基于Workbench的弧面凸輪機(jī)構(gòu)靜力學(xué)分析

龍勇云,葉石華,吳漢閣

摘要：本文基于UG及其Open Grip二次開(kāi)發(fā)工具對(duì)弧面凸輪進(jìn)行三維實(shí)體建模，利用Workbench軟件的靜力學(xué)分析模塊進(jìn)行靜力學(xué)分析，得到弧面凸輪機(jī)構(gòu)的位移云圖、應(yīng)變?cè)茍D和應(yīng)力云圖，為弧面凸輪機(jī)構(gòu)的受力分析和強(qiáng)度校核提供依據(jù)，也揭示了弧面凸輪機(jī)構(gòu)靜力學(xué)特性?xún)?nèi)在規(guī)律。

關(guān)鍵詞：弧面凸輪機(jī)構(gòu) 靜力學(xué)分析

0 引言

弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)已被廣泛應(yīng)用于高速高精度傳動(dòng)場(chǎng)合，在運(yùn)動(dòng)傳遞過(guò)程中承受著較大的載荷，其靜力學(xué)特性影響著機(jī)構(gòu)的工作性能，因此在工作過(guò)程中須對(duì)其靜力學(xué)特性進(jìn)行分析。在弧面凸輪靜態(tài)研究方面，曹巨江[1]應(yīng)用MATLAB軟件、UG軟件建立弧面凸輪三維實(shí)體模型并基于Workbench對(duì)其進(jìn)行了相關(guān)分析。楊冬香[2]基于Marc軟件研究弧面凸輪在嚙合傳動(dòng)過(guò)程中的靜力學(xué)變形。曹巨江[3]、田普建[4]使用ANSYS軟件分析滾子曲率對(duì)滾子應(yīng)力、應(yīng)變的影響。趙雪妮[5]、方正代[6]對(duì)球錐滾子類(lèi)型弧面凸輪機(jī)構(gòu)壓力角方面進(jìn)行了一些研究。由于弧面凸輪機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性，進(jìn)行有限元分析比較困難，在靜力學(xué)研究方面的文獻(xiàn)主要集中在曲率和壓力角的分析。

因此本文基于Workbench軟件對(duì)圓柱型弧面凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變進(jìn)行分析，為弧面凸輪機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度校核分析提供依據(jù)，為弧面凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供參考。

1 建立弧面凸輪機(jī)構(gòu)三維模型

在弧面凸輪及從動(dòng)盤(pán)上建立各自的局部坐標(biāo)系和整體坐標(biāo)系，然后推導(dǎo)出弧面凸輪廓面方程，然后再利用UG軟件二次開(kāi)發(fā)語(yǔ)言O(shè)pen Grip編寫(xiě)弧面凸輪建模源程序如圖1所示。執(zhí)行Grip程序然后設(shè)置好相應(yīng)的弧面凸輪參數(shù)，將生成弧面凸輪三維模型，其與分度盤(pán)的裝配圖如圖2所示。

2 基于Ansys Workbench弧面凸輪靜力學(xué)分析

將弧面凸輪機(jī)構(gòu)三維模型以Parasolid格式導(dǎo)入到Workbench中，然后劃分網(wǎng)格，施加邊界條件及外載，然后進(jìn)行靜力學(xué)分析。在從動(dòng)盤(pán)的旋轉(zhuǎn)軸上添加“Cylindrical Support”圓柱面約束和“Fixed Support”固定約束；在弧面凸輪兩端旋轉(zhuǎn)軸施加“Cylindrical Support”圓柱面約束，并把“Cylindrical Support”的切向設(shè)置為“Free”，并在弧面凸輪旋轉(zhuǎn)軸上施加模擬扭矩，最后進(jìn)行求解，得到的結(jié)果如圖3至圖5所示。

3 弧面凸輪機(jī)構(gòu)靜力學(xué)分析結(jié)果

至此完成了圓柱滾子型弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)在弧面凸輪旋轉(zhuǎn)軸施加1000的扭矩下的靜力學(xué)分析，得到了其位移云圖、應(yīng)力云圖和應(yīng)變?cè)茍D。圓柱滾子型弧面凸輪機(jī)構(gòu)的最大位移、最大應(yīng)力、最大應(yīng)變數(shù)據(jù)如表1所示。

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4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文的研究，對(duì)弧面凸輪機(jī)構(gòu)的靜力學(xué)特性進(jìn)行了分析，本文為弧面凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、強(qiáng)度校核提供了一種新思路。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹巨江，呂凱歸，李龍剛.圓錐滾子弧面凸輪減速器的研究與應(yīng)用[C].上海：2010.

[2]楊冬香.弧面凸輪嚙合過(guò)程中的彈性變形靜力學(xué)分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2009（2）：32-34.

[3]曹巨江，田普建，趙雪妮.點(diǎn)嚙合弧面凸輪機(jī)構(gòu)變形的分析與研究[C].上海：2007.

[4]田普建，曹巨江，趙雪妮.點(diǎn)嚙合弧面凸輪機(jī)構(gòu)變形分析[J].機(jī)械傳動(dòng)，2009，33（1）：71-72，92.

[5]趙雪妮，曹巨江，盧軍.點(diǎn)嚙合球錐滾子弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的接觸應(yīng)力分析[J].機(jī)械傳動(dòng)，2003，27（4）：38-40.

[6]羅仁芝，胡自化.連續(xù)分度弧面凸輪的三維實(shí)體造型方法研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2007（12）：174-176.

作者簡(jiǎn)介：

龍勇云（1987-），男，湖南邵陽(yáng)人，碩士研究生，研究方向：機(jī)械CAD/CAE/CAM技術(shù)。

葉石華（1961-），男，廣東茂名人，高級(jí)工程師，主要研究方向：機(jī)床電氣控制研究。

吳漢閣（1958-），男，廣東湛江人，副教授，主要研究方向：機(jī)床結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究。