压缩式垃圾车结构建模及仿真研究-论文初稿

河 北 工 业 大 学毕业设计说明书(论文) 作 者： 学 号： 学 院： 系( 专业 )： 车辆工程 题 目： 压缩式垃圾车结构建模与仿真研究 指导者： 刘茜 副教授 (姓 名) (专业技术职务)评阅者： (姓 名) (专业技术职务)2012 年 05 月 20 日毕 业 设 计 （ 论 文 ） 中 文 摘 要压缩式垃圾车结构建模与仿真研究摘要：后装压缩式垃圾车集自动装填与压缩、密封运输和自卸为一体, 其自动化程度高, 不仅提高了垃圾运载能力, 降低了运输成本, 而且还避免了二次污染, 是收集、运输城市生活垃圾的理想工具【1】. 后装压缩式垃圾车的专用工作装耸, 从结构上分为车厢和填装器两大部份。填装器上角与车厢铰接, 由举升油缸驱动而绕铰轴向上转动垃圾由填装器后部填入口倒入填装器内部的填装机构即把垃圾在填装器斗内破碎或压扁 然后以强力把垃圾挤入车箱内并压实【2】。本次设计内容在明确垃圾车的功能用途、技术要求及其特点，对该车连动挂桶机构所实现的功能进行初步分析，并确定各零部件组成及相互的装配关系；运用proe的建模功能构建其三维模型，对其中的主要承载零件进行nastran有限元受力分析，并对连动挂桶机构的工作运动状态进行adams运动仿真，获得相应的仿真数据及曲线；获得其工作受力曲线，明确其工作范围。1 梁建明基于压缩式垃圾车 ( CJ/T 127 2000)行业标准2 后装压缩式垃圾车的几点优化建议2007.063 王承基，后装压缩式垃圾车的初步探讨关键词： adams proe nastran ug 有限元 动力学分析 目 次 1.引言1.1 课题研究的意义1.2 压缩式垃圾车项目的国内外发展状况1.2.1 国内发展情况1.2.2 国外垃圾车生产企业及产品情况1.2.3 垃圾车行业发展展望1.3 本次毕业设计的主要工作2.后装垃圾车填装斗及连动挂筒机构三维实体建模、装配与运动仿真2.1 压缩式垃圾车结构简介2.2 填装斗及连动挂筒机构三维模型的建立2.3 装配体的建立2.4 运动仿真分析2.5 遇到的问题及解决方案3.动力学仿真分析3.1MSC.adams 软件介绍3.2ADAMS 的理论依据3.3ADAMS 设计流程3.4proe 与 adams 的数据传递3.5adams 仿真操作过程3.6 仿真结果及分析3.7 对其工作中受力的改进4. 对其中的主要承载零件进行有限元受力分析4.1 有限元软件 NASTRAN 的介绍4.2 工作装置的导入与有限元分析4.3 结果分析及展望结论参考文献致谢1 引言（或绪论）围绕后装压缩推卸式垃圾车的设计和仿真研究展开,从垃圾车的推卸装置、压缩装置和装载箱掀起装置着手，设计出一种具体的适合我国国情的压缩垃圾车，并通过PRO/E 和ADAMS 对机构进行具体分析，进一步探索了垃圾车的工作性能。后装压缩推卸式垃圾车的简单设计及仿真研究11 课题研究的意义 近几十年来我国经济的快速发展是中国人有目共睹的，随之而来的是我们的居民生活水平的提高和城市化的突飞猛进，不可否认，经济的繁荣和城市的建设让更多中国人受益，但城市问题的急剧增加也使我们的城市不堪负荷，官员穷于应付，深为民众诟病。城市问题最突出的有：交通拥堵，环境恶化，地价飞涨，就业、医疗、教育等困难等。而又以环境恶化对我们的生活影响最为深远，不仅影响我们的生活，通过水源、空气、土壤等媒介，也会给后世子孙带来毁灭性的影响。城市的生活垃圾，则是这些污染的一个重要的源头，因此在这里主要讨论城市的垃圾问题。近几年，“垃圾围城”这个词频频出现在中外媒体的头版上，听起来似乎有些危言耸听。不过越来愈多城市生活垃圾带来的问题使我们不得不重视起来。我国由于人口数目庞大，是世界上垃圾包袱最重的国家，人均每年垃圾产量 440 公斤。城市历年的垃圾堆存量高达 70 亿吨，侵占 35 亿多平方米的土地，已有 2/3 的大中城市被垃圾包围，有 1/4 的城市不得不把解决垃圾危机的途径延伸到乡村。我国的垃圾处理有 85%以填埋方式处理，其中许多垃圾未经许可就倾倒在了农村。这些垃圾大多只覆盖了一层薄薄的塑料纸。雨水使重金属和细菌渗到地下水和土壤中。腐烂的垃圾释放出甲烷和二氧化碳。城市垃圾的二次污染，导致城乡结合带区域生态环境恶化 1。垃圾车主要用于市政环卫及大型厂矿运输各种垃圾，尤其适用于运输小区生活垃圾，并可将装入的垃圾压缩、压碎，使其密度增大，体积缩小，大大地提高了垃圾收集和运输的效率。压缩式垃圾车是一种高效收集、转运垃圾的城市环卫准用车辆，在垃圾收集、转运过程中可避免沿途撒漏而造成的二次污染，是城市环卫工作的理想设备 2。后装压缩式垃圾车集自动装填与压缩、密封运输和自卸为一体，克服了摆臂式、侧装式等型式的垃圾车容量小、可压缩性差和容易产生飘、洒、撒、漏二次污染的缺点，自动化程度高，提高了垃圾运载能力，降低了运输成本，是收集、运输城市生活垃圾的理想工具，是垃圾车的发展趋势。然而我国对于后装压缩式垃圾车的核心部件装填机构的研究较少，产品设计主要是采用经验取值或测绘的方法，在很大程度上限制了产品整体设计水平的提高 3。1 /view/fed0352cb4daa58da0114af3.html2王敏,于英.压缩式垃圾车技术综述.专用汽车，2008(5):90-923丁继斌.后装压缩式垃圾车实验研究.机械工程师,2005(10): 65-67.1.2 压缩式垃圾车项目的国内外发展状况20 世纪 80 年代末以来，为适应市场变化，国外各大型专用汽车生产企业纷纷开发省时、省力、能防止二次污染的、高效的垃圾车。主要车型有:敞开式垃圾车、加盖式垃圾车、集装箱式垃圾车、侧装式垃圾车、后装式垃圾车、活动底板式垃圾车、液压推顶式垃圾车和拉臂式垃圾车。目前我国城市生活垃圾的收集、中转、运输均以车辆为主，只有极少部分城市采用铁路运输与水路运输。国内现阶段主要使用的垃圾运输车，按装载垃圾的方式区分，主要有摆臂式、侧装式、自卸式及后装压缩式垃圾车等；按载重量区分有轻型、中型和重型垃圾车等。由于国家法规的制约，敞开式、加盖式垃圾车不能免除购置附加费，使用成本高，密封性能差;集装箱式车装载利用率低，存在滴漏污染、垃圾不可压缩的缺陷，已逐渐减少使用4。 4黄蕾.并联式混合动力压缩式垃圾车的方案设计及仿真研究.武汉理工大学，20091.2.1 国内发展情况随着我国城市现代化建设和乡镇城市化进程明显加快，城市生活垃圾日益增多，环境保护意识的增强催生了国家和地方的环保政策不断出台，促进了垃圾收集处理技术和垃圾车市场的快速发展。国内一些大中城市逐渐淘汰了落后的自卸式垃圾车，更倾向于采购能够在垃圾周转过程中克服二次污染且运输效率明显提升的压缩式垃圾车和车厢可卸式垃圾车。从我国历年的垃圾车市场销量来看，我国垃圾车的产销量逐年增加，发展势头较为稳定，市场规模从 2005 年的 4027 辆增长到 2007 年的 5305 辆，2008年继续保持小幅增长，达到 5600 辆。从长远发展来看，垃圾车是城市环卫工作的重要装备，有着广阔的发展前景。从车型上来看，压缩式垃圾车是市场发展的主导产品，市场份额占据半壁江山，而且有逐渐走强的趋势。车厢可卸式垃圾车也获得了快速发展，市场占有率在两年的时间里提高一倍，由 2005 年的 8.29%上升到 2007 年的 16.97%，发展势头强劲。其他车型的市场份额呈现出在振荡中走低的趋势。我国垃圾车生产企业众多，造成主流生产企业的年产销规模均不大，基本长期维持在几百辆的水平上，而且差距不明显，不利于推动垃圾车技术的换代升级。2007 年，垃圾车行业产销突破 500 辆水平的企业仅有青海新路一家，生产占有率达到 11.52%。产销规模在 300500 辆水平的企业有航天双龙、烟台海德和航天晨光，产量分别为 347 辆、346 辆和 314 辆。前四家企业产量所占比例之和仅为 30.5%。08 年垃圾车生产企业新产品的拥有量从一定程度上反映了垃圾车生产企业众多，且规模大小不一，新产品数量参差不齐。2008 年，湖北程力、浙江宝成、航天晨光、武汉九通四家垃圾车生产企业新产品数量均超过 10 种，拥有新产品份额在 3%5%左右。1.2.2 国外垃圾车生产企业及产品情况美国史堪顿制造公司美国史堪顿制造公司创建于 1972 年，经过 30 多年的发展，目前已经拥有近十个产品三十多种型号，包括后装压缩车、侧装压缩车、前装压缩车、全自动侧装压缩车和全自动分类收集车等等，是同行业中产品品种最全的生产企业之一。同时，拥有 NEW WAY 垃圾车生产线的史堪顿制造公司还是世界各地的垃圾运输和处理设备的重要供应厂家之一，是全世界垃圾运输设备的最大企业之一。美国史堪顿制造公司的产品现已销往世界各地，五大洲都有 NEW WAY 垃圾车，包括美国、加拿大、墨西哥、中国、菲律宾、泰国以及中国台湾、南美洲、拉丁美洲、欧洲等国家和地区。1999 年，美国史堪顿制造公司在中国建立了第一家合资企业青海新路环卫设备制造有限公司。2003 年，又建立了第二家合资企业四川新路环卫设备制造有限公司。德国 Haller 公司德国哈勒公司始创于 1871 年，在德国柏林设有生产厂和研发中心。新的Haller 集团在英国、法国、荷兰、葡萄牙、西班牙和中国都有分装厂和代理商。德国哈勒公司的产品因其技术含量高、功能齐全、质量可靠，在欧美发达国家享有极高的声誉，并获得欧盟产品免检证书，是联合国环境卫生组织重点推荐使用产品。德国哈勒公司在中国投资建立了唯一的控股子公司济南哈勒汽车制造有限公司。德国 Faun 公司德国法恩公司始创于 1845 年，1908 年开始生产垃圾收集车和道路清扫车。目前，已经发展成为欧洲排名第一的德国环卫车辆制造企业，其生产的各种型号的压缩式垃圾收集运输车、道路清扫车等产品技术先进，性能可靠，在欧洲和全世界占有相当的市场份额，被广为使用，在世界上享有很高的声誉。2008年，德国法恩公司在中国开展了环卫车的市场需求以及投资建厂条件的调研工作，与山东省济南市达成了重组济南哈勒汽车制造公司并在济南市临港经济开发区独资设立环卫车辆生产项目的协议，一期投资额 1000 万美元 5。后装压缩式垃圾车因其压缩容量大、密封性好、装料方便、自动化程度高等优点而日益成为环卫垃圾收集运输的主要车种。通过多年研究并结合后装压缩车设计发现:如在结构减重、载荷分布、卸料机构、压缩机构、液压控制方式及密封等方面设计不当将直接影响车辆的装载量、密封性、稳定性、作业可靠性及行驶安全性 6。5 /NewsView.asp?id=2466 王伟新.后装压缩式垃圾车设计时应注意的几个问题. 专用汽车. 2004（3）：23-251.2.3 垃圾车行业发展展望随着我国经济的快速发展，国家对环保工作越来越重视，垃圾的收集与运输也提到日程上来。我们可以预见，我国未来强大的垃圾车市场潜力。目前，我国的垃圾车生产企业，通过引进消化吸收日本、美国、欧洲等国外先进技术形成了自主开发能力，已经逐步赶上国外先进水平。但我国仍处于发展中国家阶段，农村人口占有较大比率，城乡之间的卫生差异较大，要使乡村达到现有城市水平，仍需各方努力 7。7 垃圾车行业发展形势分析与展望1.3 本次毕业设计的主要工作1 明确垃圾车的功能用途、技术要求及其特点，对该车连动挂桶机构所实现的功能进行初步分析，并确定各零部件组成及相互的装配关系；2 逐一进行连动挂桶机构的零部件实体建模，并进行部件及整体总成装配；3 对其中的主要承载零件进行有限元受力分析，并对连动挂桶机构的工作运动状态进行运动仿真，获得相应的仿真数据及曲线；2. 后装垃圾车填装斗及连动挂筒机构三维实体建模、装配与运动仿真2.1 压缩式垃圾车结构简介车厢的结构型式大多数都采用骨架式结构。它的纵截面为直角梯形。车厢后部斜角由垃圾的安息角和有利于垃圾压缩机构以一定的角度将垃圾送入车厢这两方面的因素决定, 一般取 75左右。车厢的横截面有矩形和鼓形两种。从受力角度分析, 鼓形截面不仅能承受较大的垃圾横向膨胀力, 而且由于形成顶面及左、右侧面三个纵向柱面, 使车厢的纵向刚度和扭转刚度得到了加强, 是较为合理的截面形状。由于车厢内的垃圾经过装料过程的压缩, 受到很大的挤压, 垃圾的膨胀力作用在车厢四壁, 形成阻碍垃圾移动的摩擦。因此, 其卸料方式不能采用车厢倾斜式自行卸出, 而必须采用强制的推卸方式。推板的结构型式主要有折面型和曲面型两种。由于本次可设主要进行装货箱及拉锁机构的仿真分析，故不在此赘述。压缩机构。垃圾压缩机构的结构型式有多种, 我们采用的是滑板刮板式压缩机构。 滑板刮板式压缩机构由滑板、刮板和油缸等组成。滑板可沿尾箱两侧壁上的导轨作斜向运动, 而刮板与滑板铰接工作时, 刮板绕铰接点转动。滑板的移动和刮板的转动分别由两组油缸来实现。在工作时, 已倒入尾箱的垃圾通过压缩机构的扫刮、压实被压入车厢, 当压向卸料推板的垃圾负荷达到一定压力时, 卸料推板自动向车厢前部移动, 达到将垃圾均匀压缩的目的。滑板刮板式的工作原理是: 垃圾倒入尾箱后, 刮板首先反转, 接着滑板下移, 刮板初步压碎、压扁垃圾。刮板接着正转扫,刮垃圾, 将垃圾扫入车厢口。滑板随即上移, 刮板将垃圾压入车厢, 完成垃圾压缩过程。滑板刮板式压缩机构工作示意图连动挂桶机构。负责配合滑板运动将垃圾箱吊起，使其导入填装斗中。具体工作原理见下图图中 5 表示 k 行架焊装，负责将垃圾捅勾住6 表示连杆组件，挂架焊装一端绕其做圆周运动2.2 填装斗及连动挂筒机构三维模型的建立本次毕设使用 Pro/Engineer 进行三维图绘制，Pro/Engineer 操作软件是美国参数技术公司（PTC)旗下的 CAD/CAM/CAE 一体化的三维软件。Pro/Engineer 软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，Pro/Engineer 作为当今世界机械CAD/CAE/CAM 领域的新标准而得到业界的认可和推广。是现今主流的CAD/CAM/CAE 软件之一，特别是在国内产品设计领域占据重要位置。本课题研究后庄压缩式垃圾车实体建模主要分为四个部分：填装斗总成、滑板、刮板、连动挂桶机构（摆杆总成、横轴焊装、挂架焊装、连杆组件、连杆支座、连动杆）。本课题把填装斗总成与连杆支座等附属设备简化为填装斗总成。本次毕设课题零件图较多，但是每个零件的几何外形均比较简单，故此以一件零件的画法为例进行简介。具体步骤如下:首先打开 Pro/Engineer4.0 软件，进入入上图所示界面，切记不要选择缺省模板，因为 Pro/Engineer 默认的尺寸是英寸，我们采用毫米。编辑好文件名，单击确认按钮。单击 ，选择基准面，进入草绘界面用右侧红框内的工具画出零件草图，然后点椭圆内的椭圆，推出草绘界面。单击拉伸操作，将绘制的二维图拉伸成三维图。继续重复上面的步骤完成相关部分。注意：proe 每次保存都会出现一个新版本，若最后只想要一个文件则要进行清除进程操作，高版本不能直接保存成低版本，必须保存成通用格式如iges、x_t 等。下面是部分零件的零件图锁轴 支腿焊装侧板 侧板 22.3 装配体的建立绘制完零件图开始进行装配，装配过程如下打开 proe 4.0，进入如下界面选择组件，编辑装配体文件名，单击确认进入装配界面，单击常用工具按钮选择需要进行装配的零件。选择完第一个零件后，要选择缺省位置。使其默认坐标原点与界面中坐标重合，然后继续选择添加零件零件之间的装配，不只有实体装配还有运动装配，本次毕设涉及到运动分析故此添加销钉等运动方式。零件的装配过程，实际上就是一个约束限位的过程，根据不同的零件模型及设计需要，选择合适的装配约束类型，从而完成零件模型的定位。一般要完成一个零件的完全定位，可能需要同时满足几种约束条件。Pro/ENGINEER Wildfire 提供了十几种约束类型，供用户选用。要选择装配约束类型，只需在元件放置操控板的约束类型栏中，单击按钮 ，在弹出的下拉列表中选择相应的约束选项即可。下面是一些装配组件装货箱装配 刮板装配滑板总成 摆杆总成挂架焊装 连杆组件连杆支座总装图2.4 运动仿真分析装配图完成后进行运动学分析，可以3 动力学仿真分析3.1 MCS.ADAMS 软件简介ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System）软件是美国 MDI（Mechanical Dynamics Inc.）公司开发的机械系统动力学仿真分析软件，它使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。ADAMS 软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。ADAMS 软件包括核心模块 ADAMS/View 和 ADAMS/solver，以及其他扩展模块。ADAMS/View(界面模块)是以用户为中心的交互式图形环境。它提供丰富的零件几何图形库、约束库和力库，将便捷的图标操作、菜单操作、鼠标点取操作与交互式图形建模、仿真计算、动画显示、优化设计、X-Y 曲线图处理、结果分析和数据打印等功能集成在一起。ADAMS/solver（求解器）是 ADAMS 软件的仿真“发动机”，它自动形成机械系统模型的动力学方程，提供静力学、运动学和动力学的解算结果。ADAMS/solver 有各种建模和求解选项，以便精确有效地解决各种工程问题。ADAMS/Controls(控制模块)可以通过简单的继电器、逻辑与非门、阻尼线圈等建立简单的控制机构，或者利用在通用控制系统软件（如：MATLAB、MATRIX、EASYS）中建立控制系统框图，建立包括控制系统、液压系统、气动系统和运动机械系统的仿真模型。ADAMS/Lincar(系统模态分析模块)可以在进行系统仿真时将系统非线性的运动学或动力学方程进行线性化处理，以便快速计算系统的固有频率（特征值） 、特征向量和状态空间矩阵，更快全面地了解系统的固有特性。ADAMS/Flex（柔性分析模块）提供 ADAMS 软件与有限元分析软件之间的双向数据交换接门。利用它与 ANSYS、MSC/NASTRAN、ABAQUS、I-DEAS 等软件的接口，可以方便地考虑零部件的弹性特性，建立多体动力学模型，以提高系统的仿真精度。MECHANISM/Pro(Pro/E 接口)是连接 Pro/E 与 ADAMS 之间的桥梁，二者采用无缝连接的方式，不需要退出 Pro/E 应用环境，就可以将装配的总成根据其运动关系定义为机构系统，进行系统的运动学仿真，并进行干涉检查、确定运动锁止的位置，计算运动副的作用力等等。ADAMS/Car（轿车模块）是 MDI 公司与 Audi、BMW、Renault 和 Volvo 等公司合作开发的整车设计模块，他能够快速建造高精度的整车虚拟样机，其中包括车身、悬架、传动系统、发动机、转向机构、制动系统等，可以通过高速动画直观地再现在各种试验工况下（例如：天气、道路状况、驾驶员经验）整车的动力学响应，并输出标志操纵稳定性、制动性、乘坐舒适性和安全性的特征参数。ADAMS/Driver(驾驶员模块)是在德国的 IPG-Driver 基础上，经过二次开发而形成的成熟产品，它可以确定汽车驾驶员的行为特征，确定各种操纵工况（例如：稳态转向、转弯制动、ISO 变线试验、侧向风试验等），同时确定转向盘转角或转矩、加速踏板位置、作用在制动踏板上的力、离合器的位置、变速器档位等，提高车辆动力学仿真的真实感。ADAMS/Rail(铁道模块)是由美国 MDI 公司、荷兰铁道组织（NS）、Delft工业大学以及德国 ARGEARE 公司合作开发的，专门用于研究铁路机车、车辆、列车和线路相互作用的动力学分析软件。利用 ADAMS/Rail 可以方便快速地建立完整的、参数化的机车车辆或列车模型以及各种子系统模型和各种线路模型，并根据分析目的不同而定义相应的轮/轨接触模型，可以进行机车车辆稳定性临界速度、曲线通过性能、脱轨安全性、牵引/制动特性、轮轨相互作用力、随机响应性能和乘坐舒适性指标以及纵向列车动力学等问题的研究。3.2 ADAMS 的理论基础ADAMS 采用世界上广泛流行的多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方程法，建立系统的动力学方程。它选取系统内每个刚体质心在惯性参考系中的三个直角坐标和确定刚体方位的三个欧拉角作为广义坐标，即， ,用带乘子,Ti iqxyz12,TTnqq.,的拉格朗日方程处理具有多余坐标的完整约束系统和非完整约束系统，导出以笛卡儿广义坐标为变量的运动学方程。ADAMS 的计算程序采用吉尔(Gear)刚性积分算法以及稀疏矩阵技术，大大提高了计算效率 16,17,18 。系统运动方程如下:TTTqqtd Qq完整约束方程 ,0t非完整约束方程 ,qt（3-1）其中，T 为系统的动能;q 为系统广义坐标列阵;Q 为广义力列阵;p 为对应于完整约束的拉氏乘子列阵; 为对应于非完整约束的拉氏乘子列阵。动力学方程求解如下:把（3-1）式写成一般的形式: ,0Fqut,Gq（3-2） ,0qt其中，q 为广义坐标列阵; ，u 为广义速度列阵; 为约束反力及作用力列阵;F 为系统动力学微分方程及用户定义的微分方程(如用于控制的微分方程、非完整约束方程); 为描述约束的代数方程列阵。如定义系统的状态矢量 ，式（3-2）可写成单一矩阵方程:,TTyqu(,)0gyt（3-3）在进行动力学分析时，ADAMS 采用两种算法:（1）提供三种功能强大的变阶、变步长积分求解程序:GSTFIF 积分器、DSTFIF 积分器和 BDF 积分器来求解稀疏藕合的非线性微分代数方程，这种方法适于模拟刚性系统;（2）提供 ABAM 积分求解程序，采用坐标分离算法来求解独立坐标的微分方程，这种方法适于模拟特征值经历突变的系统或高频系统。3.3 ADAMS 的设计流程ADAMS 的设计流程包括以下几个方面：（1）创建（Build）模型在创建机械系统模型时，首先要创建构成模型的物体（Part） ，他们是具有质量、转动惯量等物理特性。创建物体（part）的方法有两种：一种是使用ADAMS/View 中的零件库创建简单的物体（part） ，另一种是使用ADAMS/Exchange 模块从其他设计软件（如：UG、Pro/E 等）输入形状复杂的物体（Part） 。本课题中仿真用的自卸汽车三维模型便是用 UG 软件绘制。创建完物体（Part）后，需要使用 ADAMS/View 中的约束库创建两个物体之间的约束副（Constraint）,这些约束副（Constraint）确定物体之间的连接情况以及物体之间是如何相对运动的。最后，通过施加力（Force）和力矩（Torque）,以使模型按照设计要求进行运动仿真。（2）测试（Test）和验证(Validate)模型创建完模型后，或者在创建模型的过程中，都可以对模型进行运动仿真，通过测试整个模型或模型的一部分，以验证模型的正确性。（3）细化（Refine）模型和迭代（Iterate）通过初步地仿真分析，确定了模型的基本运动后，就可以在模型中增加更复杂的因素，以细化模型。（4）优化（Optimize）设计ADAMS/View 可以自动进行多次仿真，每次仿真改变模型的一个或多个设计变量（Design Variable）帮助找到机械系统设计的最优方案。（5）定制界面（Automate）为了使 ADAMS/View 符合设计环境，可以定制 ADAMS/View 的界面，将经常需要改动的设计参数定制成菜单和便捷的对话窗，还可以使用宏命令执行复杂和重复的工作，提高工作速度。3.4 proe 与 adams 的数据传递第一步：在 proe 里将装配体保存副本，保存格式为“.x_t ”。如图13。注意保存的路径不能有中文名称。图 1图 2图 3第二步：在 ADAMS 里把刚才的 asm001.x_t 文件 import。如图 47图 4图 5（注意选择格式为：parasolid）图 6（选择刚才 proe 导出的文件，再给模型命一个新名称，点 ok）3.5 adams 仿真操作过程3.5.1 设置工作环境（1）设置模型物理量单位在 ADAMS/View 的菜单栏中，选择设置（Settings）菜单中的单位（Units）命令。系统弹出设置单位对话窗，将模型的长度（Length）单位设置为毫米（Millimeter） ，将模型的质量（Mass）单位设置为千克（Kilogram）,将模型的力（Force）单位设置为牛顿（Newton）,将模型的时间（Time）单位设置为秒（Second）,将模型的角（Angle）单位设置为度（Degree）,将模型的频率（Frequency）单位设置为赫兹（Hertz）,如图 4-3 所示，按“OK”完成模型单位的设置。（2）设置工作网格在 ADAMS/View 的菜单栏中，选择设置（Settings）菜单中的工作网格（Working Grid）命令。系统弹出设置工作网格对话窗，将网格的大小（Size）和网格的间距（Spacing）按具体需要设置,Set Orientation 栏选择GlobalXZ。如图 4-4 所示，按“OK” ，设置好工作网额。（3）设置重力及其方向在 ADAMS/View 的菜单栏中，选择设置（Settings）菜单中的重力（Gravity）命令，系统弹出设置重力对话窗，点击对话窗顶部“Gravity”前的小窗口，再选择 即完成了重力及其方向的设置。3.5.2本次毕设主要是将三维模型在 proe 中构建出来然后用 merge 操作将同一零部件进行合并3.5.3 添加约束副约束是用来连接两个部件使他们之间具有一定相对运动关系。通过约束，使模型中各个独立的部件联系起来形成有机的整体。在ADAMS/View中，有各种各样的运动约束，大体上将其分为三类：图 4-3 设置单位对话窗 图 4-4 设置工作网格对话窗（1） 基本约束：点重合约束（ATPOINT） 、共线约束（INLINE） 、共面约束（INPLANE） 、方向定位约束（ORIENTATION） 、轴平行约束（PARALLEL_AXES） 、轴垂直约束 （PERPENDICULAR）等。（2）常用约束：球铰（SPHERICAL） 、虎克铰（HOOKE） 、广义铰（UNIVERSIAL） 、常速度铰（CONVEL） 、固定铰（FIXED） 、平移副（TRANSLATIONAL） 、圆柱副（CYLINDER） 、旋转副（REVOLUTE） 、螺旋副（SCREW） 、齿轮副等。（3）高副约束：曲线曲线约束（CVCV） 、点曲线约束（PTCV） 。ADAMS/View 提供了多种运动约束，但本课题主要用到的约束副有旋转副、移动副、接触副、固定副。各个约束副的作用见表 4-1。通过这些约束副，可以将自卸汽车的各个总成部分连接起来。这些被连接的构件可以是刚体构件、柔性构件或者是点质量 20。图 4-5 修改物体对话窗1.旋转副的添加旋转副只允许两个物体绕一条共同的轴线旋转，它可以在旋转轴线的任意位置，旋转副的方向决定旋转轴线的方向。本课题中需要添加旋转副的位置有底盘总成与车厢总成铰接的位置左右各一个、液压缸与液压缸座铰接的位置、液压缸与车厢连接的位置共四个。需要注意的是在车厢与底盘总成铰接点添加约束时由于车厢是左右对称的，因此两个旋转副必须在同一水平直线上。具体步骤如下：（1）用鼠标左键选择约束库中的旋转副（Revolute Joint）图标 ，主工具箱中显示出旋转副的选项，第一个栏中有三个选项：“1Location” 、 “2Bod-1Loc”和“2Bod-2Loc” ，分别表示通过一个位置点创建物体和大地之间的旋转副、通过选择两个物体和一个位置点确定两个物体之间的旋转副、通过选择两个物体和两位置点确定两个物体之间的旋转副。第二栏中有两个选项：“Normal To Grid”和“Pick Feature” 。分别表示旋转轴线垂直于工作网格所在的平面、选择一个方向作为旋转副旋转轴线的方向。单击“2Bod-1Loc”和“Normal To Grid”，然后用鼠标左键点击车厢和底盘选择铰接点创建旋转副。（2）重复上述步骤依次完成其他旋转副的创建，应当注意的是旋转副创建时点的位置的选取。例如：车厢总车两个旋转副对称时，两个点应保证在同一水平线上。表 4-1 约束副及其功能图标 名称 功能旋转副 构 1 相对于构件 2 旋转 约束 2 个旋转和 3 个平移自由度移动副 构件 1 相对于构件 2 沿一条轴线相互移动约束 5 个自由度接触副 使两个物体相互接触固定副 把两个物体固结在一起，两个物体没有相对运动，约束 6 个自由度2. 移动副的添加移动副只允许两个物体沿一条轴线相互移动，移动副的位置不影响物体的运动，移动副的方向确定物体滑移的方向。本课题模型中需要添加 9 个移动副。用鼠标左键选择约束库中的移动副(Translational Joint)图标 ，主工具箱中显示出移动副的选项，第一个栏中有三个选项：“1Location” 、“2Bod-1Loc”和“2Bod-2Loc” 。第二栏中有两个选项：“Normal To Grid”和“Pick Feature”。单击“2Bod-1Loc”和“Pick Feature” ，然后用鼠标完成移动副的创建，这个步骤中应根据需要选择移动副的方向。重复上述步骤完成全部移动副的创建。3 固定副的添加固定副把两个物体固结在一起，两个物体没有相对运动。用鼠标左键选择约束库中的固定（Fixed Joint）图标 ，主工具箱中显示出移动副的选项，第一个栏中有三个选项：“1Location” 、 “2Bod-1Loc”和“2Bod-2Loc” 。第二栏中有两个选项：“Normal To Grid”和“Pick Feature”。选择“1Location”和“Normal To Grid”，用鼠标左键选择路面上的一个 Marker 点作为固定副的位置点。4. 接触副的建立本课题中的接触副需加在路面和轮胎接触位置。由于本课题已经把汽车分为了几大块，因此接触副的创建时只需要添加四个桥（轮胎）与地面的接触即可。在添加接触副时可以修改轮胎和路面的摩擦系数以保证汽车在路面上不滑动。具体操作步骤如下：用鼠标右键选择 ，系统弹出窗口后选择接触（Contact） ，系统弹出 Create Contact 对话窗如图 4-6 所示，在 I Solid 栏双击鼠标左键选择qianqiao 中的 Solid6 在 J Solid 栏双击鼠标左键选择 lumian 中的 Solid1，在Friction Force 栏中选择 Coulomb，然后按图 4-6 修改其相关数据，点击“OK”完成接触副和摩擦力的创建。3.5.4 添加驱动当所有的约束已经添加完成后需要在相关的约束上添加驱动，由于本课题中运动部件为液压缸及活塞， 所以在其上添加直线运动驱动，液压缸可以在直线伸缩运动时还可以绕铰接点旋转。由于液压缸的运动规律和 STEP 函数所定义的运动相符，所以设定液压缸活塞的运动规律为 STEP 函数。STEP 函数的格式是 STEP (x, x0, h0, x1, h1)，其中 x 是时间或是时间的任意函数。一般情况下定义 x 为时间 time，x 0和 x1为两个时刻，h 0和 h1是初始值和终了值，可以是位移、角度等 21。STEP (x, x0, h0, x1, h1)+STEP (x, x1, h2, x2, h3)+STEP (x, x2, h4, x3, h5)+ . 这是一种增量式的格式，可以定义液压缸活塞的任何运动规律。本课题中要求自卸汽车举升时间 30s，降落时间 30s，即液压缸活塞先伸出30s 的运动时间再经过 30s 回到初始位置。其具体运动函数为 STEP (time, 10, 0, 40, 5575)+STEP (time, 50, -5575, 80, 0)表示在 010 秒内液压缸活塞不作任何运动，因为刚开始汽车还不稳定所以我们先让汽车稳定后再做卸载作业； 1040s 内活塞从 0 开始运动其行程为 5575mm（此时车厢举升角为 500） ；在 4050s 内，活塞是静止不动的保持在伸出位置；在 5080s 内，活塞反向运动回到初始位置。这一过程正好模拟了自卸汽车举升运动的过程工作过程。具体操作步骤如下：（1）用鼠标右键单击 ADAMS/View 中 图标，在弹出的对话窗中选择，然后用鼠标左键选择液压缸位置处的移动副，即完成了驱动的添加。（2）把光标放在驱动上，鼠标右键选择 Motion1Modify 系统弹出Motion 修改对话窗如图 4-7 所示。（3）用鼠标左键点击 Function(time)栏中的 系统弹出 Function Builder 对话窗，在 Define a runtime function 栏中输入液压缸运动函数STEP (time, 10, 0, 40, 5575)+ STEP (time, 50, 0, 80, -5575)然后点击“OK”，如图 4-8 所示。3.6 仿真结果及分析3.7 改进4有 限 元 分 析 是 用 较 简 单 的 问 题 代 替 复 杂 问 题 后 再 求 解 。 它 将 求 解 域 看 成 是 由许 多 称 为 有 限 元 的 小 的 互 连 子 域 组 成 ， 对 每 一 单 元 假 定 一 个 合 适 的 (较 简 单的 ） 近 似 解 ， 然 后 推 导 求 解 这 个 域 总 的 满 足 条 件 (如 结 构 的 平 衡 条 件 ） ， 从而 得 到 问 题 的 解 。 这 个 解 不 是 准 确 解 ， 而 是 近 似 解 ， 因 为 实 际 问 题 被 较 简 单的 问 题 所 代 替 。 由 于 大 多 数 实 际 问 题 难 以 得 到 准 确 解 ， 而 有 限 元 不 仅 计 算 精度 高 ， 而 且 能 适 应 各 种 复 杂 形 状 ， 因 而 成 为 行 之 有 效 的 工 程 分 析 手 段 。 有 限 元 是 那 些 集 合 在 一 起 能 够 表 示 实 际 连 续 域 的 离 散 单 元 。 有 限 元的 概 念 早 在 几 个 世 纪 前 就 已 产 生 并 得 到 了 应 用 ， 例 如 用 多 边 形 （ 有 限 个 直 线单 元 ） 逼 近 圆 来 求 得 圆 的 周 长 ， 但 作 为 一 种 方 法 而 被 提 出 ， 则 是 最 近 的 事 。有 限 元 法 最 初 被 称 为 矩 阵 近 似 方 法 ， 应 用 于 航 空 器 的 结 构 强 度 计 算 ， 并 由 于其 方 便 性 、 实 用 性 和 有 效 性 而 引 起 从 事 力 学 研 究 的 科 学 家 的 浓 厚 兴 趣 。 经过 短 短 数 十 年 的 努 力 ， 随 着 计 算 机 技 术 的 快 速 发 展 和 普 及 ， 有 限 元 方 法 迅 速从 结 构 工 程 强 度 分 析 计 算 扩 展 到 几 乎 所 有 的 科 学 技 术 领 域 ， 成 为 一 种 丰 富 多彩 、 应 用 广 泛 并 且 实 用 高 效 的 数 值 分 析 方 法 。4.1NX Nastran 是一个高级计算机辅助工程（CAE）工具，全球主要制造商都采用该工具来满足关键的工程计算需求，以越来越短的设计周期时间创建安全、可靠和优化的设计。在过去三十年间，Nastran 几乎成了每个主要行业的首选分析解决方案，这些行业包括航空航天、国防、汽车、造船、重型机械、医疗和消费品 成了应力、振动、结构失效/ 耐久性、热传递、噪音/声学和颤动 /气动弹性计算机辅助分析的行业标准。NX Nastran 解决方案NX Nastran 是为扩展企业提供的一个独立解决方案，一般在联网的服务器 CPU 上运行，支持 UGS 或其它 CAE 解决方案提供商提供的多个用户、多个站点和/和多个有限元预处理和后处理应用软件。对于需要一个单一、柔性、强大、成本效益好、能够支持广泛产品性能仿真过程的有限元解算器