [ 4] 刘战强, 艾兴. 高速 切削刀具系统动平衡技 术研究[ J] . 新技术新工艺, 2001 ( 11) : 18- 20. [ 5] 张伯霖. 高速切削技术及 其应用[ M ] . 北京: 机械工 业 出版社, 2002.
在本机构中通过改变曲柄和导杆的长度, 可以 满足滑块 C 的工作行程设计要求。所以要对曲柄、 导杆与机架的固定点的坐标参数化。方法是在表格 编辑器中分别选择 y 1 和 y 3 坐标, 依次对这 2 个坐 标进行参数化, 其变量名分别为 D V - 4 和 D V - 3, 并 在设 计 变 量 中 设 计 参 数 的 取 值 范 围, 分 别 为 - 10 [ y1 [ 1 和 15 [ y 3 [ 30。 3. 2. 2 参数化机构的仿真分析
Abstract: M aking use of the softw are of M SC A DA M S, built up a swing lead pole intermit tent nasty time o rg anization of v irtual machine mo del. T his paper too k the design size parameter of pole turns o f cr ank and lead and the r oute o f t ravel o f org anization as tar get fo r turning a desig n and car ries on par ameter to turn mo del analy sis to t hat or ganizatio n. T he parameter s that wer e past to that o rg anizat ion t ur ns model analysis and elabor ated that the applied virtual machine technique carr ies on the method of desig n, raised the efficiency of or ganizatio n desig n and shor tened desig n per iod.
平面连杆机构, 它将曲柄的旋转运动转换成导杆的 往复摆动。该机构由曲柄、导杆、滑块、连杆和机架 组成, 导杆只能在某一范围内摆动, 具有间歇急回特 性, 而且机构传动角较 大, 有利 于对加工工件 的冲 压。
机构的原 始参 数如 下: 曲 柄尺 寸 40 m m @ 40 mm @ 60 m m, 滑 块 D 尺寸 40 mm @ 50 mm @ 60 mm, 滑块 C 尺寸 60 m m @ 60 mm @ 60 mm , 导杆尺 寸 40 m m @ 40 mm @ 300 mm , 连杆尺寸 40 mm @ 40 mm @ 300 mm , 材料均为钢材。根据这些尺寸建立 模型。首先在点的表格编辑器中创建相应的点, 之 后分别创建出以上构件。可以修改构件的颜色, 以 区别不同的构件。
2 数学模型的建立
摆动导杆间歇急回 机构简 图如图 1 所示。 以滑块 C 的行程为设计 目标, 建 立 目 标 函 数。 首先建立整个机构的直 角坐标系, 设 A 、C、D 和 E 点的 坐标 分别 为( 0, y1 ) , ( x , y) , ( x 2 , y2 ) , ( 0, y3 ) 。令 lAB = a, l AD = b, 图 1 摆动导杆间歇急回机构
作者简介: 王吉林( 1963- ) , 男, 讲 师, 主 要从事机电 一体化 方 面的研究工作。
收稿日期: 2011 年 4 月 6 日
责任编辑 李超
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5新技术新工艺6 # 数字技术与机械加工工艺装备 2011 年 第 6 期
参数化分析有利于了解设计变量对样机性能的 影响。在参数化分析过程中, 根据参数化建模时创 建的设计变量, 采用不同的参数值, 进行一系列的仿 真, 然后根据返回的分析结果进行参数化分析, 得出 1 个或多个参数变化对样机性能的影响, 再进一步 对各种 参 数进 行 优化 分 析, 得 出最 优化 的 样机。 Adams/ View 提供的 3 种类型的参数化分析方法, 包括设计研究、试验设计和优化分析。
Key words: AD AM S, T he sw ing leads pole imit ation, Parameter modeling analysis
在机构设计中, 要求机构的从动件必须满足某 种运动规律, 这就需要对机构进行必要的运动分析。 常规的分析方法是图解法和解析法。但是, 前者的 设计精度低; 后者的计算工作量大, 必须借助计算机 编程处理。如果借 助 ADAM S之间是否干涉, 执行件的运动是否与期望的相符; 通过参数化建模 分析及优化设计, 可以优化机构的设计方案, 大大提 高机构分析设计的效率。
建立测 量。在 Adam s/ V iew 的 测量命令 中添 加对滑块 C 的测量。在特征选项 中可选择 CM 位 移、CM 速度、CM 加速度等测量工具。 3. 2 参数化分析 3. 2. 1 参数化摆动导杆间歇机构
对样机几何形体进行参数化处理的最简单的方 法是对特殊点进行参数化处理。首先, 根据样机几 何结构的特点, 设置若干点, 这些点定义了一些特殊 的位置, 是构造其他几何形体的基准点; 然后利用这 些点产生一些新的构件, 或者将已有的构件同新创 建的点关联, 当这些特殊点的位置改变时, 与其相关 联的几何形体也将自动更新。因此, 如果将点的坐 标进行参数化处理, 则可以在一定程度上实现样机 几何形体的参数化建模。
1 参数化建模分析简介
ADAM S 提供了强大的参数化建模功能。在创
建模型时, 根据分析需要, 确定相关的关键变量, 并 将这些关键变量设置为可以改变的设计变量。在分 析时, 只需要改变这些设计变量值的大小, 虚拟样机 模型就会自动更新。如果需要根据事先确定好的参 数进行仿真, 可以由程序预先设置好一系列可变的 参数, ADAMS 自动进行系列仿真, 以便于观察不同 参数值下样机性能的变化。Adam s/ View 提供了参 数化点坐标、使用设计变量、参数化运动方式和使用 参数表达式 4 种参数化的方法。用户可以方便的修 改参数化的模型, 不用考虑模型内部的关联变动, 而 且可以达到对模型进行优化的目的。
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应用设计研究参数化分析得出的结果如图 2~ 图 5 所示。
图 2~ 图 4 分别为滑块 C 的位移、速度、加速度 随时间变化的曲线, 5 条曲线对应 5 种不同的设计 方案。即变量 D V - 3 的值分别为 15、18、22、26 和 30 共 5 种方案。图 5 为滑块位移随设计变 量的变
化曲线, 其横坐标为变量 D V - 3 的值, 纵坐标为滑 块 C 行程的对应坐标值。从该图可分析出设计变 量对滑块行程的敏感程度, 曲线的斜率越大, 说明滑 块行程对变量 D V - 3 的变化越敏感。经过对多个 设计变量进行试验, 可比较出哪个设计变量的变化 对滑块位移最敏感, 能快速地分析出对机构设计目 标的最大影响因素。
转状态下不发生变化, 就必须增大配合过盈量, 抑制 主轴锥孔的扩张量。一方面可消除离心力产生的减 少效应; 另一方面在连接面间产生足够的接触应力, 以保证刀柄在锥孔内的精确定位和夹紧。再者可以 对主轴/ 刀柄连接实行周向定位的方法或者彻底改 变铣床刀柄的结构, 采用更先进的铣刀柄, 但这样会 增加 费用。总之, 对 于不同的机床, 加工不 同的工 件, 应采取相应的措施以达到最完美的效果。
添加约束。在曲柄与机架、曲柄与滑块 D、导杆 与机架、导杆与连杆和连杆与滑块 C 之间添加转动 副。在滑块 D 与导杆、滑块 C 与机架之间添加移动 副。
给曲柄添加旋转运动, 并设置相应转速。在仿 真时, 要对参数结束时间和步长进行设置。在 ADAM S 中, 设置输出步长时应注意, 步长太大将不能 反映样机的高频响应。反之, 步长太小会大大增长 仿真分析时间, 同时使得输出文件很大。所以参数 设置要适当, 设置好后即可运行仿真。
x= l2 - a2 [ 1- cos(arcsin ( y3- y2 )2 + x2 2 sinH) ] 2 +
( y2- y1)2+
x
2 2
atan( arcsin
(
y3 (y2
y -
2) 2+ y1 )2
x22 +x
sinH 2)
2
3 参数化建模分析
3. 1 建立摆动导杆模型并添加约束 摆动导杆间歇急回机构是一种应用比较广泛的
LIU Xuey ang , W U H aitao, L IU Ho ng bin ( F aculty of M echanical and Electrical Eng ineer ing, Kunming U niversity of Science and Technolo gy , K unming 650500, China)
基于 ADAMS 的摆动导杆间歇急回机构的参数化建模分析*
刘雪扬, 吴海涛, 刘泓滨
( 昆明理工大学 机电工程 学院, 云南 昆明 650500)
摘 要: 运用 MSC ADAM S 软件, 建立了摆动导杆间歇急回机构的虚拟样机模型。本文将曲柄和导 杆的设计尺寸参数化, 以机构的行程为设计目标, 对该机构进行参数化建模分析。通过对该机构的参数 化建模分析, 阐述了应用虚拟样机技术进行设计的方法, 提高了机构设计的效率, 缩短了设计周期。
lBC = l, lDE = r, 则 有 r = ( y3 - y2 ) 2 + x 2 2 , b = ( y 2 - y1 )2 + x 2 2 。根据正弦定理可知 sirnA= sibnH,
求出目标函数为: x = c2 - a2 ( 1- cosA) 2 + atanA, 将 以上参数分别代入该式得:
1) 设计研究: 考虑一个设计变量的变化对样机 性能的影响。
2) 试验设计: 可以考虑多个设计变量同时发生 变化对样机性能的影响。
3) 优化分析: 通过优化分析, 可以获得在给定 的设计变量变化范围内, 设计目标达到最大或最小 值的工况。
在 Adams/ V iew 中的设计研 究工具对 话框中
5新技术新工艺6 # 数字技术与机械加工工艺装备 2011 年 第 6 期
参数化分析可以帮助设计者分析设计参数变化 对样 机 性能 的 影 响。在 参 数 化 分 析 中, A dams/ View 采用不同的设计参数值, 自动运行一系列的仿 真分析, 然后返回分析。设计者可以观察设计参数 变化对结果的影响。A dams/ View 提供了以下 3 种 类型的参数化分析过程。
关键词: ADAMS; 摆动导杆仿真; 参数化建模分析 中图分类号: T P 391 文献标志码: A Parameter Molding Analysis of Lead Pole Swing Intermittent and Nasty Return Organization based on ADAMS
参考文献
[ 1] 徐秉业, 刘信声. 应用弹塑性力学[ M ] . 北京: 清 华大学 出版社, 1995. [ 2] 王西彬, 解丽静 . 超高速切削技术及其 新进展[ J] . 中国
机械工程, 2000, 11( 1- 2) : 190- 194. [ 3] 王殿龙, 李天华, 康 德纯. 高速 状态下 机床主 轴/ 刀具 连 接系统变形的有限元分析[ J] . 工具 技术, 2003( 37) : 32. [ 4] 刘战强, 艾兴. 高速 切削刀具系统动平衡技 术研究[ J] . 新技术新工艺, 2001 ( 11) : 18- 20. [ 5] 张伯霖. 高速切削技术及 其应用[ M ] . 北京: 机械工 业 出版社, 2002.
在本机构中通过改变曲柄和导杆的长度, 可以 满足滑块 C 的工作行程设计要求。所以要对曲柄、 导杆与机架的固定点的坐标参数化。方法是在表格 编辑器中分别选择 y 1 和 y 3 坐标, 依次对这 2 个坐 标进行参数化, 其变量名分别为 D V - 4 和 D V - 3, 并 在设 计 变 量 中 设 计 参 数 的 取 值 范 围, 分 别 为 - 10 [ y1 [ 1 和 15 [ y 3 [ 30。 3. 2. 2 参数化机构的仿真分析
Abstract: M aking use of the softw are of M SC A DA M S, built up a swing lead pole intermit tent nasty time o rg anization of v irtual machine mo del. T his paper too k the design size parameter of pole turns o f cr ank and lead and the r oute o f t ravel o f org anization as tar get fo r turning a desig n and car ries on par ameter to turn mo del analy sis to t hat or ganizatio n. T he parameter s that wer e past to that o rg anizat ion t ur ns model analysis and elabor ated that the applied virtual machine technique carr ies on the method of desig n, raised the efficiency of or ganizatio n desig n and shor tened desig n per iod.
平面连杆机构, 它将曲柄的旋转运动转换成导杆的 往复摆动。该机构由曲柄、导杆、滑块、连杆和机架 组成, 导杆只能在某一范围内摆动, 具有间歇急回特 性, 而且机构传动角较 大, 有利 于对加工工件 的冲 压。
机构的原 始参 数如 下: 曲 柄尺 寸 40 m m @ 40 mm @ 60 m m, 滑 块 D 尺寸 40 mm @ 50 mm @ 60 mm, 滑块 C 尺寸 60 m m @ 60 mm @ 60 mm , 导杆尺 寸 40 m m @ 40 mm @ 300 mm , 连杆尺寸 40 mm @ 40 mm @ 300 mm , 材料均为钢材。根据这些尺寸建立 模型。首先在点的表格编辑器中创建相应的点, 之 后分别创建出以上构件。可以修改构件的颜色, 以 区别不同的构件。
2 数学模型的建立
摆动导杆间歇急回 机构简 图如图 1 所示。 以滑块 C 的行程为设计 目标, 建 立 目 标 函 数。 首先建立整个机构的直 角坐标系, 设 A 、C、D 和 E 点的 坐标 分别 为( 0, y1 ) , ( x , y) , ( x 2 , y2 ) , ( 0, y3 ) 。令 lAB = a, l AD = b, 图 1 摆动导杆间歇急回机构
作者简介: 王吉林( 1963- ) , 男, 讲 师, 主 要从事机电 一体化 方 面的研究工作。
收稿日期: 2011 年 4 月 6 日
责任编辑 李超
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5新技术新工艺6 # 数字技术与机械加工工艺装备 2011 年 第 6 期
参数化分析有利于了解设计变量对样机性能的 影响。在参数化分析过程中, 根据参数化建模时创 建的设计变量, 采用不同的参数值, 进行一系列的仿 真, 然后根据返回的分析结果进行参数化分析, 得出 1 个或多个参数变化对样机性能的影响, 再进一步 对各种 参 数进 行 优化 分 析, 得 出最 优化 的 样机。 Adams/ View 提供的 3 种类型的参数化分析方法, 包括设计研究、试验设计和优化分析。