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基于Matlab和Adams的搭钮弹簧仿真剖析-永利皇宫娱乐场网址-www.7136.com

搭钮 公布工夫:2017-11-29

戴 要: 针对现在汽车开闭件开辟周期较少和活动剖析精度缺乏等题目, 经由过程Matlab竖立了某车型杂物盒搭钮的运动学方程, 求解出搭钮机构中弹簧的活动曲线。同时, 接纳机器体系动力学软件Adams竖立了机构活动模子, 并对设想阶段中杂物盒的操纵力和位移等动力学特性停止了仿真剖析, 考证了两种剖析要领具有很好的一致性, 从而进步了求解效力, 也为搭钮机构的优化设想供应了理论基础。

0 弁言

跟着汽车产业和计算机技术的高速生长, 客户对产物个性化定制的需求愈来愈下, 正在知足根基表面和功用的同时, 汽车设想也显现出多种研讨趋[1]。正在欧洲车展中, 汽车开闭件普遍接纳了六连杆搭钮机构, 该搭钮除外型雅观、轻易实现密封中, 借可经由过程改动各连杆的长度、搭钮点的位置和弹簧系数等参数, 从而实现对机构运动学特性的掌握[2]。

机构运动学重要研讨物体间的相对活动即位移、速度和加速度随时间转变的干系。因为传统的机构运动学、动力学剖析关于庞大的机械运动, 特别汽车开闭件活动, 固然能给出剖析表达式, 但难以快速计算出知足工程设计要求的准确效果[3-4]。

针对某车型杂物盒的搭钮模子, 经由过程模仿和盘算人手开闭杂物盒的行动, 正在Matlab中求解出搭钮弹簧的活动曲线[5]。同时, 接纳假造样机手艺正在Adams中竖立多少模子, 并设置各个运动学参数, 停止仿真剖析和考证, 从而进步求解效力, 收缩产物研发周期[6]。

1 杂物盒搭钮机构

如图1所示, 汽车驾驶室内部的杂物盒多接纳搭钮式开启机构, 该机构由两个弹簧和多个连杆构成, 其结构设计简朴, 扭转点和连杆长度一旦肯定, 则盒盖在任何一个开启角度下的位置都是独一的。搭钮连杆机构的设想要求重要包孕:

(1) 因为外型限定, 盒盖的初始位置取面板合营干系知足设想要求。

(2) 开启角度必需方便车内乘员与放物品, 不克不及与其他构造过问。

(3) 杂物盒开启、封闭操纵轻巧, 盒盖位于最大开启角度位置时, 能牢靠锁行, 如图2所示。

图1 某车型盒盖开闭状况

图1 某车型盒盖开闭状况

图2 盒盖开启示意图

图2 盒盖开启示意图

杂物盒的最大开度重要由弹簧的路程决意, 因而经由过程盘算两个搭钮弹簧正在拉伸和紧缩历程中的位移和作用力转变, 从而得出该搭钮机构的活动规律, 如图3所示。

如图4所示, 该搭钮机构的连杆长度共有15处, 各扭转点的位置干系也随杂物盒的开启而转变。个中, AO、OI为定杆 (流动正在面板上) , EG和HI为弹簧, CD为输出件 (流动正在盒盖上) , BCF、BFG、FGH和EOF为三角构件。

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图3 搭钮机构模子

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图4 搭钮六杆机构

因为弹簧EG和HI长度可变, 因而不敷成束缚, 先疏忽弹簧连杆机构。如图5所示, 该连杆之间接纳扭转副衔接, 盒盖的开启和封闭活动是扭转和平移的联合。能够看出, 该机构有独一的活动轨迹[7]。

图5 简化的搭钮六杆机构

图5 简化的搭钮六杆机构

2 Matlab数值盘算

2.1 搭钮四连杆机构

搭钮连杆机构构造简朴、制造轻易、可承载较大载荷、轻易实现已知的活动规律和再现已知的活动轨迹, 因而普遍运用正在工程设计中[8-10]。搭钮四连杆机构可经由过程改动构件外形和尺寸, 与差别构件为机架, 活动副逆换和扩大迁移转变副等要领, 将搭钮四连杆机构演变为多种连杆机构[11]。

如图6所示, 正在直角坐标系中, 以关闭的矢量多边形ABFO为例, 竖立位置方程[12]。

将矢量情势转为复数情势, 则:

由欧推公式e=cosθ+isinθ将式 (2) 真部取实局部离, 则:

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图6 搭钮四连杆机构

2.1 搭钮弹簧L1的活动剖析

如图7所示, 将该机构剖析成两个四连杆机构, 并经由过程剖析法求解搭钮弹簧L1的活动规律。

图7 搭钮六连杆机构

图7 搭钮六连杆机构

正在三角形△FIH中, 弹簧L1的长度转变即HI的位移转变, 计算出弹簧L1=HI的长度为:

运转Matlab顺序, 得出盒盖正在封闭历程中, 搭钮弹簧L1的活动曲线, 如图8所示。

图8 弹簧L1工夫-位移图

2.2 弹簧L2的活动剖析

如图9所示, 一样将该机构剖析成两个四连杆机构, 并经由过程剖析法求解搭钮弹簧L2的活动规律。

图9 搭钮六连杆机构

图9 搭钮六连杆机构

正在三角形△EFG中, 弹簧L2的长度转变即EG的位移转变, 计算出弹簧L2=EG的长度为:

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运转Matlab顺序, 得出得出盒盖正在封闭历程中, 搭钮弹簧L2的活动曲线, 如图10所示。 剖析发明, 跟着封闭工夫的增大, 弹簧L2的位移逐步减小, 正在最小值时, 弹簧位移到达最小值。随后弹簧L2的又敏捷增大, 且位移最小值的坐标为 (t0, Lmin) = (1.93, 213.8) 。

图10 弹簧L2工夫-位移图

图10 弹簧L2工夫-位移图

3 Adams仿真剖析

3.1 搭钮弹簧模子竖立

如图11所示, 正在Adams中竖立搭钮六连杆弹簧仿真模子, 并增加束缚和驱动力, 从而得出两个弹簧的位移、速度和加速度曲线。设定搭钮连杆AB以定角速度顺时针迁移转变, 迁移转变副的驱动函数为30.0 d*time, 即角速度30°/s。

图11 搭钮弹簧仿真模子

图11 搭钮弹簧仿真模子

经由过程剖析搭钮弹簧的特性, 计算出弹簧正在拉伸和紧缩历程中的路程和作用力曲线图。离别设定4个丈量值:搭钮弹簧的长度MEA_PT2PT_length、活动速度MEA_PT2PT_velocity、搭钮弹簧的加速度MEA_PT2PT_acceleration和搭钮弹簧的作用力MEA_PT2PT_force。

凭据弹簧活动速度MEA_PT2PT_velocity的丈量值为正为背, 能够判定该弹簧处于紧缩状况照样拉伸状况;而凭据长度MEA_PT2PT_length的丈量值, 能够判定弹簧的紧缩量和拉伸量。

3.2 搭钮弹簧仿真剖析

设置仿真工夫3.4 s, 步数为100步, 最先仿真。进入后处置惩罚模块Adams/Post Processor, 获得搭钮弹簧L1的活动曲线, 离别如图12和图13所示。

经由过程Adams仿真剖析, 弹簧L1的长度和作用力转变曲线如图12所示。正在封闭杂物盒历程中, 搭钮弹簧的速度为正, 阐明弹簧L1处于拉伸状况。

由胡克定律F=-kx可知, 弹簧力偏向取拉伸量偏向相反, 弹簧力F1的仿真效果如图13所示。跟着盒盖的封闭, 弹簧的拉伸量逐步增大, 阐明封闭盒盖作用力也是逐步增大。

图12 弹簧L1速度和加速度曲线

图13 弹簧L1位移和作用力曲线

图14 弹簧L2速度和加速度曲线

如图14所示, 正在盒盖最先封闭历程中, 弹簧L2的速度逐步大, 经由过程最高点后, 速度敏捷变小, 最初到达封闭杂物盒的极限状况, 此时速度为0, 阐明正在封闭杂物盒历程中, 搭钮弹簧L2速度为正, 且一向处于拉伸状况。盒盖封闭速度先增大后变小直至为0, 从而制止果封闭速度过大发生较大响声, 进步了杂物盒的操纵耐久性。

如图15所示, 正在封闭杂物盒历程中, 弹簧L2的作用力MEA_PT2PT_force2逐步变大, 正在经由过程最大值后, 作用力逐步减小直至为0, 然后又反向敏捷增大直至封闭状况。

图15 弹簧L2位移和作用力曲线

因而, 正在剖析杂物盒开启的活动历程可知, 弹簧L2正在最先阶段紧缩量转变很大, 因而需求较大的力才气开启;正在经由过程最大值以后, 紧缩量转变不大, 只需很小力便很容易天到达开启状况。

3.3 仿真效果对照剖析

为了轻易对照搭钮弹簧L2的偏差巨细, 设定9组差别的仿真工夫, 离别将Matlab和Adams剖析的位移曲线数据导出, 停止对照剖析, 效果如图16所示, 仿真效果对照如表1所列。

表1 仿真效果对照

图16 工夫-位移对照图

将表1中各组数据停止对照, 发明两种要领的数值相差较小, 与个中最大的一组 (第9组) 停止盘算。

效果注解, Matlab剖析法和Adams仿真法获得的剖析效果相差不大, 最大相对误差不超过0.84%, 两种要领具有很好的一致性。

4 结语

(1) 竖立了搭钮弹簧机构的运动学方程, 并停止了建模仿真, 剖析了搭钮弹簧的活动规律, 考证了两种要领的可行性和一致性。

(2) Matlab剖析法处置惩罚数据越发多元, 而Adams建模仿真越发轻便, 大大进步了求解效力。

(3) Matlab剖析法和Adams仿真法二者之间的演算便于盘算的准确性, 为搭钮机构的优化设想供应了理论基础。

参考文献

[1]朱建文, 周波, 孟正大.基于Adams的150 kg机器人运动学剖析及仿真[J].产业掌握计算机, 2017 (7) :82-84.

[2]单长洲, 王火文, 陈超.基于ADAMS的某重型卡车驾驶室悬置振动模态剖析[J].汽车实用技术, 2017 (12) :233-236.

[3]Hamza K.Multi-objective design of vehicle suspension systems via a local diffusion genetic algorithm for disjoint Pareto frontiers[J].Engineering Optimization, 2015, 47 (5) :706-717.

[4]于海峰.基于ADAMS/Car的悬架体系对支配稳定性影响的仿真实验研讨[D].大连:大连理工大学, 2007.

[5]马如奇, 郝双晖, 郑伟峰, 等.基于MATLAB取ADAMS的机器臂结合仿真研讨[J].机械设计取制造, 2010 (4) :93-95.

[6]王晓莲.基于ADAMS和MATLAB的汽车自动悬架结合仿真研讨[D].长春:吉林大学, 2009.

[7]孙泽敏.基于ADAMS的某车悬架体系运动学仿真及优化[D].长春:长春工业大学, 2014.

[8]郭锐, 褚超美.基于ADAMS抽油机的运动学仿真取优化设想[J].电子科技, 2017 (7) :44-46+54.

[9]杨艳.基于轮式驱动的新能源载重汽车自适应巡航掌握及仿真研讨[D].成都:西南交通大学, 2017.

[10]桂军.基于ADAMS的汽车行驶平顺性仿真剖析及优化[D].锦州:辽宁工业大学, 2014.

[11]王战中, 杨长建, 刘超颖, 等.基于MATLAB和ADAMS的六自由度机器人结合仿真[J].制造业自动化, 2013 (18) :30-33.

[12]高露, 赵利, 周海君, 等.基于ADAMS的新型三臂轮式巡检机器人运动学仿真[J].机器研讨取运用, 2017, 30 (3) :5-7.

作者简介:夏然飞 (1990-) , 男, 湖北武汉人, 硕士研究生, 研讨偏向:机器体系仿真、汽车设想。

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