基于ANSYS的曲柄摇杆机构的有限元运动仿真.pdf

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1、机械设计与制造第4期150MachineryDesign&Manufacture2013年4月基于ANSYS的曲柄摇杆机构的有限元运动仿真张鑫宇，关丽坤(内蒙古科技大学机械工程学院，内蒙古包头014010)摘要：曲柄摇杆机构是平面连杆机构的基本类型之一，由于拥有诸多优点，使用广泛。但在传统的设计中面临的运动不准确等问题，使其发展受到了限制。使用简单模型，利用大型计算机商业软件ANSYS，对曲柄摇杆机构进行有限元运动分析。研究仿真过程中单元的选择，模型的建立，约束的施加等问题。对曲柄摇杆机构的运动过程进行模拟，

2、得到的计算结果与理论分析结果基本一致。获得机构运动学和动力学特征，为复杂机械的机构分析和设计提供了必要的基础。关键词：曲柄摇杆机构；有限元；仿真中图分类号：TH16；TH133．5文献标识码：A文章编号：1001—3997(2013)04—0150—03SimulationofCrank-RockerMechanismonFiniteElementbyANSYSZHANGXin—Yu．GUANLi—Kun(SchoolofMechanicalEngineering，InnerMongoliaUniversit

3、yofScienceandTechnology，InnerMongolia，Baotou014010，China)Abstract：Crank—rockermechanismisonebasictypeofplanarlinkage．anditiswidelyusedformanyadvantages．Howeverithasdevelopedslowlyformovinginaccuratelyintraditionalaesi昏．husesasimplemodel，analyzingthemovement

4、ofthecrank—rockermechanismbyfiniteelementtostudyhowtoselectthetypeofunits，establishthemodelandimposetheconstrain~．ByfiniteelementanalysisSoftwaFeANSYS，simulatingthemovementofthecrank—rockermechanism，itgetsthecalculatedresultswhichisconsistentwiththetheoreti

5、calanalysis．Obtainingthekinematicanddynamiccharacteristics，itprovidesthenecessaryfoundationforinstitutionalanalysisandsofcomplexmachinery．KeyWords：Crank-RockerMechanism；FiniteElement；Simulation1引言平面运动，限制其沿，Y轴的转动和沿轴的移动，只在平面内运动，曲柄的回转中心a限制、Y轴方向的移动，且可在y平平面连杆机构由

6、于低副联接，压强小、便于润滑、摩擦小、便面内做整周回转，应用约束数值2限制铰链d沿、Y轴方向的于加工制造等优点，一直被广泛采用。在传统的设计中有图解法和解析法，存在设计精度低，求解过程复杂的缺陷。采用有限元分移动。析技术不仅可以使复杂的分析过程变得简单容易，还为后续的强3进入瞬态动力学求解、度分析等提供了基础。分析结果的后处理，选择铰链d的饶轴的转动角度为变2曲柄摇杆机构模型的建立量，并对其进行数学操作，得到摇杆的角速度，角加速。获得分析，现以一曲柄摇杆机构为例，说明具体分析过程。此曲柄摇杆机结果，如图1～图

7、3所示。构各杆长度分别为=120mm，z=293mm，=420ram，=500mm，曲柄为原动件，转速为0．5r／min。如图1所示。建立有限元模型，选择瞬态动力学分析，各杆件采用三维梁单元BEAM4，各铰链采用三维铰链单元，COMBIN7，为便于参数的修改，定义分析参数，曲柄长度，圆周率，转动周期，各铰链坐标等。选择摇杆在极限位置1时的瞬时，根据几何关系，确定各杆及铰链所在位置并建立几何模型。选择材料，并对两种单元赋予相应的实常数，包括梁的截面积，面的转动惯量，沿轴线方向的厚度，扭转刚度等，选择大变形选项，

8、选择一个周期作为分析载荷步图1创建关键点时间，时间步长为T／25，设定分析的收敛值。施加约束，因机构为Fig．1KeyPoints来稿日期：2012—06—04基金项目：内营自治区自然科学基金项目(2012MS0711)；内蒙古科技大学创新基金项目(2011NCL069)作者简介：张鑫宇，(1979一)，女(满)，硕士，讲师，主要研究方向：现代设计理论及应用；关丽坤，(1963一)，女，硕士，硕士生