CADCAE自动轴节加紧装置设计.docx

1、CADCAE自动轴节加紧装置设计自动肘节加紧装置姓名：班 级：学 号：指 导 教 师：第1章 研究任务简介 11.1 课程目标 11.2 课程选题及主要工作内容 1第2章 自动肘节加紧装置结构设计 22.1 Solidworks三维仿真软件介绍 22.2自动肘节加紧装置设计 22.2.1 自由度的确定 32.2.2 自动肘节夹紧装置的设计 32.3 本章小结 5第3章 自动肘节夹紧装置分析 53.1 ANSYS有限元分析软件简介 53.2 建模过程 63.2.1 三维模型的导入及前处理 63.2.2 施加约束和载荷及处理结果 73.4 本章小结 10第4章 自动肘节夹紧装置动力学分析 104.

2、1 ADAMS虚拟样机仿真软件简介 104.2 动力学分析 104.3 本章小结 11项目总结 11第5章 参考文献 12第1章 研究任务简介1.1 课程目标本教学环节是CAD/CAE 技术在机械工程及材料加工工程方面应用的重要实践性环节，是学生对 CAD及CAE 相关课程的基本知识、原理、方法的综合运用和全面训练，是进一步提高学生使用软件进行设计、分析能力，达到专业硕士培养要求的重要手段。 本教学环节旨在使学生了解并掌握CAD/CAE技术进行设计和科学分析的一般性方法和技术流程，提高学生解决相关研究领域实际问题的能力，为进一步顺利进入研究课题和参与科研工作奠定基础。1.2 课程选题及主要工作

3、内容本课题是设计自动肘节加紧装置，实现40mm 工件的50KN 夹紧力加紧，并对主要的受力部件进行强度校核, 以验证零件在给定的条件下静强度是否满足要求。本装置实质为一个机械结构，在设计过程中涉及到的问题有装置结构的确定、装置自由度的分析、装置主要部件静力学分析、以及最后装置的动力学分析。首先基于Solidworks软件对自动肘节加紧装置进行三维建模，然后应用ANSYS软件对整体结构进行静强度分析，最后对整体机构进行ANAMS动力学分析，以验证该机构是否满足设计要求。本装置采用气缸为动力装置，推动机构进行夹紧动作。在现代机械制造业中，为了提高效率和减轻劳动强度，人们越来越多地应用高效动力装置，

4、来代替手动夹紧装置装夹工件。如气动、液压、电动、电磁和真空等夹具，其中气动和液压夹紧装置应用最为广泛。气动夹紧的动力源为压缩空气，压缩空气一般由集中供气站通过管路供应，经管路损失后的实际压力为0.4-0.6MPa1。类似的气缸为动力元件的夹紧装置由图1-1所示图1-1 类似夹紧装置第2章 自动肘节加紧装置结构设计2.1 Solidworks三维仿真软件介绍随着计算机软件的发展，在现代设计初期，多采用建模仿真软件，模拟设计中的各个部件以及各部件的连接、运动关系，以缩短机械设计、制造周期，同时大大提高设计的可靠性。本设计中所用的建模仿真软件为Solid works。Solidworks是目前在我国

5、应用比较广泛的工业设计自动化大型集成软件，所涉及的行业包括工业设计、机械、仿真、制造和数据管理、电路设计、汽车、航天、玩具等。Solidworks软件功能强大，组件繁多，包括三维实体建模、三维曲面建模、模型的空间转换、显示控制和观察、零件装配及干涉检验、平面出图、渲染处理、资料验证、数据交换、文件管理及数据库、机械仿真分析等功能。功能强大、易学易用和技术创新是SolidWorks 的三大特点，使得SolidWorks成为领先的、主流的三维CAD解决方案。SolidWorks能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks不仅提供如此强大的功能，同时对每个工程师

6、和设计者来说，操作简单方便、易学易用。2.2自动肘节加紧装置设计首先需要确定装置的结构简图，原则上要求简单，能实现所要求的任务为准，因此本装置结构简图，如图2-1所示。图2-1结构简图2.2.1 自由度的确定装置若气缸固定，自由度不能满足要求，气缸的尾部增加一个转动副，这样整体机构的自由度为1，满足要求，进行建模，因此机构简图如图2-2所示图2-2机构简图2.2.2 自动肘节夹紧装置的设计本装置通过气缸提供动力，底座和气缸之间通过短轴连接，短轴外有铜套，过盈配合，铜套与底座孔采用间隙配合，这样使气缸尾部可以绕短轴旋转，结合夹具的特点选用铜套而不用轴承连接零件，以下其余零件的连接均采用这方法。各

7、个零件通过短轴来连接，短轴两端有孔，用来固定，通过夹紧零件旋转对工件实施夹紧。装置的整体结构如图2-3所示。图2-3整体结构气缸的选择CM2系列，缸径选择40mm，使用压力完全满足夹具的要求。其规格如图2-4所示图2-4 气缸规格其余主要零件如下图所示 图2-5连接头 图2-6连杆1 图2-7连杆2 图2-8夹紧件 图2-9铜套 图2-10底座2.3 本章小结本章的主要工作是基于Solidworks软件的自动肘节夹紧装置的三维模型设计。首先根据工作原理进行各个零件的设计,然后进行三维实体设计，运用solidworks三维造型功能，绘制零件，进而组合转配，构造出自动肘节夹紧装置的三维实体造型。实

8、体造型的建立，为接下来要进行模拟仿真、有限元分析、动力学分析奠定了基础。第3章 自动肘节夹紧装置分析3.1 ANSYS有限元分析软件简介ANSYS软件是融合结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元分析软件。可广泛应用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木、日用家电等一般工业及科学研究。该软件可在大多数计算机及操作系统中运行，从PC到工作站到巨型计算机，ANSYS文件在其所有的产品系列和工作平台上均兼容。ANSYS可以进行结构分心、热分析、电磁分析、流体分析以及耦合场分析。仿真协同环境的目标是，通过对产品研发流程中仿真环境的开发与实施，搭建一个

9、具有自主知识产权的、集成多学科异构CAE技术的仿真系统。所有与仿真工作相关的人、技术、数据在这个统一环境中协同工作，各类数据之间的交流、通讯和共享皆可在这个环境中完成。开发这个协同仿真环境的平台便是ANSYS Workbench。Workbench是ANSYS公司开发的一种协同仿真环境。Workbench集设计、优化、仿真、网格变形等功能于一体，其界面风格深受广大用户喜爱，其与CAD软件的接口非常好。而且，其几何处理、网格划分和后处理能力十分强大，在各个领域得到了高度的评价和广泛的应用。3.2 建模过程3.2.1 三维模型的导入及前处理在上一章中，已经建立了三维模型，把三维模型导入Workbe

10、nch软件中，并将其与静态结构分析模块建立连接（如图3-1所示）。图3-1接下来进入Mechanical，依次对几何模型、坐标系、约束、网格划分进行详细设置。夹紧装置的模型如图3-2所示图3-2对模型进行网格划分，因机构较简单，采用默认方式自动划分，如图3-3所示图3-3 网格划分3.2.2 施加约束和载荷及处理结果夹紧装置对工件施加50KN的夹紧力，将力施加在夹紧零件上，应力结果如图3-4所示图3-4 应力结果应变结果如图3-5所示图3-5 应变结果X轴的形变如图3-6所示图3-6 X轴形变Y轴的形变如图3-7所示图3-7 Y轴形变Z轴的形变如图3-8所示图3-8 Z轴形变从处理结果中可以看

11、出，工件和与工件接触的加紧工件等效弹性应变比较大，和理论分析的结果一致，与此同时底座与零件连接处也承受应力较大，但在结构钢的承载范围内。因此在设计零件时要加强此处，在实际使用中要经常检查此处，以防因疲劳失效致使机构破坏。3.4 本章小结 本章的主要工作是对自动肘节夹紧装置进行静强度分析，首先对整体结构进行静态结构分析，然后找承受应力比较大的零件和理论分析结果一致，证明结构合理。第4章 自动肘节夹紧装置动力学分析4.1 ADAMS虚拟样机仿真软件简介ADAMS是专门用于机械产品虚拟开发的工具软件，通过虚拟样机和测试，在产品开发阶段就可以帮助设计者发现产品缺陷，并提出改进的方法。ADAMS研究复杂

12、系统的运动学关系和动力学关系，它以计算多体系统动力学为理论基础，结合高速计算机来对产品进行仿真计算，得到各种实验数据，帮助设计者发现问题并解决问题。ADAMS可以进行刚性体建模、柔性体建模、参数化设计与计算、振动分析和液压传动等。它除了基本的View模块和Postprocess模块之外，还集成了汽车模块（Car）、发动机模块（Engine）、振动模块(Vibration)、液压模块（Hydraulic）等。其应用领域包括航空航天、汽车制造、铸造、噪声控制、产品设计的各个方面。4.2 动力学分析首先，把第2章中建立的三维模型导入ADAMS软件中，选择Import，找到事先生成的Passward格

13、式的文件,然后建立约束进行分析，首先对动力架添加固定约束，对各可动关节添加相应运动副，如图4-1所示图4-1 添加约束运行分析，查看所需要的动力学结果图线，如速度、加速度的图线。如图4-2所示图4-2速度、加速度图本机构对运动学并不需要严格的分析，满足夹紧工件的动作，只需查看运动趋势即可，如有明显的设计缺陷，然后加以改正。4.3 本章小结本章在自动肘节夹紧装置实体建模的基础上，基于ADAMS软件完成了其动力学模拟仿真，夹紧装置对于动力学不是研究重点，仅给出了部分图线图。项目总结本项目是CAD/CAE技术在机械工程及材料加工工程方面应用的重要实践性应用，在此过程中，我得到了对CAD及CAE相关课

14、程的基本知识、原理、方法的综合运用和全面训练，提高了解决相关研究领域实际问题的能力，为进一步提高使用软件进行设计、分析能力，顺利进入研究课题和参与科研工作奠定基础。本项目选取的研究对象是自动肘节夹紧装置，首先基于Solidworks软件对自动肘节夹紧装置进行三维建模，然后应用ANSYS有限元分析软件对整体结构件进行静强度分析，最后对整体机构进行ANAMS动力学仿真，从而验证该机构是否满足设计要求。在完成项目的过程中，我遇到了很多困难，得到了我的指导老师的悉心的指导，还有师兄的热心讲解。限于作者水平，肯定还有不完善或疏忽的地方，比如ANSYS网格划分的控制、ANAMS驱动力的函数输入等等，我会在今后的学习和研究中进一步完善。在整个项目过程中，我们从中学到了很多书本上学不到的知识，还培养了自主学习的能力。认识到的不足之处，使我们明确地找到了接下来努力的方向，相信在接下来的课程学习和项目研究过程中我一定会有长足的进步。第5章 参考文献1 孙英达，徐文琴. 气-液压增压夹紧装置J. 工艺设备，2004（477）：64-65.