基于ANSYS／LS-DYNA的平行分度凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)力分析.doc

題目基于LS-DYNA的平行分度凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)力分析專業(yè)機(jī)械設(shè)計制造及其自動化年級學(xué)生姓名學(xué)生學(xué)號指導(dǎo)教師目錄第一章緒論11.1平行分度凸輪機(jī)構(gòu)的來源及其優(yōu)缺點(diǎn)11.2本論文的設(shè)計思路21.3平行分度凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢21.4本論文研究的內(nèi)容2第二章平行分度凸輪機(jī)構(gòu)的載荷計算32.1轉(zhuǎn)盤的運(yùn)動規(guī)律計算32.2主、從動件的負(fù)載轉(zhuǎn)矩計算5第三章凸輪材料屬性及各參數(shù)83.1凸輪參數(shù)設(shè)置83.2*vread命令讀取數(shù)據(jù)8第四章建模及劃分有限元網(wǎng)格114.1建立工作輪廓曲線114.2凸輪安裝及整個模型的建立124.3定義材料屬性124.4劃分有限元網(wǎng)格13第五章施加載荷155.1創(chuàng)建PART155.2定義接觸155.3施加載荷175.4設(shè)置求解選項(xiàng)18第六章結(jié)果分析196.1通用后處理器/POST1中滾子的受力分析196.2通用后處理器/POST1中凸輪的受力分析216.3時間歷程處理器/POST26中節(jié)點(diǎn)的受力分析23第七章結(jié)論257.1小結(jié)25第八章APDL方式建模及處理268.1宏程序shuju1.mac268.2宏程序yundong.mac268.3命令流文件26致謝34參考文獻(xiàn)35英文摘要36基于LS-DYNA的平行分度凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)力分析賀國軍重慶三峽學(xué)院應(yīng)用技術(shù)學(xué)院系機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)2005級重慶萬州404000摘要本文主要論述了平行分度凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計過程，并根據(jù)所選擇的改進(jìn)正弦加速度運(yùn)動規(guī)律計算了凸輪機(jī)構(gòu)的載荷。通過ANSYS/LS-DYNA有限元分析軟件，完成了ANSYS/LS-DYNA與VB的數(shù)據(jù)接口，成功導(dǎo)入了平行分度凸輪機(jī)構(gòu)輪廓曲線的坐標(biāo)值，正確建立了平行分度凸輪機(jī)構(gòu)的有限元模型，并通過采用ANSYS/LS-DYNA軟件中的參數(shù)模塊，將從動件運(yùn)動規(guī)律和載荷分別計算得出具體的數(shù)值并繪制成曲線圖。本文采用通用有限元分析的方法，對平行分度凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行了正確的有限元分析，并采用POST1和POST26兩個后處理器對有限元分析結(jié)果進(jìn)行了定點(diǎn)定位的分析，得出了平行分度凸輪機(jī)構(gòu)的最大應(yīng)力狀態(tài)和最大應(yīng)力值。此外，本文通過兩種方式建模和分析，重點(diǎn)介紹了GUI方式的分析過程和方法，簡要闡述了APDL方式建模和分析，并給出了相應(yīng)的分析命令流文件。通過ANSYS/LS-DYNA的分析，得出平行分度凸輪機(jī)構(gòu)接觸強(qiáng)度的薄弱環(huán)節(jié)在凸輪輪廓面，最大應(yīng)力出現(xiàn)在凸輪輪廓面的棱邊上；用ANSYS/LS-DYNA對平行分度凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)力分析，為平行分度凸輪機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度設(shè)計提供了理論參考；采用APDL建模，實(shí)現(xiàn)了以更改凸輪基本參數(shù)而任意更改凸輪大小和以更換VB數(shù)據(jù)源而任意設(shè)計凸輪運(yùn)動規(guī)律的模塊化建模，大大提高了分析的效率。關(guān)鍵詞：平行凸輪機(jī)構(gòu)APDL參數(shù)建模應(yīng)力分析數(shù)組曲線載荷函數(shù)加載2009屆機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文）第1頁共40頁第一章緒論1.1平行分度凸輪機(jī)構(gòu)的來源及其優(yōu)缺點(diǎn)平行分度凸輪機(jī)構(gòu)，如圖1-1所示，最早誕生于美國，1961年美國第一次公布了外接平行分度凸輪機(jī)構(gòu)的專利，隨后由美國商業(yè)凸輪公司（CommercialCamandMachineCo.）和菲固索公司（FergusonMachineCo.）試制。上世紀(jì)七十年代初，日本著名機(jī)構(gòu)學(xué)家牧野洋教授研究并發(fā)表了關(guān)于外接平行分度凸輪機(jī)構(gòu)的論文，并編入自動機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)一書。1979年前后，他又同前田隆發(fā)表了關(guān)于內(nèi)接和直動式平行分度凸輪機(jī)構(gòu)的研究論文。同時日本的東芝精機(jī)、大塚、三共、椿本等凸輪專業(yè)公司紛紛投入外接、內(nèi)接和直動平行分度凸輪機(jī)構(gòu)的系列化生產(chǎn)。從1983年起，西北輕工業(yè)學(xué)院的彭國勛開始研究平行分度凸輪機(jī)構(gòu)，目前該機(jī)構(gòu)在我國的應(yīng)用還比較少(特別在數(shù)控刀架上)，而日本、韓國和我國臺灣的數(shù)控車床刀架，普遍采用液壓馬達(dá)驅(qū)動，用平行共軛分度凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行分度和預(yù)定位。平行分度凸輪機(jī)構(gòu)是使從動件作預(yù)期規(guī)律運(yùn)動的高副機(jī)構(gòu)，其主要的優(yōu)點(diǎn)是：從動件的運(yùn)動規(guī)律可以任意擬定，只要設(shè)計了相應(yīng)的凸輪輪廓曲線，就可以使從動件按擬定的規(guī)律運(yùn)動，此外，與圓柱凸輪機(jī)構(gòu)相比，它具有輸入輸出軸平行、剛性好、分度數(shù)多、分度精度高、傳動轉(zhuǎn)矩大、運(yùn)動平穩(wěn)、易于制造等優(yōu)點(diǎn)，既可以采用內(nèi)嚙合，也可以采用外嚙合，與齒輪傳動配合可產(chǎn)生多種形式的傳動方案，滿足多種應(yīng)用場合的使用要求。其主要的缺點(diǎn)是：設(shè)計過程復(fù)雜，設(shè)計質(zhì)量不易保證，在凸輪接觸處難以保證良好的潤滑，凸輪葉片和滾子容易磨損，壽命不長，不能有過大的傳動力，高速凸輪機(jī)構(gòu)的動力特性較為復(fù)雜，難以計算等等。鑒于此，為保證凸輪良好的傳動性能，更加廣泛的為各行各業(yè)服務(wù)，這就需要根據(jù)實(shí)際工況需求對凸輪工作輪廓曲線進(jìn)行精確設(shè)計，以及準(zhǔn)確的受力分析和壽命分析，來對凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計進(jìn)行綜合考慮。圖1-1平行分度凸輪機(jī)構(gòu)賀國軍:基于LS-DYNA的平行分度凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)力分析第2頁共40頁1.2本論文的設(shè)計思路平行分度凸輪機(jī)構(gòu)的工作輪廓曲線的設(shè)計，必須滿足精確的轉(zhuǎn)位停歇轉(zhuǎn)位工程需要，且轉(zhuǎn)盤在轉(zhuǎn)位的過程中具有一定的運(yùn)動規(guī)律，所以凸輪工作輪廓曲線的精確設(shè)計是相當(dāng)重要的。本文采用VB軟件計算的構(gòu)成凸輪輪廓曲線的各動態(tài)點(diǎn)的坐標(biāo)值，在ANSYS/LS-DYNA的前處理器中分別采用GUI鼠標(biāo)操作和APDL參數(shù)化兩種方式進(jìn)行建模及受力分析。LS-DYNA軟件最早是由美國JOHNHALLQUIST發(fā)布的，直到ANSYS公司購買了LS-DYNA的使用權(quán)，才形成了ANSYS/LS-DYNA產(chǎn)品，ANSYS/LS-DYNA繼承了ANSYS中強(qiáng)大的建模功能，尤其近幾年來，APDL的開發(fā)已相當(dāng)成熟，在前處理的建模過程中，極為方便，大大提高了設(shè)計效率。1.3平行分度凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢凸輪機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于食品機(jī)械、填充機(jī)械、藥品機(jī)械、封罐封蓋機(jī)械、灌裝機(jī)械、輸送機(jī)構(gòu)、沖床自動送料機(jī)構(gòu)、玻璃機(jī)械、陶瓷機(jī)械、煙草機(jī)械、化工機(jī)械、電子設(shè)備，數(shù)控機(jī)床加工中心，旋轉(zhuǎn)定位及直線定位間歇機(jī)構(gòu)中。近年來，計算機(jī)輔助設(shè)計為人們提供了極大的方便，為人們的設(shè)計工作節(jié)省了大量的時間，凸輪輪廓曲線的設(shè)計達(dá)到了相當(dāng)精確的地步，凸輪的應(yīng)用越來越廣泛，尤其是平行分度凸輪的應(yīng)用更為人們所追崇，這是因?yàn)槠叫蟹侄韧馆啓C(jī)構(gòu)，占據(jù)空間較小，具有多用性和靈活性，且能滿足用戶的任意運(yùn)動規(guī)律，因此隨著凸輪輪廓曲線的設(shè)計精度的提高和有限元分析軟件對凸輪的受力分析、壽命分析的深入，平行分度凸輪機(jī)構(gòu)將向高精度，高承載能力，高適用性能等方向發(fā)展。1.4本論文研究的內(nèi)容在進(jìn)行平行分度凸輪機(jī)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計時，如果用赫茲理論校核滾子和凸輪輪廓面間的接觸強(qiáng)度，存在下述的困難：其一凸輪輪廓曲線的曲率半徑計算十分復(fù)雜，其二凸輪在哪個運(yùn)動狀態(tài)時接觸應(yīng)力最大難以確定，再就是當(dāng)平行分度凸輪與超過兩個滾子同時接觸時，屬超靜定問題，計算滾子與平行分度凸輪在接觸處的法向力非常困難。鑒于此，本文通過利用ANSYS/LS-DYNA軟件，建立了改進(jìn)正弦加速運(yùn)動規(guī)律的平行分度凸輪機(jī)構(gòu)模型，并采用通用有限元的分析思路，對凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行了劃分網(wǎng)格、加載、求解、POST1通用后處理器和POST26時間歷程后處理器