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1、School of Mechanical & Material Engineering 三峡大学机械与材料学院 第九章 发射装置实例 机械工程控制基础机械工程控制基础 School of Mechanical & Material Engineering 三峡大学机械与材料学院 第九章 发射装置实例 发射装置实例 School of Mechanical & Material Engineering 三峡大学机械与材料学院 第九章 发射装置实例 本章主要内容本章主要内容: : 9.19.1 发射装置三维模型 9.29.2 发射装置功能虚拟样机 9.39.3 俯仰仿真分析 9.49.4 回转仿真
2、分析 9.59.5 联合仿真分析 9.69.6 结论 School of Mechanical & Material Engineering 三峡大学机械与材料学院 第九章 发射装置实例 Part9.1发射装置三维模型 School of Mechanical & Material Engineering 三峡大学机械与材料学院 第九章 发射装置实例 School of Mechanical & Material Engineering 三峡大学机械与材料学院 第九章 发射装置实例 Part9.2 发射装置功能虚拟样机的建立 9.2.1 ADAMS几何模型 先将Pro/E模型保存为STEP格式
3、，然后由 UG读入STEP格式文件后，再导出为ADAMS 可以识别的Parasolid格式文件。这种方法得到 的ADAMS几何模型精度高，还可以按需要单个 零件导入或几个零件一起导入，便于操作。 School of Mechanical & Material Engineering 三峡大学机械与材料学院 第九章 发射装置实例 9.2.2定义运动约束 School of Mechanical & Material Engineering 三峡大学机械与材料学院 第九章 发射装置实例 虚拟样机模型 School of Mechanical & Material Engineering 三峡大学机
4、械与材料学院 第九章 发射装置实例 9.2.3 定义齿轮啮合的接触碰撞力 为了保证仿真分析的真实性，齿轮之间的啮合 运动关系没有被定义成理想化的几何约束关系 ，而是被定义为基于接触碰撞的力约束关系， 即齿轮之间只能通过接触碰撞力（法向）和摩 擦力（切向）相互约束，而不存在其他的约束 关系。 School of Mechanical & Material Engineering 三峡大学机械与材料学院 第九章 发射装置实例 在ADAMS中有两种接触碰撞的计算模型，一种 是基于Hert的Impact函数模型，一中是 基于恢复系数（Coefficient of restitution）的 泊松（PO
5、ISSON）模型。两种力模型都来自于 法向接触约束的惩罚函数。 ADAMS/C+Solver使用惩罚因子来转换所有 的接触约束。 School of Mechanical & Material Engineering 三峡大学机械与材料学院 第九章 发射装置实例 采用Impact函数来计算各啮合齿轮轮齿之间的接触碰撞 力。Impact函数模型将实际中物体的碰撞过程等效为基 于穿透深度的非线性弹簧阻尼模型，其计算表达式为 ： 其中 接触刚度系数； 位移开关量，用于确定单侧碰撞是否起作用 ； 接触物体之间的实测位移变量； 阻尼达到最大时两接触物体的穿透深度； 最大接触阻尼； 穿透速度； 非线性弹簧
6、力指数。 School of Mechanical & Material Engineering 三峡大学机械与材料学院 第九章 发射装置实例 弹性分量计算 物体接触刚度系数与物体的材料属性和接触表面的几何 形状有关，在此根据文献1提供的接触刚度计算式来计 算各齿轮啮合的齿廓面接触刚度，计算式为： 其中，相啮合的两齿廓面在啮合点处的曲率半径 。对于渐开线齿轮，其工作过程中啮合点在齿廓面上的 位置是不断变化的，其曲率半径也是不断变化的，主动 轮齿廓面上啮合点处的曲率半径由小变大，从动轮尺阔 面上啮合点处的曲率半径由大变小，因此以两轮齿在节 点处啮合作为计算点，则； ，m为 模数，z为啮合齿轮的齿
7、数，为节圆压力角，对于标准 啮合，节圆压力角等于分度圆压力角20o。 School of Mechanical & Material Engineering 三峡大学机械与材料学院 第九章 发射装置实例 材料参数，定义为：；， 为泊松比，E 为弹性模量 非线性指数n，根据Hert，一般取 1.5较合适。 School of Mechanical & Material Engineering 三峡大学机械与材料学院 第九章 发射装置实例 阻尼分量计算 采用文献2给出的非线性阻尼模型来计算轮齿 啮合接触阻尼系数，该阻尼模型认为物体表面 接触碰撞过程中的能量损失是由接触阻尼引 起的，在基于等效能量损
8、失的基础上给出接触 阻尼的计算式： School of Mechanical & Material Engineering 三峡大学机械与材料学院 第九章 发射装置实例 其中， K 接触刚度； e弹性恢复系数，一般定义为碰撞前法向速 度差值与碰撞后法向速度差值的比值。跟物体的材 料、碰撞表面曲率半径、碰撞速度、以及润滑介质 的粘度有关，一般通过实验测定。 穿透深度，对应ADAMS取最大阻尼系数时 的穿透深度，在此取； n非线性指数，一般取1.5。 u 碰撞速度，以相啮合的两个齿轮在节点处 的线速度的差值代替。在齿廓面间的动态碰撞力的 作用下，相啮合的两个齿轮在节点处的线速度是不 等的，且随时间
9、变化，即碰撞速度也不是定值 在阻尼分量中，弹性恢复系数和碰撞速度与实际的 工况有关，其具体的取值在各仿真工况下确定。 School of Mechanical & Material Engineering 三峡大学机械与材料学院 第九章 发射装置实例 摩擦力计算 接触体之间的摩擦力采用库仑摩擦模型，考虑静摩擦和 动摩擦，有润滑时，取静摩擦系数为0.08，动摩擦系数 为0.05，无润滑时，取静摩擦系数为0.15，动摩擦系数 为0.1。在ADAMS中摩擦力采用下面的函数表达式计算 ： F = -N * step(v, -Vs, -1, Vs, 1) * step(ABS(v), Vs, Cst,
10、Vtr, Cdy) 其中：N法向力； v表面相对滑移速度； Vs最大静摩擦对应的相对滑移速度； Cst静摩擦系数； Vtr动摩擦对应的相对滑移速度； Cdy动摩擦系数； School of Mechanical & Material Engineering 三峡大学机械与材料学院 第九章 发射装置实例 9.2.4电机输入信号 在ADAMS中采用step函数定义驱动表达式： W=step(time,0,0d,0.68,- 12000d)+step(time,0.68,0d,1.77,0d)+step(time, 1.77,0d,2.45,12000d) School of Mechanical
11、& Material Engineering 三峡大学机械与材料学院 第九章 发射装置实例 Part9.3 俯仰仿真分析 School of Mechanical & Material Engineering 三峡大学机械与材料学院 第九章 发射装置实例 设定计算误差为0.01，最小积分时间步长为 0.0001s，并设置仿真时间为3s，仿真输出步 数为1000步。对发射装置俯仰运动状态进行仿 真，得到发射装置俯仰运动定向器的轨迹图。 School of Mechanical & Material Engineering 三峡大学机械与材料学院 第九章 发射装置实例 仿真结果提取 发射定向器俯仰
12、转速曲线及其理论曲线 。 School of Mechanical & Material Engineering 三峡大学机械与材料学院 第九章 发射装置实例 由上图可知，发射装置定向器的俯仰转速在其 理论转速曲线附近波动，中间平稳运行时，波 动较大，启制动时波动较小。 School of Mechanical & Material Engineering 三峡大学机械与材料学院 第九章 发射装置实例 发射装置俯仰转速误差曲线 School of Mechanical & Material Engineering 三峡大学机械与材料学院 第九章 发射装置实例 计算俯仰转速误差绝对值的均值为 ，
13、发射 定向器在运行平稳后的理论转速为 ，计算 可得其误差的百分比为1.52%。 School of Mechanical & Material Engineering 三峡大学机械与材料学院 第九章 发射装置实例 发射定向器俯仰角度曲线及其理论曲线 School of Mechanical & Material Engineering 三峡大学机械与材料学院 第九章 发射装置实例 发射定向器俯仰角度误差曲线 School of Mechanical & Material Engineering 三峡大学机械与材料学院 第九章 发射装置实例 由图可知，发射装置定向器的仿真俯仰角度与 理论俯仰角度
14、基本重合，并且在2.45s时间内， 理论俯仰角为 ，仿真俯仰角为 ，角度 误差为 。 School of Mechanical & Material Engineering 三峡大学机械与材料学院 第九章 发射装置实例 发射定向器俯仰角加速度曲线 School of Mechanical & Material Engineering 三峡大学机械与材料学院 第九章 发射装置实例 由图可知，发射装置定向器俯仰角加速度变化 剧烈，与理论加速度曲线相差较大，最大动态 角加速度为 。原因主要是因为在实际的俯 仰过程中，由于整个框架、定向器和弹药的重 心不在其俯仰转动中心线上，由此产生的重力 偏心使得扇
15、形齿轮与减速器输出小齿轮相互驱 动，从而引起发射定向器俯仰加速度变化剧烈 。 School of Mechanical & Material Engineering 三峡大学机械与材料学院 第九章 发射装置实例 减速器1输出端小齿轮与扇形齿轮啮合的动态啮合力 如图所示，最大动态啮合力为8971.7837N。 School of Mechanical & Material Engineering 三峡大学机械与材料学院 第九章 发射装置实例 Part9.4 回转仿真分析 School of Mechanical & Material Engineering 三峡大学机械与材料学院 第九章 发射装
16、置实例 9.4.1回转运动电机输入信号 回转运动电机输入转速为3000转/min，即 18000度/s，运行时间为2.45s，电机启动和 制动的时间为0.68s，在ADAMS中采用step函 数定义驱动表达式： W=step(time,0,0d,0.68,- 18000d)+step(time,0.68,0d,1.77,0d)+step(t ime,1.77,0d,2.45,18000d) School of Mechanical & Material Engineering 三峡大学机械与材料学院 第九章 发射装置实例 回转运动电机输入转速曲线 School of Mechanical & Materi
