【正文】 】命令，可拖動(dòng)機(jī)構(gòu)裝置，以研究機(jī)構(gòu)裝置移動(dòng)方式的一般特性以及可定位零件的范圍；同時(shí)可創(chuàng)建快照來(lái)保存重要位置，便于以后查看。選擇下拉菜單【插入】/【凸輪】命令，可向機(jī)構(gòu)裝置中添加凸輪從動(dòng)機(jī)構(gòu)聯(lián)接（此操作可選）。選擇下拉菜單【插入】/【伺服電動(dòng)機(jī)】命令，可向機(jī)構(gòu)裝置中添加伺服電動(dòng)機(jī)。伺服電動(dòng)機(jī)準(zhǔn)確定義某些接頭或幾何圖元如何旋轉(zhuǎn)或平移。選擇下拉菜單【分析】/【機(jī)構(gòu)分析】命令，定義機(jī)構(gòu)裝置的運(yùn)動(dòng)分析，然后指定影響的時(shí)間范圍并創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)記錄。選擇下拉菜單【分析】/【回放】命令，可重新演示機(jī)構(gòu)裝置的運(yùn)動(dòng)、檢測(cè)干涉、研究從動(dòng)運(yùn)動(dòng)特性、檢查鎖定配置，并保存重新演示的運(yùn)動(dòng)結(jié)果，以便以后查看和使用。選擇下拉菜單【分析】/【測(cè)量】命令，以圖形方式查看位置結(jié)果。 攤鋪機(jī)輸料機(jī)構(gòu)和行駛機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真打開輸料機(jī)構(gòu)的裝配圖，選擇下拉菜單【應(yīng)用程序】/【機(jī)構(gòu)】命令進(jìn)入運(yùn)動(dòng)仿真界面。這時(shí)每個(gè)鏈扣都出現(xiàn)帶旋轉(zhuǎn)方向的黃色銷軸，表示每個(gè)鏈扣裝配都可以運(yùn)動(dòng)。 回轉(zhuǎn)體集合定義初始條件，單擊初始條件命令彈出【初始條件定義】對(duì)話框。窗口出現(xiàn)如下幾個(gè)速度條件：定義點(diǎn)的速度、定義運(yùn)動(dòng)軸速度、定義角速度、定義切向槽速度、用速度條件評(píng)估模型、刪除。通過(guò)這些條件可以對(duì)輸料機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行設(shè)置。 初始條件定義本設(shè)計(jì)中只需要定義其運(yùn)動(dòng)槽速度和運(yùn)動(dòng)軸速度。定義鏈輪以相同的轉(zhuǎn)速，【定義運(yùn)動(dòng)軸速度】選擇鏈輪軸，給一個(gè)速度，這樣鏈輪的速度定義，然后【定義槽速度】，選擇設(shè)置的槽運(yùn)動(dòng)副，給出一個(gè)速度。其速度定義完后，檢查其運(yùn)動(dòng)方向是否符合實(shí)際運(yùn)動(dòng)關(guān)系。但還要檢測(cè)一下速度特性，這樣就可以進(jìn)行仿真了。 速度分析結(jié)果進(jìn)行【機(jī)構(gòu)分析】。 分析定義菜單【類型】選擇動(dòng)態(tài)模式，持續(xù)時(shí)間、幀數(shù)和最小間隔根據(jù)實(shí)際情況，我們這里選擇默認(rèn)就可以了。【初始配置】我們選擇定義的InitCond1，接著單擊運(yùn)行就可以開始仿真了，因?yàn)闄C(jī)構(gòu)比較復(fù)雜所以計(jì)算時(shí)間可能很久需耐心等待。仿真結(jié)束后選擇回放功能，并將其保存。行駛機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真步驟和輸料機(jī)構(gòu)基本相同，這里不再詳細(xì)說(shuō)明。 整機(jī)仿真整機(jī)仿真需要對(duì)整體機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間和運(yùn)動(dòng)過(guò)程有一個(gè)初步的了解，確定好每個(gè)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，分析其運(yùn)動(dòng)過(guò)程。仿真的具體步驟和上述相同。為了使整機(jī)仿真效果更接近現(xiàn)實(shí)生活，可加一些現(xiàn)實(shí)素材如實(shí)際路面，使其逼真性更強(qiáng)。 整機(jī)仿真圖本章通過(guò)Pro/E的運(yùn)動(dòng)仿真模塊進(jìn)行裝配的運(yùn)動(dòng)分析和仿真，這可以使得原來(lái)在二維圖紙上難以表達(dá)和設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)變得非常直觀和易于修改?？梢约皶r(shí)地發(fā)現(xiàn)干涉，大大地減少損失和制造成本。本設(shè)計(jì)中的鏈條仿真，對(duì)Pro/E三維仿真模塊是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)，本文大膽設(shè)想應(yīng)用槽運(yùn)動(dòng)和圓柱接頭突破了這一難題。攤鋪機(jī)鏈節(jié)數(shù)較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以做運(yùn)動(dòng)仿真難度大，因此需要與其他軟件相結(jié)合才能發(fā)揮其各自的最大潛力。第7章 攤鋪機(jī)零部件有限元分析 有限元分析簡(jiǎn)介有限元分析（FEA，F(xiàn)inite Element Analysis）的基本概念是用較簡(jiǎn)單的問題代替復(fù)雜問題后再求解。它將求解域看成是由許多稱為有限元的小的互連子域組成，對(duì)每一單元假定一個(gè)合適的（較簡(jiǎn)單的）近似解，然后推導(dǎo)求解這個(gè)域總的滿足條件（如結(jié)構(gòu)的平衡條件），從而得到問題的解。這個(gè)解不是準(zhǔn)確解，而是近似解，因?yàn)閷?shí)際問題被較簡(jiǎn)單的問題所代替。由于大多數(shù)實(shí)際問題難以得到準(zhǔn)確解，而有限元不僅計(jì)算精度高，而且能適應(yīng)各種復(fù)雜形狀，因而成為行之有效的工程分析手段。 有限元是那些集合在一起能夠表示實(shí)際連續(xù)域的離散單元。有限元的概念早在幾個(gè)世紀(jì)前就已產(chǎn)生并得到了應(yīng)用，例如用多邊形（有限個(gè)直線單元）逼近圓來(lái)求得圓的周長(zhǎng)，但作為一種方法而被提出，則是最近的事。有限元法最初被稱為矩陣近似方法，應(yīng)用于航空器的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算，并由于其方便性、實(shí)用性和有效性而引起從事力學(xué)研究的科學(xué)家的濃厚興趣。經(jīng)過(guò)短短數(shù)十年的努力，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展和普及，有限元方法迅速?gòu)慕Y(jié)構(gòu)工程強(qiáng)度分析計(jì)算擴(kuò)展到幾乎所有的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，成為一種豐富多彩、應(yīng)用廣泛并且實(shí)用高效的數(shù)值分析方法。 有限元方法與其他求解邊值問題近似方法的根本區(qū)別在于它的近似性僅限于相對(duì)小的子域中。20世紀(jì)60年代初首次提出結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算有限元概念的克拉夫（Clough）教授形象地將其描繪為：“有限元法=Rayleigh Ritz法＋分片函數(shù)”，即有限元法是Rayleigh Ritz法的一種局部化情況。不同于求解（往往是困難的）滿足整個(gè)定義域邊界條件的允許函數(shù)的Rayleigh Ritz法，有限元法將函數(shù)定義在簡(jiǎn)單幾何形狀（如二維問題中的三角形或任意四邊形）的單元域上（分片函數(shù)），且不考慮整個(gè)定義域的復(fù)雜邊界條件，這是有限元法優(yōu)于其他近似方法的原因之一。 對(duì)于不同物理性質(zhì)和數(shù)學(xué)模型的問題，有限元求解法的基本步驟是相同的，只是具體公式推導(dǎo)和運(yùn)算求解不同。有限元求解問題的基本步驟通常為： （1）問題及求解域定義：根據(jù)實(shí)際問題近似確定求解域的物理性質(zhì)和幾何區(qū)域。 （2）求解域離散化：將求解域近似為具有不同有限大小和形狀且彼此相連的有限個(gè)單元組成的離散域，習(xí)慣上稱為有限元網(wǎng)絡(luò)劃分。顯然單元越?。ňW(wǎng)絡(luò)越細(xì)）則離散域的近似程度越好，計(jì)算結(jié)果也越精確，但計(jì)算量及誤差都將增大，因此求解域的離散化是有限元法的核心技術(shù)之一。（3）確定狀態(tài)變量及控制方法：一個(gè)具體的物理問題通?？梢杂靡唤M包含問題狀態(tài)變量邊界條件的微分方程式表示，為適合有限元求解，通常將微分方程化為等價(jià)的泛函形式。 （4）單元推導(dǎo)：對(duì)單元構(gòu)造一個(gè)適合的近似解，即推導(dǎo)有限單元的列式，其中包括選擇合理的單元坐標(biāo)系，建立單元試函數(shù)，以某種方法給出單元各狀態(tài)變量的離散關(guān)系，從而形成單元矩陣（結(jié)構(gòu)力學(xué)中稱剛度陣或柔度陣）。 為保證問題求解的收斂性，單元推導(dǎo)有許多原則要遵循。對(duì)工程應(yīng)用而言，重要的是應(yīng)注意每一種單元的解題性能與約束。例如，單元形狀應(yīng)以規(guī)則為好，畸形時(shí)不僅精度低，而且有缺秩的危險(xiǎn)，將導(dǎo)致無(wú)法求解。 （5）總裝求解：將單元總裝形成離散域的總矩陣方程（聯(lián)合方程組），反映對(duì)近似求解域的離散域的要求，即單元函數(shù)的連續(xù)性要滿足一定的連續(xù)條件?？傃b是在相鄰單元結(jié)點(diǎn)進(jìn)行，狀態(tài)變量及其導(dǎo)數(shù)（可能的話）連續(xù)性建立在結(jié)點(diǎn)處。 （6）聯(lián)立方程組求解和結(jié)果解釋：有限元法最終導(dǎo)致聯(lián)立方程組。聯(lián)立方程組的求解可用直接法、選代法和隨機(jī)法。求解結(jié)果是單元結(jié)點(diǎn)處狀態(tài)變量的近似值。對(duì)于計(jì)算結(jié)果的質(zhì)量，將通過(guò)與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則提供的允許值比較來(lái)評(píng)價(jià)并確定是否需要重復(fù)計(jì)算。 簡(jiǎn)言之，有限元分析可分成三個(gè)階段，前處理、處理和后處理。前處理是建立有限元模型，完成單元網(wǎng)格劃分；后處理則是采集處理分析結(jié)果，使用戶能簡(jiǎn)便提取信息，了解計(jì)算結(jié)果?，F(xiàn)在有限元分析法已與CAD軟件的無(wú)縫集成，例如Pro/ENGINEER、Unigraphics、SolidEdge、SolidWorks、AutoCAD等 零部件的受力分析 鏈扣的受力分析（1）進(jìn)入集成模式環(huán)境首先打開鏈扣零件圖，選擇【應(yīng)用程序】/【Machanica】命令，彈出【Machanica模型設(shè)置】對(duì)話框，取消選中【FEM模式】復(fù)選框，進(jìn)行基本類型的有限元分析，單擊確定按鈕，進(jìn)入集成模式環(huán)境。（2）定義載荷單擊按鈕，彈出【壓力載荷】對(duì)話框，選擇零件上的受力面，【Value】。然后再單擊確定按鈕，顯示了壓力的作用位置、方向和數(shù)值。 載荷定義結(jié)果（3）定義材料單擊按鈕，彈出【材料】對(duì)話框，在列表框中選擇“”，單擊按鈕，將材料模型添加到【模型中的材料】列表框中。 定義材料單擊按鈕，彈出【材料指定】對(duì)話框，接受其中的各項(xiàng)選擇設(shè)置。再單擊確定按鈕，完成材料指定，在幾何模型上顯示標(biāo)記。 【材料定義】對(duì)話框 材料定義結(jié)果（4）添加約束單擊按鈕，彈出【約束】對(duì)話框，選擇約束平面，接受對(duì)話框中的其他默認(rèn)選項(xiàng)，然后單擊確定按鈕。（5）劃分網(wǎng)格單擊按鈕，彈出【AutoGEM】對(duì)話框，單擊創(chuàng)建按鈕開始劃分網(wǎng)格。 網(wǎng)格劃分結(jié)果（6）分析單擊按鈕，彈出【分析和設(shè)計(jì)研究】對(duì)話框，選擇【文件】/【新建靜態(tài)分析】命令，彈出【靜態(tài)分析定義】對(duì)話框。然后再單擊【靜態(tài)分析】對(duì)話框中的確定按鈕，返回【分析和設(shè)計(jì)研究】對(duì)話框，單擊按鈕，開始進(jìn)行有限元分析。 分析結(jié)果信息（7）觀察結(jié)構(gòu)單擊按鈕，彈出【結(jié)果窗口定義】對(duì)話框。在【量】選項(xiàng)卡中選擇【Stress】選項(xiàng)，單擊確定按鈕，建立第一個(gè)結(jié)果窗口。 結(jié)果窗口定義對(duì)話框 應(yīng)力分布云圖結(jié)果 應(yīng)力數(shù)據(jù)結(jié)果（1）進(jìn)入集成模式環(huán)境首先打開鏈扣零件圖，選擇【應(yīng)用程序】/【Machanica】命令，彈出【Machanica模型設(shè)置】對(duì)話框，取消選中【FEM模式】復(fù)選框，進(jìn)行基本類型的有限元分析，單擊確定按鈕，進(jìn)入集成模式環(huán)境。（2）定義載荷對(duì)花鍵軸定義載荷時(shí)，首先要分析其結(jié)構(gòu)布置，它是主要承受著徑向載荷和扭矩，因此在給花鍵軸施加載荷時(shí)要根據(jù)其受力分布圖來(lái)確定其受力的作用面。此花鍵軸上分布著一個(gè)小鏈輪和兩個(gè)大鏈輪（大鏈輪的受力情況相同），通過(guò)兩軸承進(jìn)行支撐，因此其約束位移在兩軸承段的軸面上，然后大鏈輪軸段的每個(gè)鍵面進(jìn)行施加載荷，小鏈輪軸段的每個(gè)鍵面施加相反的載荷。這里有個(gè)注意事項(xiàng)，一定要保證兩個(gè)大鏈輪軸段的每個(gè)花鍵面載荷和小鏈輪軸段的每個(gè)花鍵面載荷相反，否則就達(dá)不到預(yù)期的效果甚至可能出現(xiàn)受力分析失敗。 花鍵軸受力分布（3）受力分析單擊按鈕，彈出【分析和設(shè)計(jì)研究】對(duì)話框，選擇【文件】/【新建靜態(tài)分析】命令，彈出【靜態(tài)分析定義】對(duì)話框。然后再單擊【靜態(tài)分析】對(duì)話框中的確定按鈕，返回【分析和設(shè)計(jì)研究】對(duì)話框，單擊按鈕，開始進(jìn)行有限元分析。因?yàn)榛ㄦI的鍵面比較多所以這里分析的時(shí)間很長(zhǎng)需要耐心等待。最后得到花鍵軸的受力分析結(jié)果的分布云圖和一個(gè)鍵面受力的分析坐標(biāo)圖。 花鍵軸應(yīng)力分析 其它零部件的受力分析以下是各零部件的有限元分析結(jié)果圖。 輸料鏈輪 行走鏈輪 臺(tái)車架 本章小結(jié)本章主要對(duì)零部件進(jìn)行有限元分析，即通過(guò)離散數(shù)學(xué)原理將連續(xù)的模型部分成有限單元，這個(gè)過(guò)程中所創(chuàng)建的單元類型取決于幾何模型和設(shè)定分析的類型，用四面實(shí)體單元?jiǎng)澐謱?shí)體幾何體而用三角形殼單元?jiǎng)澐謳缀蚊妗Ｔ谀壳暗木W(wǎng)格分析技術(shù)水平下還不能創(chuàng)建其他的可靠網(wǎng)格，這種局限性不只是Pro/Mechanica軟件所獨(dú)有的，可靠的塊單元自動(dòng)網(wǎng)格劃分還在研究中。結(jié) 論從設(shè)計(jì)方案的提出到設(shè)計(jì)方法的確定，一直到最后設(shè)計(jì)出整體機(jī)構(gòu)以及其運(yùn)動(dòng)仿真和有限元分析，從而完成了攤鋪機(jī)輸料機(jī)構(gòu)和行駛機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算和虛擬樣機(jī)的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)完成了如下工作，通過(guò)分析設(shè)計(jì)計(jì)算得出以下結(jié)論：對(duì)國(guó)內(nèi)外瀝青混合料攤鋪機(jī)設(shè)備和攤鋪技術(shù)的發(fā)展概況和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了分析，明確了本設(shè)計(jì)課題的目的和意義；對(duì)瀝青混合料攤鋪機(jī)的輸料機(jī)構(gòu)和行駛機(jī)構(gòu)的工作原理和基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析和研究確定了設(shè)計(jì)方案；對(duì)瀝青混合料攤鋪機(jī)的輸料機(jī)構(gòu)和行駛機(jī)構(gòu)進(jìn)行了三維模型的設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)仿真和主要零部件的有限元分析；履帶式瀝青混合料攤鋪機(jī)的輸料機(jī)構(gòu)和行駛機(jī)構(gòu)都是通過(guò)鏈條來(lái)傳遞動(dòng)力的，而鏈條的仿真一直是運(yùn)動(dòng)學(xué)的難題，本文通過(guò)對(duì)鏈條的工作方式進(jìn)行研究，分析鏈條的運(yùn)動(dòng)軌跡，確定運(yùn)動(dòng)仿真的設(shè)計(jì)路線，對(duì)輸料機(jī)構(gòu)和行駛機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)鏈的結(jié)構(gòu)進(jìn)行繪制和分析。通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助軟件進(jìn)行的仿真達(dá)到了預(yù)期設(shè)定的效果，從而大大地降低了產(chǎn)品的制造成本提高了經(jīng)濟(jì)效率。本設(shè)計(jì)采用了當(dāng)今最先進(jìn)的三維模擬技術(shù)，但三維模擬技術(shù)在工程設(shè)計(jì)中存在如下的局限性：需要強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)做其后盾；運(yùn)動(dòng)分析還達(dá)不到真正的實(shí)際工況，例如：溫度、濕度、人為因素等；對(duì)計(jì)算機(jī)的硬件設(shè)備要求很高。本設(shè)計(jì)采用了當(dāng)今先進(jìn)的軟件技術(shù)對(duì)瀝青混合料攤鋪機(jī)的輸料機(jī)構(gòu)和行駛機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算、運(yùn)動(dòng)仿真及零部件強(qiáng)度載荷的有限元分析，這一技術(shù)是未來(lái)發(fā)展的方向，也是設(shè)計(jì)人員將來(lái)必須具備的設(shè)計(jì)技術(shù)和工業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)展的新方向。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，還有不完善的地方，請(qǐng)老師給與指正。參考文獻(xiàn)[1]鄭訓(xùn),[M].北京:人民交通出版社,1992.[2][M].重慶:重慶大學(xué)出版社,1994.[3][M].北京:人民衛(wèi)生出版社,1995.[4]白杰平,[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,1995.[5]江耕華,胡來(lái)瑢,[M].煤炭工業(yè)出版社,2000.[6][M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000.[7][M].北京:人民交通出版社,2001. 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