搜索了解运动模拟(五)现实示例
2013-06-08 by:广州有限元分析、培训中心-1CAE.COM 来源:仿真在线
今天,由于机械产品日渐复杂,不断加剧的竞争加快了新设计方案投入市场的速度,工程师们越来越迫切地感到必须使模拟超出FEA的局限范围。除了使用FEA模拟结构性能外,工程师还需要在构建物理原型之前确定新产品的运动学和动力学性能。
作者: COSMOS 来源: COSMOS
关键字: 运动模拟 FEA 机构分析 动力学性能
现实示例
Tigercat
Tigercat是生产集材机、自动集材机和伐木-集材机的领先制造商,它使用SolidWorks 设计了伐木-集材机头(如图23 所示)。当时,该公司的工程师使用COSMOSMotion 和COSMOSWorks 模拟了这种伐木-集材机头的功能。Tigercat 称,对此复杂机构的运动、动力和应力的模拟降低了经验性测试要求,只需要一个原型。原型测试完全证实了模拟所得出的结果。
图23位于安大略湖畔布兰德福特(Brandford) 市的Tigercat 所制造的伐木-集材机的伐木头是使用SolidWorks 设计的,并且使用COSMOSMotion 和COSMOSWorks 进行了模拟。
FANUC Robotics America Inc.
FANUC Robotics发明了一种广泛应用的自动生产线,这种生产线可以帮助多种行业中的客户在制造过程中充分利用人力资源、降低成本、提高质量并最大限度地避免浪费。为了能让客户享受这些好处,FANUC 制造了多种尺寸的自动工具(如图24 所示),客户需要根据自己的具体运用情况选择合适的尺寸。他们可以通过具体的工具路径来分析机械性能,而使用COSMOSMotion 进行模拟可以大大简化此类分析和选择过程。
图24这种工业机器人是由位于美国密歇根州罗切斯特山的FANUC RoboticsAmerica 公司研制的。
Ward Machine Tool负责设计和制造用于铝制轮毂、旋转传动器和专业加工夹具的定制车床卡盘。Ward 的工程师设计了一些以前从未有过的定制产品,他们发现在进行制造之前验证新的设计是否可行是必不可少的一个环节。例如,该公司在开发和测试双启动/多范围铝制轮毂车床卡盘(如图25 所示)的过程中未进行任何物理原型测试。Ward 称,通过使用SolidWorks 和COSMOSMotion,公司大约节约了45,000 美元的成本,并且测试时间缩短到仅为原来设计与测试过程的10%。
图25位于密歇根州Fowlerville 的Ward Machine Tool 设计并模拟了车床卡盘。
Syncroness
Syncroness 是一家产品开发机构,它与客户紧密合作开发了从健身器材到激光系统等多种不同的产品。Synchroness 同时使用了COSMOSMotion 和COSMOSWorks 来优化剪刀式升降机的四连杆系统(如图26所示)。根据Syncroness 的经验来看,几乎不必进行培训,工程团队便能进行运动模拟,并且不需要停下升降机进行试验。Syncroness 称,通过使用模拟,他们可以执行快速设计迭代,并可为客户提供优质的可视化工具。总而言之,使用模拟对于成功地设计解决方案至关重要。
图26该升降平台是由位于美国科罗拉多州威斯敏斯特的Syncroness 设计的,所用设计工具是SolidWorks、COSMOSMotion 和COSMOSWorks。
附录1:刚性实体运动
如果物体在运动过程中不会产生变形,我们则称之为具有刚性实体运动或刚性实体模式。我们将具有刚性实体运动的物体归类为机构。
图27 显示了一个球形接头。基体不可移动。这种接头具有三种刚性实体运动,因为它可以在三个独立的方向上移动或旋转,而不会发生变形。有三个独立的变量(又称自由度)可用来描述此机构的位置。
图27图中所示的球形接头机构是一个具有三种刚性实体运动的运动对。
图28 描述的是一个在不可移动底盘上滑动的板盘。此机构也具有三种刚性实体运动,因为滑动板盘可以在两个方向上平移,并且可以在一个方向上旋转,而不会发生任何变形。同样,需要三个自由度描述此机构的位置。
图28此滑动板盘机构具有三种刚性实体运动。
附录2 : 运动模拟和F E A 的比较振动模式需要利用FEA 进行分析,而非运动模拟。
图29 所示的四连杆具有一种刚性实体运动。只需使用一个独立的变量(如任一连接装置的角度位置)便可描述整个机构的位置。请注意,合叶销可能具有局部刚性实体运动,即围绕销钉轴旋转和/或沿销钉轴滑动,这取决于躯体的合叶设计。
图29该机构中任一连接装置的角度位置都可定义整个机构的位置。此机构具有一种刚性实体运动。
图中所示的三种机构也都有可能由于变形而具有三个自由度。这称为“弹性模式”。例如,在四连杆中,每一个独立的连接装置都可以在振动的同时执行运动。振动模式需要利用FEA 进行分析,而非运动模拟。
运动模拟和FEA 互相补充,并且其各自涵盖的内容可能会有重叠,如下表所示:
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