机械系统建模及仿真.doc

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 阮文苏
学 号 ZB10050014
所在院系 机电工程学院
任课教师 江晓红

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。
⒈ 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“Create a new model”，在模型名称（Model name）栏中输入：jxg ；在重力名称（Gravity）栏中选择“Earth Normal (-Global Y)”；在单位名称（Units）栏中选择“MMKS –mm,kg,N,s,deg”。如图3所示。

图3 ADAMS欢迎对话框
（⒉） 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（Working Grid）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“OK”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）创建下落小球
在ADAMS/View零件库中选择图标 ，参数选择为“New Part”，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Name and Position，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OK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，参数选择2 Bod-1 Loc和Normal To Grid。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。

图10 接触设置对话框
在I Solid里单击右键，选PART_2，在J Solid里 点右键选PART_4，相关系数设置如图11。

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

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
点击仿真按钮，设置仿真终止时间（End Time）为1.5，仿真工作步长（Step Size）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
①筛杆与筛杆座无间隙与有间隙的仿真结果比较分析

图15 a 无间隙时球体与筛杆间的作用力

图15 b 无间隙时筛杆与筛杆座间的作用力

图16 a 有间隙时球体与筛杆间的作用力

图16b 有间隙时筛杆与筛杆座间的作用力
对比图15 a与图16 a，图15 b与图16 b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。
②间隙大小的影响

图17 a 较小间隙时球体与筛杆间的作用力

图17 b 较小间隙时筛杆与筛杆座间的作用力

图18 a较大间隙时球体与筛杆间的作用力

图18 b 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。
③杆座刚度不同的影响

图19 a 杆座刚度较小时球体与筛杆间的作用力

图19 b杆座刚度较小时筛杆与筛杆座间的作用力

图20 a 杆座刚度较小时球体与筛杆间的作用力

图20 b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。
④杆座阻尼不同的影响

图21 a 杆座阻尼较小时球体与筛杆间的作用力

图21 b杆座阻尼较小时筛杆与筛杆座间的作用力

图22 a 杆座阻尼较大时球体与筛杆间的作用力

图22 b 杆座阻尼较大时筛杆与筛杆座间的作用力
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。

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