论文_基于ADAMS的客车侧仓门动态仿真分析_2011年..doc

基于ADAMS的客车侧仓门动态仿真分析 王华武 郝守海 （东风汽车有限公司商用车技术中心 湖北省武汉市 430056） [摘要]利用UG对新开发的双轴内置型材铰链进行三维建模，并将其转换至MSC.ADAMS软件中，利用ADAMS/View模块建立一套客车侧仓门运动仿真模型，通过动态仿真分析侧仓门的开启轨迹，并确定侧仓门启闭过程中，操作者关门力的大小随侧仓门启闭角的变化情况。 [关键词] ADAMS；客车；侧仓门；仿真 0 前言 近年来，随着客车行业的不断发展，客车设计水平也得到了不断地提高，计算机技术的日臻成熟，为设计技术的纵深发展提供了前提。目前三维CAD软件已经在客车设计中得到了广泛应用，而先进的CAE软件应用也逐渐在客车行业中展开。 在近期新型客车开发过程中，通过对侧仓门开启件多年设计经验的积累和分析，开发出一种全新的双轴内置型材铰链，但对于该铰链双轴的旋转先后顺序和运动轨迹无法最终判定，在此CAD软件已经无法满足功能需要，只能求助于动态仿真软件，而ADAMS便是一个非常不错的选择。 1 侧仓门模型导入 机械系统动力学自动分析软件ADAMS，是一款非常著名的虚拟样机分析软件。ADAMS 对机械系统的静力学、运动学和动力学问题具有强大的分析能力，但其三维造型能力稍有不足，对于复杂的零部件、含有较多组件的装配体采用ADAMS/View 不能很好的把其特征表达出来。因此对于复杂产品进行运动学和动力学分析，常采用CAD与ADAMS组合的方式进行，即利用CAD软件进行三维设计、装配，然后将设计好的模型导入ADAMS，再进行运动学和动力学的分析。在此，选用UG作为侧仓门三维建模的CAD软件。 侧仓门装配模型包括多个零部件，具体有侧仓门本体、铰链、气动撑杆、限位块和锁具等，但在利用ADAMS进行运动分析时，为了简化模型，提高分析速度，可以省略限位块和锁具，因此在进行模型转换时只需将UG模型中的侧仓门本体、铰链和气动撑杆转入ADAMS软件中即可。通过STEP或IGES格式接口可以将三维UG侧仓门装配模型转换到ADAMS/View中，在模型转换时应将仓门、铰链和气动撑杆分别进行，避免模型之间互相干扰，同时考虑到构件自身的运动还需要将模型进一步分解，经分析，铰链应分为铰链上型材、中型材和下型材，而气动撑杆也应分为气动撑杆上杆和气动撑杆下杆。转换后的ADAMS模型会丢失其自身相关参数，且不能进行参数化计算，无法修改构件的几何尺寸。因此在转换之前应先确定模型准确无误，避免再次修改。 从UG转入到ADAMS中的侧仓门模型缺少零部件的相关属性，需要通过Edit/Modify命令添加或修改各个构件的质量值（Mass）和质心转动惯量值（Ixx、Iyy、Izz），这些属性在UG软件中都可以计算出来。在此需要注意两点：一、UG和ADAMS软件中属性单位统一；二、ADAMS中Ixx、Iyy、Izz与UG中利用Analysis/Mass using Solids…计算结果的Moments of Inertia（centroidal）数据相同。 2 ADAMS约束施加 从UG中导入的模型在ADAMS中仅仅是一些零散的数模，还需要利用ADAMS软件自身的建模和约束功能将其连接起来。 具体操作分为以下几步： 利用Joint：Fixed命令在铰链上型材模型与ADAMS的ground之间进行固定副约束； 利用Joint：Revolute命令将铰链上型材和铰链中型材在铰链上轴心处建立转动副约束； 利用Joint：Revolute命令将铰链中型材和铰链下型材在铰链下轴心处建立转动副约束； 利用Joint：Fixed命令在铰链下型材和侧仓门本体之间建立固定副约束； 利用Joint：Revolute命令将气动撑杆上杆和侧仓门本体在气撑上旋转轴处建立转动副约束； 利用Joint：Revolute命令将气动撑杆下杆和ADAMS的ground在气撑下旋转轴处建立转动副约束； 利用Joint：Cylindrical命令在气动撑杆上杆和气动撑杆下杆之间建立圆柱副约束。 图1 侧仓门铰链 图2 侧仓门装配图 通过以上几步操作仅仅是完成了侧仓门模型的约束连接，还需要对相关的构件施加载荷，以确定零部件之间的相互作用。 3 ADAMS载荷施加 ADAMS载荷分为外部载荷和内部载荷两种，外部载荷包括力、力矩和重力，内部载荷主要是指柔性连接，如弹簧、缓冲器、柔性梁、接触和约束上的摩擦力等。 3.1 内部载荷施加 对于要分析的侧仓门模型所需要的内部载荷只有接触，其全部是围绕着双轴型材铰链发生的，有铰链上型材与铰链中型材在仓门关闭时的接触，铰链上型材与铰链下型材在仓门开启时的接触，铰链中型材与铰链下型材在仓门关闭时的接触和铰链中型材与铰链下型材在仓门开启时的接触，共计