【正文】 拾取單元 Utility Menu→ Plot→ Elements。彈出拾取窗口，拾取“ Pick All” 按鈕，彈出對話框圖 21 所示 ，在列表中選擇“ UX”和“ UY” ,單擊“ OK”按鈕。彈出拾取窗口，拾取其“ Pick All” 按鈕。彈出對話框 圖 19 所示 ，選擇實體類型為“ 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” ,見圖 20， 單擊“ OK”按鈕。 拾取菜單 Utility Menu→ Plot→ Areas。 圖 18 創(chuàng)建局部坐標(biāo)系對話框 拾取菜單 Utility Menu→ PlotCtrls→ Numbering。于是創(chuàng)建了一個代號為 11的局部坐標(biāo)系，類型為圓柱坐標(biāo)系，原點與全球原點重合， γ θ 平面與工作平面重合，同時也與全球直角坐標(biāo)系的 x y 平面重合。 拾取菜單 Utility Menu→ WorkPlane→ Local Coordinate System→ Create Local CS→ At WP Origin。 圖 17 頂尖立體 模型 27 拾取菜單 Utility Menu→ WorkPlane→ Offset WP by Increment。在彈出的對話框中，依次單擊“ Iso” 、“ Fit” 按鈕。拾取關(guān)鍵點 1和 4，單機(jī)“ OK”按鈕；再單擊隨后彈出的“ Sweep Areas About Axis” 對話框的“ OK”按鈕。 26 圖 16 單元擠出選項對話框 拾取菜單 Main Menu→ Preprocessor→ Modeling→ Operate→ Extrude→ Areas→ About Axis。拾取菜單 Main Menu→ Preprocessor→ Modeling→ Operate→ Extrude→ Elem Ext Opts。單機(jī)“ Mesh” 按鈕，彈出拾取窗口，拾取面，單機(jī)“ OK”按鈕。彈出對話框，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。彈出拾取窗口，依次拾取直線 4，單機(jī)“ OK”按鈕。彈出拾取窗口，分別拾取關(guān)鍵點 1 和 2 和 3 和 4和 1，創(chuàng)建四條直線，單機(jī)“ OK”按鈕。 5. 創(chuàng)建關(guān)鍵點 拾取菜單 Main Menu→ Preprocessor→ Modeling→ Create→ Keypoints→ In Active CS。然后關(guān)閉對話框。 圖 12 改變?nèi)蝿?wù)名對話框 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)對話框“ Close”按鈕。則根據(jù)機(jī)械原理的結(jié)論，從動件速度 V、加速度 a 隨時間的變化規(guī)律如圖 11（ b） 、 (c)所示。 22 問題的描述及解析解 如圖 10所示為一對心直動尖頂從動件盤型凸輪機(jī)構(gòu)， 凸輪設(shè)計好后，選取頂尖從動件總長為 100mm,錐角 45度，尖頂直徑 30mm,的尖頂從動件進(jìn)行分析。 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 ： 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)以上過程，設(shè)置下一個載荷步。 具體加載和求解過程如下： 指定分析類型： Main Menu→ Solution→ Analysis Type→ New Analysis,選擇 Transient. 指定分析選項： Main Menu→ Solution→ Analysis Type→ Analysis Options,選擇求解方法。最后，將每一個載荷步寫入文件并一次性求解所有載荷步。如果沒有設(shè)置，兩者都將被視為 ，指定后續(xù)的載荷步和載荷步選項。要指定這些載荷，需要把載荷對時間的關(guān)系曲線劃分成 適當(dāng)?shù)妮d荷步。但需要注意的是：必須定義材料的彈性模量和密度。 20 瞬態(tài)動力學(xué)分析步驟 與其他 分析類型一樣，瞬態(tài)動力學(xué)分析也包括建模、施加載荷和求解、查看結(jié)果等幾個步驟 。 ANSYS 程序使用 New mark 時間積分方法在離散 的時間點上求解這些方程。 }=節(jié)點加速度向量 {U。 }+【 C】 {U。 瞬態(tài)動力學(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。 載荷和時間的相關(guān)性使得慣性力和阻尼作用比較重要。云圖顯示數(shù)據(jù)平均過度，最大位移為 ,最 小 應(yīng)力50150pa,最大應(yīng)力 +08pa. 19 第四章瞬態(tài)動力學(xué)分析 — 凸輪機(jī)構(gòu) 運(yùn)動分析 瞬態(tài)動力學(xué)分析概述 瞬態(tài)動力學(xué)分析的定義 瞬態(tài)動力學(xué)分析亦稱時間 歷程分析 是用于確定承受任意的隨時間變化載荷結(jié)構(gòu)的動力學(xué)響應(yīng)的一種方法。圖中下方色譜表明不同的顏色對應(yīng)的數(shù)值（帶符號）。 選擇“ Deformed shape with underformed edge(變形后和未變形輪廓線 )”單選按鈕。 圖 7等值線顯示節(jié)點解數(shù)據(jù)對話框 在“ Item to be contoured（等值線顯示結(jié)果選項）”域中選擇“ DOF solution(自由度解 )”選項。出現(xiàn)“ Solution done!” 提示時，求解結(jié)束，即可查看結(jié)果了。彈出拾取窗口，拾取 鍵槽內(nèi)表面 按鈕，在列表中選擇“ All DOF” ,單擊“ 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。 拾取菜單 Main Menu→ Preprocessor→ Meshing→ Mesh Tool。 圖 4 改變?nèi)蝿?wù)名對話框 4 定義材料模型 拾取菜單 Main Menu→ Preprocessor→ Material Props→ Material Models.彈出對話框，在右側(cè)列表中依次拾取“ Structural” 、“ Linear” 、“ Elastic” 、“ Isotropic” ,彈出對話框，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” ,彈出對話框，在“ DENS”文本框中輸入 7800（密度），單機(jī)“ OK”按鈕。 取 凸輪基圓半徑 45mm 厚度 10mm，軸孔直徑 22mm， 如下圖 3 圖 3 凸輪模型 15 分析步驟 模型 根據(jù)直動尖頂行程設(shè)計 凸輪輪廓曲線并用 solidwork 建好三維模型后導(dǎo)入ANSYS 建立靜力學(xué)分析。 （ 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)分析對象的工作和環(huán)境施加邊界條件和載荷，對結(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。 2．靜力分析基本步驟 （ 1）建模 建立結(jié)構(gòu)的有限元模型，使用 ANSYS 軟件進(jìn)行靜力分析，有限元模型的建立是否正確、合理，直接影響到分析結(jié)果的準(zhǔn)確可靠程度?？墒牵o力分析可以計算那些固定不變的慣性載荷對結(jié)構(gòu)的影 響（如重力和離心力），以及那些可以近似為等價靜力作用的隨時間變化的載荷（如通常在許多建筑規(guī)范中所定義的等價靜力風(fēng)載和地震載荷）。 （ 4） 從 基圓起向外截取線段，使其長度分別等于圖 b 中所相應(yīng)的縱坐標(biāo)高度，即 1B1=（ 1） ,2B2=（ 2），?，得點 B1， B2， ? ，這些點代表從動件依據(jù)反轉(zhuǎn)法原理在復(fù)合運(yùn)動中尖頂依次占據(jù)的位置。將位移線圖的橫坐標(biāo)分成若干等角度分，得分點 轉(zhuǎn)角度 40， 80,120， ? ， 360。依據(jù)反轉(zhuǎn)法原理設(shè)計凸輪輪廓曲線可按下面步驟進(jìn)行。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，凸輪和從動件相對機(jī)架的運(yùn)動情況；凸輪以 等角速度 W 按逆時針方向繞軸 O相對機(jī)架轉(zhuǎn)動，推動從動件按照工作中所要求的運(yùn)動規(guī)律相對機(jī)架移動，在設(shè)計凸輪輪廓時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運(yùn)動不變，而凸輪靜止不動，機(jī)架以等角速度 W按順時針方向繞轉(zhuǎn)軸 O相對凸輪轉(zhuǎn)動（反轉(zhuǎn)），從動件相對凸輪則做一復(fù)合運(yùn)動：隨同機(jī)架導(dǎo)路一起以等角速度 W按順時針方向繞轉(zhuǎn)軸 O相對凸輪轉(zhuǎn)動（反轉(zhuǎn)），同時又在機(jī)架導(dǎo)路中按照工作所要求的運(yùn)動規(guī)律相對機(jī)架移動，此時從動件尖頂沿凸輪輪廓曲線運(yùn)動，因此設(shè)計凸輪輪廓時，只要讓從動件上訴復(fù)合運(yùn)動，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)計的反轉(zhuǎn)原理。 12 凸輪輪廓曲線設(shè)計的基本原理是反轉(zhuǎn)法。本文選取基圓半徑 R45。因此在實際設(shè)計工作中，凸輪的基 圓半徑常是根據(jù)具體結(jié)構(gòu)條件來選擇的。但此時機(jī)構(gòu)尺寸將會增大。凸輪基圓半徑的確定 對于一定型的凸輪機(jī)構(gòu)，在推桿的運(yùn)動規(guī)律選定后，該凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角與凸輪基圓半徑大小直接相關(guān)。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 直動尖頂推桿盤型凸輪機(jī)構(gòu)在考慮摩擦?xí)r，其凸輪對推桿的作用力 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 在接觸點的法線方向）與推桿上作用點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限大時機(jī)構(gòu)將發(fā)生自鎖，而此時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。 11 第三章 凸輪 的 設(shè)計及其有限元靜力學(xué)分析 凸輪的設(shè)計 凸輪基本 尺寸的確定 在設(shè)計 凸輪輪廓曲線時，凸輪的基圓半徑等等都假設(shè)是給定的，而實際上凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸是要考慮到機(jī)構(gòu)的受力情況是否良好、動作是否靈活，尺寸是否緊湊等許多因素所確定的。載荷和時間的相關(guān)性使得慣性力和阻尼作用比較重要。 瞬態(tài)動力學(xué)分析（亦稱時間歷程分析）是用于確定承受任 意的隨時間變化載荷結(jié)構(gòu)的動力學(xué)響應(yīng)的一種方法。靜力分析包括線性和非線性分析。對此， ANSYS 提供了一系列的分析－評估－修正的過 程。 8 優(yōu)化設(shè)計 優(yōu)化設(shè)計是 一種尋找最優(yōu)設(shè)計方案的技術(shù)。 7 多耦合場分析 多耦合場分析就是考慮兩個或多個物理之間的相互作用。 6 壓電分析 用于二維或三維結(jié)構(gòu)對AC、 DC 或任意隨時間變化的電流或