了解運(yùn)動(dòng)模擬(五)現(xiàn)實(shí)示例

2013-06-08  by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM  來(lái)源:仿真在線

今天,由于機(jī)械產(chǎn)品日漸復(fù)雜,不斷加劇的競(jìng)爭(zhēng)加快了新設(shè)計(jì)方案投入市場(chǎng)的速度,工程師們?cè)絹?lái)越迫切地感到必須使模擬超出FEA的局限范圍。除了使用FEA模擬結(jié)構(gòu)性能外,工程師還需要在構(gòu)建物理原型之前確定新產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)性能。

作者: COSMOS 來(lái)源: COSMOS
關(guān)鍵字: 運(yùn)動(dòng)模擬 FEA 機(jī)構(gòu)分析 動(dòng)力學(xué)性能

現(xiàn)實(shí)示例

Tigercat

Tigercat是生產(chǎn)集材機(jī)、自動(dòng)集材機(jī)和伐木-集材機(jī)的領(lǐng)先制造商,它使用SolidWorks 設(shè)計(jì)了伐木-集材機(jī)頭(如圖23 所示)。當(dāng)時(shí),該公司的工程師使用COSMOSMotion 和COSMOSWorks 模擬了這種伐木-集材機(jī)頭的功能。Tigercat 稱,對(duì)此復(fù)雜機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力和應(yīng)力的模擬降低了經(jīng)驗(yàn)性測(cè)試要求,只需要一個(gè)原型。原型測(cè)試完全證實(shí)了模擬所得出的結(jié)果。

圖23位于安大略湖畔布蘭德福特(Brandford) 市的Tigercat 所制造的伐木-集材機(jī)的伐木頭是使用SolidWorks 設(shè)計(jì)的,并且使用COSMOSMotion 和COSMOSWorks 進(jìn)行了模擬。

FANUC Robotics America Inc.

FANUC Robotics發(fā)明了一種廣泛應(yīng)用的自動(dòng)生產(chǎn)線,這種生產(chǎn)線可以幫助多種行業(yè)中的客戶在制造過(guò)程中充分利用人力資源、降低成本、提高質(zhì)量并最大限度地避免浪費(fèi)。為了能讓客戶享受這些好處,FANUC 制造了多種尺寸的自動(dòng)工具(如圖24 所示),客戶需要根據(jù)自己的具體運(yùn)用情況選擇合適的尺寸。他們可以通過(guò)具體的工具路徑來(lái)分析機(jī)械性能,而使用COSMOSMotion 進(jìn)行模擬可以大大簡(jiǎn)化此類分析和選擇過(guò)程。

圖24這種工業(yè)機(jī)器人是由位于美國(guó)密歇根州羅切斯特山的FANUC RoboticsAmerica 公司研制的。

Ward Machine Tool負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)和制造用于鋁制輪轂、旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)器和專業(yè)加工夾具的定制車床卡盤。Ward 的工程師設(shè)計(jì)了一些以前從未有過(guò)的定制產(chǎn)品,他們發(fā)現(xiàn)在進(jìn)行制造之前驗(yàn)證新的設(shè)計(jì)是否可行是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。例如,該公司在開(kāi)發(fā)和測(cè)試雙啟動(dòng)/多范圍鋁制輪轂車床卡盤(如圖25 所示)的過(guò)程中未進(jìn)行任何物理原型測(cè)試。Ward 稱,通過(guò)使用SolidWorks 和COSMOSMotion,公司大約節(jié)約了45,000 美元的成本,并且測(cè)試時(shí)間縮短到僅為原來(lái)設(shè)計(jì)與測(cè)試過(guò)程的10%。

圖25位于密歇根州Fowlerville 的Ward Machine Tool 設(shè)計(jì)并模擬了車床卡盤。

Syncroness

Syncroness 是一家產(chǎn)品開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu),它與客戶緊密合作開(kāi)發(fā)了從健身器材到激光系統(tǒng)等多種不同的產(chǎn)品。Synchroness 同時(shí)使用了COSMOSMotion 和COSMOSWorks 來(lái)優(yōu)化剪刀式升降機(jī)的四連桿系統(tǒng)(如圖26所示)。根據(jù)Syncroness 的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看,幾乎不必進(jìn)行培訓(xùn),工程團(tuán)隊(duì)便能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)模擬,并且不需要停下升降機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)。Syncroness 稱,通過(guò)使用模擬,他們可以執(zhí)行快速設(shè)計(jì)迭代,并可為客戶提供優(yōu)質(zhì)的可視化工具?？偠灾?使用模擬對(duì)于成功地設(shè)計(jì)解決方案至關(guān)重要。

圖26該升降平臺(tái)是由位于美國(guó)科羅拉多州威斯敏斯特的Syncroness 設(shè)計(jì)的,所用設(shè)計(jì)工具是SolidWorks、COSMOSMotion 和COSMOSWorks。

附錄1:剛性實(shí)體運(yùn)動(dòng)

如果物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生變形,我們則稱之為具有剛性實(shí)體運(yùn)動(dòng)或剛性實(shí)體模式。我們將具有剛性實(shí)體運(yùn)動(dòng)的物體歸類為機(jī)構(gòu)。

圖27 顯示了一個(gè)球形接頭?；w不可移動(dòng)。這種接頭具有三種剛性實(shí)體運(yùn)動(dòng),因?yàn)樗梢栽谌齻€(gè)獨(dú)立的方向上移動(dòng)或旋轉(zhuǎn),而不會(huì)發(fā)生變形。有三個(gè)獨(dú)立的變量(又稱自由度)可用來(lái)描述此機(jī)構(gòu)的位置。

圖27圖中所示的球形接頭機(jī)構(gòu)是一個(gè)具有三種剛性實(shí)體運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)對(duì)。

圖28 描述的是一個(gè)在不可移動(dòng)底盤上滑動(dòng)的板盤。此機(jī)構(gòu)也具有三種剛性實(shí)體運(yùn)動(dòng),因?yàn)榛瑒?dòng)板盤可以在兩個(gè)方向上平移,并且可以在一個(gè)方向上旋轉(zhuǎn),而不會(huì)發(fā)生任何變形。同樣,需要三個(gè)自由度描述此機(jī)構(gòu)的位置。

圖28此滑動(dòng)板盤機(jī)構(gòu)具有三種剛性實(shí)體運(yùn)動(dòng)。

附錄2 : 運(yùn)動(dòng)模擬和F E A 的比較振動(dòng)模式需要利用FEA 進(jìn)行分析,而非運(yùn)動(dòng)模擬。

圖29 所示的四連桿具有一種剛性實(shí)體運(yùn)動(dòng)。只需使用一個(gè)獨(dú)立的變量(如任一連接裝置的角度位置)便可描述整個(gè)機(jī)構(gòu)的位置。請(qǐng)注意,合葉銷可能具有局部剛性實(shí)體運(yùn)動(dòng),即圍繞銷釘軸旋轉(zhuǎn)和/或沿銷釘軸滑動(dòng),這取決于軀體的合葉設(shè)計(jì)。

圖29該機(jī)構(gòu)中任一連接裝置的角度位置都可定義整個(gè)機(jī)構(gòu)的位置。此機(jī)構(gòu)具有一種剛性實(shí)體運(yùn)動(dòng)。

圖中所示的三種機(jī)構(gòu)也都有可能由于變形而具有三個(gè)自由度。這稱為“彈性模式”。例如,在四連桿中,每一個(gè)獨(dú)立的連接裝置都可以在振動(dòng)的同時(shí)執(zhí)行運(yùn)動(dòng)。振動(dòng)模式需要利用FEA 進(jìn)行分析,而非運(yùn)動(dòng)模擬。

運(yùn)動(dòng)模擬和FEA 互相補(bǔ)充,并且其各自涵蓋的內(nèi)容可能會(huì)有重疊,如下表所示:

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