機械畢業(yè)設(shè)計（論文）-基于adams的寬窄行分插機構(gòu)動力學(xué)分析【全套圖紙ug三維】

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　寬窄行插秧是由農(nóng)藝專家提出的一種適合我國水稻種植要求的種植方式，該種植方式的目標(biāo)是增加通風(fēng)，減少病蟲害，增加水稻產(chǎn)量。目前國內(nèi)插秧機用分插機構(gòu)都是等行距(30cm)形式，延吉插秧機制造有限公司和黑龍江農(nóng)業(yè)機械研究所研制了一種寬窄行插機，采用等行距插秧用的曲柄搖桿式分插機構(gòu)，只是在分插機構(gòu)和秧箱的布置上做了一定的改進(jìn)。實現(xiàn)了20

2、cm-40cm的插秧行距，但秧箱未能有效利用，尤其是采用20cm秧盤，與現(xiàn)有30cm秧盤不通用，機器不成熟，限制了機器的推廣。另外，浙江理工大學(xué)趙勻等提出了多種行星輪系寬窄行分插機構(gòu)，并進(jìn)行了機構(gòu)運動學(xué)的分析和參數(shù)優(yōu)化。</p><p>　　全套圖紙，三維，加153893706</p><p>　　寬窄行分插機構(gòu)是寬窄行水稻插秧機的關(guān)鍵工作部件，其性能的優(yōu)劣將直接影響水稻插秧質(zhì)量、插秧機工

3、作可靠性、使用壽命和插秧效率，直接決定插秧機的整體工作性能和品牌競爭力。因此，對寬窄行水稻插秧機分插機構(gòu)進(jìn)行運動學(xué)、動力學(xué)、強度方面的分析、研究，具有重大的現(xiàn)實意義和經(jīng)濟效益，對高速插秧機的發(fā)展，寬窄行分插機構(gòu)的研制以及我國水稻種植機械化水平的提高具有重要的理論意義，同時還給零件的剛?cè)狁詈戏治鎏峁┝艘环N實現(xiàn)方法。</p><p>　　本課題以水稻插秧機寬窄行分插機構(gòu)為研究對象，首先分析了分插機構(gòu)在高速和低速運動下

4、機座的受力變化情況，討論了在多高的轉(zhuǎn)速下需要考慮分插機構(gòu)的不平衡現(xiàn)象，并通過在機構(gòu)上增加配重來優(yōu)化高速下機座受力變化幅度；其次將分插機構(gòu)栽植臂殼體看作柔性體，對其在水稻插秧機分插機構(gòu)工作過程中受到的應(yīng)力、應(yīng)變、位移進(jìn)行了分析、研究，主要內(nèi)容如下：</p><p>　　(1)實現(xiàn)UG與ADAMS的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)虛擬樣機的仿真；</p><p>　　(2)分析不同轉(zhuǎn)速下機座受力；</p&

5、gt;<p>　　(3)在ADAMS中進(jìn)行動平衡研究；</p><p>　　(4)實現(xiàn)UG與ANSYS的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，在ANSYS中生成取苗臂殼體中性文件；</p><p>　　(5)實現(xiàn)ADAMS與ANSYS的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，在ADAMS中實現(xiàn)分插機構(gòu)的剛?cè)狁詈夏Ｐ筒⑦M(jìn)行仿真分析；</p><p>　　(6)仿真載荷文件的提取及在ANSYS環(huán)境下的取苗臂殼體強

6、度分析；</p><p>　　關(guān)鍵詞：寬窄行分插機構(gòu)；動平衡；柔性體；ANSYS；ADAMS</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Wide-narrow distance planting is put forward by agricultural experts and is a cultivation

7、 mode suitable to China's rice planting requirements, the goal of this cropping system is to increase ventilation, reduce plant diseases and insect pests, increase the yield of rice. At present, domestic transplanter

8、 with mechanism are spaced (30cm), yanji transplanter manufacturing commpany and HeiLongJiang agricultural machinery have developed a wide-narrow distance transplating machine, adopting wide-narr</p><p>　　Wi

9、de-narrow distance transplating mechanism is the key part to the spacing of rice transplanter working parts, its quality performance will directly affect the quality of rice seedling transplanter, work reliability, servi

10、ce life and planting efficiency, the overall work performance and determine transplanter’s brand competitiveness. Therefore, the kinematics, dynamics, strength analysis and research for spacing rice transplanter mechanis

11、m has the significant practical significance and economic </p><p>　　This reaserch object is about the rice transplanter wide-narrow distance transplating mechanism, firstly analyzes the stress of mechanism o

12、n high-speed and low-speed movement changes, discusses in how high speed we need to consider the mechanism imbalance, and optimization the variations in force through to add weight to the mechanism; Second regard the pla

13、nting arm shell as flexible body, analysis and reaserch the stress, strain and displacement of rice transplanter mechanism in the process of </p><p>　　1) Realize the UG and ADAMS data conversion, and the sim

14、ulation of virtual prototype;</p><p>　　2）Analysis of the chassis force in different speed;</p><p>　　3) Reaserch dynamic balancing in ADAMS;</p><p>　　4) Realize the UG and ANSYS data

15、 conversion, and generate the .mnf file;</p><p>　　5) To achieve data conversion of ADAMS and ANSYS, and realization the coupled model of the mechanism and the simulation analysis in ADAMS;</p><p&g

16、t;　　6) Extraction the load file of Simulation and take planting arm shell strength analysis in ANSYS;</p><p>　　Keywords: wide-narrow distance transplating mechanism；dynamic balance；flexible body；ANSYS；ADAMS&

17、lt;/p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p><b>　　Abstract</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1 課

18、題研究的背景和意義1</p><p>　　1.1.1 研究背景1</p><p>　　1.1.2 研究意義1</p><p>　　1.2 行星系分插機構(gòu)的研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2.1 傳統(tǒng)行星系分插機構(gòu)2</p><p>　　1.2.2寬窄行行星系分插機構(gòu)4</p><p

19、><b>　　1.3研究內(nèi)容5</b></p><p>　　1.4 課題的研究思路6</p><p>　　1.4.1 聯(lián)合仿真分析6</p><p>　　第二章 UG三維建模及虛擬樣機裝配8</p><p>　　2.1 虛擬樣機技術(shù)8</p><p>　　2.2 栽植臂裝配圖8

20、</p><p>　　2.3 UG建立分插機構(gòu)虛擬樣機的三維模型9</p><p>　　2.4 ADAMS仿真步驟11</p><p>　　2.4.1創(chuàng)建幾何模型11</p><p>　　2.4.2 創(chuàng)建約束和運動11</p><p>　　2.4.3 施加力12</p><p>　　2

21、.4.4 添加驅(qū)動12</p><p>　　2.4.5 仿真分析與結(jié)果后處理13</p><p>　　2.5 建立分插機構(gòu)虛擬樣機13</p><p>　　2.5.1 分插機構(gòu)三維模型導(dǎo)入ADAMS13</p><p>　　2.5.2 定義分插機構(gòu)構(gòu)件屬性14</p><p>　　2.5.3 添加運動副15

22、</p><p>　　2.5.4 施加載何及驅(qū)動16</p><p>　　2.5.5 分插機構(gòu)虛擬樣機仿真17</p><p>　　2.6 本章小結(jié)19</p><p>　　第三章 基于ADAMS的配重研究20</p><p>　　3.1 不同轉(zhuǎn)速下支座力的研究20</p><p>

23、　　3.2 確定配重塊位置21</p><p>　　3.2 添加配重塊21</p><p>　　3.3 參數(shù)化配重塊半徑21</p><p>　　3.4 設(shè)計研究22</p><p>　　3.5 最優(yōu)化求解23</p><p>　　3.6 結(jié)果分析23</p><p>　　3.7 本

24、章小結(jié)24</p><p>　　第四章 基于ANSYS和ADAMS的栽植臂殼體強度分析25</p><p>　　4.1 ADAMS建立柔性體25</p><p>　　4.1.1 離散柔性連接25</p><p>　　4.1.2 利用有限元程序建立柔性體25</p><p>　　4.1.3 利用ADAMS/A

25、utoFlex創(chuàng)建柔性體25</p><p>　　4.2 UG、ANSYS、ADAMS之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換26</p><p>　　4.2.1 UG 與ANSYS之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換26</p><p>　　4.2.2 UG與ADAMS之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換26</p><p>　　4.2.3 ANSYS與ADAMS之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換26</p>

26、;<p>　　4.3 ANSYS生成模態(tài)中性文件27</p><p>　　4.3.1 設(shè)置單位制27</p><p>　　4.3.2 設(shè)定單元類型27</p><p>　　4.3.3 定義材料屬性27</p><p>　　4.3.4 設(shè)置實常數(shù)27</p><p>　　4.3.5 定義單元截面

27、28</p><p>　　4.3.6 劃分網(wǎng)格28</p><p>　　4.3.7 建立蜘蛛網(wǎng)模型29</p><p>　　4.3.8 ANSYS生成柔性體中性文件31</p><p>　　4.4 ADAMS生成載荷文件31</p><p>　　4.4.1 替換剛性栽植臂殼體31</p><

28、;p>　　4.4.2定義外部載荷32</p><p>　　4.4.3 剛?cè)狁詈夏Ｐ瓦\動仿真分析32</p><p>　　4.4.4 輸出載荷文件33</p><p>　　4.5 栽植臂殼體強度分析37</p><p>　　4.6 本章小結(jié)39</p><p>　　第五章 總結(jié)與展望40</p&

29、gt;<p><b>　　5.1 總結(jié)40</b></p><p><b>　　5.2 展望40</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)42</b></p><p><b>　　致謝44</b></p><p><b>

30、;　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 課題研究的背景和意義</p><p>　　1.1.1 研究背景</p><p>　　寬窄行插秧是由農(nóng)藝專家提出的一種適合我國水稻種植要求的種植方式，該種植方式的目標(biāo)是增加通風(fēng)，減少病蟲害，增加水稻產(chǎn)量。全中國水稻年產(chǎn)量達(dá)2000億公斤，占世界產(chǎn)量的一半以上，平均單產(chǎn)是世界水平的1.6倍。水稻是我國

31、主要糧食作物,在糧食安全中占有極其重要的地位。水稻常年種植面積約3000萬公頃，占全國谷物種植面積的30％，世界水稻種植面積的20％；稻谷總產(chǎn)量近20000萬噸，占全國糧食總產(chǎn)的40％，世界稻谷總產(chǎn)的35％；稻谷平均單產(chǎn)6.212噸／公頃，是單產(chǎn)最高的糧食作物。 但是我國水稻種植基本采用人工育秧、插秧、收獲的“三彎腰”方式, 勞動強度大, 工作效率較低。我國雖在五六十年代就提出了水稻栽植機械化，但行動慢，步子小，進(jìn)展不大。</p&

32、gt;<p>　　據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)表明，水稻種植、收獲兩個環(huán)節(jié)實現(xiàn)機械化作業(yè)可分別減少勞動用工量40%和76%，大幅度提高工效；機械栽插比人工手插平均節(jié)約成本450元/公頃左右，提高單產(chǎn)375公斤/公頃以上；機械收獲較人工收獲節(jié)省成本300元/公頃。因此，提高水稻插秧機械化水平對我國只擁有7%的世界耕地卻要養(yǎng)活22%世界人口的國家來說，具有重大的意義。</p><p>　　2013年農(nóng)業(yè)部落實農(nóng)業(yè)機械化發(fā)

33、展目標(biāo)任務(wù)，農(nóng)業(yè)部要求，要積極爭取各方支持，落實完善農(nóng)機化發(fā)展扶持政策；加強農(nóng)機與農(nóng)藝、農(nóng)機化與信息化融合，促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新推廣；大力推進(jìn)農(nóng)機社會化服務(wù)，加快發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全程和全面機械化。</p><p>　　水稻插秧機是比較復(fù)雜的田間水稻種植作業(yè)機械，分插機構(gòu)是水稻插秧機的核心工作部件，由取苗臂和秧針軌跡控制機構(gòu)組成，在其他工作部件配合下完成分秧和插秧的動作，其性能直接影響插秧質(zhì)量、工作可靠性和插秧效率，決定插秧機

34、的整體水平和競爭力，因此對水稻插秧機分插機構(gòu)運動運動學(xué)、動力學(xué)、強度方面的分析、研究，具有重大的現(xiàn)實意義和經(jīng)濟效益[1]。</p><p>　　1.1.2 研究意義</p><p>　　由于機械向輕型化、高速化方向發(fā)展的趨勢，導(dǎo)致構(gòu)件的柔度、慣性力矩急劇增大，在這種情況下，構(gòu)件的彈性變形將會給機械的運動輸出帶來誤差，尤其是對于一些撓度比較大的構(gòu)和一些會產(chǎn)生大變形的構(gòu)建。對于一些高精密機械，

35、必須計入這種彈性變形對精度的影響，機械系統(tǒng)的柔度加大，系統(tǒng)固有頻率下降；機械運轉(zhuǎn)速度提高，激振頻率上升。激振頻率和固有頻率靠近，可能會發(fā)生較強的振動現(xiàn)象，既破壞機械的運動精度，又影響構(gòu)件的疲勞強度，并引發(fā)噪聲。現(xiàn)代機械系統(tǒng)朝著高速、重載、高精度方向發(fā)展的要求也使設(shè)計者越來越重視構(gòu)件的動應(yīng)力和產(chǎn)品的壽命預(yù)估，使得系統(tǒng)剛性運動與其自身變形之間相耦合而產(chǎn)生的彈性動力學(xué)問題已成為該領(lǐng)域急需解決的普遍問題和關(guān)鍵技術(shù)。</p><

36、;p>　　寬窄行分插機構(gòu)也是高速插秧機的部件，由于速度高，而且其取秧與插秧運動是空間運動，所以不能不考慮機座的受力不平衡量，通過在殼體上增加配重塊，ADAMS可以對整個部件進(jìn)行分析求解。在機械系統(tǒng)中，柔性體會對整個系統(tǒng)的運動產(chǎn)生重要影響，在進(jìn)行運動學(xué)分析時如果不考慮柔性體的影響將會造成很大的誤差，同樣整個系統(tǒng)的運動情況也反過來決定了每個構(gòu)件的受力狀況和運動狀態(tài)，從而決定了構(gòu)件內(nèi)部的應(yīng)力應(yīng)變分布。采用ANSYS和ADAMS軟件的聯(lián)合

37、仿真它不但可以精確的模擬整個系統(tǒng)的運動，而且可以基于運動仿真的結(jié)果對運動系統(tǒng)中的柔性體進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變的分析[2]。</p><p>　　為了提高寬窄行水稻插秧機的工作效率和工作質(zhì)量，分插機構(gòu)不斷朝著高速、高精度方向發(fā)展，為了更加精確地模擬整個系統(tǒng)的運動，反映分插機構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變問題，必須將薄壁鋁制的分插機構(gòu)栽植臂殼體看作柔性體來進(jìn)行運動仿真分析，可以將ANSYS與ADAMS兩個軟件結(jié)合使用。通常，ANSYS不適合進(jìn)

38、行機構(gòu)的動力學(xué)分析，而ADAMS不適合進(jìn)行有限元分析，將二者結(jié)合，有利于取長補短。ADAMS軟件是著名的機械系統(tǒng)動力學(xué)仿真分析軟件，分析對象主要是剛體，但與ANSYS軟件結(jié)合使用可以考慮分析零部件的彈性，同樣ADAMS的分析結(jié)果可為ANSYS分析提供相應(yīng)的邊界條件[3-8]。</p><p>　　1.2 行星系分插機構(gòu)的研究現(xiàn)狀</p><p>　　1.2.1 傳統(tǒng)行星系分插機構(gòu)</

39、p><p>　　傳統(tǒng)行星系分插機構(gòu)主要是等行距的，這種機構(gòu)插秧的缺點是不利于秧苗內(nèi)部通風(fēng)。主要有如下五種形式。</p><p>　　(1) 偏心齒輪行星系分插機構(gòu)</p><p>　　偏心齒輪行星系分插機構(gòu)由日本率先發(fā)明，并在中國申報專利。該機構(gòu)如圖1.1所示，共有9個半徑相同的偏心齒輪，太陽輪10固定不動，兩邊對稱布置2對齒輪，栽植臂4固定在行星輪8上，行星架7與太陽

40、輪共軸。工作時，行星架轉(zhuǎn)動，2個惰輪9(也稱中間輪)繞太陽輪轉(zhuǎn)動，帶動2個行星輪在周期內(nèi)擺動，栽植臂隨行星架的圓周運動和隨行星輪作相對于行星輪軸的擺動，構(gòu)成了特殊的運動軌跡，可滿足秧爪軌跡和姿態(tài)的要求。偏心齒輪行星系分插機構(gòu)與非圓齒輪行星系分插機構(gòu)相比較有加工簡單的優(yōu)點，但齒隙變化引起振動，需增加防振裝置，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。中國學(xué)者也對該機構(gòu)進(jìn)行了研究和改進(jìn)，在對該機構(gòu)進(jìn)行運動分析的基礎(chǔ)上，用解析法建立了該分插機構(gòu)的運動學(xué)模型[9]。<

41、/p><p>　　(2) 偏心鏈輪式分插機構(gòu)</p><p>　　偏心鏈輪式分插機構(gòu)采用5個偏心鏈輪，利用傳動比變化實現(xiàn)分插機構(gòu)的傳動要求。偏心鏈輪分插機構(gòu)的傳動部分產(chǎn)生效果，與偏心齒輪、橢圓齒輪分插機構(gòu)相同。不同之處在于偏心鏈輪分插機構(gòu)沒有中間輪，取而代之的是兩個等徑偏心鏈輪的傳動比變化來實現(xiàn)要求。兩偏心鏈輪輪心在工作周期中，靠近和分離造成鏈條松緊變化可由偏心張緊輪消除[10]。</p

42、><p>　　(3) 橢圓差速分插機構(gòu)</p><p>　　橢圓差速分插機構(gòu)在一個回轉(zhuǎn)的殼體里(相當(dāng)于輪系機構(gòu)的行星架)安裝3個全等的橢圓齒輪，3個橢圓齒輪的回轉(zhuǎn)中心均在橢圓齒輪的交點上且相位相同，并支撐在殼體上，栽植臂上秧爪輸出的絕對運動為隨殼體的平動和繞行星輪軸心的不等速轉(zhuǎn)動的合成，從而使秧爪獲得適于分秧、插秧的運動軌跡。另外，在栽植臂上附加推秧機構(gòu)，其作用是插秧時將秧苗準(zhǔn)確推入土壤中。&

43、lt;/p><p>　　(4) 正齒行星輪系分插機構(gòu)</p><p>　　正齒行星輪系分插機構(gòu)如圖1.2所示，它由正圓齒輪和橢圓齒輪組成。通過鍵、行星輪軸與行星圓齒輪固結(jié)的一對栽植臂，一方面隨著行星架作圓周運動，另一方面隨著行星圓齒輪相對行星架作非勻速轉(zhuǎn)動，在這兩種運動的復(fù)合下，秧爪按要求的姿態(tài)(角位移和軌跡)運動，通過選擇合適的結(jié)構(gòu)參數(shù)，就可以找到滿足插秧要求的工作軌跡、取秧角和插秧角[11

44、]。</p><p>　　(5) 橢圓齒輪行星系分插機構(gòu)</p><p>　　橢圓齒輪行星系分插機構(gòu)如圖1.3所示。其傳動部分由5個全等的橢圓齒輪、行星架和2個栽植臂組成。中央橢圓齒輪I(也稱太陽輪)與機架固定，在起始位置，5個橢圓齒輪長軸在一條直線上，行星架轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速為，2個中間齒輪(也稱惰輪)繞太陽輪轉(zhuǎn)動，帶動2個行星輪(齒輪III)在周期內(nèi)擺動，行星輪與栽植臂一體，栽植臂上各點(包括

45、秧爪尖)作復(fù)合運動：行星輪軸隨行星架的圓周運動(牽連運動)和隨行星輪作相對于行星輪軸的擺動(相對運動)，構(gòu)成了特殊的運動軌跡。秧爪的角速度為行星架角位移和行星輪角位移的代數(shù)和。在VB6.0平臺上開發(fā)出人機交互參數(shù)優(yōu)化軟件，分析了各結(jié)構(gòu)參數(shù)對運動軌跡和優(yōu)化目標(biāo)的影響，優(yōu)化出滿足插秧要求的結(jié)構(gòu)參數(shù)[12-13]。</p><p>　　寬窄行行星系分插機構(gòu)</p><p>　　(1) 非勻速空間

46、行星輪系寬窄行分插機構(gòu)</p><p>　　非圓錐齒輪行星輪系分插機構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖1.4所示，主要由太陽輪4,中間斜齒輪2、中間非圓錐齒輪3、和行星輪1組成。其中行星輪也是非圓錐齒輪，與非圓錐齒輪3配合，太陽輪固定不動，隨著殼體的轉(zhuǎn)動將帶動中間輪和行星輪轉(zhuǎn)動，從而完成取秧和插秧過程，由于非圓錐齒輪的存在，秧爪尖點的運動軌跡為空間軌跡。</p><p>　　1.右行星齒輪 2.右中間斜齒輪 3.

47、右中間非圓錐齒輪 4.右太陽輪</p><p>　　圖 1.4非勻速空間行星輪系分插機構(gòu)</p><p>　　(2) 圓柱凸輪滑移式寬窄行分插機構(gòu)</p><p>　　圓柱凸輪滑移式寬窄行分插機構(gòu)原理如圖1.5所示，機構(gòu)由變速傳動部件和栽植臂組成，其變速傳動部件有5個全等的變性橢圓齒輪，太陽輪2與機架固結(jié)，中心軸1帶動行星架3及兩個中間輪4和兩個行星輪6轉(zhuǎn)動，兩個中

48、間輪4和太陽輪2嚙合產(chǎn)生自轉(zhuǎn)，并分別帶動對應(yīng)的行星輪6相對行星架3轉(zhuǎn)動；栽植臂11通過行星軸8與行星輪6固結(jié)，圓柱凸輪9以栽植臂11相對行星架3轉(zhuǎn)動作為動力，驅(qū)動栽植臂11在旋轉(zhuǎn)的同時相對行星架3橫向移動，形成一空間軌跡，推秧桿13在凸輪7、撥叉15和彈簧12組成的凸輪機構(gòu)的控制下，依靠彈簧12彈力在指定位置完成推秧，并通過凸輪7擠壓彈簧12收回，準(zhǔn)備取秧和下次推秧。</p><p><b>　　1.3

49、研究內(nèi)容</b></p><p>　　目前對于分插機構(gòu)的研究都集中于，秧針尖點軌跡、姿態(tài)角、取秧角度、插秧角度、秧針尖點的運動速度等上面，缺乏對動力學(xué)的研究；缺乏對機構(gòu)平衡的考慮，基于此種情況，尤其是在高速運動情況下，不平衡量的大小對機構(gòu)的可靠性和使用壽命起著至關(guān)重要的作用，利用多剛體動力學(xué)分析軟件ADAMS對寬窄行分插機構(gòu)的平衡情況進(jìn)行研究。分插機構(gòu)栽植臂殼體是薄壁硬鋁合金殼體，當(dāng)分插機構(gòu)取秧時，按

50、在栽植臂殼體上的秧針?biāo)喝⊙硐渖系难砻?，此過程是分插機構(gòu)整個周期中受力最大，也是容易產(chǎn)生破壞的過程。本論文利用ADAMS分析純剛體分插機構(gòu)在高速運動時機座的受力變化情況，還采用了ADAMS和ANSYS兩個軟件的聯(lián)合仿真技術(shù)來研究分插機構(gòu)栽植臂在取秧時刻或者出現(xiàn)意外（如取秧時秧針與秧門發(fā)生碰撞、插秧時碰到石子）時栽植臂的變形和應(yīng)力分布，通過結(jié)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計以提高栽植臂工作時的可靠性。主要的研究內(nèi)容如下：</p><p>

51、;　　(1)實現(xiàn)UG與ADAMS的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)虛擬樣機的仿真；</p><p>　　(2)分析不同轉(zhuǎn)速下機座受力； </p><p>　　(3)在ADAMS中進(jìn)行配重研究；</p><p>　　(4)實現(xiàn)UG與ANSYS的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，在ANSYS中生成取苗臂殼體中性文件；</p><p>　　(5) 實現(xiàn)ADAMS與ANSYS的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，在A

52、DAMS中實現(xiàn)分插機構(gòu)的剛?cè)狁詈夏Ｐ筒⑦M(jìn)行仿真分析；</p><p>　　(6) 仿真載荷文件的提取及在ANSYS環(huán)境下的取苗臂殼體強度分析；</p><p>　　1.4 課題的研究思路</p><p>　　本課題利用UG、ADAMS、ANSYS實現(xiàn)對分插機構(gòu)視為剛?cè)狁詈蠙C構(gòu)進(jìn)行聯(lián)合仿真分析，其流程如圖1.6所示：</p><p>　　1.4

53、.1 聯(lián)合仿真分析</p><p><b>　　1.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　1.提出了本課題研究的背景及意義；</p><p>　　2.綜述了水稻插秧機分插機構(gòu)的研究現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)；</p><p>　　3.闡述了本課題的研究內(nèi)容及研究思路。</p><p>　　第二章 UG三

54、維建模及虛擬樣機裝配</p><p>　　2.1 虛擬樣機技術(shù)</p><p>　　虛擬樣機技術(shù)(VPT，virtual prototyping technology)是一種基于虛擬樣機的數(shù)字化設(shè)計方法，是各領(lǐng)域CAX/DFX技術(shù)的發(fā)展和延伸。虛擬樣機技術(shù)進(jìn)一步融合了先進(jìn)建模/仿真技術(shù)，現(xiàn)代信息技術(shù)，先進(jìn)設(shè)計制造技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)，將這些技術(shù)應(yīng)用于復(fù)雜產(chǎn)品全生命周期和全系統(tǒng)的設(shè)計，并對他們

55、進(jìn)行綜合管理。與傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)相比，虛擬樣機技術(shù)強調(diào)系統(tǒng)的觀點，涉及產(chǎn)品全生命周期，支持對產(chǎn)品的全方位測試，分析與評估，強調(diào)不同領(lǐng)域的虛擬化的協(xié)同設(shè)計。多剛體動力學(xué)分析軟件ADAMS就是一種虛擬樣機技術(shù)，它通過計算機軟件建立機械系統(tǒng)的三維實體模型和力學(xué)模型，分析和評估系統(tǒng)的性能，從而為物理樣機的設(shè)計和制造提供合理的參數(shù)依據(jù)。虛擬樣機技術(shù)的核心是機械系統(tǒng)動態(tài)仿真，還包括三維CAD建模方法、有限元分析方法、機電液控制技術(shù)和最優(yōu)化方法等相關(guān)

56、技術(shù)．并取得了很好的應(yīng)用效果。同傳統(tǒng)的基于物理樣機的設(shè)計方法相比，虛擬樣機的設(shè)計方法具有很多特點[16]，包括全新的開發(fā)模式、降低開發(fā)成本、實現(xiàn)動態(tài)聯(lián)盟等。</p><p>　　2.2 栽植臂裝配圖</p><p>　　由CAD建立各個零件的二維工程圖，分插機構(gòu)栽植臂裝配圖和栽植臂殼體主視圖如圖2.1、2.2所示。</p><p>　　2.3 UG建立分插機構(gòu)虛擬樣

57、機的三維模型</p><p>　　UG(Unigraphics NX)是Siemens PLM Software公司出品的一個產(chǎn)品工程解決方案，它為用戶的產(chǎn)品設(shè)計及加工過程提供了數(shù)字化造型和驗證手段。Unigraphics NX針對用戶的虛擬產(chǎn)品設(shè)計和工藝設(shè)計的需求，提供了經(jīng)過實踐驗證的解決方案。</p><p>　　本實驗中采用UG軟件建立虛擬樣機的三維模型，實現(xiàn)裝配仿真分析，圖2.3到

58、圖2.9為寬窄行分插機構(gòu)的部分構(gòu)件的三維模型：</p><p>　　由于細(xì)小零件較多，此處就不一一列出，將裝好的裝配圖列舉如下，圖2.10為整個分插機構(gòu)的虛擬樣機裝配圖，圖2.11為栽植臂裝配圖。</p><p>　　2.4 ADAMS仿真步驟</p><p>　　應(yīng)用ADAMS軟件進(jìn)行機械系統(tǒng)仿真分析的一般步驟如圖2.12所示[17-19]。為使仿真分析能夠順利地

59、進(jìn)行，應(yīng)遵循以下原則:</p><p>　　2.4.1創(chuàng)建幾何模型</p><p>　　對于較簡單的幾何模型，可以直接在ADAMS/View中建立。而對于復(fù)雜的模型，其三維建模一般是在專業(yè)的三維建模軟件(如UG、Proe、SolidWorks等)中完成，完成零件的組裝，然后通過專用接口或通用數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換導(dǎo)入ADAMS環(huán)境。</p><p>　　2.4.2 創(chuàng)建約束和

60、運動</p><p>　　約束是用來限制和定義ADAMS中各零件的位置和運動，模擬機械的實際運行狀況，組裝完整的機械系統(tǒng)，為后續(xù)分析做準(zhǔn)備。ADAMS中提供的約束包括時變約束、時不變約束、完整約束、不完整約束、高副約束和低副約束等，用戶也能通過自定義子程序來定義約束。</p><p>　　在ADAMS/View中提供了4中約束類型如下[18]：</p><p>　　

61、(1) 運動副約束：運動副約束包括11種，通過運動副來實現(xiàn)約束，運動副在現(xiàn)實中都能找到對應(yīng)的物理模型，如鉸鏈副、移動副等。每施加一個運動副可以把兩個零件聯(lián)系起來，被連接的零件可以是剛體、柔性體、點質(zhì)量，這11種運動副中齒輪副和關(guān)聯(lián)副又稱為復(fù)雜運動副；</p><p>　　(2) 基本約束：基本約束總共包含5種，基本約束對零件的相對運動進(jìn)行了限定，如限定兩個零件必須平行運動，或者是限定他們的運動路線相互垂直等?；?/p>

62、約束在現(xiàn)實中沒有物理原型，通過基本約束的組合可以產(chǎn)生定義與運動副約束相同的約束，也可實現(xiàn)運動副約束無法實現(xiàn)的復(fù)雜約束；</p><p>　　(3) 運動約束：運動約束通過對模型施加運動來實現(xiàn)對模型的約束，一旦定義好運動后，模型就會按照所定義的運動規(guī)律進(jìn)行運動，而不考慮實現(xiàn)這種運動需要多大的力或力矩，ADAMS/View定義了兩種類型的運動約束包括運動副運動和點運動。</p><p>　　(

63、4) 高副約束：兩個構(gòu)建通過點或線的接觸組成的運動副成為高副，在ADAMS/View中指的是凸輪機構(gòu)，包括點線凸輪機構(gòu)和線線凸輪機構(gòu)。 </p><p><b>　　2.4.3 施加力</b></p><p>　　ADAMS/View定義了4種類型的力：主動力、柔性連接(如無質(zhì)量梁、套筒、彈簧—阻尼器和扭簧)、特殊力(如重力、輪胎力)和接觸力[18]。</p&g

64、t;<p>　　定義力的大小，可以直接定義力或力矩的?；?個方向的分量，當(dāng)力的大小與運動量(位移。速度)有線性關(guān)系時，定義其比例系數(shù)。如彈簧剛度。粘性阻尼系數(shù)；也可以使用Function builder或子程序定義力與位置、運動之間更復(fù)雜的關(guān)系，甚至力與力的關(guān)系；接觸力可以看成只能壓縮的彈簧力。</p><p>　　定義力的方向，力包括固定于物體(力與物體的相對位置始終保持不變)和固定于空間的力(力

65、在空間中的位置始終不變)；也可指定沿某標(biāo)記的一坐標(biāo)軸方向，或多個軸方向，或指定方向；也可選擇沿兩個標(biāo)記的連線方向或者垂直于網(wǎng)格平面，或者可以用鼠標(biāo)左鍵選力的方向。</p><p>　　2.4.4 添加驅(qū)動</p><p>　　在ADAMS/View中添加驅(qū)動，驅(qū)動也作為約束的一種，可以減少系統(tǒng)的一個自由度，如果是單純做在重力作用下的系統(tǒng)仿真，則可以不加任何驅(qū)動；在需要一個原動機作為動力輸入

66、進(jìn)行有輸入的運動學(xué)或動力學(xué)仿真時，可以在運動副上添加驅(qū)動，驅(qū)動作為一種再約束需要加在已有運動副上，從而確定運動副所約束的兩個構(gòu)件之間保持某種確定的運動規(guī)律，驅(qū)動包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動和直線驅(qū)動，又可以叫轉(zhuǎn)動馬達(dá)和直線馬達(dá)，其中轉(zhuǎn)動馬達(dá)需要加在轉(zhuǎn)動副上，直線馬達(dá)需要加在移動副上；添加時設(shè)置好轉(zhuǎn)動馬達(dá)的轉(zhuǎn)動角速度或者直線馬達(dá)的移動線速度即可。</p><p>　　2.4.5 仿真分析與結(jié)果后處理</p><

67、p>　　ADAMS/View仿真分析過程中會自動地調(diào)用ADAMS/Solver求解程序。再由ADAMS/Solver完成以下4種類型的仿真分析。</p><p>　　(1) 運動學(xué)分析(Kinematic)，通過求解一系列代數(shù)方程，仿真分析自由度等于零的系統(tǒng)運動參數(shù)。</p><p>　　(2) 動力學(xué)分析(Dynamic)，通過多個微分—代數(shù)方程求解，仿真分析自由度大于零的復(fù)雜系統(tǒng)

68、的動力學(xué)響應(yīng)和受力的大小。</p><p>　　(3) 靜態(tài)分析(static)，通過受力平衡，求解各構(gòu)件在靜態(tài)下的受力情況。</p><p>　　(4) 裝配分析(Assemble)，用于發(fā)現(xiàn)和糾正在裝配過程中的錯誤連接以及不正確的初始條件。</p><p>　　在ADAMS仿真分析完成之后即可進(jìn)入結(jié)果后處理，結(jié)果后處理是通過調(diào)用獨立的后處理模塊ADAMS/Pos

69、tProcessor來完成的。ADAMS/PostProcessor模塊主要包含兩大功能：仿真結(jié)果回放功能和測量曲線的編輯處理。通過對仿真結(jié)果進(jìn)行后處理，可以完成以下工作:</p><p>　　(1) 可以將仿真結(jié)果與實物樣機結(jié)果測量結(jié)果進(jìn)行對比驗證分析；</p><p>　　(2) 可以繪制各種測量曲線并進(jìn)行一些曲線的數(shù)學(xué)計算和統(tǒng)計分析；</p><p>　　(3

70、) 可以對不同條件的測量結(jié)果進(jìn)行比較；</p><p>　　(4) 提供對虛擬樣機系統(tǒng)的更改指導(dǎo)；</p><p>　　(5) 可以對測量結(jié)果進(jìn)行不同的編輯。</p><p>　　2.5 建立分插機構(gòu)虛擬樣機</p><p>　　2.5.1 分插機構(gòu)三維模型導(dǎo)入ADAMS</p><p>　　在UG中建立、組裝的三維模

71、型導(dǎo)入ADAMS一般采用以下方法：</p><p>　　通過中間數(shù)據(jù)格式Parasolid進(jìn)行轉(zhuǎn)換，具體步驟如下：(1)在UG環(huán)境中建立各構(gòu)件的三維實體模型并裝配；(2)將裝配好的模型另存為實體(.X_T)格式；(3)在ADAMS／View工作環(huán)境中選擇File--Import，在導(dǎo)入文件類型中選擇Parasolid，指定裝配體的(.X_T)格式文件， 即可導(dǎo)入ADAMS[20]。</p><

72、p>　　2.5.2 定義分插機構(gòu)構(gòu)件屬性</p><p>　　為了不同的零件在設(shè)置和選擇的時候容易辨認(rèn)，首先將導(dǎo)入分插機構(gòu)的各個零件重命名為對應(yīng)的名稱，為了區(qū)分不同零件，最好將不同零件更改為容易區(qū)分的顏色，然后對每個零件設(shè)置它們所對應(yīng)材料的密度屬性，系統(tǒng)會自動根據(jù)零件的體積計算出各個零件的質(zhì)量以及沿每個軸的轉(zhuǎn)動慣量，并在質(zhì)心出自動創(chuàng)建質(zhì)心marker點，具體各零件所對應(yīng)的材料屬性如表2.1所示：</p

73、><p>　　表2.1 材料屬性說明</p><p>　　2.5.3 添加運動副</p><p>　　在定義完了質(zhì)量屬性后，零件之間并沒有形成運動關(guān)系，所以還需要施加運動副，使其形成具有確定運動關(guān)系的分插機構(gòu)。</p><p>　　ADAMS軟件提供了豐富的約束庫，可以方便的實現(xiàn)約束的施加，對分插機構(gòu)施加的運動副如表2.2所示：</p&g

74、t;<p>　　表2.2 運動副說明</p><p>　　定義完運動副的分插機構(gòu)如圖2.13所示。</p><p>　　2.5.4 施加載何及驅(qū)動</p><p>　　分插機構(gòu)所受的載荷有:中心圓齒輪與中間圓齒輪之間的接觸力、中間非圓錐齒輪與行星非圓錐齒輪之間的接觸力、凸輪與撥叉之間的接觸力、撥叉與彈簧座之間的接觸力、彈簧座與橡膠緩沖墊之間的接觸力、

75、彈簧座與頂蓋之間的彈簧力。各個剛體的變速運動或者剛體回轉(zhuǎn)運動所產(chǎn)生的慣性力由ADAMS/solver求解器自動計算。各剛體的重力在定義重力加速度的大小、方向和材料屬性(如密度)等后，在仿真中自動給各剛體施加重力。在彈簧座中心與頂蓋中心的連線設(shè)置一彈簧，其剛度為2N/mm，預(yù)載荷為48N，預(yù)載荷工作長度為76mm，參數(shù)設(shè)置如圖2.14所示。</p><p>　　假定中心軸勻速轉(zhuǎn)動，可以在箱體和中心軸之間施加的旋轉(zhuǎn)副

76、處添加一旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機，為使在開始仿真時不發(fā)生剛性沖擊將旋轉(zhuǎn)速度設(shè)置為step(time,0,0,0.1,1080d)*time，如圖2.15所示。</p><p>　　2.5.5 分插機構(gòu)虛擬樣機仿真</p><p>　　對于分插機構(gòu)在完成模型導(dǎo)入、重命名顏色修改、質(zhì)量屬性定義、運動副定義、載荷添加、驅(qū)動添加之后前處理部分基本完成，可以進(jìn)行運動仿真分析。</p><p&

77、gt;　　仿真計算之前必須設(shè)置相應(yīng)的仿真參數(shù)，仿真時間即系統(tǒng)的實際運行時間，仿真步數(shù)的多少對計算時間影響不大，但過多的仿真步數(shù)會浪費大量的存儲空間。本次剛性分插機構(gòu)的仿真參數(shù)設(shè)定為：時間:1s，步數(shù):200步。</p><p>　　(1) 秧針尖點運動軌跡分析</p><p>　　分插機構(gòu)秧針軌跡能否滿足插秧要求，將直接影響插秧機的工作性能和插秧質(zhì)量，如果軌跡不合理就不能很好地取秧、運秧、

78、插秧，嚴(yán)重時甚至?xí)顾逖砻绲狗蚱?。圖2.16為純剛性體分插機構(gòu)秧針尖點運動軌跡曲線，圖中顯示分插機構(gòu)靜軌跡為豬腰子形。</p><p>　　(2) 秧針尖點速度分析</p><p>　　傷秧率是評價插秧機工作性能的重要指標(biāo)之一，傷秧一般發(fā)生在取秧和插秧階段，在取秧和插秧階段秧針相對于秧苗的速度越小傷秧率越小。圖2.17為秧針尖點X方向速度曲線，圖2.18為秧針尖點Y方向速度曲線，圖2

79、.19為秧針尖點合速度曲線。</p><p>　　(3) 秧針尖點加速度分析</p><p>　　機構(gòu)運動的加速度特性可以反應(yīng)出機構(gòu)動力學(xué)特性的好壞，加速度小則特性好，加速度大則特性壞。圖2.20為秧針尖點X方向加速度曲線，圖2.21為秧針尖點Y方向加速度曲線，圖2.22為秧針尖點合加速度曲線。</p><p><b>　　2.6 本章小結(jié)</b&g

80、t;</p><p>　　根據(jù)分插機構(gòu)二維圖紙利用UG軟件建立三維模型，并進(jìn)行虛擬裝配，將模型通過中間數(shù)據(jù)格式.X_T導(dǎo)入ADAMS，在ADAMS/View環(huán)境中，對分插機構(gòu)模型施加運動副、添加載荷及驅(qū)動，進(jìn)行運動仿真,得出了分插機構(gòu)秧針尖點的運動軌跡曲線、速度曲線、加速度曲線。</p><p>　　第三章 基于ADAMS的配重研究</p><p>　　3.1 不

81、同轉(zhuǎn)速下支座力的研究</p><p>　　為了研究高速和低速下支座力的變化情況，分別將電機的轉(zhuǎn)速設(shè)置為150R/min，200R/min，250R/min,300R/min,350R/min,400R/min。其支座力變化情況如圖3.1所示。</p><p>　　從圖中可以看出，隨著轉(zhuǎn)速的提高，支座力的波動幅度也越來越大，250R/min的時候幅值250N，300R/min的時候幅值為30

82、0N，在經(jīng)驗設(shè)計上一般轉(zhuǎn)速超過250R/min就需要考慮平衡問題，低于250R/min則不需要。接下來對轉(zhuǎn)速為250R/min的情況進(jìn)行配重平衡研究。</p><p>　　3.2 確定配重塊位置</p><p>　　在UG軟件中將整個分插機構(gòu)三維裝配圖中的栽植臂單獨導(dǎo)出，然后在UG菜單欄中選擇分析、測量體、選擇整個栽植臂，然后在結(jié)果顯示中勾選顯示信息窗口，就會出現(xiàn)栽植臂的體積、面積、質(zhì)量、

83、回轉(zhuǎn)半徑和質(zhì)心。</p><p>　　由于栽植臂是復(fù)合運動，既包括隨箱體的轉(zhuǎn)動，又有繞行星軸的轉(zhuǎn)動，所以栽植臂的重心是時變的，但是也有一定規(guī)律，那就是也繞行星軸轉(zhuǎn)動，所以我們首先在UG中將栽植臂質(zhì)心點投影到行星軸轉(zhuǎn)動中心線上，投影方向是過質(zhì)心與中心線相交且垂直的垂線方向，然后在此點上建立基準(zhǔn)坐標(biāo)系，此時可顯示改點在全局左邊系下的坐標(biāo)位置，通過該位置和轉(zhuǎn)動中心位置計算出行星軸中心線上的點關(guān)于轉(zhuǎn)動中心的對稱位置，然后

84、在對稱位置上加配重塊，配重塊坐標(biāo)如表3.1所示。</p><p>　　表3.1 配重坐標(biāo)</p><p><b>　　3.2 添加配重塊</b></p><p>　　確定好配重塊之后就可以增加配重塊了，為了方便設(shè)置，選擇球體作為增加配重，在工具面板中選擇球體建模，設(shè)置初始半徑為10mm，在工作區(qū)右擊鼠標(biāo)即彈出坐標(biāo)設(shè)置對話框，將計算好配重位置的

85、坐標(biāo)輸入之后選擇Apply即可，在添加完配重塊之后需要設(shè)置其材料屬性，選擇配重塊材料也為硬鋁合金，但材料庫里沒有此種材料，這時只能通過輸入材料密度的方法設(shè)置，輸入密度為7830.64Kg/m3。</p><p>　　3.3 參數(shù)化配重塊半徑</p><p>　　首先建立變量，選擇Build—Design Variable—New，進(jìn)入創(chuàng)建設(shè)計變量對話框，變量名稱為R1，初始值為10，最大值

86、為32，最小值為1，設(shè)置好的結(jié)果如圖3.1所示，然后將設(shè)置變量與配重塊半徑關(guān)聯(lián)起來，用鼠標(biāo)右鍵配重塊選擇Modify，進(jìn)入?yún)?shù)修改對話框，在半徑處用應(yīng)經(jīng)建立好的參數(shù)替換掉實數(shù)即可，具體可參看圖3.2。</p><p><b>　　3.4 設(shè)計研究</b></p><p>　　在設(shè)置變量的范圍內(nèi)進(jìn)行最優(yōu)化求解，由于變量范圍太大，ADAMS只能根據(jù)初始值求解出初始值附近的

87、局部收斂解，不能達(dá)到全局最優(yōu)解，為此，先進(jìn)行設(shè)計研究，即將變量的范圍等分為多少段進(jìn)行計算，看每一點的設(shè)計目標(biāo)值是多少，然后再找出其中的較小值進(jìn)行最優(yōu)化求解，將變量R1的1到32分為32段，即可在1到32的每個整數(shù)點上進(jìn)行研究計算，具體設(shè)置如圖3.3所示。</p><p><b>　　3.5 最優(yōu)化求解</b></p><p>　　在優(yōu)化求解前先建立支座的測量，選擇分插

88、機構(gòu)中心鉸鏈副，右鍵選擇Measure，測量名為JOINT_8_FORCE_Y，測量特性選擇Force，然后單擊OK。至此模型優(yōu)化的前期準(zhǔn)備已經(jīng)完成，可以進(jìn)行優(yōu)化求解，菜單欄上選擇Simulate—Design Evaluation，即進(jìn)入優(yōu)化求解器，求解對象為測量求解，選擇Measure，測量對象為RMS of JOINT_8_FORCE_Y，即是機架Y方向受力的均值，求解方法選擇最優(yōu)化求解，設(shè)計變量為R1、R2，優(yōu)化目標(biāo)為測量目標(biāo)的

89、最小值[21]，具體設(shè)置可參照圖3.4。</p><p><b>　　3.6 結(jié)果分析</b></p><p>　　根據(jù)變量設(shè)計研究結(jié)果可以得出在32點上，支座力的方差值隨配重塊半徑增加的變化情況，從圖3.4中數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)半徑為4mm、14mm兩點的方差值較小，選取這幾點作為3.5最優(yōu)化求解的初始點進(jìn)行最優(yōu)化求解，求解結(jié)果發(fā)現(xiàn)局部收斂點就在初始點，將半徑為4mm、14

90、mm兩點的支座力變化情況與不加平衡塊時的支座力在進(jìn)行完20Hz低通濾波相比較，曲線如圖3.5所示，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，兩種配重對于支座力幅值的優(yōu)化并沒有明顯的變化，這說明雙栽植臂的寬窄行分插機構(gòu)本身已經(jīng)比較平衡，其次說明在250R/min的轉(zhuǎn)速下不需要進(jìn)行配重優(yōu)化。</p><p><b>　　3.7 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章通過ADAMS的優(yōu)化求解計算

91、，研究了寬窄行分插機構(gòu)的動平衡問題，利用UG里的坐標(biāo)計算方法，獲得了配重位置，通過ADAMS的設(shè)計研究和最優(yōu)化方法比較了有配重和無配重時機架的支座力的變化情況，發(fā)現(xiàn)雙栽植臂的分插機構(gòu)本身已經(jīng)比較平衡，優(yōu)化的效果并不明顯。</p><p>　　第四章 基于ANSYS和ADAMS的栽植臂殼體強度分析</p><p>　　4.1 ADAMS建立柔性體</p><p>　

92、　ADAMS中建立柔性體的方法大致有3種：離散柔性連接、利用其他有限元分析軟件、利用ADAMS/AutoFlex模塊。</p><p>　　4.1.1 離散柔性連接</p><p>　　把一個剛性構(gòu)件離散為幾個小剛性構(gòu)件，小剛性構(gòu)件之間通過柔性梁連接，離散柔性連接件的變形是柔性梁連接的變形，并不是小剛性構(gòu)件的變形，小剛性構(gòu)件的任意兩點不能產(chǎn)生相對位移，所以離散柔性連接件本質(zhì)是剛性構(gòu)件的范疇

93、內(nèi)。每段離散件有自己的質(zhì)心坐標(biāo)系、名稱、顏色和質(zhì)量信息等屬性，每段離散件是一個獨立的剛性構(gòu)件，可以像編輯其他剛性構(gòu)件一樣來編輯每段離散件。柔性連接件的優(yōu)點是這種柔性體可以模擬物體的非線性變形，但只適用于簡單結(jié)構(gòu)，可以直接幫助用戶計算截面的屬性，比直接適用柔性粱將兩構(gòu)件連接起來方便。</p><p>　　4.1.2 利用有限元程序建立柔性體</p><p>　　利用其他有限元分析軟件將構(gòu)件離

94、散成細(xì)小的網(wǎng)格，進(jìn)行模態(tài)計算，將計算的模態(tài)保存為模態(tài)中性文件MNF(Modal Neutral File)，直接讀取到ADAMS中建立柔性體；</p><p>　　由于采用的是模態(tài)線性疊加來模擬物體變形,因此模態(tài)式柔性體僅適用于線性結(jié)構(gòu)的受力行為。</p><p>　　利用有限元技術(shù)，通過計算構(gòu)件的自然頻率和對應(yīng)的模態(tài)，按照模態(tài)理論，將構(gòu)件產(chǎn)生的變形看作是由構(gòu)件模態(tài)通過線性計算得到的。在計

95、算構(gòu)件模態(tài)時，按照有限元理論，首先要將構(gòu)件離散成一定數(shù)量的單元，單元數(shù)越多，計算精度越高，單元之間通過共用一個節(jié)點來傳遞力的作用，在一個單元上的兩個點之間可以產(chǎn)生相對位移，再通過單元的材料屬性，進(jìn)一步計算出構(gòu)件的內(nèi)應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)變。</p><p>　　4.1.3 利用ADAMS/AutoFlex創(chuàng)建柔性體</p><p>　　利用ADAMS/AutoFlex模塊，直接在ADAMS/View中

96、建立柔性體的MNF文件，然后用柔性體替換原來的剛性體。</p><p>　　利用ADAMS/AutoFlex，可以使用3種方法來創(chuàng)建柔性體，第一種是拉伸法，(1)定義拉伸路徑：一定要從Z軸的負(fù)方向向正方向拉伸，最好先定義好Point點和Marker點；(2)定義橫截面積：中心對稱的圖形；(3)定義單元屬性和材料屬性：二維殼單元和三維實體單元；(4)定義外部Marker點。第二種方法是利用剛體構(gòu)件的幾何外形來創(chuàng)建柔

97、性體，選擇Solid Tetra單元。第三種方法是導(dǎo)入有限元模型的網(wǎng)格文件（Import Mesh）創(chuàng)建柔性體[19]。</p><p>　　4.2 UG、ANSYS、ADAMS之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換</p><p>　　4.2.1 UG 與ANSYS之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換</p><p>　　目前這兩個軟件之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換是通過中間數(shù)據(jù)格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，主要包括兩種，一種是曲面格式(.

98、IGES格式)，另一種是實體格式(.X_T格式) [22]。</p><p>　　在UG中將建立的PRT文件導(dǎo)出為IGES文件，通過IGES格式進(jìn)行這兩個軟件之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。但是如果在UG中建立的模型特征過多或結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，那么生成的IGES文件會不完整，在輸入ANSYS以后由于可能存在一些小面或殘破面而無法生成實體， 因此這種格式的應(yīng)用受到了限制。還有一種是運用實體格式X_T格式，這種格式也需要對模型進(jìn)行簡單修

99、改，盡量避免使用倒圓角，這樣即使存在一些小面也能順利生成實體。</p><p>　　由于此次柔性體聯(lián)合仿真分析中，只需生成栽植臂殼體的中性文件，對于這一單一零件采用通過中間數(shù)據(jù)格式X_T進(jìn)行轉(zhuǎn)換，具體過程如下：為了模型零件的位置能夠匹配最好是在裝配圖中將單個零件導(dǎo)出，這樣能在用柔性體替代剛性體時位置不出錯，用UG打開分插機構(gòu)裝配圖文件，點擊“文件——導(dǎo)出”，選擇Parasolid格式，在彈出的對話框中要求點選需要

100、導(dǎo)出的零部件，點選分插機構(gòu)上栽植臂殼體，選擇確定，在彈出的保存文件對話框中輸入文件名，確定為X_T格式，單擊OK按鈕就行了。</p><p>　　4.2.2 UG與ADAMS之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換</p><p>　　UG與ADAMS之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換如2.4.1所述采用中間通用數(shù)據(jù)格式.X_T格式。</p><p>　　4.2.3 ANSYS與ADAMS之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換<

101、/p><p>　　ANSYS進(jìn)行模態(tài)分析時，可生成ADAMS使用的柔性體模態(tài)中性文件(即．mnf文件)；然后利用ADAMS的Flex模塊將此文件調(diào)入，以生成模型中的柔性體，利用模態(tài)疊加法計算其在動力學(xué)仿真過程中的變形以及連接節(jié)點上的受力情況。這樣在機械系統(tǒng)的動力學(xué)模型中就可以考慮零部件的彈性特征，提高系統(tǒng)仿真的精度[3]。</p><p>　　ADAMS進(jìn)行動力學(xué)分析時，可生成ANSYS軟件使

102、用的載荷文件(即．1od文件)，此文件可向ANSYS軟件輸出動力學(xué)仿真后的載荷譜和位移譜信息。ANSYS直接調(diào)用此文件生成有限元分析中力的邊界條件，進(jìn)行應(yīng)力、應(yīng)變以及疲勞壽命的評估分析和研究，這樣便可得到基于精確動力學(xué)仿真結(jié)果的應(yīng)力、應(yīng)變分析結(jié)果，提高計算精度。</p><p>　　4.3 ANSYS生成模態(tài)中性文件</p><p>　　模態(tài)中性文件.MNF中包含了柔性體的質(zhì)量，質(zhì)心，轉(zhuǎn)動

103、慣量，頻率，振型以及對載荷的參與因子等信息 ，ADAMS可以根據(jù)模態(tài)中性文件生成相應(yīng)的柔性體構(gòu)件[24-26]。</p><p>　　4.3.1 設(shè)置單位制</p><p>　　在ANSYS命令欄中輸入命令流：/UNITS,SI，設(shè)定的單位為M(米)、KG(千克)、N(牛頓)、S(秒)。</p><p>　　4.3.2 設(shè)定單元類型</p><p

104、>　　生成栽植臂殼體的中性文件中選用的單元類型是：Solid45和Beam4。Solid45單元用來創(chuàng)建3D實體模型，它是8節(jié)點單元，擁有3個自由度，分別為X、Y、Z軸的方向的移動。Beam4是兩節(jié)點單元，用來連接梁節(jié)點與實體單元節(jié)點，建立蛛網(wǎng)模型，是受單向拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)、彎曲的單元，每個節(jié)點擁有6個自由度。</p><p>　　4.3.3 定義材料屬性</p><p>　　定義材

105、料為線性彈性模型，指定用于實體的材料的彈性模量、密度、泊松比分別為7e10Pa、0.3、2700kg/m3;指定用于連接梁的材料的彈性模量、密度、泊松比分別為2.1e11Pa、0.3、7800kg/m3。</p><p>　　4.3.4 設(shè)置實常數(shù)</p><p>　　45號單元沒有實常數(shù)，Beam4單元需要設(shè)置實常數(shù)，不需要手動去計算，只需要在設(shè)置截面形狀和半徑時查看實常數(shù)，然后將其寫入

106、實常數(shù)參數(shù)設(shè)置中即可，還有一點值得注意的是實常數(shù)的設(shè)置要在45號單元劃分完之后，設(shè)置參數(shù)如圖4.1所示：</p><p>　　4.3.5 定義單元截面</p><p>　　45號單元不需要實常數(shù)也不需要截面設(shè)置，Beam4單元不僅需要實常數(shù)，而且梁單元需要設(shè)置截面，截面的設(shè)置也要在45號體單元劃分完之后，截面設(shè)置過程如下所示：ANSYS Main Menu—Preferences—Sect

107、ions—Beam—Common Sections，選擇圓截面，輸入半徑為1mm。</p><p>　　4.3.6 劃分網(wǎng)格</p><p>　　選擇手動劃分的方式進(jìn)行劃分，這樣有一個不好的地方，就是在應(yīng)力集中和不集中的地方劃分單元粗細(xì)相同，使得應(yīng)力集中地方的計算精度不是很高，但是如果手動劃分時將邊長設(shè)置很小時則計算結(jié)果相差無幾，但是這樣就使得整個模型的單元數(shù)增加，導(dǎo)致計算減慢。手動劃分的

108、特點就是網(wǎng)格單元外觀好看，具體劃分過程如下所示：ANSYS Main Menu—Preferences—Mesh—Meshtool，設(shè)置全局單元結(jié)果如圖4.2所示。劃分結(jié)果如圖4.3所示：</p><p>　　圖4.3 網(wǎng)格模型</p><p>　　4.3.7 建立蜘蛛網(wǎng)模型</p><p>　　在ADAMS中，柔性體被設(shè)置載荷和運動副的地方在ANSYS中必須設(shè)