【正文】 構(gòu)求解為位移張量，其他類型求解還有熱求解的溫度、磁場(chǎng)求解的磁勢(shì)等，這些結(jié)果項(xiàng)稱為節(jié)點(diǎn)解；二是派生數(shù)據(jù)，是指根據(jù)基本數(shù)據(jù)導(dǎo)出的結(jié)果數(shù)據(jù)，通常是計(jì)算每個(gè)單元的所有節(jié)點(diǎn)、所有積分點(diǎn)或質(zhì)心上的派生數(shù)據(jù)，所以也稱為單元解。凸輪機(jī)構(gòu)在機(jī)構(gòu)化、自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備中得到極其廣泛的應(yīng)用。日本在這方面也有 很大發(fā)展日本是在第二次世界大戰(zhàn)以后致力于發(fā)展實(shí)用的自動(dòng)設(shè)備特別重視對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的研究日本有很多從事凸輪機(jī)構(gòu)研究的專家和專門生產(chǎn)凸輪機(jī)構(gòu)的公司如大緣凸輪公司、三共制作所等。如在應(yīng)用沈拜航空工業(yè)學(xué)院碩士學(xué)位論文方面我國(guó)正在大力發(fā)展包裝機(jī)械、食品機(jī)械等自動(dòng) 化設(shè)備這些設(shè)備中都要用到各種形式的凸輪機(jī)構(gòu)。 利用 對(duì)于 直動(dòng) 尖端從動(dòng)件來(lái)說(shuō)從動(dòng)件的尖端能夠與任意復(fù)雜的凸輪輪廓保持接觸，從而使從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)任意的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 ， 利用靜力學(xué)分析凸輪施加載荷后受力情況。其創(chuàng)始人 John Swanson 博士為匹茲堡大學(xué)力學(xué)教授、有限元 界權(quán)威。智能網(wǎng)格、自適應(yīng)、局部細(xì)分、層網(wǎng)格、網(wǎng)格隨移、金字 塔單元 (六面體與四面體單元的過(guò)渡單元 )等多種網(wǎng)格劃分工具，幫助用戶完成精 確的有限元模型。 此外， ANSYS 還具有近 200種單元類型，這些豐富的單元特性能使用戶方便而 準(zhǔn)確地構(gòu)建出反映實(shí)際結(jié)構(gòu)的仿真計(jì)算模型。后處理功能 ANSYS 的 后處理用來(lái)觀察 ANSYS 的分析結(jié)果。 軟件主要功用 ANSYS 軟件的主要功能 ANSYS 軟件提供了對(duì)各種物理場(chǎng)量的分析，是一種能夠融結(jié)構(gòu)、熱流體、電 磁、聲學(xué)于一體的大型通用有限元分析軟件，其主要功能包括： 1 結(jié)構(gòu)分析 結(jié)構(gòu)分析是有限元分析方法最常用的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。 3 流體動(dòng)力學(xué)分析 ANSYS 程序的 FLOTRAN CFD 分析功能能夠進(jìn)行二維及三維的流體瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)動(dòng) 力學(xué)分析，其可以完成以下分析：層流、紊流分析；自由對(duì)流與強(qiáng)迫對(duì)流分析； 可壓縮流 /不可壓縮流分析；亞音速、跨音速、超音速流動(dòng)分析；多組分流動(dòng)分 析；移動(dòng)壁面及自由界面分析；牛頓流與非牛頓流體分析；內(nèi)流和 10 外流 分析；分 布阻尼和 FAN 模型；熱輻射邊界條件，管流。 6 壓電分析 用于二維或三維結(jié)構(gòu)對(duì)AC、 DC 或任意隨時(shí)間變化的電流或機(jī)械載荷的響應(yīng)。 8 優(yōu)化設(shè)計(jì) 優(yōu)化設(shè)計(jì)是 一種尋找最優(yōu)設(shè)計(jì)方案的技術(shù)。靜力分析包括線性和非線性分析。載荷和時(shí)間的相關(guān)性使得慣性力和阻尼作用比較重要。凸輪機(jī)構(gòu)中作用力和凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角 （ 1）凸輪機(jī)構(gòu)中的作用力 直動(dòng)尖頂推桿盤型凸輪機(jī)構(gòu)在考慮摩擦?xí)r，其凸輪對(duì)推桿的作用力 F和推桿所受載荷（包括推桿的自重和彈簧壓力等） G 的關(guān)系為 F=G/[COS(α +Ψ 1)(1+2b/L)SIN(α +Ψ 1)tanΨ 2] （ 2）凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角 凸輪所受正壓力的方向（沿凸輪輪廓線 在接觸點(diǎn)的法線方向）與推桿上作用點(diǎn)的速度方向間的夾的銳角，稱為凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角用α表示，在凸輪機(jī)構(gòu)中，壓力角α是影響凸輪機(jī)構(gòu)受力情況的一個(gè)重要參數(shù)在其他條件相同的情況下，壓力角越大，則作用力 F越大；如果壓力角大到使作用力增至無(wú)限大時(shí)機(jī)構(gòu)將發(fā)生自鎖，而此時(shí)的壓力角稱為臨界壓力角α c，即 α c=arctan{1/[(1+2b/L)tanΨ 2]} Ψ 1 為保證凸輪機(jī)構(gòu)的正常運(yùn)行，應(yīng)使其最大壓力角α max 小于臨界壓力角αc。但此時(shí)機(jī)構(gòu)尺寸將會(huì)增大。本文選取基圓半徑 R45。如圖 1 所示 圖 1 反轉(zhuǎn)法原理 在工作情況下，我們看到的是以機(jī)架作為靜參考系，凸輪和從動(dòng)件相對(duì)機(jī)架的運(yùn)動(dòng)情況；凸輪以 等角速度 W 按逆時(shí)針?lè)较蚶@軸 O相對(duì)機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)，推動(dòng)從動(dòng)件按照工作中所要求的運(yùn)動(dòng)規(guī)律相對(duì)機(jī)架移動(dòng)，在設(shè)計(jì)凸輪輪廓時(shí)選擇凸輪作為靜參考系而保持各構(gòu)件在工作情況的相對(duì)運(yùn)動(dòng)不變，而凸輪靜止不動(dòng)，機(jī)架以等角速度 W按順時(shí)針?lè)较蚶@轉(zhuǎn)軸 O相對(duì)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)（反轉(zhuǎn)），從動(dòng)件相對(duì)凸輪則做一復(fù)合運(yùn)動(dòng)：隨同機(jī)架導(dǎo)路一起以等角速度 W按順時(shí)針?lè)较蚶@轉(zhuǎn)軸 O相對(duì)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)（反轉(zhuǎn)），同時(shí)又在機(jī)架導(dǎo)路中按照工作所要求的運(yùn)動(dòng)規(guī)律相對(duì)機(jī)架移動(dòng)，此時(shí)從動(dòng)件尖頂沿凸輪輪廓曲線運(yùn)動(dòng)，因此設(shè)計(jì)凸輪輪廓時(shí)，只要讓從動(dòng)件上訴復(fù)合運(yùn)動(dòng)，則其頂尖的軌跡便是凸輪輪廓曲線，這就 是凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)的反轉(zhuǎn)原理。將位移線圖的橫坐標(biāo)分成若干等角度分，得分點(diǎn) 轉(zhuǎn)角度 40， 80,120， ? ， 360。可是，靜力分析可以計(jì)算那些固定不變的慣性載荷對(duì)結(jié)構(gòu)的影 響（如重力和離心力），以及那些可以近似為等價(jià)靜力作用的隨時(shí)間變化的載荷（如通常在許多建筑規(guī)范中所定義的等價(jià)靜力風(fēng)載和地震載荷）。 （ 2）施加載荷和邊界條件，求解 在上一步建立的有限元模型上施加載荷和邊界條件并求解，這部分要完成的工作包括：指定分析類型和分析選型，根據(jù)分析對(duì)象的工作和環(huán)境施加邊界條件和載荷，對(duì)結(jié)果輸出內(nèi)容進(jìn)行控制，最后根據(jù)設(shè)定的情況進(jìn)行有限元求解。 圖 4 改變?nèi)蝿?wù)名對(duì)話框 4 定義材料模型 拾取菜單 Main Menu→ Preprocessor→ Material Props→ Material Models.彈出對(duì)話框，在右側(cè)列表中依次拾取“ Structural” 、“ Linear” 、“ Elastic” 、“ Isotropic” ,彈出對(duì)話框，在“ EX”文本框中輸入 2e11（彈性模量），在“ PRXY”文本框中輸入 （泊松比），單機(jī)“ OK”按鈕；再拾取右側(cè)列表中“ Structural”下“ Density” ,彈出對(duì)話框，在“ DENS”文本框中輸入 7800（密度），單機(jī)“ OK”按鈕。 如下圖 5 16 圖 5 凸輪網(wǎng)格的劃分 拾取菜單 Main Menu→ Solution → Define Loads→ Apply→ Structural→Force/Moment→ On Nodes。出現(xiàn)“ Solution done!” 提示時(shí)，求解結(jié)束，即可查看結(jié)果了。 選擇“ Deformed shape with underformed edge(變形后和未變形輪廓線 )”單選按鈕。云圖顯示數(shù)據(jù)平均過(guò)度，最大位移為 ,最 小 應(yīng)力50150pa,最大應(yīng)力 +08pa. 19 第四章瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析 — 凸輪機(jī)構(gòu) 運(yùn)動(dòng)分析 瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析概述 瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析的定義 瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析亦稱時(shí)間 歷程分析 是用于確定承受任意的隨時(shí)間變化載荷結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的一種方法。 瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析也采用縮減法（ Reduced） 、模 態(tài) 疊 加 法 （ Mode Superposition） 、完全法（ Full） 三種方法。 }=節(jié)點(diǎn)加速度向量 {U。 20 瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析步驟 與其他 分析類型一樣，瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析也包括建模、施加載荷和求解、查看結(jié)果等幾個(gè)步驟 。要指定這些載荷，需要把載荷對(duì)時(shí)間的關(guān)系曲線劃分成 適當(dāng)?shù)妮d荷步。最后，將每一個(gè)載荷步寫入文件并一次性求解所有載荷步。 施加約束： Main Menu→ Solution→ Define Loads→ Apply→ structural→ Displacement. 施加載荷： Main Menu→ Solution→ Define Loads→ Apply→ structural 設(shè) 定 載荷 步 選項(xiàng) ： Main Menu → Solution → Load Step Opts →Time/Frequenc→ Time→ Time step. 寫載荷步文件： Main Menu→ Solution→ Load Step Opts→ Write LS File. 重復(fù)以上過(guò)程，設(shè)置下一個(gè)載荷步。則根據(jù)機(jī)械原理的結(jié)論，從動(dòng)件速度 V、加速度 a 隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖 11（ b） 、 (c)所示。然后關(guān)閉對(duì)話框。彈出拾取窗口，分別拾取關(guān)鍵點(diǎn) 1 和 2 和 3 和 4和 1，創(chuàng)建四條直線，單機(jī)“ OK”按鈕。彈出對(duì)話框，單機(jī)“ Size Controls” 區(qū)域中“ Lines” 后“ Set” 按鈕，彈出拾取窗口，拾取直線 1 和 3，單機(jī)“ OK”按鈕，彈出對(duì)話框，在“ NDIV”文本框中輸入 2，單機(jī)“ Apply” 按；再次彈出拾取窗口，拾取直線 2，單機(jī)“ OK”按鈕，在“ NDIV”文本框中輸入 10，單機(jī)“ OK”按鈕。拾取菜單 Main Menu→ Preprocessor→ Modeling→ Operate→ Extrude→ Elem Ext Opts。拾取關(guān)鍵點(diǎn) 1和 4，單機(jī)“ OK”按鈕；再單擊隨后彈出的“ Sweep Areas About Axis” 對(duì)話框的“ OK”按鈕。 圖 17 頂尖立體 模型 27 拾取菜單 Utility Menu→ WorkPlane→ Offset WP by Increment。于是創(chuàng)建了一個(gè)代號(hào)為 11的局部坐標(biāo)系，類型為圓柱坐標(biāo)系，原點(diǎn)與全球原點(diǎn)重合， γ θ 平面與工作平面重合，同時(shí)也與全球直角坐標(biāo)系的 x y 平面重合。 拾取菜單 Utility Menu→ Plot→ Areas。彈出拾取窗口，拾取其“ Pick All” 按鈕。 拾取單元 Utility Menu→ Plot→ Elements。彈出拾取窗口，拾取“ Pick All” 按鈕，彈出對(duì)話框圖 21 所示 ，在列表中選擇“ UX”和“ UY” ,單擊“ OK”按鈕。彈出對(duì)話框 圖 19 所示 ，選擇實(shí)體類型為“ Areas” ,選擇創(chuàng)建選擇集的方法為“ By Num/Pick” ,選中“ From Full” ,單擊“ Apply” 按鈕，彈出拾取窗口，拾取面 11 和 15，單擊“ OK”按鈕；再選擇實(shí)體類型為“ Nodes” ,選擇創(chuàng)建選擇集的方法為“ Attached to” ,選中“ Areas,all” ,選中“ From Full” ,見(jiàn)圖 20， 單擊“ OK”按鈕。 圖 18 創(chuàng)建局部坐標(biāo)系對(duì)話框 拾取菜單 Utility Menu→ PlotCtrls→ Numbering。 拾取菜單 Utility Menu→ WorkPlane→ Local Coordinate System→ Create Local CS→ At WP Origin。在彈出的對(duì)話框中，依次單擊“ Iso” 、“ Fit” 按鈕。 26 圖 16 單元擠出選項(xiàng)對(duì)話框 拾取菜單 Main Menu→ Preprocessor→ Modeling→ Operate→ Extrude→ Areas→ About Axis。單機(jī)“ Mesh” 按鈕，彈出拾取窗口，拾取面，單機(jī)“ OK”按鈕。彈出拾取窗口，依次拾取直線 4，單機(jī)“ OK”按鈕。 5. 創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn) 拾取菜單 Main Menu→ Preprocessor→ Modeling→ Create→ Keypoints→ In Active CS。 圖 12 改變?nèi)蝿?wù)名對(duì)話框 2. 選擇單元類型 拾 取 單 元 Main Menu → Preprocessor → Element Type →ADD/Edit/，單機(jī)“ Add”按鈕；彈出對(duì)話框 圖 13 所示 ，在左側(cè)列表選“ Structural Solid”，在右側(cè)列表中選“ Quad 4node 42”,單機(jī)“ Apply”按鈕；再在右側(cè)列表中選“ Brick 8node 45”,單機(jī)“ OK”按鈕；單機(jī)對(duì)話框“ Close”按鈕。 22 問(wèn)題的描述及解析解 如圖 10所示為一對(duì)心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤型凸輪機(jī)構(gòu)， 凸輪設(shè)計(jì)好后，選取頂尖從動(dòng)件總長(zhǎng)為 100mm,錐角 45度，尖頂直徑 30mm,的尖頂從動(dòng)件進(jìn)行分析。 具體加載和求解過(guò)程如下： 指定分析類型： Main Menu→ Solution→ Analysis Type→ New Analysis,選擇 Transient. 指定分析選項(xiàng)： Main Menu→ Solution→ Analysis Type→ Analysis Options,選擇求解方法。如果沒(méi)有設(shè)置，兩者都將被視為 ，指定后續(xù)的載荷步和載荷步選項(xiàng)。但需要注意的是：必須定義材料的彈性模量和密度。 ANSYS 程序使用 New mark 時(shí)間積分方法在離散 的時(shí)間點(diǎn)上求解這些方程。 }+【 C】 {U。 載荷和時(shí)間的相關(guān)性使得慣性力和阻尼作用比較重要。圖中下方色譜表明不同的顏色對(duì)應(yīng)的數(shù)值（帶符號(hào)）。 圖 7等值線顯示節(jié)點(diǎn)解數(shù)據(jù)對(duì)話框 在“ Item to be contoured（等值線顯示結(jié)果選項(xiàng)）”域中選擇“ DOF solution(