了解運動模擬(五)現(xiàn)實示例

2013-06-08  by:廣州有限元分析、培訓中心-www.br5w05v.cn  來源:仿真在線

今天,由于機械產(chǎn)品日漸復雜,不斷加劇的競爭加快了新設計方案投入市場的速度,工程師們越來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)品的運動學和動力學性能。

作者: COSMOS 來源: COSMOS
關鍵字: 運動模擬 FEA 機構(gòu)分析 動力學性能

現(xiàn)實示例

Tigercat

Tigercat是生產(chǎn)集材機、自動集材機和伐木-集材機的領先制造商,它使用SolidWorks 設計了伐木-集材機頭(如圖23 所示)。當時,該公司的工程師使用COSMOSMotion 和COSMOSWorks 模擬了這種伐木-集材機頭的功能。Tigercat 稱,對此復雜機構(gòu)的運動、動力和應力的模擬降低了經(jīng)驗性測試要求,只需要一個原型。原型測試完全證實了模擬所得出的結(jié)果。

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圖23位于安大略湖畔布蘭德福特(Brandford) 市的Tigercat 所制造的伐木-集材機的伐木頭是使用SolidWorks 設計的,并且使用COSMOSMotion 和COSMOSWorks 進行了模擬。

FANUC Robotics America Inc.

FANUC Robotics發(fā)明了一種廣泛應用的自動生產(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。為了能讓客戶享受這些好處,FANUC 制造了多種尺寸的自動工具(如圖24 所示),客戶需要根據(jù)自己的具體運用情況選擇合適的尺寸。他們可以通過具體的工具路徑來分析機械性能,而使用COSMOSMotion 進行模擬可以大大簡化此類分析和選擇過程。

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

Ward Machine Tool負責設計和制造用于鋁制輪轂、旋轉(zhuǎn)傳動器和專業(yè)加工夾具的定制車床卡盤。Ward 的工程師設計了一些以前從未有過的定制產(chǎn)品,他們發(fā)現(xiàn)在進行制造之前驗證新的設計是否可行是必不可少的一個環(huán)節(jié)。例如,該公司在開發(fā)和測試雙啟動/多范圍鋁制輪轂車床卡盤(如圖25 所示)的過程中未進行任何物理原型測試。Ward 稱,通過使用SolidWorks 和COSMOSMotion,公司大約節(jié)約了45,000 美元的成本,并且測試時間縮短到僅為原來設計與測試過程的10%。

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圖25位于密歇根州Fowlerville 的Ward Machine Tool 設計并模擬了車床卡盤。

Syncroness

Syncroness 是一家產(chǎn)品開發(fā)機構(gòu),它與客戶緊密合作開發(fā)了從健身器材到激光系統(tǒng)等多種不同的產(chǎn)品。Synchroness 同時使用了COSMOSMotion 和COSMOSWorks 來優(yōu)化剪刀式升降機的四連桿系統(tǒng)(如圖26所示)。根據(jù)Syncroness 的經(jīng)驗來看,幾乎不必進行培訓,工程團隊便能進行運動模擬,并且不需要停下升降機進行試驗。Syncroness 稱,通過使用模擬,他們可以執(zhí)行快速設計迭代,并可為客戶提供優(yōu)質(zhì)的可視化工具??偠灾?使用模擬對于成功地設計解決方案至關重要。

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圖26該升降平臺是由位于美國科羅拉多州威斯敏斯特的Syncroness 設計的,所用設計工具是SolidWorks、COSMOSMotion 和COSMOSWorks。

附錄1:剛性實體運動

如果物體在運動過程中不會產(chǎn)生變形,我們則稱之為具有剛性實體運動或剛性實體模式。我們將具有剛性實體運動的物體歸類為機構(gòu)。

圖27 顯示了一個球形接頭?;w不可移動。這種接頭具有三種剛性實體運動,因為它可以在三個獨立的方向上移動或旋轉(zhuǎn),而不會發(fā)生變形。有三個獨立的變量(又稱自由度)可用來描述此機構(gòu)的位置。

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圖27圖中所示的球形接頭機構(gòu)是一個具有三種剛性實體運動的運動對。

圖28 描述的是一個在不可移動底盤上滑動的板盤。此機構(gòu)也具有三種剛性實體運動,因為滑動板盤可以在兩個方向上平移,并且可以在一個方向上旋轉(zhuǎn),而不會發(fā)生任何變形。同樣,需要三個自由度描述此機構(gòu)的位置。

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圖28此滑動板盤機構(gòu)具有三種剛性實體運動。

附錄2 : 運動模擬和F E A 的比較振動模式需要利用FEA 進行分析,而非運動模擬。

圖29 所示的四連桿具有一種剛性實體運動。只需使用一個獨立的變量(如任一連接裝置的角度位置)便可描述整個機構(gòu)的位置。請注意,合葉銷可能具有局部剛性實體運動,即圍繞銷釘軸旋轉(zhuǎn)和/或沿銷釘軸滑動,這取決于軀體的合葉設計。

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圖29該機構(gòu)中任一連接裝置的角度位置都可定義整個機構(gòu)的位置。此機構(gòu)具有一種剛性實體運動。

圖中所示的三種機構(gòu)也都有可能由于變形而具有三個自由度。這稱為“彈性模式”。例如,在四連桿中,每一個獨立的連接裝置都可以在振動的同時執(zhí)行運動。振動模式需要利用FEA 進行分析,而非運動模擬。

運動模擬和FEA 互相補充,并且其各自涵蓋的內(nèi)容可能會有重疊,如下表所示:

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