基于ADAMS和SolidWorks的离心式飞球调速器的仿真分析
2014-07-09武智
摘 要：利用SolidWorks软件建立了离心式飞球调速器的三维实体模型，导入ADAMS软件中，对其进行动力学仿真分析，得到了调速器的性能参数，为调速系统的优化和设计提供了理论依据。
关键词：离心式飞球调速器；ADAMS；SolidWorks；仿真；数字化样机
引言
数字化样机技术（Digital Mockup）又称为虚拟样机技术（Virtual Prototype Technology），在产品设计开发过程中，将零部件的设计和仿真分析技术结合在一起，在计算机上创建出产品的三维模型，通过用数字化样机代替传统的物理样机进行试验，目前已成为工程技术人员常用的方法，这样可以在很大程度上减少机械产品开发的成本，缩短开发周期，明显提高产品的质量和性能，获得具有创新性和最优化的机械产品。[1]
1 ADAMS仿真软件概述
ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System）软件是目前世界上应用最为广泛的机械系统运动学及动力学仿真软件，其基本模块是ADAMS/View和ADAMS/Postprocess模块，另外针对一些专业领域而单独开发的一些专用模块和嵌入式模块，如汽车模块ADAMS/Car、发动机模块ADAMS/Engine、有限元模块ADAMS/FEA、线性模块ADAMS/Linear、机车模块ADAMS/Rail、飞机模块ADAMS/Aircraft、柔性体模块ADAMS/AutoFlex、振动模块ADAMS/Vibration、耐久性模块ADAMS/Durability、控制模块ADAMS/Controls等，目前最新的版本为ADAMS 2012。
2 ADAMS与SolidWorks软件的接口
ADAMS在机械系统运动学和动力学方面的仿真分析功能非常强大，但三维实体造型能力相对比较弱，目前常用的方法是先在三维CAD软件中建立精确的模型， 然后将其转换到动力学仿真软件中进行仿真分析。由于SolidWorks与ADAMS均采用Parasolid核心实体造型技术，所以采用Parasolid格式导入ADAMS可以识别装配体中的零件信息，实现数据的无缝传递，以提高仿真分析的速度、精度和效率。图1所示的离心式飞球调速器是在SolidWorks软件中建立的模型另存为 Parasolid（*.x_t） 格式，在ADAMS/View模块中将其导入并修改构件的质量、惯性矩、施加约束和驱动力等建立起来的数字化样机模型。
3 机械离心式飞球调速器的工作原理[2]
机械离心式飞球调速器是根据弹簧力和离心力相平衡进行调速的，工作中弹簧力总是将供油拉杆向循环供油量增加的方向移动；而离心力总是将供油拉杆向循环供油量减少的方向移动。如图2所示，离心球2的支架与发动机轴相联，离心球铰接在支架1上，并通过连杆3与活塞4相连。在稳定运转状态下，发动机轴的角速度ω保持不变，由油箱供给的燃油一部分通过增压泵7增压后输送到发动机去，另一部分多余的油则经过油路a进入调节油缸5，再经油路b回到油泵进口处。
当负荷减小时，发动机轴的角速度ω升高，离心力大于弹簧力，活塞4向左移动，循环供油量减小，转速降低，离心力又小于弹簧力，活塞4在弹簧6的作用下又向右移动，循环供油量增加，转速又升高，直到离心力和弹簧力平衡，活塞才保持不变。
反之当负荷增加时，转速降低，弹簧力大于离心力，活塞向循环供油量增加的方向移动（即向右移动），循环供油量增加，转速升高，弹簧力又小于离心力，活塞又向循环供油量减小的方向移动（即向左移动），循环供油量减小，转速又降低，直到离心力和弹簧力达到平衡。
4 仿真分析
在模型成功建立的基础上，运用ADAMS对离心式飞球调速器的数字化样机进行仿真分析。图4所示为活塞的位移和速度曲线，由图可知活塞的速度和位移在极短的时间里达到平衡状态。图5为弹簧的受力曲线图，弹簧所受的力在极短的时间里达到了定值。由上述分析可知系统的灵敏度很高，能够对发动机进行速度调节，同时为下一步离心式调速器工作介质流量的设计提供了一定的技术依据。
5 结束语
本文利用SolidWorks软件进行离心式飞球调速器的三维实体建模，并将其导入ADAMS进行仿真分析和试验，验证了模型的正确性，为数字化样机的设计和分析提供了一种便捷的数据交换方法。通过对数字化样机进行动力学分析，得出了离心式飞球调速器的关键性能参数，为调速系统的设计提供了一定的技术依据，帮助产品研发人员快速取得最佳的设计方案，从而减少了试验次数，提高了产品的质量和工作性能，大大地缩短了产品的研发周期，减少了产品研发费用，提高了设计效率。
参考文献
[1]郝云堂，金烨，季辉.虚拟样机技术及其在ADAMS中的实践[J].机械设计与制造，2003，3.
[2]孙桓，陈作模.机械原理[M].北京：高等教育出版社，1995.
[3]李增刚.ADAMS入门详解与实例[M].北京：国防工业出版社，2010.
[4]立雅科技.SolidWorks2005[M].北京：中国铁道出版社，2005.
作者简介：武智（1978-），男，山西朔州人，太原理工大学在读硕士，研究方向：机械设计及仿真技术。endprint
摘 要：利用SolidWorks软件建立了离心式飞球调速器的三维实体模型，导入ADAMS软件中，对其进行动力学仿真分析，得到了调速器的性能参数，为调速系统的优化和设计提供了理论依据。
关键词：离心式飞球调速器；ADAMS；SolidWorks；仿真；数字化样机
引言
数字化样机技术（Digital Mockup）又称为虚拟样机技术（Virtual Prototype Technology），在产品设计开发过程中，将零部件的设计和仿真分析技术结合在一起，在计算机上创建出产品的三维模型，通过用数字化样机代替传统的物理样机进行试验，目前已成为工程技术人员常用的方法，这样可以在很大程度上减少机械产品开发的成本，缩短开发周期，明显提高产品的质量和性能，获得具有创新性和最优化的机械产品。[1]
1 ADAMS仿真软件概述
ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System）软件是目前世界上应用最为广泛的机械系统运动学及动力学仿真软件，其基本模块是ADAMS/View和ADAMS/Postprocess模块，另外针对一些专业领域而单独开发的一些专用模块和嵌入式模块，如汽车模块ADAMS/Car、发动机模块ADAMS/Engine、有限元模块ADAMS/FEA、线性模块ADAMS/Linear、机车模块ADAMS/Rail、飞机模块ADAMS/Aircraft、柔性体模块ADAMS/AutoFlex、振动模块ADAMS/Vibration、耐久性模块ADAMS/Durability、控制模块ADAMS/Controls等，目前最新的版本为ADAMS 2012。
2 ADAMS与SolidWorks软件的接口
ADAMS在机械系统运动学和动力学方面的仿真分析功能非常强大，但三维实体造型能力相对比较弱，目前常用的方法是先在三维CAD软件中建立精确的模型， 然后将其转换到动力学仿真软件中进行仿真分析。由于SolidWorks与ADAMS均采用Parasolid核心实体造型技术，所以采用Parasolid格式导入ADAMS可以识别装配体中的零件信息，实现数据的无缝传递，以提高仿真分析的速度、精度和效率。图1所示的离心式飞球调速器是在SolidWorks软件中建立的模型另存为 Parasolid（*.x_t） 格式，在ADAMS/View模块中将其导入并修改构件的质量、惯性矩、施加约束和驱动力等建立起来的数字化样机模型。
3 机械离心式飞球调速器的工作原理[2]
机械离心式飞球调速器是根据弹簧力和离心力相平衡进行调速的，工作中弹簧力总是将供油拉杆向循环供油量增加的方向移动；而离心力总是将供油拉杆向循环供油量减少的方向移动。如图2所示，离心球2的支架与发动机轴相联，离心球铰接在支架1上，并通过连杆3与活塞4相连。在稳定运转状态下，发动机轴的角速度ω保持不变，由油箱供给的燃油一部分通过增压泵7增压后输送到发动机去，另一部分多余的油则经过油路a进入调节油缸5，再经油路b回到油泵进口处。
当负荷减小时，发动机轴的角速度ω升高，离心力大于弹簧力，活塞4向左移动，循环供油量减小，转速降低，离心力又小于弹簧力，活塞4在弹簧6的作用下又向右移动，循环供油量增加，转速又升高，直到离心力和弹簧力平衡，活塞才保持不变。
反之当负荷增加时，转速降低，弹簧力大于离心力，活塞向循环供油量增加的方向移动（即向右移动），循环供油量增加，转速升高，弹簧力又小于离心力，活塞又向循环供油量减小的方向移动（即向左移动），循环供油量减小，转速又降低，直到离心力和弹簧力达到平衡。
4 仿真分析
在模型成功建立的基础上，运用ADAMS对离心式飞球调速器的数字化样机进行仿真分析。图4所示为活塞的位移和速度曲线，由图可知活塞的速度和位移在极短的时间里达到平衡状态。图5为弹簧的受力曲线图，弹簧所受的力在极短的时间里达到了定值。由上述分析可知系统的灵敏度很高，能够对发动机进行速度调节，同时为下一步离心式调速器工作介质流量的设计提供了一定的技术依据。
5 结束语
本文利用SolidWorks软件进行离心式飞球调速器的三维实体建模，并将其导入ADAMS进行仿真分析和试验，验证了模型的正确性，为数字化样机的设计和分析提供了一种便捷的数据交换方法。通过对数字化样机进行动力学分析，得出了离心式飞球调速器的关键性能参数，为调速系统的设计提供了一定的技术依据，帮助产品研发人员快速取得最佳的设计方案，从而减少了试验次数，提高了产品的质量和工作性能，大大地缩短了产品的研发周期，减少了产品研发费用，提高了设计效率。
参考文献
[1]郝云堂，金烨，季辉.虚拟样机技术及其在ADAMS中的实践[J].机械设计与制造，2003，3.
[2]孙桓，陈作模.机械原理[M].北京：高等教育出版社，1995.
[3]李增刚.ADAMS入门详解与实例[M].北京：国防工业出版社，2010.
[4]立雅科技.SolidWorks2005[M].北京：中国铁道出版社，2005.
作者简介：武智（1978-），男，山西朔州人，太原理工大学在读硕士，研究方向：机械设计及仿真技术。endprint
摘 要：利用SolidWorks软件建立了离心式飞球调速器的三维实体模型，导入ADAMS软件中，对其进行动力学仿真分析，得到了调速器的性能参数，为调速系统的优化和设计提供了理论依据。
关键词：离心式飞球调速器；ADAMS；SolidWorks；仿真；数字化样机
引言
数字化样机技术（Digital Mockup）又称为虚拟样机技术（Virtual Prototype Technology），在产品设计开发过程中，将零部件的设计和仿真分析技术结合在一起，在计算机上创建出产品的三维模型，通过用数字化样机代替传统的物理样机进行试验，目前已成为工程技术人员常用的方法，这样可以在很大程度上减少机械产品开发的成本，缩短开发周期，明显提高产品的质量和性能，获得具有创新性和最优化的机械产品。[1]
1 ADAMS仿真软件概述
ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System）软件是目前世界上应用最为广泛的机械系统运动学及动力学仿真软件，其基本模块是ADAMS/View和ADAMS/Postprocess模块，另外针对一些专业领域而单独开发的一些专用模块和嵌入式模块，如汽车模块ADAMS/Car、发动机模块ADAMS/Engine、有限元模块ADAMS/FEA、线性模块ADAMS/Linear、机车模块ADAMS/Rail、飞机模块ADAMS/Aircraft、柔性体模块ADAMS/AutoFlex、振动模块ADAMS/Vibration、耐久性模块ADAMS/Durability、控制模块ADAMS/Controls等，目前最新的版本为ADAMS 2012。
2 ADAMS与SolidWorks软件的接口
ADAMS在机械系统运动学和动力学方面的仿真分析功能非常强大，但三维实体造型能力相对比较弱，目前常用的方法是先在三维CAD软件中建立精确的模型， 然后将其转换到动力学仿真软件中进行仿真分析。由于SolidWorks与ADAMS均采用Parasolid核心实体造型技术，所以采用Parasolid格式导入ADAMS可以识别装配体中的零件信息，实现数据的无缝传递，以提高仿真分析的速度、精度和效率。图1所示的离心式飞球调速器是在SolidWorks软件中建立的模型另存为 Parasolid（*.x_t） 格式，在ADAMS/View模块中将其导入并修改构件的质量、惯性矩、施加约束和驱动力等建立起来的数字化样机模型。
3 机械离心式飞球调速器的工作原理[2]
机械离心式飞球调速器是根据弹簧力和离心力相平衡进行调速的，工作中弹簧力总是将供油拉杆向循环供油量增加的方向移动；而离心力总是将供油拉杆向循环供油量减少的方向移动。如图2所示，离心球2的支架与发动机轴相联，离心球铰接在支架1上，并通过连杆3与活塞4相连。在稳定运转状态下，发动机轴的角速度ω保持不变，由油箱供给的燃油一部分通过增压泵7增压后输送到发动机去，另一部分多余的油则经过油路a进入调节油缸5，再经油路b回到油泵进口处。
当负荷减小时，发动机轴的角速度ω升高，离心力大于弹簧力，活塞4向左移动，循环供油量减小，转速降低，离心力又小于弹簧力，活塞4在弹簧6的作用下又向右移动，循环供油量增加，转速又升高，直到离心力和弹簧力平衡，活塞才保持不变。
反之当负荷增加时，转速降低，弹簧力大于离心力，活塞向循环供油量增加的方向移动（即向右移动），循环供油量增加，转速升高，弹簧力又小于离心力，活塞又向循环供油量减小的方向移动（即向左移动），循环供油量减小，转速又降低，直到离心力和弹簧力达到平衡。
4 仿真分析
在模型成功建立的基础上，运用ADAMS对离心式飞球调速器的数字化样机进行仿真分析。图4所示为活塞的位移和速度曲线，由图可知活塞的速度和位移在极短的时间里达到平衡状态。图5为弹簧的受力曲线图，弹簧所受的力在极短的时间里达到了定值。由上述分析可知系统的灵敏度很高，能够对发动机进行速度调节，同时为下一步离心式调速器工作介质流量的设计提供了一定的技术依据。
5 结束语
本文利用SolidWorks软件进行离心式飞球调速器的三维实体建模，并将其导入ADAMS进行仿真分析和试验，验证了模型的正确性，为数字化样机的设计和分析提供了一种便捷的数据交换方法。通过对数字化样机进行动力学分析，得出了离心式飞球调速器的关键性能参数，为调速系统的设计提供了一定的技术依据，帮助产品研发人员快速取得最佳的设计方案，从而减少了试验次数，提高了产品的质量和工作性能，大大地缩短了产品的研发周期，减少了产品研发费用，提高了设计效率。
参考文献
[1]郝云堂，金烨，季辉.虚拟样机技术及其在ADAMS中的实践[J].机械设计与制造，2003，3.
[2]孙桓，陈作模.机械原理[M].北京：高等教育出版社，1995.
[3]李增刚.ADAMS入门详解与实例[M].北京：国防工业出版社，2010.
[4]立雅科技.SolidWorks2005[M].北京：中国铁道出版社，2005.
作者简介：武智（1978-），男，山西朔州人，太原理工大学在读硕士，研究方向：机械设计及仿真技术。endprint
