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1、成绩中国矿业大学2010 级 博一士研究生课程考试试卷考试科目机械系统建模及仿真考试时间2011年1月学生姓名阮文苏学 号 ZB10050014所在院系机电工程学院任课教师江晓红中国矿业大学研究生院培养管理处印制图1冲击自振筛1-筛杆座；2-筛杆冲击自振筛是一种利用物料筛分装置，其机构如图1所示。其工作原理为：待筛分物料以一定速度冲击筛杆 1,引起筛杆的振动，进而对物料起到筛分的效果。该系统中，筛杆装 在筛杆座的孔中，杆与孔为间隙配合，为一含间隙接触的机构， 该间隙的大小直接影响自振 筛的动态性能，进而影响筛分效果，因而对该间隙接触机构进行接触碰撞分析，研究其动态性能，对于合理选取间隙，改善自
2、振筛性能具有很重要的意义。在该研究中，我们主要研究 单颗物料与含间隙接触的筛杆机构进行碰撞的动态特性分析，主要研究筛杆与筛杆座间的间隙大小、筛杆与筛杆座间的刚度及阻尼大小对碰撞动态特性的影响。1.三维模型的建立图2含间隙接触的机构三维图三维设计软件 Pro/e具有很强的三维造型能力，并且拥有和ADAMS勺无缝连接接口。因此在Pro/e中对仿真系统进行三维建模，建立的筛杆和杆座装配模型如图2所示。把该文件保存成X_T格式以便ADAMS调用。2.DDAM3仿真分析(1)启动 ADAMS双击桌面上 ADAMS/View的快捷图标，打开ADAMS/View。在欢迎对话框中选择 “ Create a n
3、ew model”，在模型名称(Model name)栏中输入：jxg ;在重力名称(Gravity )栏中选 择 “ Earth Normal (-Global Y) ”；在单位名称 (Un its )栏中选择 “ MMKS- mm,kg,N,s,deg ”。 如图3所示。Hw WQyld you .-ike to proceed?MSC.ADAMS吊 Cieale a new rnodElt* Open an exieting fjatabfi&af" Impart & ftle厂 ExitModsl namej«gGravityEarth Mormal
4、 (-Global ¥)Unit 冷MMKS - mrn.kg.N,? .deg二OK 1Start in C;DocuTnentE and SetiingsAdminMSCXSoftware.EI til ATI I* lilLITl4#图3 ADAMS欢迎对话框(2.) 设置工作环境对于这个模型，网格间距需要设置成更高的精度以满足要求。在ADAMS/View菜单栏中，选择设置(Setting )下拉菜单中的工作网格(Working Grid )命令。系统弹出设置工作网格对话框，将网格的尺寸(Size)中的X和Y分别设置成200mm和200mm间距(Spaci ng ) 中的X和Y
5、都设置成10mm然后点击"OK'确定。如图4所表示。WorkiiTg Grid Settingsy Show Wooing GridID#忌 F)eclan广 PclgrX¥|200mm)(200mm(10 mm)(10mm)ColorWeight产 DotsConirast T1 I* AxesConirasl 二|1 ”厂 LinesContrast 上rr TriadSalid二SizeSpacingSatLou ation +OK如plyCancel.Set Oriental ion 图4工作网格设置图5模型导入对话框#5（3）.导入模型在ADAMS/Vie
6、w菜单栏中，点击file 菜单下的import命令，出现图5所示对话框，在 对话框中输入Pro/e中保存的文件。（4）创建下落小球在ADAMS/View零件库中选择图标，参数选择为“ New Part ”，半径（Radius）选择25mm。按F4快捷键，打开栅格捕捉窗口，当坐标显示为（0，200, 0）时，单击鼠标左键，建立小球模型。调整小球到筛杆质心正上方，双击小球模型，在弹出的对话框中，将Category 选项设为 Nameand Position ，将 Location 栏的值 0.0, 0.0, 0.0 改为 0.0, 0.0,7所示。建立好的球体如图&60.0（位置移动），点
7、击对话框下面的 OK键进行确定，如图Sphere图6球体参数设置图7球体修改图8建立好的球体（5）添加约束副选择ADAMS/View约束库中的固定副图标岂，参数选择2 Bod-1 Loc和Normal To Grid 。在ADAMS/View工作窗口中先用鼠标左键选择筛杆座（ PART_2 ,然后选择机架（grou nd ）,接 着选择筛杆座上的 PART_2.cm如图9所示，图中显亮的部分就是所创建的固定副 （JOINT_1）， 同理对另一个杆座也建立一个固定副。图9固定副的建立7#由于筛杆与筛杆座之间有接触关系，因此创建完筛杆座的固定副约束后，还要创建筛#杆与筛杆座间的接触。先点选力库中的
8、10所示对话框。Cre*1e ContMlCorrtacl NameContacl TypeSolid to SolidI SolidJ SolidContact SolidTextP Force Display厂 Augmented Ldgrangiari图10接触设置对话框.modeljxg. CONTACT_1Guesses ParameterizeField InfoBrowse .Create#相关系数设在I Solid 里单击右键，选 PART_2在J Solid 里点右键选 PART_， 置如图11。8#Normal FcircE| ImpactIF#Force Exponent
9、6E-KJ06(1.5809E+OO8StiffnessDamping#Penetration Depth1.0E-002Friction ForceCoulomb同理在杆与小球之间建立接触，相关参数设置如图12.Normal Fofce图12筛杆与小球间接触相关系数设置910图13建立后的仿真模型最终建立好的仿真模型如图13所示。点击仿真按钮(EndTime)为 1.5 ,仿真工作步长 (Step Size )(6 )模型仿真为300，然后点击开始仿真按钮 D,进行仿真。仿真结束后，单击进入后处理设置过滤器，如图14Da1aModelFitterCharacteristicbodyt*r亡电
10、Source ObjectsFilter+ C0M7ACT_l+ C0MTAC7 2ForceJ?JIndependent Axis:4 TimeDataComponent 厂 Surf匚二沁融二二| Add CuiyssTo Cunrem *Clear Plot图14过滤器设置(7 )仿真结果及分析筛杆与筛杆座无间隙与有间隙的仿真结果比较分析#rrodel 2SDAnly-sis: Lest_RunTine (sw)20114KMB 1<29：®Analysis Les1_RunfflOtlel 280lime (sec)2011-03-0314:293920.015.0图1
11、5 b无间隙时筛杆与筛杆座间的作用力ffiodel_2®.COMTACT3.EfeniBnt Fc)rc®.Magk图16 a有间隙时球体与筛杆间的作用力12900 0加物料与筛杆的接触时间， 从而有效减小冲击力， 但是间隙配合使得筛杆与筛杆座接触处出 现较大的冲击力。 间隙大小的影响图17 a较小间隙时球体与筛杆间的作用力图17 b较小间隙时筛杆与筛杆座间的作用力2DQ01500 -QQ an25DOD.OkmleOJOCIOAdllil0.51.01.5 .CONTACT JJJEtemenl Jorc® Msg1di11. A.u .I10CGD015D0D
12、U051 05®0.02GC（血母Jmodel_284图18 b较大间隙时筛杆与筛杆座间的作用力对比图17与图18可看出，间隙值过大时，间隙元素之间的碰撞力骤增，合理选取 间隙大小可控制冲击力的大小，又可增加筛杆的振动。 杆座刚度不同的影响I I_ 1 -.1k0.Q0.51.C1.5图19 a杆座刚度较小时球体与筛杆间的作用力1490OQC-CWE 亘£匚lElemerl11 ,”j.j600.07U0.0B10.0200.01QD.D0.0O.DD.51LD图20 a杆座刚度较小时球体与筛杆间的作用力i odo a0JO.011 AC 1 _1 .t6ni8n_r0rC
13、s.rnay IB.i1 LI-d一 =J1 一 "I11900.0700 JQMOO -500D -3Q0D2MJ0100 0 D.51J3图20 b杆座刚度较小时筛杆与筛杆座间的作用力对比图19与图20可以看出，间隙元素之间的碰撞力对筛杆与筛杆座刚度系数的变化并 不十分敏感。杆座阻尼不同的影响162D JOBEfTwni Ftt Msg |1SJ0 -100 -0.51.tt900 JO700 JO - 6000- smxj -400 JO -MO -200 JO -JQJoo(匸 q 豆EEJCyJ05-.CONTACT JI Elefwit Forc« Ms©1.julil . 1fa. . a«” 一 ., 1J0图21 b杆座阻尼较小时筛杆与筛杆座间的作用力肿阳_2日0.0C0HTACT_3 ElenerS.Force.Mag.51.0图22 a杆座阻尼较大时球体与筛杆间的作用力18model 2S的变化较为敏感。3.总结通过仿真可知，筛杆与筛杆座之间的间隙大小及阻尼大小对筛分动态特性有较大的影响，而筛杆与筛杆座之间的刚度系数则对动态特性影响较小。因此，设计过程中，合理选择间隙及阻尼，对于改善冲击自振筛的性能具有重要的意义。19