基于ADAMS的某小型压榨机动态仿真分析.doc

基于ADAMS的某小型压榨机动态仿真分析张宝 苏小平 王东方（南京工业大学 机械和动力工程学院，江苏 南京 210009）摘要利用Pro/E软件建立某小型压榨机的三维模型，通过接口技术，把模型导入ADAMS软件中，并在ADAMS中对模型进行属性定义，添加约束和驱动，从而获得压榨机的虚拟样机，并对其进行动态仿真。通过对仿真结果的分析，得出了螺杆的转速对连杆动态特性的影响，进而对后续的小型压榨机的设计与动力学分析提供了指导意义。关键词：虚拟样机；小型压榨机；动态仿真；模态分析中图分类号：TH113.2+2Dynamic simulation analysis of a mini-squeezer based on ADAMSZHANG Bao SU Xiao-ping WANG Dong-fang(School of Mechanical Engineering,Nanjing University of Technology,Nanjing,Jiangsu 210009,China)AbstractThe three dim-ensional model of a mini-squeezer was builded up by using Pro/E software.And the model was imported into ADAMS software through the interface technology.In ADAMS software ,we defined its attributes,added constraints and drives to gain a virtual prototype of the mini-squeezer and then analyzed its Dynamic simulation .through the analysis of simulation result ,we obtained the impact of the screw rotational speed on the dynamic characteristics of links.Thus it provides a guiding significance for the mini-squeezer design and dynamics analysis.Key words: virtual prototyping; a mini-squeezer; Dynamic simulation ;modal analysis引言本文中的小型压榨机的螺杆与两个螺母组成旋向相反、导程相同的螺旋副；根据复式螺旋原理，当转动螺杆时，螺母1与2很快靠近，再通过连杆3、4使压板向下运动，以压榨物件。小型压榨机的压榨质量在很大程度上取决于连杆的动态特性，而连杆的动态特性曲线很难用数值计算方法获得。虚拟样机技术是对一个与物理原型具有功能相似性的系统或者子系统模型进行的基于计算机的仿真，为此、我们采用虚拟样机技术，可以方便、快捷、精确地获得连杆的动态特性曲线。1虚拟样机的建立利用数据接口技术，将Pro/E软件的三维建模功能与ADAMS软件的动力学仿真功能联合起来，共同建立小型压榨机刚柔耦合的虚拟样机模型。具体方法为：（1）根据几何尺寸，在Pro/E软件上建立小型压榨机的零部件和装配模型，并将其保存为.X-T文件。（2）通过数据接口，将Pro/E软件中的三维装配模型导入到ADAMS软件中，并给模型定义材料属性，在这里给模型定义的材料是steel.（3）添加约束，在螺杆与螺母1和螺母2之间添加螺杆副；两螺母与两连杆之间分别添加旋转副；两连杆与压板之间分别添加旋转副；最后，将机体与大地间添加固定副。（4）利用ADAMS/Flex模块建立螺杆的柔性体，并将其代替刚性体。通过以上四步，就可以建立刚柔耦合的虚拟样机模型，如图1所示。图1 小型压榨机的虚拟样机模型Figure1 the virtual prototyping of the mini-squeezer2动态仿真分析给虚拟样机添加驱动，这里添加的是旋转驱动，驱动函数分别为：Function(time)=30d*time、Function(time)=60d*time、Function(time)=90d*time和Function(time)=120d*time；接着对虚拟样机进行步长200的动力学仿真。由于两连杆是对称布置，在此、只对连杆4进行分析，得到如图2图4所示的仿真曲线。图2 连杆4质心的位移曲线Figure2 the centroid displacement curve of the link 4图3 压板的压榨力曲线图Figure3 the press force curve of the platen图4 连杆4质心的加速度曲线Figure4 the centroid acceleration curve of the link 4通过上述曲线，可以很直观地了解连杆4的动态特性，及压块的压榨力曲线；随着螺杆转速的增大，连杆4的动态特性更加明显，压块的压榨力快速增加；因此、在现实的工作环境下，根据仿真曲线、压榨物体的属性、承压能力，来选择螺杆的转速，以保证最优的压榨质量。3 螺杆的模态分析模态是机械结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。模态分析是研究结构动力特性一种近代方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。通过模态分析，可以查看各模态的振型，就可以决定哪些模态对计算结果不能做出贡献，就可以令其失效。对螺杆进行模态分析，查找出对计算结果影响较大的几阶模态，如图5所示。图5 螺杆的几阶模态Figure5 Several modals of the screw通过模态分析方法，可以清楚了解螺杆结构在217.584Hz-445.888Hz的频率范围内最易受到影响，以及该频率范围内的各阶主要模态的特性。因此，在螺杆结构的动态设计中，就要考虑螺杆结构在此频段内各种振源作用下实际振动响应。结论利用虚拟样机技术对某小型压榨机进行动态仿真分析；通过仿真结果，可以看出虚拟样机技术的简便、直观、可靠。根据不同软件的特点，我们将Pro/E的三维建模功能与ADAMS的动力学仿真分析功能联合起来为机构的动态仿真提供了一个稳定可靠的平台。基于这样的一个平台，可以提高模型的仿真精度、提高工作效率、缩短产品的开发周期。参考文献：1孙恒，陈作模.机械原理M.北京：高等教育出版社，2000.2陈卫平，机械系统动力学分析及ADAMS应用教程M.北京：清华大学出版社，2005.3洪嘉振，计算多体系统动力学M.北京：高等教育出版社，1999.4陈家瑞.汽车构造M.北京：人民交通出版社，1997.5王国强，张进平，马若丁.虚拟样机技术及其在ADAMS上的实践M.西安：西北工业大学出版社，2002.6李军，ADAMS实例