基于ANSYS／LS-DYNA的平行分度凸輪機構的應力分析.doc

題目基于LS-DYNA的平行分度凸輪機構的應力分析專業(yè)機械設計制造及其自動化年級學生姓名學生學號指導教師目錄第一章緒論11.1平行分度凸輪機構的來源及其優(yōu)缺點11.2本論文的設計思路21.3平行分度凸輪機構的應用及發(fā)展趨勢21.4本論文研究的內容2第二章平行分度凸輪機構的載荷計算32.1轉盤的運動規(guī)律計算32.2主、從動件的負載轉矩計算5第三章凸輪材料屬性及各參數83.1凸輪參數設置83.2*vread命令讀取數據8第四章建模及劃分有限元網格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設置求解選項18第六章結果分析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)點的受力分析23第七章結論257.1小結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35英文摘要36基于LS-DYNA的平行分度凸輪機構的應力分析賀國軍重慶三峽學院應用技術學院系機械設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構的設計過程，并根據所選擇的改進正弦加速度運動規(guī)律計算了凸輪機構的載荷。通過ANSYS/LS-DYNA有限元分析軟件，完成了ANSYS/LS-DYNA與VB的數據接口，成功導入了平行分度凸輪機構輪廓曲線的坐標值，正確建立了平行分度凸輪機構的有限元模型，并通過采用ANSYS/LS-DYNA軟件中的參數模塊，將從動件運動規(guī)律和載荷分別計算得出具體的數值并繪制成曲線圖。本文采用通用有限元分析的方法，對平行分度凸輪機構進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果進行了定點定位的分析，得出了平行分度凸輪機構的最大應力狀態(tài)和最大應力值。此外，本文通過兩種方式建模和分析，重點介紹了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構接觸強度的薄弱環(huán)節(jié)在凸輪輪廓面，最大應力出現在凸輪輪廓面的棱邊上；用ANSYS/LS-DYNA對平行分度凸輪機構進行應力分析，為平行分度凸輪機構的強度設計提供了理論參考；采用APDL建模，實現了以更改凸輪基本參數而任意更改凸輪大小和以更換VB數據源而任意設計凸輪運動規(guī)律的模塊化建模，大大提高了分析的效率。關鍵詞：平行凸輪機構APDL參數建模應力分析數組曲線載荷函數加載2009屆機械設計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設計（論文）第1頁共40頁第一章緒論1.1平行分度凸輪機構的來源及其優(yōu)缺點平行分度凸輪機構，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構的專利，隨后由美國商業(yè)凸輪公司（CommercialCamandMachineCo.）和菲固索公司（FergusonMachineCo.）試制。上世紀七十年代初，日本著名機構學家牧野洋教授研究并發(fā)表了關于外接平行分度凸輪機構的論文，并編入自動機械機構學一書。1979年前后，他又同前田隆發(fā)表了關于內接和直動式平行分度凸輪機構的研究論文。同時日本的東芝精機、大塚、三共、椿本等凸輪專業(yè)公司紛紛投入外接、內接和直動平行分度凸輪機構的系列化生產。從1983年起，西北輕工業(yè)學院的彭國勛開始研究平行分度凸輪機構，目前該機構在我國的應用還比較少(特別在數控刀架上)，而日本、韓國和我國臺灣的數控車床刀架，普遍采用液壓馬達驅動，用平行共軛分度凸輪機構進行分度和預定位。平行分度凸輪機構是使從動件作預期規(guī)律運動的高副機構，其主要的優(yōu)點是：從動件的運動規(guī)律可以任意擬定，只要設計了相應的凸輪輪廓曲線，就可以使從動件按擬定的規(guī)律運動，此外，與圓柱凸輪機構相比，它具有輸入輸出軸平行、剛性好、分度數多、分度精度高、傳動轉矩大、運動平穩(wěn)、易于制造等優(yōu)點，既可以采用內嚙合，也可以采用外嚙合，與齒輪傳動配合可產生多種形式的傳動方案，滿足多種應用場合的使用要求。其主要的缺點是：設計過程復雜，設計質量不易保證，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，高速凸輪機構的動力特性較為復雜，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，這就需要根據實際工況需求對凸輪工作輪廓曲線進行精確設計，以及準確的受力分析和壽命分析，來對凸輪機構的設計進行綜合考慮。圖1-1平行分度凸輪機構賀國軍:基于LS-DYNA的平行分度凸輪機構的應力分析第2頁共40頁1.2本論文的設計思路平行分度凸輪機構的工作輪廓曲線的設計，必須滿足精確的轉位停歇轉位工程需要，且轉盤在轉位的過程中具有一定的運動規(guī)律，所以凸輪工作輪廓曲線的精確設計是相當重要的。本文采用VB軟件計算的構成凸輪輪廓曲線的各動態(tài)點的坐標值，在ANSYS/LS-DYNA的前處理器中分別采用GUI鼠標操作和APDL參數化兩種方式進行建模及受力分析。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，才形成了ANSYS/LS-DYNA產品，ANSYS/LS-DYNA繼承了ANSYS中強大的建模功能，尤其近幾年來，APDL的開發(fā)已相當成熟，在前處理的建模過程中，極為方便，大大提高了設計效率。1.3平行分度凸輪機構的應用及發(fā)展趨勢凸輪機構廣泛應用于食品機械、填充機械、藥品機械、封罐封蓋機械、灌裝機械、輸送機構、沖床自動送料機構、玻璃機械、陶瓷機械、煙草機械、化工機械、電子設備，數控機床加工中心，旋轉定位及直線定位間歇機構中。近年來，計算機輔助設計為人們提供了極大的方便，為人們的設計工作節(jié)省了大量的時間，凸輪輪廓曲線的設計達到了相當精確的地步，凸輪的應用越來越廣泛，尤其是平行分度凸輪的應用更為人們所追崇，這是因為平行分度凸輪機構，占據空間較小，具有多用性和靈活性，且能滿足用戶的任意運動規(guī)律，因此隨著凸輪輪廓曲線的設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，平行分度凸輪機構將向高精度，高承載能力，高適用性能等方向發(fā)展。1.4本論文研究的內容在進行平行分度凸輪機構強度設計時，如果用赫茲理論校核滾子和凸輪輪廓面間的接觸強度，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雜，其二凸輪在哪個運動狀態(tài)時接觸應力最大難以確定，再就是當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，建立了改進正弦加速運動規(guī)律的平行分度凸輪機構模型，并采用通用有限元的分析思路，對凸輪機構進行了劃分網格、加載、求解、POST1通用后處理器和POST26時間歷程后處理器