直动尖顶从动件盘型凸轮机构有限元分析毕业设计(编辑修改稿)

直动尖顶从动件盘型凸轮机构有限元分析毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

的成套产品极具灵活性。 不论是为企业中新手还是能手使用；是单套部署还是企业级部署；是首次通过还是复杂分析；是桌面计算、并行计算还是多核计算，这一工程设计的高扩展性均能满足当 前与未来的需求。 ANSYS 是唯一一家能提供客户所需能力水平的仿真软件供应商，而且能随此类需求的发展无限扩展。 工程设计与开发可使用多种 CAD 产品、内部开发代码、物料库、第三方求解器、产品数据管理流程等其他工具。 与那些刻板、僵化的系统不同， ANSYS 的软件具有开放性和适应性特性，能实现高效的工作流程。 此外，其产品数据管理可使知识和经验在工作组间与企业内的实现共享。 5 对产品分析优化设计的应用方法 前处理 部分 实体建模 ANSYS 程序提供了两种实体建模方法：自顶向下与自底向上。 自顶向下进行实体建模时，用户定义一个模型的最高级图元，如球 、棱柱，称为基元，程序则自动定义相关的面、线及关键点。 用户利用这些高级图元直接构造几何模型，如二维的圆和矩形以及三维的块 、球、锥和柱。 无论使用自顶向下还是自底向上方法建模，用户均能使用 布尔 运算来组合数据集，从而 “雕塑出 ”一个实体模型。 ANS YS 程序提供了完整的 布尔 运算，诸如相加、 相减 、相交、分割、粘结和重叠。 在创建复杂实体模型时，对线、面、体、基元的 布尔 操作 能减少相当可观的建模工作量。 ANSYS 程序还提供了拖拉、延伸、旋转 、移动、延伸和拷贝实体模型图元的功能。 附加的功能还包括 圆弧构造、切线构造、通过拖拉与旋转生成面和体、线与面的自动相交运算、自动倒角生成、用于 网格 划分的硬点的建立、移动、拷贝和 删除。 自底向上进行实体建模时，用户从最低级的图元向上构造模型，即：用户首先定义关键点，然后依次是相关的线、面、体。 网格划分 ANSYS 程序提供了使用便捷、高质量的对 CAD 模型进行 网格 划分的功能。 包括四种 网格 划分方法：延伸划分、映像划分、自由 划分和自适应划分。 延伸网格 划分可将一个二维网格延伸成一个三维网格。 映像 网格 划分允许用户将几何模型分解成简单的几部分，然后 选择合适的单元属性和网格控制，生成映像网格。 ANSYS 程序的自由 网格 划分器功能是十分强大的，可对复杂模型直接划分，避免了 用户对各个部分分别划分然后进行组装时各部分网格不匹配带来的麻烦。 自适应网格 划分是在生成了具有边界条件的实体模型以后，用户 指示程序自动地生成有限元网格，分析、估计网格的离散误差，然后重新定义网格大小，再次分析计算、估计网格的离散误差，直至误差 低于用户定义的值或达到用户定义的求解次数。 最新版本 Ansys 同级别的软件还有 ADINA、 ABAQUS、MSC 等， ADINA 和 ABAQUS 在非线性计算功能方面比 ANSYS 强， ABAQUS没有流体计算模块， ADINA 不能做电磁分析但是 ADINA 是做流固耦合最好的软件。 6 施加载荷 在 ANSYS 中，载荷包括边界条件和外部或内部作应力函数，在不同的分析领域中有不同的表征，但基本上可以分为 6 大类：自由度约束、力（集中载荷）、面载荷、体载荷、惯性载荷以及耦合场载荷。 自由度约束（ DOF Constraints） :将给定的自由度用已知量表示。 例如在 结构分析 中约束是指位移和对称边界条件，而在热力学分析中则指的是温度和热通量平行的边界条件。 力（集中载荷）（ Force）：是指施加于模型 节点 上的集中载荷或者施加于实体模型边界上的载荷。 例如 结构分析 中的力和力矩，热力分析中的热流速度，磁场分析中的电流段。 面载荷（ Surface Load） :是指施加于某个面上的分布载荷。 例如 结构分析 中的压力，热力学分析中的对流和热通量。 体载荷（ Body Load） :是指体积或场载荷。 例如需要考虑的重力，热力分析中的热生成速度。 惯性载荷（ Inertia Loads） :是指由物体的惯性而引起的载荷。 例如重力加速度、角速度、角加速度引起的惯性力。 耦合场载荷（ Coupledfield Loads） :是一种特殊的载荷，是考虑到一种分析的结果，并将该结果作为另外一个分析的载荷。 例如将磁场分析中计算得到的磁力作为 结构分析 中的力载荷。 后处理 部分 ANSYS 程序提供两种后处理器：通用后处理器和时间历程后处理器。 1. 通用后处理器也 简称为 POSTl，用于分析处理整个模型在某个载荷步的某个了步、或者某个结果序列、或者某特定时间或频率下的结果，例如结构静力求解中载荷步 2 的最后 ― 个子步的压力、或者瞬态动力学求解中时间等于 6 秒时的位移、速度与加速度等。 2. 时间历程后处理器也简称为 PosT26，用于分析处理指定时间范围内模型指定节点上的某结果项随时间或频率的变化情况，例如在瞬态动力学分析中结构某节点上的位移、速度和加速度从 0 秒到 10 秒之间的变化规律。 后处理器处理可以处理的数据类型有两种：一是基本数据，是指每个节点求解所得自由度解，对于 结构求解为位移张量，其他类型求解还有热求解的温度、磁场求解的磁势等，这些结果项称为节点解；二是派生数据，是指根据基本数据导出的结果数据，通常是计算每个单元的所有节点、所有积分点或质心上的派生数据，所以也称为单元解。 不同分析类型有不同的单元解，对于结构求解有应力和应变等，其他如热求解的热梯度和热流量、磁场求解的磁通量等。 7 第二章 本课题研究的发展概况 凸轮机构简介 凸轮机构的特点及其日常生活的应用 凸轮机构及其技术的应用与发展凸轮机构简介工程中凸轮机构是典型的常用机构之一。 几乎所有简单的 、复杂的重复性机械动作都可由凸轮机构或者包括凸轮机构的组合机构来实现。 凸轮机构在机构化、自动化生产设备中得到极其广泛的应用。 在各种机构中凸轮机构具有易于设计和能准确地预测所产生运动的优点可以实现任意给定的位移、速度、加速度等运动规律在工程中得到了广泛的应用。 所以在许多机器中如纺织机、包装机、印刷机、压力机、仪器、内燃机、计算机以及农业机具中都可以找到凸轮机构。 凸轮机构在世界上的发展历史 在凸轮机构的理论研究方面欧美各国已有很多学者为此做出了巨大的贡献他们发表很多的论文和专著。 日本在这方面也有 很大发展日本是在第二次世界大战以后致力于发展实用的自动设备特别重视对凸轮机构的研究日本有很多从事凸轮机构研究的专家和专门生产凸轮机构的公司如大缘凸轮公司、三共制作所等。 日本在凸轮机构的研究方面取得了很大成就如在机构设计方面致力于寻求凸轮机构的精确解和使凸轮曲线多样化以适应新的要求发展凸轮机构的系统。 不仅如此日本学者还特别注重将各方面的研究成果应用到实际产品的开发中去。 我国对凸轮机构的应用和研究已有多年历史目前仍在继续扩展和深入。 如在应用沈拜航空工业学院硕士学位论文方面我国正在大力发展包装机械、食品机械等自动 化设备这些设备中都要用到各种形式的凸轮机构。 在研究方面近年来也有相当进展但主要是运动规律、动力学分析与综合、振动、优化设计、凸轮组合机构和等内容。 此外我国在凸轮机构的共轭曲面原理、和专家系统等方面也有相当研究。 但是与先进国家比较我国对凸轮机构的研究仍有较大差距特别是在加工和产品开发等方面 8 本课题研究内容 本课题研究的是 直动 尖顶从动件盘型 凸轮机构有限元 分析。 利用 对于 直动 尖端从动件来说从动件的尖端能够与任意复杂的凸轮轮廓保持接触，从而使从动件实现任意的运动规律。 这种从 动件结构最简单，但尖端处易磨损，故只适用于速度较低 和传力不大的场合。 在总结凸轮机构设计方法研究和凸轮机构研究的发展状况和发展趋势，在总结前人研究成果的基础上，结合当前的技术发展趋势，采用有限元方法来进行开展研究。 从而利用 ANSYS 进行 静力学分析及 瞬态动力学分析的方法、步骤和过程，并使用解析解对有限元分析结果进行验证。 ， 利用静力学分析凸轮施加载荷后受力情况。 并且利用瞬态动力分析时，结构上的载荷呈任意变化时在任意一个载荷步内，约束载荷重新设定并用曲线图显示位移和加速度曲线。 ANSYS 软件功用及其 对 本课题研究的 意义 软件应用 范围 ANSYS 是一种融结构、热、流体、电磁和声学于一体的大型通用有限元软件， 广泛应用于水利、铁路、汽车、造船、流体分析等工业领域，可在微机或工作站 上运行，能够进行应力分析、热分析、流场分析、电磁场分析等多物理场分析及 耦合分析，并且具有强大的前后处理功能。 ANSYS 公司成立于 1970年，总部设在美国的宾夕法尼亚洲，目前是世界 CAE 行业中最大的公司。 其创始人 John Swanson 博士为匹兹堡大学力学教授、有限元 界权威。 在 30 多年的发展过程中， ANSYS 不断改进提高，功能不断增强， 目前， ANSYS 软件已形成完善、成熟的三大核心体系：以结构、热力学为核 心的 MCAE 体系，以计算流体动力学为核心的 CFD 体系，以计算电磁学为核心的 CEM 体系。 这三大体系不仅提供 MCAE／ CFD／ CEM 领域的单场分析技术，各单场分析技 术之间还可以形成多物理场耦合分析机制。 9 软件特点 ANSYS 是一个大型通用的商业有限元软件，功能完备的前后处理器使ANSYS 易学易用，强大的图形处理能力及得心应手的实用工具使得用户在处理问题时得 心应手，奇特 的多平台解决方案使用户能够做到物尽其用， ANSYS提供两种基本网格划分技术：智能网格和映射网格，分别适合于 ANSYS 初学者和高级使用者。 智能网格、自适应、局部细分、层网格、网格随移、金字 塔单元 (六面体与四面体单元的过渡单元 )等多种网格划分工具，帮助用户完成精 确的有限元模型。 另外， ANSYS 还提供了与 CAD 软件专用的数据接口，能实现与 CAD 软件的无缝 几何模型传递。 这些 CAD 软件有 Pro／ E、 UG、 CATIA、lDEAS， Solidwork、 Solid edge、 lnventor、 MDT 等。 ANSYS 还可以读取 SAT、STEP、 ParaSolid、 lGES 格式的图形 标准文件。 此外， ANSYS 还具有近 200种单元类型，这些丰富的单元特性能使用户方便而 准确地构建出反映实际结构的仿真计算模型。 强大的求解器 ANSYS 提供了对各种物理场的分析，是目前唯一能融结构、热、电磁、流场、 声学等为一体的有限元软件。 除了常规的线性、非线性结构静力、动力分析之外， 还可以解决高度非线性结构的动力分析、结构非线性及非线性屈曲分析。 提供的 多种求解器分别适用于不同的问题及不同的硬件配置。 后处理功能 ANSYS 的 后处理用来观察 ANSYS 的分析结果。 ANSYS 的后处理分为通用后处理 模块和时间后处理模块两部分。 后处理结果可能包括位移温度应力应变速度以及 热流等，输出形式可以是图形显示和数据列表两种。 ANSYS 还提供自动或手动时 程计算结果处理的工具。 软件主要功用 ANSYS 软件的主要功能 ANSYS 软件提供了对各种物理场量的分析，是一种能够融结构、热流体、电 磁、声学于一体的大型通用有限元分析软件，其主要功能包括： 1 结构分析 结构分析是有限元分析方法最常用的一个应用领域。 ANSYS 能够 完成的结构 分析有：结构静力分析；结构非线性分析；结构动力学 分析；隐式、显示及显示 －隐式－显示耦合求解。 2 热分析 热分析用于计算一个系统的温度等热物理量的分布及变化情况。 ANSYS 能够完 成的热分析有：稳态温度场分析；瞬态温度场分析；相变分析；辐射分析。 3 流体动力学分析 ANSYS 程序的 FLOTRAN CFD 分析功能能够进行二维及三维的流体瞬态和稳态动 力学分析，其可以完成以下分析：层流、紊流分析；自由对流与强迫对流分析； 可压缩流 /不可压缩流分析；亚音速、跨音速、超音速流动分析；多组分流动分 析；移动壁面及自由界面分析；牛顿流与非牛顿流体分析；内流和 10 外流 分析；分 布阻尼和 FAN 模型；热辐射边界条件，管流。 4 电磁场分析 ANSYS 程序能分析电感、电容、涡流、电场分布、磁力线及能量损失等电磁场 问题，也可用于螺线管、发电机、变换器、电解槽等装置的设计与分析。 其内容 主要包括： 2D、 3D 及轴对称静磁场分析； 2D、 3D 及轴对称时变磁场；交流磁场分 析；静电场、 AC 电场分析； 5 声学分析 ANSYS 程序能进行声波在含流体介质中的传播的研究，也能分析浸泡在流体中 的固体结构的动态特性。 其涉及范围包括：声波在容器内的流体介质中传播；声 波在固体介质中的传播；水下结 构的动力分析；无限表面吸收单元。 6 压电分析 用于二维或三维结构对AC、 DC 或任意随时间变化的电流或机械载荷的响应。 主要研究内容如下：稳态分析、瞬态分析；谐响应分析；瞬态响应分析；交流、 直流、时变电载荷或机械载荷分析。 7 多耦合场分析 多耦合场分析就是考虑两个或多个物理之间的相互作用。 ANSYS 统一数据库及 多物理场分析并存的特点保证了可方便的进行耦合场分析，允许的耦合类型有以。