基于RecurDyn的多体动力学仿真

christy

　　大规模复杂的多体系统动力学问题，尤其是复杂的多接触问题是动力学分析的难点，本文对链式输送机构应用RecurDyn软件，在导入原有实体模型的基础上，快速构建仿真模型，结果另人满意。

　　产品开发工程师经常会遇到各种运动机构的动力学分析问题，有些情况过于复杂和特殊，特别是一些链式输送机构的动力学仿真问题，整个系统在高速的运动中涉及到的许多接触碰撞等受力情况会给系统的动力学求解带来极大的困难。RecurDyn 是新一代的动力学分析软件，采用全新的运动方程理论和完全递归算法，非常适合于求解大规模复杂的多体系统动力学问题，尤其是复杂的多接触问题。本文对某一形式的链式输送机构借助RecurDyn软件进行了动力学仿真。

　　一、系统建模

　　该链式输送机构用于高速间歇状态下传输筒型物体，由于系统的运动主要是在一个平面的运动，因此输送带采用具有旋转约束的链节相互联接而成，链节之间加入扭转弹簧以反映平面内的扭转刚度。每个链节依靠四个抱紧臂弹性固定着传输体，这四个抱紧臂通常可简化成弹性的悬臂曲梁，本例中简化成四个刚性铰接的小爪，并加上涡卷弹簧力，也可以很好地反映出实际情况。机构的运动是通过输链器装置完成的，主要是通过上方拨动齿的往复运动和下方防止链条反向倒退的阻动齿来共同驱动的。由于上方拨动齿的位置尚需精确的定位，故将上方拨动齿的运动简化为水平方向的牵引运动。

　　仿真模型的建立是在导入原有三维精确实体模型的基础上，用RecurDyn提供的多级子系统建模和空间多接触面定义快速构建出的，如图1、图2所示，并在此基础上添加力、碰撞、运动副等约束条件。由于该机构是高速间歇运动，因此采用一系列分段的时间与运动位移坐标来输入运动参数。

　　

　　图1 经简化的一对空链节模型

　　二、仿真分析

　　1.运动状态与干涉校验

　　首先必须考虑到链条柔度对运动的干涉影响，即考虑到在设计的平面柔度和扭转柔度范围内，长链条和最后只剩单个链节情况下，链节进入输链器装置内的运动状态，避免被卡住或干涉撞击引起抱紧臂变形。设计一定的链条柔度有助于输送系统工作的可靠性，但设计柔度不能过大，否则会引起勾挂现象，产生挂链故障并破坏链节。链式输送机构的运动仿真和链节的空间位移曲线如图3、图4所示。

　　

　　图2 链式输送机构的仿真模型

　　

　　图3 链式输送机构的运动仿真
      
　　图4 链节的空间位移曲线

　　2.关键件动载分析

　　拨动齿是输送机构中负载较大的功能性部件，在高速间歇受载运行中会周期性地冲撞击链条、激励销轴座及其支撑结构，形成一系列由冲击激励产生的振荡。在本模型中牵引运动的驱动力可近似为等效的冲击载荷，分析结果如图5所示。

　   
　　图5 冲击动载荷分析

　　3.运动平稳性分析

　　由于链式输送模型中含有多种非线性因素，采用完全递归算法，对各链节的各自由度运动幅值的敛散性进行分析，来判定链式输送系统的运动平稳性;同时得到考察运动平稳性的参数，即各链节的加速度值，如图6所示。


　　图6 加速度响应

　　4.抱紧力分析

　　抱紧臂的抱紧力设计也十分重要，该值越大，抱紧传输体越可靠，但装卸传输体就困难了;另一方面，从链节中脱出传输体将消耗过多的能量，对其他的相关机构工作不利。若该值较低，则容易使传输体在输送过程的剧烈抖动中掉落，产生故障，因此需要进行抱紧臂的抱紧力动态载荷分析，分析结果如图7所示。


　　图7 动态载荷分析

　　三、结束语

　　本文应用RecurDyn多体动力学软件，在导入原有实体模型的基础上，快速构建仿真模型。根据RecurDyn提供的多级子系统建模、空间多接触和完全递归算法等特有功能，对复杂链式输送机构的分析问题进行了动力学仿真，得到了做为设计参考的动力学参数，为链式输送机构的动力学设计提供了很好的设计校验方法。仿真结果可以检测输送系统工作的平稳性和可靠性，并预测链式输送机构故障的发生及现象模拟。

　　由于在计算碰撞的过程中对CAD模型的要求较高，而现有链节的钣金件模型及装配位置公差还有待精确完善，因此本模型对链节连接关系进行了简化，待更精确的模型建立后，可在各链节之间加入碰撞关系，从而更充分地考虑链条柔度、装配间隙、空间碰撞等在高速间歇运动复杂状态下的系统动力特性，进一步丰富仿真得到的结果。