基于ANSYS的曲柄摇杆机构的有限元运动仿真

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

平面连杆机构由于低副联接，压强孝便于润滑、摩擦孝便于加工制造等优点，-直被广泛采用。在传统的设计中有图解法和解析法，存在设计精度低，求解过程复杂的缺陷。采用有限元分析技术不仅可以使复杂的分析过程变得简单容易，还为后续的强、 度分析等提供了基矗2曲柄摇杆机构模型的建立， 现以-曲柄摇杆机构为例，说明具体分析过程。此曲柄摇杆机构各杆长度分别为 120mm，z 293mm， 420ram， 500mm，曲柄为原动件，转速为 0.5r/min。如图 1所示。

建立有限元模型，选择瞬态动力学分析，各杆件采用三维梁单元 BEAM4，各铰链采用三维铰链单元 ，COMBIN7，为便于参数的修改，定义分析参数，曲柄长度，圆周率，转动周期，各铰链坐标等。选择摇杆在极限位置1时的瞬时，根据几何关系，确定各杆及铰链所在位置并建立几何模型。选择材料，并对两种单元赋予相应的实常数 ，包括梁的截面积，面的转动惯量 ，沿轴线方向的厚度，扭转刚度等，选择大变形选项，选择-个周期作为分析载荷步时间，时间步长为 T/25，设定分析的收敛值。施加约束 ，因机构为平面运动，限制其沿 ，Y轴的转动和沿 轴的移动，只在 平面内运动，曲柄的回转中心 a限制 、Y轴方向的移动 ，且可在 y平面内做整周回转，应用约束数值 2 限制铰链 d沿 、Y轴方向的移动。

3进入瞬态动力学求解分析结果的后处理，选择铰链 d的饶 轴的转动角度为变量，并对其进行数学操作 ，得到摇杆的角速度，角加速。获得分析结果，如图 1～图3所示。

图 1创建关键点Fig.1 Key Points来稿日期：2012-06-04基金项目：内营 自治区自然科学基金项 目(2012MS0711)；内蒙古科技大学创新基金项目(2011NCL069)作者简介：张鑫宇，(1979-)，女(满)，硕士，讲师，主要研究方向：现代设计理论及应用；关丽坤，(1963-)，女，硕士，硕士生导师，主要研究方向：机械设计及仿真第4期 张鑫宇等：基于ANSYS的曲柄摇杆机构的有限元运动仿真 l510E07OE06OE05OEo40E03OE02OE0l0E000E-oo0F-02OE-O30E-04OE-05OE-06Fig.2 Units，and ConstraintTimel2OF CRITF IJ2M CRITM L20 20 40 60 80 1o01O 3O 50 70 904分析过程Cumulative Iteration Number图3求解过程Fig.3 Solution的命令流/CLEAR/F1LNAME.EXERSISEl7/PREP7Pl3.14l5926R-0.12L2O.293L30.42IAO.50MCAl0.5T60/OMGA IFIlACOS(0.598433526)AX-0AY0BX-R COS(FI 1)BY-R SIN(FI 1)CX(L2-R)COS(F11)CY(L2-R)SIN(FI1)DX0.5DY-0ET.1.C0MBIN7ET.2.BEAM4MP，EX，1，2E11MP.PRXY，1.0-3MP，DENS，l，lE-l4R，1，1E9，1E3，lE3，OR，2，4E-4，1.3333E-8，1.3333E-8，0.O2，0.O2N.1.AX.AYN，2，BX，BYN，3，BX，BYN，4，CX，CYN，5，CX，CYN，6，DX，DYN，7，BX，BY，-1N，8，CX，CY，-1TYPE.1REAL.1E，2.3.7E.4.5。8IrYPE.2REAL.2E.1.2E，3，4E，5，6FINISH0LUANTYPE.TRANSNI GE0M.0NDEL1IM.T/25KBC.0TIME.T0UTRES.BASIC.ALLCNVT0L，F，2，0.ICNVT0L，M，2.O.1D.ALL.UZD，ALL，ROTXD.ALL.R0TYD，l，R0rI1Z，2 PID.1.UXD.1.UYD.6.UXD，6，UYS0LVESAVEFINISH/POST26NSOL，2，6，ROT，ZDERIV，3，2，1DERIV，4，3，1PLVAR，2PI VAR.3PI VAR.4FINISH5结论理论分析证明有限元法分析机构的运动特性是可行的，大大地提高了分析的效率 ，在-些复杂模型中反应更加明显。机构运动特性在不同情况下的特性，如图4～罔6所示。

- > 、 /， 、。I fl ，f fI .，、 /O 25 50 75 l00 125l2.5 37.5 62.5 87.5 2.511ME图4摇杆的角位移Fig.4 Displacement of the Rocker by Angular昌JIz S c∞ 0兰 0u ln-宝 《152 机械设计与制造No.4Apr.201321.61.5·8·40>-.4-·8- 1.2- 1.6- 2(xl0 )厂 。、 、、 l、 、 ， 1.41.21·8。 ·6.4.20-.2-.4-.60 25 5O 75 1oo 12512.5 37.5 62.5 87.5 l 12.5nME图5摇杆的角速度Fig.5 Velocity of the Rocker by Angular(xl0 )r l I I fI I- / 、0 25 5O 75 100 12512.5 37.5 62.5 87.5 l2.5TIME图6摇杆的角加速度Fig.6 Acceleration of the Rocker by Angular结果适合各种复杂的模型的动力学分析，对于平面连杆机构的设计具有-定的指导意义。