机电产品设计实验报告

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：***

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。

型

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ADAMS建立产品运动学模型；

3）根据CAD和ADAMS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ADAMS分析得到的运动参数（位移、速度）。

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况。

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

运行Preprocessor->Modeling->Volumns->Cylinder->Solide Cylinder，弹出如下对话框，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，Linear，Elastic，Isotropic，弹出图所示对话框。本例中选择材料为铸钢。

附：常用材料的弹性模量和泊松比

4.网格划分

运行Preprocessor->Meshing->Size Cntrl->Manual Size->Global->Size设置划分网格的大小。

运行Mesh->Mesh Tool，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Solution->Define Loads->Apply->Structure-> Displacement->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Solution->Define Loads->Apply->Structure ->Pressure->On Areas，弹出如图所示对话框。拾取一个或多个面，单击OK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。

8.结果显示

运行General Postproc>Plot Results>Contour 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。

图13

（3）基于ADAMS的运动学仿真

1.构造ADAMS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。

2.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。

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。

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：

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问题以及解决思路。在本次实验中，我们也掌握了新的软件，对于我们课程的学习有很大的帮助。掌握机电产品数字化建模、有限元分析、多学科优化设计智能化、网络化和可靠性设计等现代设计方法的基本原理、建模方法、分析方法和实现工具。使我们得到设计与开发技能的基本训练，初步具备利用现代设计方法和工具进行机电产品设计的能力。