论文-基于ADAMS的同步带传动动力学模型研究.docVIP

基于ADAMS的同步带传动动力学模型研究 摘 要: 根据同步带传动的本身的特性和柔性体建模仿真分析的难点，介绍了联合使用 Pro/E、ANSYS和MSC. ADAMS建立同步带输送机构实体动态仿真模型的方法，结合Pro/E、ANSYS和MSC. ADAMS各自的特点，采用Pro/E实体三维建模，ANSYS模态分析和ADAMS动力学仿真分析的方法研究灌装机同步输送带的动态特性。 关键词: 动力学模型，MSC.ADAMS，同步带传动，建模 仿真。 1.引言： 上海某制药公司灌装机项目中希望改进其液体药品灌装机构，其中的一个改进方案就是关于灌装同步输送带的振动解决。由于灌装机的特点，其同步输送带的跨度比较大，因此产生的振动不容忽视，主要有横向振动、纵向振动及扭转振动对灌装精度的影响较大。振幅的大小和稳定状态的长短是考虑灌装系统方案可行性的一个重要因素，所以掌握同步带输送系统的动态特性非常重要。因此，建立同步带输送系统实体仿真模型显得格外重要。为了解决这个问题，本文给出了基于ADAMS建立同步输送带系统实体仿真模型的方法。 2. ADAMS 柔性体理论 ADAMS 柔性模块是采用模态来表示物体弹性的,利用ADMAS柔性模块可以简单地实现柔性体动态分析, 它是基于下列假设建立的: 物体的弹性变形是相对于物体坐标系的弹性小变形, 同时该坐标系又经历大的非线性整体移动和转动。其基本思想是赋予柔性体一个模态集,采用模态展开法,用模态向量和模态坐标的线性组合来表示弹性位移,通过计算每一时刻物体的弹性位移来描述其变形运动。ADAMS 柔性模块中的柔性体是用离散化的若干个单元的有限个结点自由度来表示物体的无限多个自由度的。这些单元结点的弹性变形可近似地用少量模态的线性组合来表示。ADAMS 中柔性体的广义坐标表示为: ==，其中， X = ( x , y , z) 反应物体在惯性参考系中的笛卡尔坐标，反映刚体= (, )表示刚体方位的欧拉角;来表示,用q ={ , ?, }（m表示模态数） 表示模态坐标。则，柔性体上任一结点（如i点）的位置坐标可表示为： =x+ A (S+q), 其中 A——物体坐标系到惯性参考系的转换矩阵； S——结点i在物体坐标系中未变形时的位置； ——对应于结点i的移动自由度的模态矩阵子块； 　3. 灌装机同步带柔性体系统的建立 3.1 灌装机同步带输送系统模型简化 灌装机同步带输送系统一般由驱动装置、同步输送带与机架和张紧装置等构成，在同步带输送系统中，同步带轮和机架相对于输送带而言，刚度相当大、变形很小，可以认为是刚体。因此，对于同步带输送系统中的零部件，除输送带必须当作柔性体外，其余部件均可视作刚体。同时，在初步建立的带式输送机虚拟样机系统中，机架固定在地上不运动，所以可以将机架简化为地面。 3.2 灌装机同步带输送系统建模流程 由于同步输送带本身是柔性体，所以必须建立输送带的柔性体模型。ADAMS中可用两种方法来完成： 第一种是将同步带分为很多小块，然后在各小块之间施加约束，用以拟合带的变形及柔性，其指导思想类似于有限元的方法。 第二种是利用ADAMS提供的柔性体理论来使输送带具有黏弹性，这种方法可用3种方式来完成，第1利用ADAMS提供的柔性模块ADAMS／FLEX来完成；第2利用有限元知识，编写出模态中性文件，然后以文本方式输入到ADAMS中；第3利用有限元软件来做出模态中性文件，然后导入到ADAMS中。 随着计算机软、硬件技术的发展,各种CAD、CAE软件得到了广泛的应用,这一领域的每种软件都有其功能强大的一项，但也有其欠缺的一面，如Adams的运动学及动力学仿真功能强大，但对于复杂模型的实体建模能力却很差，而对于复杂柔性体的构建也相当较弱，Pro/E有强大的三维实体建模功能，但其精确的运动学及动力学仿真却比较差，特别对于柔性体；而ANSYS柔性体构建能力强，但只能进行结构分析，而且三维建模能力又不行。针对这种情况，所以这里我们这里就各取其长，综合应用多种软件，采用联合仿真手段对同步带输送运动进行建模仿真分析。首先,应用三维设计软件Pro/E对系统进行三维结构设计,然后应用有限元软件(ANSYS)进行模态计算。最后应用MSC. ADAMS动力学仿真软件对系统进行仿真计算。 4. 灌装机同步带输送系统ADAMS建模仿真分析 4．1 建立模型 首先三维建模。根据设计意图,用Pro/E建立三维模型零件及装配体, 如图2所示。根据模型的实际运动情况，在刚体之间创建约束副，这些约束副确定哪些刚体之间有运动关系，并且保证有相对运动的刚体按照设计要求的运动轨迹进行运动。添加驱动与载荷，在模型的约束副上添加运动学驱动，并且根据模型所受载荷的情况在不同刚体的两点之间施加力或力矩。完成模型进行保存并另存为为