基于Solidworks和ADAMS的切割機虛擬樣機設計與仿真分析

　　根據切割機的功能要求，運用Solidworks軟件對切割機進(jìn)行建模，然后將其導入ADAMS軟件中，運用ADAMS軟件對其傳動(dòng)系統進(jìn)行仿真分析，為切割機的傳動(dòng)系統的設計及后續的制造提供一定的理論基礎。

　　引言

　　隨著(zhù)制造業(yè)間的競爭日趨激烈，各類(lèi)制造業(yè)企業(yè)必須積極解決其新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)時(shí)間、質(zhì)量、成本、服務(wù)、環(huán)境等難題。而信息技術(shù)的飛速發(fā)展，極大地促進(jìn)了傳統制造業(yè)的發(fā)展與革命。其中，作為21世紀的新先進(jìn)制造模式敏捷制造的關(guān)鍵技術(shù))))虛擬樣機技術(shù)正成為各國紛紛研究的新熱點(diǎn)。虛擬樣機技術(shù)是一種基于產(chǎn)品計算機仿真模型的數字化設計方法，其核心是利用虛擬樣機代替物理樣機對產(chǎn)品進(jìn)行創(chuàng )新設計、測試和評估，可縮短開(kāi)發(fā)周期，降低成本，改進(jìn)產(chǎn)品設計質(zhì)量，提高面向客戶(hù)與市場(chǎng)需求的能力。對于工業(yè)切割業(yè)來(lái)說(shuō)，同樣可以利用虛擬樣機技術(shù)進(jìn)行設計應用。

1、切割機性能要求

　　切割機主要是由基座、砂輪、電動(dòng)機或其他動(dòng)力源、托架、防護罩和給水器等所組成。本文中我們對其簡(jiǎn)化建模，其結構由皮帶輪、帶輪、傳動(dòng)軸、切割片等構件組成，其傳動(dòng)原理是:由電動(dòng)機提供外力轉動(dòng)帶輪1，帶輪1和帶輪2由皮帶連接，帶輪2連接傳動(dòng)軸，而傳動(dòng)軸的另一端與切割片集合，最終通過(guò)帶輪2通過(guò)傳動(dòng)軸帶動(dòng)切割片作用。我們知道皮帶輪的速比是輪徑的比。平帶傳動(dòng)若是不忽略滑動(dòng)，即帶輪之間的摩擦力，理論上為輪徑比。但在實(shí)際應用研究中，需考慮皮帶輪間的摩擦力，因此在本文中，對切割機的皮帶輪進(jìn)行了物理簡(jiǎn)化，即兩輪相切，因為皮帶輪中速比即輪徑比，同時(shí)加上摩擦力bc，即將復雜的皮帶輪簡(jiǎn)化為兩齒輪相切結構。因為在A(yíng)DAMS中，皮帶輪的建模相當復雜，工作量繁瑣。因此簡(jiǎn)化后，如圖1中的大小圓相切，可避免不必要的復雜建模。而對于切割片部分，可以相應地看做負載，即N=Ft@V，其中，Ft是切向切割力，V是砂輪線(xiàn)速度。若Fn為切割處徑向壓力，就切割方式來(lái)說(shuō)，切向力Ft是靠徑向力Fn才能形成的；Fn越大，Ft越大；Fn/Ft大約在1.5~3之間。對F1進(jìn)行定義為F1=kH，其中，k為彈性系數，受磨料硬度、砂輪自銳性、砂輪強度、被切材硬度、尺寸、切割處徑向壓力等等許多因素決定的。因此確定k的區間即可達到對切割機性能優(yōu)化的目的。經(jīng)過(guò)上述簡(jiǎn)化后，切割機的傳動(dòng)系統可以簡(jiǎn)化為圖1所示。

H1、H2是轉角，J1、J2是轉動(dòng)慣量，M1、M2是轉矩，bc是阻尼系數，k1是彈簧系數，r1、r2是齒輪半徑

圖1 切割機傳動(dòng)系統

5、結論

　　本文介紹了切割機工作原理，同時(shí)工作中由于皮帶間一定摩擦因數下，過(guò)高或過(guò)低的負載載荷，都會(huì )導致皮帶滑脫，切割機出力異常等問(wèn)題。因此為了對切割機機構進(jìn)行優(yōu)化，我們需要推導驗證出負載功率即轉化為彈性系數k正常運行區間。為物理樣機的制造提供一定依據。經(jīng)過(guò)ADAMS建模分析很好地驗證了上述情況，并求出了負載彈性系數運行正常區間，研究表明，利用ADAMS對模型進(jìn)行分析，通過(guò)仿真分析得到角度，速度的仿真響應曲線(xiàn)，以模擬實(shí)物在現實(shí)中的物理表現，發(fā)現問(wèn)題，能方便有效地確定優(yōu)化目標，為物理樣機的制造節約時(shí)間與成本。