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ADAMS产品开发设计论文

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1ADAMS虚拟样机技术

1.1测试初始模型

通过作用在操作手柄上端80N的力来产生至少800N的夹紧力,来对该机构进行一次动态仿真。当D处于F和C的连线时,夹紧力达到最大值。通过测量角度来反映手柄压下的行程,弹簧挂锁锁紧时,手柄需要压过锁紧点位置,从而保证挂锁处于自锁状态。借助传感器使该角度在不小于0°时仿真停止,再进行一次动态仿真来测量弹簧力和角度的变化值,仿真结果如图3所示。

1.2检测测试结果

下面调入物理样机试验数据,将模拟仿真结果与物理样机试验数据对照比较,如图4所示。验证了所设计方案的可行性。

1.3虚拟样机模型参数化的优化

a)参数化模型本文的虚拟样机模型是依附于设计点建立的,因此采用参数化点坐标的方法。将设计点的坐标参数化,可以自动地修改与设计点有关的对象,并利用这些点产生新的构件,当这些设计点的参数改变时,与其相关联的几何形体也将自动更新,得到新的虚拟样机模型,故通过将点的坐标参数化可以实现弹簧挂锁机构模型的参数化[5]。本文将设计点POINT-1作为原点,其参数值不变,对设计点POINT-2一POINT-6的横坐标和纵坐标进行参数化处理,创建设计变量DV-1~DV-10。b)优化设计优化分析是ADAMS/View提供的一种高级参数化计算、分析工具,在设定的变化范围内,通过分析程序自动地调整设计变量,求取最佳设计。样机优化设计方法有2种:1)同时考虑各个设计变量,进行仿真分析,得出优化结果,这种方法在设计变量较少时适用;2)先分别对每个设计变量进行优化灵敏度分析,选取灵敏度最高,即对设计影响最大的几个变量进行调整,得出优化结果,该方法在设计变量较多时适用[6]。本文采用2)方法,优化目标是使弹簧挂锁机构夹紧力达到最大。为了对虚拟样机模型进行细化处理,需要创建设计变量,并对设计变量值进行设计。用设计变量代替虚拟样机模型中设计点的x和y坐标值。但为了保证机构的封闭性要求,保留手柄端点point-4坐标值为常数。

1.4虚拟样机模型设计研究

为快速地获得虚拟样机的改善模型,在满足手柄能通过死点的条件下,需要对一些点进行设计方案研究,从中找出一种较优的方案使夹紧力最大,同时可以迅速确定设计变量的取值范围。同理,在其余变量保持恒定的基础上,分别对每一个变量进行设计研究,以直观比较系统模型针对各个设计变量的灵敏度,结果见表1,其中敏感度定义为弹簧力相对变量的斜率。优化设计过程中,必不可少的重要环节就是评估系统模型针对不同设计变量的灵敏度,而灵敏度对最优化设计时设计变量的选择起到至关重要的作用。通过参数化可以迅速分析得知哪些设计变量对目标函数影响较大,哪些设计变量对目标函数影响较小,选择影响较大的设计变量作为目标函数的设计变量进行优化设计[7]。在本机构中,DV-4、DV-6和DV-8的敏感度最大,那么这3个变量对该目标函数的影响最大,在接下来的优化设计中将选择这3个变量作为主要目标函数的设计变量进行优化设计。1.8虚拟样机模型优化设计通过对DV-4、DV-6和DV-8的变量初始值,即设计点的相关坐标进行微调,观察比较微调前后目标函数的变化,验证结果显示设计模型能够满足优化设计的要求,使弹簧挂锁机构夹紧力达到最大,达到本次优化设计目标。

2结语

利用ADAMS建立虚拟样机模型并进行仿真优化设计是一种简便直观的方法,既省去了建立机构参数与目标函数之间关系式和编程复杂程序的耗时工作,使复杂机械结构的优化设计变得简便易行,又提高了优化效率,简化了产品的设计过程,缩短了产品的研发周期,从而降低了产品的制造成本,为现代产品的设计提供了一种新思路。

作者:蒋新雅 王金龙 单位:四川大学

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