气动钉枪枪体模态分析联合仿真.pdf

2013年 1月 机械设计与制造工程 Jan．2013 第42卷 第 1期 MachineDesignandManufacturingEngineering Vo1．42N0．1 DOI：10．3969／j．issn．2095—509X．2013．01．002 气动钉枪枪体模态分析的联合仿真 李晓佳，章巧芳，彭 伟，陈中哲，徐宗华 (浙江工业大学 特种装备制造和先进加工技术教育部重点实验室，浙江 杭州 310014) 摘要：主要针对某型号气动钉枪，采用有限元方法对其枪体进行了模态分析。首先，在 Pro／E中 建立了该枪体的三维实体模型；其次，利用HyperMesh软件建立了枪体的有限元动力学模型，并 在Optistruct求解器下对该模型进行了模态分析，获得了模型的固有频率及相应的振型；最后，将 求解的结果生成模态中性文件 (．mnf)导入 ADAMS中进行结果展示。分析结果不仅有利于了解 结构的动态特性，避免共振 ，而且还成功实现了HyperMesh与ADAMS的联合仿真，为后续在AD— AMS中对整枪的动态特性分析提供 了分析基础 。 关键词：模态分析；HyperMesh；气动钉枪；ADAMS；联合仿真 中图分类号：TP319 文献标识码 ：A 文章编号：2095—509X(2013)O1—0005—04 气动钉枪是一种典型的往复式 (容积活塞式) 1 模态分析理论 气动工具，借助压缩空气实现打钉动作，在建筑、装 模态分析…可以用于确定结构的振动特性， 修、包装等行业有着广泛的应用。气动钉枪在工作 同时也是其他各种动力学分析的起点。所谓模态， 时，枪针部件的冲击作用通过连接部件传递到手柄 是指在一个线性振动系统中，当它按 自身某一阶固 上，进而作用于操作员的手臂上，由此会引发一系 有频率作 自由谐振时，整个系统所具有的确定的振 列的手传振动病，因而需要对气动钉枪进行动态特 动形态。对于一般多 自由度的结构系统而言，任何 性分析，并对其手柄位置的振动力度进行分析控 运动皆可以由其 自由振动的模态来合成。模态分 制。 析最终 目标是识别出系统的模态参数，为结构系统 气动钉枪的枪体作为最重要的分析部件之一， 的振动特性分析、振动故障分析和预报以及结构动 其在动力学分析中的变形也是分析的重点，因此建 力特性的优化设计提供依据。对于结构模态分析， 立枪体的柔性体模型来模拟其动态特性是非常必 具体的机械结构可看成一个多 自由度的振动系统， 要的。要完成多体动力学分析中柔性体模型的建 它具有多个固有频率，即多个共振区。在 自由振动 立，就必须对构件进行模态分析 。通过模态分析可 时结构所具有的基本振动特性就是结构的模态。 以获得系统的模态参数 (模态频率、模态阻尼、振 结构模态主要是由结构 自身的几何特性与材料属 型)，而这些模态参数是系统的动态特性分析的基 性所决定的，且与外加载荷和初始条件无关。 础。利用有限元分析软件进行构件的模态分析后， 对于n个 自由度的稳定离散定常振动系统，通 可以输出包含有重要模态参数的模态 中性文件 常可用如下常微分方程来描述 ： (．mnf)，并导人到动力学分析平台中，从而实现枪 []{}+[c]{ }+[]{}= {／t)} (1) 体的柔性化，为后续整枪的动态特性分析提供分析 式中：[肘]，[c]，[K]分别表示系统的质量矩阵、 数据。 阻尼矩阵和刚度矩阵； }， }，{}分别表示系 本文利用Pro／E软件建立了某型号气