版本凸轮机构建模与仿真分析

时间：2023-10-29 理论教育 版权反馈

【摘要】：在该机构中，五边形转子的转动将转换为滑条的平动。确动凸轮机构模型如图3-33所示。图3-33 确动凸轮机构模型练习开始前，复制chap03目录下的for_contact_tutorial.hm文件到工作文件夹中。图3-35 HyperMesh中的确动机构模型单击Elements文件夹下2D、3D子文件夹处的“-”，隐藏图形区的所有单元。图3-36 提示对话框图3-37 MotionView中的确动机构模型进入MotionView模型浏览树，查看自动创建的Points、Graphics和Bodies。

版本凸轮机构建模与仿真分析

本示例将学习以下内容：

●输入HM格式装配体到MotionView。

●定义约束。

●应用MotionSolve进行瞬态分析。

●应用HyperView查看仿真结果。

本示例将模拟一个确动凸轮机构的运动过程。在该机构中，五边形转子的转动将转换为滑条的平动。确动凸轮机构模型如图3-33所示。

图3-33 确动凸轮机构模型

练习开始前，复制chap03目录下的for_contact_tutorial.hm文件到工作文件夹中。

STEP 01 输入HM模型

（1）新建一个MotionView会话。

（2）从File下拉菜单中选择Import→Geometry命令，弹出Import CAD or FE对话框。

（3）将Import Options设置为Import CAD or Finite Element Model With Mass and Inertias。

（4）将Input File类型切换成HyperMesh，单击其后的“文件浏览”按钮，选择并打开工作文件夹下的for_contact_tutorial.hm模型。

（5）指定Output Graphic File到工作路径。

（6）如图3-34所示，展开Meshing Options for Surface Data，选中Allow HyperMesh to specify mesh options单选按钮，并选中Launch HyperMesh to create MDL points复选框。该选项可激活HyperMesh，并在HyperMesh界面中指定节点作为MDL几何点。

图3-34 Import CAD or FE对话框

（7）单击OK按钮，进行模型转换。此时将启动HyperMesh，并自动加载for_contact_tutorial.hm模型。

（8）进入HyperMesh，单击模型浏览树区域的Mask标签。HyperMesh中的确动机构模型如图3-35所示。

图3-35 HyperMesh中的确动机构模型

（9）单击Elements文件夹下2D、3D子文件夹处的“-”，隐藏图形区的所有单元。

此时，图形区仅显示黄色的节点。这些节点是自定义的，用于MotionView建模时定义约束和加载的辅助点。

（10）按住＜Shift＞键，拖动鼠标左键框选所有节点。

（11）单击Mask标签中Elements文件夹下2D、3D子文件夹处的“+”，显示图形区所有单元。此步若缺失，MotionView模型输入工具将无法转换HyperMesh模型。

（12）单击proceed按钮。

（13）在弹出的Import FE对话框中使用默认设置，单击OK按钮。此时弹出输入成功提示对话框，单击“确定”按钮，并关闭软件处理日志窗口，如图3-36所示。

（14）进入MotionView界面，Motion View中的确动机构模型如图3-37所示。

图3-36 提示对话框

图3-37 MotionView中的确动机构模型

（15）进入MotionView模型浏览树，查看自动创建的Points、Graphics和Bodies。

注：如果在Import CAD or FE对话框中的Meshing Options for Surface Data处选择interactive mesh，则可以在HyperMesh中对模型网格重新编辑。对于参与接触的物体表面，高质量的网格将有助于获得高精度的仿真结果；对于不参与接触的物体，可以粗化其网格，以降低转换的H3D图形文件的规模。

在本示例中，零件的质量、转动惯量、质心等信息将自动计算。如果待转换的模型文件中没有材料数据（如hm模型没有正确定义Material和Property卡片），那么转换后的H3D文件中将不包含这些信息。这种情况下，用户需要手动输入上述信息。

STEP 02 简化和整理模型

展开模型浏览树的Graphics文件夹，分别单击Master和Slave，可以看到这两个图形是机构中参与接触物体的表面。之所以定义表面图形，是为了减少接触计算的几何特征，以提高接触约束的稳定性。这里将Master和Slave分别关联到Circle和Pentagon体上，并将其原始关联的几何体删除。

（1）单击Master，进入Graphic面板。

（2）在Connectivity标签中双击Body按钮，在弹出的Select a Body对话框中选择Pentagon，如图3-38所示。

（3）单击OK按钮。

图3-38 Graphic面板（步骤3）

（4）类似地，将Slave与Circle体关联，如图3-39所示。

图3-39 Graphic面板（步骤4）

（5）在模型浏览树中展开Bodies文件夹，选择Master和Slave，右击删除这两个体。

（6）在模型浏览树中展开Points文件夹，可以看到除自动计算的质心点外，还有通过HyperMesh选择创建的几何点。为便于后续定义，这里修改几何点名称以提高其可读性。

（7）根据表3-9修改几何点名称。如果几何点没有编号，可选择Tools→Check Model命令为其赋加编号。

表3-9 几何点信息

几何点重命名操作可通过以下任一种方式实现：

1）在模型浏览树中，右击待编辑的几何点，在弹出的快捷菜单中选择Rename，如图3-40所示。

2）单击Point面板的Entity Note按钮，在弹出的Point or PointPair Info对话框中修改Label，如图3-41所示。

图3-40 点重命名

图3-41 Point or PointPair Info对话框

STEP 03 添加约束副

本步骤将为模型添加约束副，表3-10列出了需要添加的约束副类型及连接关系。

表3-10 约束副类型及连接关系

（1）右击Joint按钮，在弹出的Add Joint or JointPair对话框中指定Label为F_Stand_Ground，使用默认的变量名，切换铰类型为Fixed Joint，单击OK按钮。

（2）在Joint面板中双击Body1按钮，在弹出的Select a Body对话框中选择Stand。(www.daowen.com)

（3）双击Body2按钮，在弹出的Select a Body对话框中选择Ground Body。

（4）双击Point按钮，在弹出的Select a Point对话框中选择P_Stand_Ground。

（5）用同样的方法，按照表3-10创建余下约束副。

STEP 04 创建运动驱动

（1）右击Motion按钮，在弹出的Add Motion or MotionPair对话框中使用默认的名称与变量名，单击OK按钮。

（2）在Motion面板中双击Joint按钮，在弹出的Select a Joint对话框中选择R_Stand_Driver，指定Property为Velocity，如图3-42所示。

图3-42 Motion面板

（3）进入Properties标签，使用Linear方式定义驱动函数，在Value文本框中输入1.0。

STEP 05 创建接触约束

（1）右击工具栏中的Contact按钮，在弹出的Add Contact对话框中使用默认的名称与变量名，单击OK按钮。

（2）在Contact面板中双击Body I按钮，在弹出的Select a Body对话框中选择 Pentagon，单击OK按钮。

（3）在Body1下的Graphic选项区选中Master Graphic。

（4）Graphic选项区用于指定参与接触的几何特征。这里仅选择五边形零件的外轮廓曲面，可以提高接触约束的稳定性以及结果精度。

（5）双击Body J按钮，在弹出的Select a Body对话框中选择Circle，单击OK按钮。

（6）在BodyJ下的Graphic选项区选中Slave Graphic，如图3-43所示。

图3-43 Contact面板（Connectivity标签）

（7）进入Properties标签，根据图3-44所示的内容设置接触约束属性。

图3-44 Contact面板（Properties标签）

STEP 06 定义输出

（1）右击工具栏中的Output按钮，在弹出的Add Output对话框中使用默认的名称与变量名，单击OK按钮。

（2）选择结果输出类型为Force，将输出对象设置为Joint。

（3）双击Joint按钮，在弹出的Select a Joint对话框中选择R_Stand_Driver，单击OK按钮。

此步将输出旋转副R_Stand_Driver上的约束反力。接下来再创建一个输出请求，用于输出Pentagon与Circle之间的接触力。

（4）右击工具栏中的Output按钮，在弹出的Add Output对话框中使用默认的名称与变量名，单击OK按钮。

（5）选择结果输出类型为Expressions。

（6）单击F2处的文本框，此时将激活fx按钮。

（7）单击fx按钮，进入表达式编辑器。

（8）在表达式编辑器的文本框中输入以下表达式：

'CONTACT（{con_0.idstring}，0，1，0）'

其中，con_0为Pentagon与Circle之间接触约束的变量名。

CONTACT函数语法如下：CONTACT（id，jflag，comp，rm）

其中，id为接触约束副的编号；jflag用于指定接触对中的I物体或J物体接触力或接触力矩输出；comp表示定义的输出结果分量，1、2、3、4分别表示接触力的合值、X轴分量、Y轴分量和Z轴分量，5、6、7、8分别表示接触力矩的合值、X轴分量、Y轴分量和Z轴分量；rm表示输出结果所参考的坐标系，O表示全局坐标系。

（9）单击OK按钮。

STEP 07 求解模型

（1）选择File→Save→Model命令，保存模型为for_contact_tutorial.mdl。

（2）单击工具栏中的Run按钮，进入Run面板。