机械系统建模及仿真

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1、成绩中国矿业大学2010级博士研究生课程考试试卷考试科目机械系统建模及仿真考试时间2011年1月学生姓名学号所在院系机电工程学院任课教师中国矿业大学研究生院培养管理处印制含间隙接触的机构接触碰撞系统建模及仿真图1冲击自振筛1-筛杆座；2-筛杆冲击自振筛是一种利用物料筛分装置，其机构如图1所示。其工作原理为：待筛分物料以一定速度冲击筛杆1,引起筛杆的振动，进而对物料起到筛分的效果。该系统中，筛杆装在筛杆座的孔中，杆与孔为间隙配合，为一含间隙接触的机构，该间隙的大小直接影响自振筛的动态性能，进而影响筛分效果，因而对该间隙接触机构进行接触碰撞分析，研究其动态性能，对于合理选取间隙，改善自振筛性能具有

2、很重要的意义。在该研究中，我们主要研究单颗物料与含间隙接触的筛杆机构进行碰撞的动态特性分析，主要研究筛杆与筛杆座间的间隙大小、筛杆与筛杆座间的刚度及阻尼大小对碰撞动态特性的影响。1.三维模型的建立图2含间隙接触的机构三维图三维设计软件Pro/e具有很强的三维造型能力，并且拥有和ADAMS的无缝连接接口。因此在Pro/e中对仿真系统进行三维建模，建立的筛杆和杆座装配模型如图2所示。把该文件保存成X_T格式以便ADAMS调用。2.DDAMS仿真分析(1)启动ADAMS双击桌面上ADAMS/View的快捷图标，打开ADAMS/View。在欢迎对话框中选择“Createanewmodel”，在模型名称

3、(Modelname)栏中输入：jxg；在重力名称(Gravity)栏中选择“EarthNormal(-GlobalY)”；在单位名称(Units)栏中选择“MMKS-mm,kg,N,s,deg。如图3所示。HowAouldyouliketoproceed?加SC.ADAMIS防Crsatsanewmodal厂OpenanDMislingLImp口rtafilerExitModelnameGraMtyUnitsjxgEarthNormal-Slabalyj-mm.kg.N.s.dEgOKStartinC3Documntsar；dSettingsVkdmin_图3ADAMS欢迎对话框MS?5(S

4、OFTWARE.SlidiATlIEtEALllY3(2.)设置工作环境对于这个模型，网格间距需要设置成更高的精度以满足要求。在ADAMS/View菜单栏中，选择设置(Setting)下拉菜单中的工作网格(WorkingGrid)命令。系统弹出设置工作网格对话框，将网格的尺寸(Size)中的X和Y分别设置成200mm和200mm,间距(Spacing)中的X和Y都设置成10mm。然后点击“0K”确定。如图4所表示。图4工作网格设置图5模型导入对话框（3）.导入模型在ADAMS/View菜单栏中，点击file菜单下的import命令，出现图5所示对话框，在对话框中输入Pro/e中保存的文件。（4

5、）创建下落小球在ADAMS/View零件库中选择图标，参数选择为“NewPart”半径（Radius）选择25mm。按F4快捷键，打开栅格捕捉窗口，当坐标显示为（0,200，0）时，单击鼠标左键，建立小球模型。调整小球到筛杆质心正上方，双击小球模型，在弹出的对话框中，将Category选项设为NameandPosition,将Location栏的值0.0,0.0,0.0改为0.0,0.0,60.0（位置移动），点击对话框下面的0K键进行确定，如图7所示。建立好的球体如图8。图6球体参数设置图7球体修改图8建立好的球体(5) 添加约束副选择ADAMS/View约束库中的固定副图标H,参数选择2B

6、odTLoc和NormalToGrid。在ADAMS/View工作窗口中先用鼠标左键选择筛杆座(PART_2),然后选择机架(ground),接着选择筛杆座上的PART_2.cm,如图9所示，图中显亮的部分就是所创建的固定副(JOINT_1)，同理对另一个杆座也建立一个固定副。图9固定副的建立由于筛杆与筛杆座之间有接触关系，因此创建完筛杆座的固定副约束后，还要创建筛杆与筛杆座间的接触。先点选力库中的，出现图10所示对话框。5#图10接触设置对话框#在ISolid里单击右键，选PART_2,在JSolid里点右键选PART_4,相关系数设置如图11。NormalFogImpactStiffnes

7、s1.5889EHJ08FofceExponent1.5Damping16E-KI06PenetrationDepth1.0E-0CJ2图11筛杆与筛杆座间接触相关系数设置同理在杆与小球之间建立接触，相关参数设置如图12.图12筛杆与小球间接触相关系数设置7图13建立后的仿真模型最终建立好的仿真模型如图13所示。(6) 模型仿真imml点击仿真按钮一,设置仿真终止时间(EndTime)为1.5,仿真工作步长(StepSize)为300，然后点击开始仿真按钮，进行仿真。仿真结束后，单击进入后处理设置过滤器，如图14图14过滤器设置(7) 仿真结果及分析 筛杆与筛杆座无间隙与有间隙的仿真结果比较分

8、析920.D15.0-ElHO-0.0十00图15a无间隙时球体与筛杆间的作用力图15b无间隙时筛杆与筛杆座间的作用力.CCiMTACTZEIainanlFdgm.MGQCC1J01.5#图16b有间隙时筛杆与筛杆座间的作用力对比图15a与图16a,图15b与图16b可看出，筛杆与筛杆座之间间隙的存在可增加物料与筛杆的接触时间，从而有效减小冲击力，但是间隙配合使得筛杆与筛杆座接触处出现较大的冲击力。 间隙大小的影响图17a较小间隙时球体与筛杆间的作用力图17b较小间隙时筛杆与筛杆座间的作用力11图18a较大间隙时球体与筛杆间的作用力图18b较大间隙时筛杆与筛杆座间的作用力对比图17与图18可看

9、出，间隙值过大时，间隙元素之间的碰撞力骤增，合理选取间隙大小可控制冲击力的大小，又可增加筛杆的振动。 杆座刚度不同的影响图19a杆座刚度较小时球体与筛杆间的作用力#图19b杆座刚度较小时师杆与师杆座间的作用力1OIDX-SOJO-Mon-7QDSJ-fflOJO-sidj-+3DJ-X0.Q-2QDJ-100.0-on-:femErtFcrcefria01,A|L1L.L11.HI图20a杆座刚度较小时球体与筛杆间的作用力13DUD.51.01.5图20b杆座刚度较小时筛杆与筛杆座间的作用力对比图19与图20可以看出，间隙元素之间的碰撞力对筛杆与筛杆座刚度系数的变化并不十分敏感。 杆座阻尼不同的影响#图21a杆座阻尼较小时球体与筛杆间的作用力图21b杆座阻尼较小时筛杆与筛杆座间的作用力D.O-IB1.5.vONTftCT3.BeranlForce.Mai3吕KUIFO5图22a杆座阻尼较大时球体与筛杆间的作用力#rTU购I2340D0.0-iomo-0.0杆座间的15对比图21与图22可以发现，间隙元素之间的碰撞力对筛杆与筛杆座间的阻尼系数的变化较为敏感。3.总结通过仿真可知，筛杆与筛杆座之间的间隙大小及阻尼大小对筛分动态特性有较大的影响，而筛杆与筛杆座之间的刚度系数则对动态特性影响较小。因此，设计过程中，合理选择间隙及阻尼，对于改善冲击自振筛的性能具有重要的意义。15