基于ADAMS和SolidWorks的離心式飛球調(diào)速器的仿真分析

摘 要：利用SolidWorks軟件建立了離心式飛球調(diào)速器的三維實(shí)體模型，導(dǎo)入ADAMS軟件中，對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析，得到了調(diào)速器的性能參數(shù)，為調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)化和設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：離心式飛球調(diào)速器；ADAMS；SolidWorks；仿真；數(shù)字化樣機(jī)

引言

數(shù)字化樣機(jī)技術(shù)（Digital Mockup）又稱為虛擬樣機(jī)技術(shù)（Virtual Prototype Technology），在產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，將零部件的設(shè)計(jì)和仿真分析技術(shù)結(jié)合在一起，在計(jì)算機(jī)上創(chuàng)建出產(chǎn)品的三維模型，通過用數(shù)字化樣機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的物理樣機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，目前已成為工程技術(shù)人員常用的方法，這樣可以在很大程度上減少機(jī)械產(chǎn)品開發(fā)的成本，縮短開發(fā)周期，明顯提高產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，獲得具有創(chuàng)新性和最優(yōu)化的機(jī)械產(chǎn)品。[1]

1 ADAMS仿真軟件概述

ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System）軟件是目前世界上應(yīng)用最為廣泛的機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)仿真軟件，其基本模塊是ADAMS/View和ADAMS/Postprocess模塊，另外針對(duì)一些專業(yè)領(lǐng)域而單獨(dú)開發(fā)的一些專用模塊和嵌入式模塊，如汽車模塊ADAMS/Car、發(fā)動(dòng)機(jī)模塊ADAMS/Engine、有限元模塊ADAMS/FEA、線性模塊ADAMS/Linear、機(jī)車模塊ADAMS/Rail、飛機(jī)模塊ADAMS/Aircraft、柔性體模塊ADAMS/AutoFlex、振動(dòng)模塊ADAMS/Vibration、耐久性模塊ADAMS/Durability、控制模塊ADAMS/Controls等，目前最新的版本為ADAMS 2012。

2 ADAMS與SolidWorks軟件的接口

ADAMS在機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)方面的仿真分析功能非常強(qiáng)大，但三維實(shí)體造型能力相對(duì)比較弱，目前常用的方法是先在三維CAD軟件中建立精確的模型， 然后將其轉(zhuǎn)換到動(dòng)力學(xué)仿真軟件中進(jìn)行仿真分析。由于SolidWorks與ADAMS均采用Parasolid核心實(shí)體造型技術(shù)，所以采用Parasolid格式導(dǎo)入ADAMS可以識(shí)別裝配體中的零件信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無縫傳遞，以提高仿真分析的速度、精度和效率。圖1所示的離心式飛球調(diào)速器是在SolidWorks軟件中建立的模型另存為 Parasolid（*.x_t） 格式，在ADAMS/View模塊中將其導(dǎo)入并修改構(gòu)件的質(zhì)量、慣性矩、施加約束和驅(qū)動(dòng)力等建立起來的數(shù)字化樣機(jī)模型。

3 機(jī)械離心式飛球調(diào)速器的工作原理[2]

機(jī)械離心式飛球調(diào)速器是根據(jù)彈簧力和離心力相平衡進(jìn)行調(diào)速的，工作中彈簧力總是將供油拉桿向循環(huán)供油量增加的方向移動(dòng)；而離心力總是將供油拉桿向循環(huán)供油量減少的方向移動(dòng)。如圖2所示，離心球2的支架與發(fā)動(dòng)機(jī)軸相聯(lián)，離心球鉸接在支架1上，并通過連桿3與活塞4相連。在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)軸的角速度ω保持不變，由油箱供給的燃油一部分通過增壓泵7增壓后輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)去，另一部分多余的油則經(jīng)過油路a進(jìn)入調(diào)節(jié)油缸5，再經(jīng)油路b回到油泵進(jìn)口處。

當(dāng)負(fù)荷減小時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)軸的角速度ω升高，離心力大于彈簧力，活塞4向左移動(dòng)，循環(huán)供油量減小，轉(zhuǎn)速降低，離心力又小于彈簧力，活塞4在彈簧6的作用下又向右移動(dòng)，循環(huán)供油量增加，轉(zhuǎn)速又升高，直到離心力和彈簧力平衡，活塞才保持不變。

反之當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，轉(zhuǎn)速降低，彈簧力大于離心力，活塞向循環(huán)供油量增加的方向移動(dòng)（即向右移動(dòng)），循環(huán)供油量增加，轉(zhuǎn)速升高，彈簧力又小于離心力，活塞又向循環(huán)供油量減小的方向移動(dòng)（即向左移動(dòng)），循環(huán)供油量減小，轉(zhuǎn)速又降低，直到離心力和彈簧力達(dá)到平衡。

4 仿真分析

在模型成功建立的基礎(chǔ)上，運(yùn)用ADAMS對(duì)離心式飛球調(diào)速器的數(shù)字化樣機(jī)進(jìn)行仿真分析。圖4所示為活塞的位移和速度曲線，由圖可知活塞的速度和位移在極短的時(shí)間里達(dá)到平衡狀態(tài)。圖5為彈簧的受力曲線圖，彈簧所受的力在極短的時(shí)間里達(dá)到了定值。由上述分析可知系統(tǒng)的靈敏度很高，能夠?qū)Πl(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，同時(shí)為下一步離心式調(diào)速器工作介質(zhì)流量的設(shè)計(jì)提供了一定的技術(shù)依據(jù)。

5 結(jié)束語

本文利用SolidWorks軟件進(jìn)行離心式飛球調(diào)速器的三維實(shí)體建模，并將其導(dǎo)入ADAMS進(jìn)行仿真分析和試驗(yàn)，驗(yàn)證了模型的正確性，為數(shù)字化樣機(jī)的設(shè)計(jì)和分析提供了一種便捷的數(shù)據(jù)交換方法。通過對(duì)數(shù)字化樣機(jī)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，得出了離心式飛球調(diào)速器的關(guān)鍵性能參數(shù)，為調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了一定的技術(shù)依據(jù)，幫助產(chǎn)品研發(fā)人員快速取得最佳的設(shè)計(jì)方案，從而減少了試驗(yàn)次數(shù)，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和工作性能，大大地縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期，減少了產(chǎn)品研發(fā)費(fèi)用，提高了設(shè)計(jì)效率。

參考文獻(xiàn)

[1]郝云堂，金燁，季輝.虛擬樣機(jī)技術(shù)及其在ADAMS中的實(shí)踐[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2003，3.

[2]孫桓，陳作模.機(jī)械原理[M].北京：高等教育出版社，1995.

[3]李增剛.ADAMS入門詳解與實(shí)例[M].北京：國防工業(yè)出版社，2010.

[4]立雅科技.SolidWorks2005[M].北京：中國鐵道出版社，2005.

作者簡介：武智（1978-），男，山西朔州人，太原理工大學(xué)在讀碩士，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)及仿真技術(shù)。endprint

摘 要：利用SolidWorks軟件建立了離心式飛球調(diào)速器的三維實(shí)體模型，導(dǎo)入ADAMS軟件中，對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析，得到了調(diào)速器的性能參數(shù)，為調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)化和設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：離心式飛球調(diào)速器；ADAMS；SolidWorks；仿真；數(shù)字化樣機(jī)

引言

數(shù)字化樣機(jī)技術(shù)（Digital Mockup）又稱為虛擬樣機(jī)技術(shù)（Virtual Prototype Technology），在產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，將零部件的設(shè)計(jì)和仿真分析技術(shù)結(jié)合在一起，在計(jì)算機(jī)上創(chuàng)建出產(chǎn)品的三維模型，通過用數(shù)字化樣機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的物理樣機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，目前已成為工程技術(shù)人員常用的方法，這樣可以在很大程度上減少機(jī)械產(chǎn)品開發(fā)的成本，縮短開發(fā)周期，明顯提高產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，獲得具有創(chuàng)新性和最優(yōu)化的機(jī)械產(chǎn)品。[1]

1 ADAMS仿真軟件概述

ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System）軟件是目前世界上應(yīng)用最為廣泛的機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)仿真軟件，其基本模塊是ADAMS/View和ADAMS/Postprocess模塊，另外針對(duì)一些專業(yè)領(lǐng)域而單獨(dú)開發(fā)的一些專用模塊和嵌入式模塊，如汽車模塊ADAMS/Car、發(fā)動(dòng)機(jī)模塊ADAMS/Engine、有限元模塊ADAMS/FEA、線性模塊ADAMS/Linear、機(jī)車模塊ADAMS/Rail、飛機(jī)模塊ADAMS/Aircraft、柔性體模塊ADAMS/AutoFlex、振動(dòng)模塊ADAMS/Vibration、耐久性模塊ADAMS/Durability、控制模塊ADAMS/Controls等，目前最新的版本為ADAMS 2012。

2 ADAMS與SolidWorks軟件的接口

ADAMS在機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)方面的仿真分析功能非常強(qiáng)大，但三維實(shí)體造型能力相對(duì)比較弱，目前常用的方法是先在三維CAD軟件中建立精確的模型， 然后將其轉(zhuǎn)換到動(dòng)力學(xué)仿真軟件中進(jìn)行仿真分析。由于SolidWorks與ADAMS均采用Parasolid核心實(shí)體造型技術(shù)，所以采用Parasolid格式導(dǎo)入ADAMS可以識(shí)別裝配體中的零件信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無縫傳遞，以提高仿真分析的速度、精度和效率。圖1所示的離心式飛球調(diào)速器是在SolidWorks軟件中建立的模型另存為 Parasolid（*.x_t） 格式，在ADAMS/View模塊中將其導(dǎo)入并修改構(gòu)件的質(zhì)量、慣性矩、施加約束和驅(qū)動(dòng)力等建立起來的數(shù)字化樣機(jī)模型。

3 機(jī)械離心式飛球調(diào)速器的工作原理[2]

機(jī)械離心式飛球調(diào)速器是根據(jù)彈簧力和離心力相平衡進(jìn)行調(diào)速的，工作中彈簧力總是將供油拉桿向循環(huán)供油量增加的方向移動(dòng)；而離心力總是將供油拉桿向循環(huán)供油量減少的方向移動(dòng)。如圖2所示，離心球2的支架與發(fā)動(dòng)機(jī)軸相聯(lián)，離心球鉸接在支架1上，并通過連桿3與活塞4相連。在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)軸的角速度ω保持不變，由油箱供給的燃油一部分通過增壓泵7增壓后輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)去，另一部分多余的油則經(jīng)過油路a進(jìn)入調(diào)節(jié)油缸5，再經(jīng)油路b回到油泵進(jìn)口處。

當(dāng)負(fù)荷減小時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)軸的角速度ω升高，離心力大于彈簧力，活塞4向左移動(dòng)，循環(huán)供油量減小，轉(zhuǎn)速降低，離心力又小于彈簧力，活塞4在彈簧6的作用下又向右移動(dòng)，循環(huán)供油量增加，轉(zhuǎn)速又升高，直到離心力和彈簧力平衡，活塞才保持不變。

反之當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，轉(zhuǎn)速降低，彈簧力大于離心力，活塞向循環(huán)供油量增加的方向移動(dòng)（即向右移動(dòng)），循環(huán)供油量增加，轉(zhuǎn)速升高，彈簧力又小于離心力，活塞又向循環(huán)供油量減小的方向移動(dòng)（即向左移動(dòng)），循環(huán)供油量減小，轉(zhuǎn)速又降低，直到離心力和彈簧力達(dá)到平衡。

4 仿真分析

在模型成功建立的基礎(chǔ)上，運(yùn)用ADAMS對(duì)離心式飛球調(diào)速器的數(shù)字化樣機(jī)進(jìn)行仿真分析。圖4所示為活塞的位移和速度曲線，由圖可知活塞的速度和位移在極短的時(shí)間里達(dá)到平衡狀態(tài)。圖5為彈簧的受力曲線圖，彈簧所受的力在極短的時(shí)間里達(dá)到了定值。由上述分析可知系統(tǒng)的靈敏度很高，能夠?qū)Πl(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，同時(shí)為下一步離心式調(diào)速器工作介質(zhì)流量的設(shè)計(jì)提供了一定的技術(shù)依據(jù)。

5 結(jié)束語

本文利用SolidWorks軟件進(jìn)行離心式飛球調(diào)速器的三維實(shí)體建模，并將其導(dǎo)入ADAMS進(jìn)行仿真分析和試驗(yàn)，驗(yàn)證了模型的正確性，為數(shù)字化樣機(jī)的設(shè)計(jì)和分析提供了一種便捷的數(shù)據(jù)交換方法。通過對(duì)數(shù)字化樣機(jī)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，得出了離心式飛球調(diào)速器的關(guān)鍵性能參數(shù)，為調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了一定的技術(shù)依據(jù)，幫助產(chǎn)品研發(fā)人員快速取得最佳的設(shè)計(jì)方案，從而減少了試驗(yàn)次數(shù)，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和工作性能，大大地縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期，減少了產(chǎn)品研發(fā)費(fèi)用，提高了設(shè)計(jì)效率。

參考文獻(xiàn)

[1]郝云堂，金燁，季輝.虛擬樣機(jī)技術(shù)及其在ADAMS中的實(shí)踐[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2003，3.

[2]孫桓，陳作模.機(jī)械原理[M].北京：高等教育出版社，1995.

[3]李增剛.ADAMS入門詳解與實(shí)例[M].北京：國防工業(yè)出版社，2010.

[4]立雅科技.SolidWorks2005[M].北京：中國鐵道出版社，2005.

作者簡介：武智（1978-），男，山西朔州人，太原理工大學(xué)在讀碩士，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)及仿真技術(shù)。endprint

摘 要：利用SolidWorks軟件建立了離心式飛球調(diào)速器的三維實(shí)體模型，導(dǎo)入ADAMS軟件中，對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析，得到了調(diào)速器的性能參數(shù)，為調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)化和設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：離心式飛球調(diào)速器；ADAMS；SolidWorks；仿真；數(shù)字化樣機(jī)

引言

數(shù)字化樣機(jī)技術(shù)（Digital Mockup）又稱為虛擬樣機(jī)技術(shù)（Virtual Prototype Technology），在產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，將零部件的設(shè)計(jì)和仿真分析技術(shù)結(jié)合在一起，在計(jì)算機(jī)上創(chuàng)建出產(chǎn)品的三維模型，通過用數(shù)字化樣機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的物理樣機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，目前已成為工程技術(shù)人員常用的方法，這樣可以在很大程度上減少機(jī)械產(chǎn)品開發(fā)的成本，縮短開發(fā)周期，明顯提高產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，獲得具有創(chuàng)新性和最優(yōu)化的機(jī)械產(chǎn)品。[1]

1 ADAMS仿真軟件概述

ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System）軟件是目前世界上應(yīng)用最為廣泛的機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)仿真軟件，其基本模塊是ADAMS/View和ADAMS/Postprocess模塊，另外針對(duì)一些專業(yè)領(lǐng)域而單獨(dú)開發(fā)的一些專用模塊和嵌入式模塊，如汽車模塊ADAMS/Car、發(fā)動(dòng)機(jī)模塊ADAMS/Engine、有限元模塊ADAMS/FEA、線性模塊ADAMS/Linear、機(jī)車模塊ADAMS/Rail、飛機(jī)模塊ADAMS/Aircraft、柔性體模塊ADAMS/AutoFlex、振動(dòng)模塊ADAMS/Vibration、耐久性模塊ADAMS/Durability、控制模塊ADAMS/Controls等，目前最新的版本為ADAMS 2012。

2 ADAMS與SolidWorks軟件的接口

ADAMS在機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)方面的仿真分析功能非常強(qiáng)大，但三維實(shí)體造型能力相對(duì)比較弱，目前常用的方法是先在三維CAD軟件中建立精確的模型， 然后將其轉(zhuǎn)換到動(dòng)力學(xué)仿真軟件中進(jìn)行仿真分析。由于SolidWorks與ADAMS均采用Parasolid核心實(shí)體造型技術(shù)，所以采用Parasolid格式導(dǎo)入ADAMS可以識(shí)別裝配體中的零件信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無縫傳遞，以提高仿真分析的速度、精度和效率。圖1所示的離心式飛球調(diào)速器是在SolidWorks軟件中建立的模型另存為 Parasolid（*.x_t） 格式，在ADAMS/View模塊中將其導(dǎo)入并修改構(gòu)件的質(zhì)量、慣性矩、施加約束和驅(qū)動(dòng)力等建立起來的數(shù)字化樣機(jī)模型。

3 機(jī)械離心式飛球調(diào)速器的工作原理[2]

機(jī)械離心式飛球調(diào)速器是根據(jù)彈簧力和離心力相平衡進(jìn)行調(diào)速的，工作中彈簧力總是將供油拉桿向循環(huán)供油量增加的方向移動(dòng)；而離心力總是將供油拉桿向循環(huán)供油量減少的方向移動(dòng)。如圖2所示，離心球2的支架與發(fā)動(dòng)機(jī)軸相聯(lián)，離心球鉸接在支架1上，并通過連桿3與活塞4相連。在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)軸的角速度ω保持不變，由油箱供給的燃油一部分通過增壓泵7增壓后輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)去，另一部分多余的油則經(jīng)過油路a進(jìn)入調(diào)節(jié)油缸5，再經(jīng)油路b回到油泵進(jìn)口處。

當(dāng)負(fù)荷減小時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)軸的角速度ω升高，離心力大于彈簧力，活塞4向左移動(dòng)，循環(huán)供油量減小，轉(zhuǎn)速降低，離心力又小于彈簧力，活塞4在彈簧6的作用下又向右移動(dòng)，循環(huán)供油量增加，轉(zhuǎn)速又升高，直到離心力和彈簧力平衡，活塞才保持不變。

反之當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，轉(zhuǎn)速降低，彈簧力大于離心力，活塞向循環(huán)供油量增加的方向移動(dòng)（即向右移動(dòng)），循環(huán)供油量增加，轉(zhuǎn)速升高，彈簧力又小于離心力，活塞又向循環(huán)供油量減小的方向移動(dòng)（即向左移動(dòng)），循環(huán)供油量減小，轉(zhuǎn)速又降低，直到離心力和彈簧力達(dá)到平衡。

4 仿真分析

在模型成功建立的基礎(chǔ)上，運(yùn)用ADAMS對(duì)離心式飛球調(diào)速器的數(shù)字化樣機(jī)進(jìn)行仿真分析。圖4所示為活塞的位移和速度曲線，由圖可知活塞的速度和位移在極短的時(shí)間里達(dá)到平衡狀態(tài)。圖5為彈簧的受力曲線圖，彈簧所受的力在極短的時(shí)間里達(dá)到了定值。由上述分析可知系統(tǒng)的靈敏度很高，能夠?qū)Πl(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，同時(shí)為下一步離心式調(diào)速器工作介質(zhì)流量的設(shè)計(jì)提供了一定的技術(shù)依據(jù)。

5 結(jié)束語

本文利用SolidWorks軟件進(jìn)行離心式飛球調(diào)速器的三維實(shí)體建模，并將其導(dǎo)入ADAMS進(jìn)行仿真分析和試驗(yàn)，驗(yàn)證了模型的正確性，為數(shù)字化樣機(jī)的設(shè)計(jì)和分析提供了一種便捷的數(shù)據(jù)交換方法。通過對(duì)數(shù)字化樣機(jī)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，得出了離心式飛球調(diào)速器的關(guān)鍵性能參數(shù)，為調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了一定的技術(shù)依據(jù)，幫助產(chǎn)品研發(fā)人員快速取得最佳的設(shè)計(jì)方案，從而減少了試驗(yàn)次數(shù)，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和工作性能，大大地縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期，減少了產(chǎn)品研發(fā)費(fèi)用，提高了設(shè)計(jì)效率。

參考文獻(xiàn)

[1]郝云堂，金燁，季輝.虛擬樣機(jī)技術(shù)及其在ADAMS中的實(shí)踐[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2003，3.

[2]孫桓，陳作模.機(jī)械原理[M].北京：高等教育出版社，1995.

[3]李增剛.ADAMS入門詳解與實(shí)例[M].北京：國防工業(yè)出版社，2010.

[4]立雅科技.SolidWorks2005[M].北京：中國鐵道出版社，2005.

作者簡介：武智（1978-），男，山西朔州人，太原理工大學(xué)在讀碩士，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)及仿真技術(shù)。endprint