基于ADAMS的渦流檢測機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與研究

郭北濤，楊宏偉，張賢

（沈陽化工大學(xué)機(jī)械與動力工程學(xué)院，沈陽 110142）

0 引言

近些年來，國家經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，制造業(yè)成為國民經(jīng)濟(jì)的支柱。為了能夠高效率的生產(chǎn)產(chǎn)品，無損檢測技術(shù)在制造業(yè)占據(jù)著越來越重要的地位，制造業(yè)對無損檢測機(jī)構(gòu)的需求越來越高，市場上也涌現(xiàn)出一些無損檢測機(jī)構(gòu)。為了使無損檢測機(jī)構(gòu)更進(jìn)一步機(jī)械化和精確化，設(shè)計(jì)出一種檢測更加高效率的渦流檢測機(jī)構(gòu)[1-2]。

該渦流檢測機(jī)構(gòu)能夠解決渦流檢測線圈和工件之間所需的提高距離的高精度的要求，以更加高效率和高精度地制造生產(chǎn)。通過運(yùn)用SolidWorks軟件三維建模和ADAMS軟件運(yùn)動仿真，建立運(yùn)動仿真機(jī)構(gòu)獲得運(yùn)動參數(shù)，分析仿真結(jié)果驗(yàn)證渦流檢測機(jī)構(gòu)的可行性。

1 渦流檢測機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

在研究渦流檢測機(jī)構(gòu)的過程中，由于該機(jī)構(gòu)的建模較為復(fù)雜，在仿真時較難在仿真軟件中直接建模，因此該機(jī)構(gòu)建模采用SolidWorks 軟件進(jìn)行輔助建模。利用SolidWorks軟件構(gòu)造出各部分零件的三維模型[3]，然后將各部分零件整體裝配，使各部分操作更加靈活。

此次設(shè)計(jì)渦流檢測機(jī)構(gòu)是一種輥輪式的檢測機(jī)構(gòu)。電動機(jī)通過聯(lián)軸器與輥輪軸相連，主動輥輪獲取動力，主動輥輪通過皮帶輪、張緊輪和皮帶組成的皮帶傳動帶動從動輥輪轉(zhuǎn)動?；瑝K在導(dǎo)軌上滑動可控制傳感器探頭在水平方向上的位置；傳感器支架末端設(shè)計(jì)為一個直槽口與傳感器探頭支架相連，可控制傳感器探頭的上下高度。

圖1 渦流檢測機(jī)構(gòu)三維圖

該渦流檢測機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為一種將工件原位檢測改進(jìn)為工件行進(jìn)狀態(tài)下檢測的機(jī)構(gòu)，使效率和精度更高。通過在兩個從動輥輪支座上加一特定角度的斜塞，使從動輥輪傾斜為一定的角度，工件能夠在轉(zhuǎn)動的同時行進(jìn)，完成在行進(jìn)狀態(tài)下檢測。為了進(jìn)一步地使機(jī)構(gòu)效率和精度更高，從動輥輪傾斜的角度必須是機(jī)構(gòu)最高效檢測的角度，設(shè)定斜塞的角度成為最重要的問題。為了解決問題，需要利用虛擬樣機(jī)技術(shù)ADAMS軟件和SolidWorks軟件聯(lián)合仿真[4-5]。

2 ADAMS仿真研究

將SolidWorks軟件中創(chuàng)建好的渦流檢測機(jī)構(gòu)的裝配體保存為Parasolid(*.x_t)格式導(dǎo)入到ADAMS中生成剛性模型[6]，將一些不受仿真影響的零件省略，如螺釘、螺母等。設(shè)置模型的單位為MMKS單位制；設(shè)置重力為Y軸的負(fù)方向，大小為-9.806；將不影響運(yùn)動的兩個不相交的物體布爾操作，使其成為一個整體。對模型添加固定副、轉(zhuǎn)動副、耦合副等約束，添加驅(qū)動、重力、接觸力和設(shè)置摩擦力、速度、材料等參數(shù)[7]。

在添加從動輥輪的轉(zhuǎn)動副前，添加的MARKER點(diǎn)坐標(biāo)設(shè)置Z軸為負(fù)的從動輥輪傾斜的角度。在傳感器探頭與被測工件上添加MARKER點(diǎn)，分別是MARKER_55和MARKER_54，測量機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)中被測工件與傳感器探頭之間的距離是了解該渦流檢測機(jī)構(gòu)穩(wěn)定性與高精度的標(biāo)準(zhǔn)。被測工件和傳感器探頭之間的距離測量函數(shù)如下：

DY（MARKER_55，MARKER_54）-15

其中：DY表示Y軸坐標(biāo)之間的被測距離；MARKER_55表示傳感器探頭的中心點(diǎn)；MARKER_54表示被測工件的頂面圓的中心點(diǎn)；15表示被測工件的半徑。

本文設(shè)計(jì)了三種角度的渦流檢測機(jī)構(gòu)仿真分析比較，分別是斜塞為1.5°、2.0°和2.5°。將三種角度的SolidWorks裝配體模型分別導(dǎo)入到ADAMS軟件中約束仿真，設(shè)置仿真時間為1.5 s，仿真總步數(shù)為100步[8]，開始仿真并通過后處理得到被測工件和傳感器探頭之間距離的曲線圖。

3 仿真結(jié)果分析

虛擬樣機(jī)建立完成后，在ADAMS軟件中進(jìn)行運(yùn)動交互仿真，查看渦流檢測機(jī)構(gòu)的運(yùn)行狀態(tài)，其目的在于檢查驗(yàn)證機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是否合理、添加的約束是否正確及相對運(yùn)動的部件是否相對運(yùn)動，整個機(jī)構(gòu)運(yùn)行的狀態(tài)是否平穩(wěn)，檢驗(yàn)各機(jī)構(gòu)是否有干涉現(xiàn)象的產(chǎn)生等[9]。

在ADAMS軟件中查看后處理的結(jié)果，查看機(jī)構(gòu)從動輥輪傾斜角度分別為1.5°、2.0°和2.5°的傳感器探頭與工件之間距離的曲線圖。隨著時間的變化，傳感器探頭與工件之間距離變化如圖3～圖5所示。

圖2 ADAMS對模型的約束

圖3 機(jī)構(gòu)傾斜角度為1.5°的間距圖

圖4 機(jī)構(gòu)傾斜角度為2.0°的間距圖

圖5 機(jī)構(gòu)傾斜角度為2.5°的間距圖

從曲線圖的仿真結(jié)果可以看出，渦流檢測機(jī)構(gòu)的各部件工作正常，仿真結(jié)果符合設(shè)計(jì)預(yù)期要求，被測工件在主動輥輪和傾斜從動輥輪的帶動下不僅轉(zhuǎn)動而且是行進(jìn)狀態(tài)，各機(jī)構(gòu)部件約束及參數(shù)都是正確的[10]。

曲線圖的橫坐標(biāo)表示時間的變化，縱坐標(biāo)表示被測工件隨著時間的變化與傳感器探頭之間的距離變化。從圖3中可知，被測工件的頻率跳動較快，工件在轉(zhuǎn)動行進(jìn)中并不穩(wěn)定；圖4與圖3相比，工件在被測過程中比較穩(wěn)定，能夠平穩(wěn)運(yùn)行，幅值跳動較小。圖5比圖2和圖4曲線幅值比較大，工件在被測過程中不太穩(wěn)定。綜上而言，圖4的曲線圖是較穩(wěn)定的，機(jī)構(gòu)從動輥輪在傾斜2.0°時，工件能夠平穩(wěn)運(yùn)行，傾斜角度小于2.0°和大于2.0°時工件運(yùn)行都不穩(wěn)定。機(jī)構(gòu)從動輥輪在傾斜角度為2.0°時效率最高、檢測精度最高。

4 結(jié)論

利用SolidWorks軟件和虛擬樣機(jī)技術(shù)ADAMS軟件的聯(lián)合設(shè)計(jì)、仿真分析，在機(jī)構(gòu)未被制造之前，對機(jī)構(gòu)進(jìn)行測試仿真，大大縮短了研發(fā)周期并節(jié)約了大量的成本。通過SolidWorks軟件對渦流檢測機(jī)構(gòu)進(jìn)行建模，將模型導(dǎo)入ADAMS軟件仿真分析。仿真結(jié)果表明渦流檢測機(jī)構(gòu)滿足設(shè)計(jì)要求，達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。機(jī)構(gòu)的從動輥輪傾斜角度在2.0°時，機(jī)構(gòu)運(yùn)行更加平穩(wěn)，檢測更加高效率和高精度。整個渦流檢測機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，易于制造生產(chǎn)，有一定的應(yīng)用價值，可以投入應(yīng)用。