【正文】 由于選中的節(jié)點(diǎn)即從動(dòng)件圓柱表面上的節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系在上一步被旋轉(zhuǎn)到與 11 號(hào)局部坐標(biāo)系對(duì)齊 ， 所 以 此 時(shí) 施 加 的 x,y 方 向 約 束 就 分 別 是 徑 向 約 束 和 切 向 約 29 圖 21 施加約束對(duì)話框 拾取菜單 Utility Menu→ Select→ Everything。 28 圖 19 選擇實(shí)體對(duì)話框 圖 20 選擇實(shí)體對(duì)話框 拾取菜單 Utility Menu→ Plot→ Nodes 拾取菜單 Main Menu→ Preprocessor→ Modeling→ Move/Modify→ Rotate Node CS→ To Active CS。在彈出的對(duì)話框中，將Keypoint numbers 和 Line number 關(guān)閉，將 Arean numbers(面號(hào) )打開(kāi)，單擊“ OK”按鈕。彈出對(duì)話框 圖 18 所示 ，選擇下拉列表框“ KCS”為“ Cylindrical 1” ,單擊“ OK”按鈕。或者單機(jī)圖形窗口右側(cè)顯示控制工具條上的正方體按鈕 ,見(jiàn)圖 17。彈出拾取 窗口，拾取面，單機(jī)“ Ok”按鈕；再次彈出拾取窗口。 9. 設(shè)定擠出選項(xiàng) 為下一步由面擠出體時(shí)形成單元做準(zhǔn)備。 8. 劃分單元 拾取菜單 Main Menu→ Preprocessor→ Meshing→ Mesh Tool。彈出對(duì)話框 圖 15，在“ NPT”文本框中輸入 1，在“ X， Y， Z”文本框中分別輸入 0,0,0，單機(jī)“ Apply” 按鈕；在“ NPT”文本框中輸入 2，在“ X， Y， Z”文本框中分別輸入 ,0，單機(jī)“ Apply” 按鈕；在“ NPT”文本框中輸入 3，在“ X， Y， Z”文本框中分別輸入 ,0，單機(jī)“ Apply”按鈕；在“ NPT”文本框中輸入 4，在“ X， Y， Z”文本框中分別輸入 0,0，單機(jī)“ OK” 按鈕； 25 圖 15 創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn)對(duì)話框 6. 創(chuàng)建直線 拾取菜單 Main Menu→ Preprocessor→ Modeling→ Create→ Lines→ Lines→Straight Line。 圖 13 單元類型庫(kù)對(duì)話框 24 3. 定義材料模型 拾取菜單 Main Menu→ Preprocessor→ Material Props→ Material Models.彈出對(duì)話框 圖 14，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。 從動(dòng)件位移 S 隨時(shí)間的變化情況如圖 11所示。 定義主自由度：僅縮減法使用。即指定每一個(gè)載荷步的時(shí)間值、載荷值、是階躍載荷還是坡度載荷及其他載荷步選項(xiàng)。 （ 2） 施加載荷和求解 瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)可以施加隨時(shí)間變化的載荷。兩個(gè)連續(xù)時(shí)間點(diǎn)間的時(shí)間增量稱為積分時(shí)間步長(zhǎng) （ integration time step） 。 }+【 K】 {U}={F(t)} 其中： 【 M】 =質(zhì)量矩陣 【 C】 =阻尼矩陣 【 K】 =剛度矩陣 {U。如果慣性力和阻尼作用不重要就可以用靜力學(xué)分析代替瞬態(tài)分析。 18 圖 8 凸輪 應(yīng)力 云圖 (N/M2) 由圖可知節(jié)點(diǎn)計(jì)算，步數(shù) 1，迭代次數(shù) 1，時(shí)間 1（載荷步時(shí)間，常用于非線性分析與諧響應(yīng)與其他動(dòng)力分析。 在列表框中選擇“ YComponent of displacement(Y 向位移 )”選項(xiàng)， 此時(shí)， Y 向位移即為徑向位移。 17 拾取菜單 Main Menu→ Solution→ Solve→ Current “ Solve Current Load step” 對(duì)話框的 “ OK”按鈕。彈出對(duì)話框，單機(jī) 底下 “ mesh” 按鈕， 選取實(shí)體， 單機(jī)“ OK”按鈕 。 拾取菜單 Utility Menu→ File→ Import→ Parasolid→ 選取導(dǎo)入文件夾下的凸輪模型 2．導(dǎo)入模型變?yōu)閷?shí)體形式 Utility Menu→ PlotCtrls→ style→ solid model facets→ 改為 normal faceting. Utility Menu→ Plot→ Volumes 3. 選擇單元類型 拾取單元 Main Menu→ Preprocessor→ Element Type→ ADD/Edit/Delete.彈出對(duì)話框，單機(jī)“ Add”按鈕；彈出對(duì)話框 圖 4 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。因此，在開(kāi)始建立有限元模型時(shí)就應(yīng)當(dāng)考慮要分析問(wèn)題的特點(diǎn)，對(duì)需要?jiǎng)澐值挠邢拊W(wǎng)絡(luò)的粗細(xì)和分布情況有一個(gè)大概的計(jì) 劃。 13 圖 2 尖頂移動(dòng)從動(dòng)件盤型凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì) 14 凸輪的有限元分析 — 靜力學(xué)分析 靜力學(xué)分析概述 靜力學(xué)分析計(jì)算在固定不變的載荷作用下結(jié)構(gòu)的效應(yīng)，它不考慮慣性和阻尼的影響，如結(jié)構(gòu)隨時(shí)間變化的載荷情況。 （ 1） 選取適當(dāng)?shù)谋壤?，作出從?dòng)件位移曲線如下圖所示。所謂反轉(zhuǎn)法，是建立在相對(duì)運(yùn)動(dòng)不變形原理上的一種方法。必要時(shí)再檢查所設(shè)計(jì)的凸輪是否滿足α max≦ [α ]的要求。即 tanα =[(ds/dσ )e]/[(r02e2)1/2+s] 由此可知，在偏距一定，推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律已知的條件下，加大基圓半徑 r0,可減小壓力角α，從而改善機(jī)構(gòu)的傳力特性。 一?？梢杂盟矐B(tài)動(dòng)力學(xué)分析確定結(jié)構(gòu)在穩(wěn)態(tài)載荷、瞬態(tài)載荷和簡(jiǎn)諧載荷的隨意組合作用下的隨時(shí)間變化的位移、應(yīng)變、應(yīng)力及力。 軟件對(duì)本課題研究?jī)?nèi)容 利用 ANSYS 軟件分析凸輪機(jī)構(gòu)的前提條件之下， 本文利用 結(jié)構(gòu)分析里的靜力分析， 瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析凸輪機(jī)構(gòu)， 靜力分析用于靜態(tài)載荷，用于求解靜力載荷作用下的結(jié)構(gòu)的位移和應(yīng)力等。 ANSYS 統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)及 多物理場(chǎng)分析并存的特點(diǎn)保證了可方便的進(jìn)行耦合場(chǎng)分析，允許的耦合類型有以 下幾種：熱－應(yīng)力；磁－熱、磁－結(jié)構(gòu)；流體流動(dòng)－熱；流體－結(jié)構(gòu)；熱－電； 電－磁－熱－流體－應(yīng)力。其涉及范圍包括：聲波在容器內(nèi)的流體介質(zhì)中傳播；聲 波在固體介質(zhì)中的傳播；水下結(jié) 構(gòu)的動(dòng)力分析；無(wú)限表面吸收單元。 ANSYS 能夠完 成的熱分析有：穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)分析；瞬態(tài)溫度場(chǎng)分析；相變分析；輻射分析。 ANSYS 還提供自動(dòng)或手動(dòng)時(shí) 程計(jì)算結(jié)果處理的工具。提供的 多種求解器分別適用于不同的問(wèn)題及不同的硬件配置。 ANSYS 還可以讀取 SAT、STEP、 ParaSolid、 lGES 格式的圖形 標(biāo)準(zhǔn)文件。 9 軟件特點(diǎn) ANSYS 是一個(gè)大型通用的商業(yè)有限元軟件，功能完備的前后處理器使ANSYS 易學(xué)易用，強(qiáng)大的圖形處理能力及得心應(yīng)手的實(shí)用工具使得用戶在處理問(wèn)題時(shí)得 心應(yīng)手，奇特 的多平臺(tái)解決方案使用戶能夠做到物盡其用， ANSYS提供兩種基本網(wǎng)格劃分技術(shù)：智能網(wǎng)格和映射網(wǎng)格，分別適合于 ANSYS 初學(xué)者和高級(jí)使用者。 ANSYS 公司成立于 1970年，總部設(shè)在美國(guó)的賓夕法尼亞洲，目前是世界 CAE 行業(yè)中最大的公司。從而利用 ANSYS 進(jìn)行 靜力學(xué)分析及 瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析的方法、步驟和過(guò)程，并使用解析解對(duì)有限元分析結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。但是與先進(jìn)國(guó)家比較我國(guó)對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的研究仍有較大差距特別是在加工和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)等方面 8 本課題研究?jī)?nèi)容 本課題研究的是 直動(dòng) 尖頂從動(dòng)件盤型 凸輪機(jī)構(gòu)有限元 分析。我國(guó)對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和研究已有多年歷史目前仍在繼續(xù)擴(kuò)展和深入。 凸輪機(jī)構(gòu)在世界上的發(fā)展歷史 在凸輪機(jī)構(gòu)的理論研究方面歐美各國(guó)已有很多學(xué)者為此做出了巨大的貢獻(xiàn)他們發(fā)表很多的論文和專著。幾乎所有簡(jiǎn)單的 、復(fù)雜的重復(fù)性機(jī)械動(dòng)作都可由凸輪機(jī)構(gòu)或者包括凸輪機(jī)構(gòu)的組合機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 2. 時(shí)間歷程后處理器也簡(jiǎn)稱為 PosT26，用于分析處理指定時(shí)間范圍內(nèi)模型指定節(jié)點(diǎn)上的某結(jié)果項(xiàng)隨時(shí)間或頻率的變化情況，例如在瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析中結(jié)構(gòu)某節(jié)點(diǎn)上的位移、速度和加速度從 0 秒到 10 秒之間的變化規(guī)律。 耦合場(chǎng)載荷（ Coupledfield Loads） :是一種特殊的載荷，是考慮到一種分析的結(jié)果，并將該結(jié)果作為另外一個(gè)分析的載荷。 體載荷（ Body Load） :是指體積或場(chǎng)載荷。 力（集中載荷）（ Force）：是指施加于模型 節(jié)點(diǎn) 上的集中載荷或者施加于實(shí)體模型邊界上的載荷。最新版本 Ansys 同級(jí)別的軟件還有 ADINA、 ABAQUS、MSC 等， ADINA 和 ABAQUS 在非線性計(jì)算功能方面比 ANSYS 強(qiáng)， ABAQUS沒(méi)有流體計(jì)算模塊， ADINA 不能做電磁分析但是 ADINA 是做流固耦合最好的軟件。延伸網(wǎng)格 劃分可將一個(gè)二維網(wǎng)格延伸成一個(gè)三維網(wǎng)格。附加的功能還包括 圓弧構(gòu)造、切線構(gòu)造、通過(guò)拖拉與旋轉(zhuǎn)生成面和體、線與面的自動(dòng)相交運(yùn)算、自動(dòng)倒角生成、用于 網(wǎng)格 劃分的硬點(diǎn)的建立、移動(dòng)、拷貝和 刪除。無(wú)論使用自頂向下還是自底向上方法建模，用戶均能使用 布爾 運(yùn)算來(lái)組合數(shù)據(jù)集，從而 “雕塑出 ”一個(gè)實(shí)體模型。此外，其產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理可使知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)在工作組間與企業(yè)內(nèi)的實(shí)現(xiàn)共享。不論是為企業(yè)中新手還是能手使用；是單套部署還是企業(yè)級(jí)部署；是首次通過(guò)還是復(fù)雜分析；是桌面計(jì)算、并行計(jì)算還是多核計(jì)算，這一工程設(shè)計(jì)的高擴(kuò)展性均能滿足當(dāng) 前與未來(lái)的需求。 ANSYS 在所提供的工程仿真工具的廣度和數(shù)量上堪稱絕無(wú)僅有。對(duì)于特定的物理學(xué)領(lǐng)域， ANSYS 的軟件可讓用戶能更深入地鉆研，從而解決更多種類的問(wèn)題，處理更為復(fù)雜的情況。 4 軟件 主要包括三個(gè)部分：前處理模塊，分析計(jì)算模塊和后處理模塊。 CAE 的技術(shù)種類有很多， 其中包括 有限元法 (FEM,即 Finite Element Method),邊界元法 (BEM,即Boundary Element Method)， 有限差分法 (FDM,即 Finite Difference Element Method)等。 研發(fā)成本低，產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)等特點(diǎn)，以 往采用多種方案設(shè)計(jì)，試制不同的樣機(jī)進(jìn)行對(duì)比，再通過(guò)試驗(yàn)去驗(yàn)證 的設(shè)計(jì)方法有待改進(jìn)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)增加 ANSYS 有限 元分析這一環(huán)節(jié)，有利于縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約開(kāi) 發(fā)成本。 kiic analysis。以一對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)為實(shí)例，建立它的 ANSYS 仿真模型，通過(guò) 凸輪靜力學(xué)分析得出凸輪受力云圖及其變形， 凸輪從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，得出了其瞬態(tài)時(shí)的位移和速度曲線，位移和加速度曲線等，為凸輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供了理論依據(jù)和設(shè)計(jì)原則。 Abstract ..................................................................................................................... 2 第一章 緒論 .............................................................................................................. 3 ANSYS 對(duì)產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)的發(fā)展概括 .............................................................. 3 ANSYS 基本概括 .................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 注 意 事 項(xiàng) （論文）的內(nèi)容包括： 1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作） 2）原創(chuàng)性聲明 3）中文摘要（ 300 字左右）、關(guān)鍵詞 4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁(yè)（附件不統(tǒng)一編入） 6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論