基于虚拟样机技术的接触式楔块逆止器的动态仿真和力学研究

论文摘要

逆止器是一种防止逆转的装置,主要用于带式输送机、提升机等设备工作时需要防止倒转的场合。当向上运输物料的带式输送机由于人为控制及意外事故等原因停车时,逆止器可以防止因胶带和物料的自重引起的设备逆转,从而保证设备和人员的安全。逆止器结构较为复杂,设备成本高,对逆止的可靠性要求严格,其设计水平关系到最终的产品质量。虚拟样机技术是一种崭新的产品开发方法,它是一种基于产品的计算机仿真模型的数字化设计方法。利用虚拟样机技术,可以使产品的设计者、使用者和制造者在产品研制的早期,在虚拟的环境中直观形象地对虚拟的产品原型进行设计优化、性能测试、制造仿真和使用仿真,这对启迪设计创新、提高设计质量、减少设计错误、加快产品开发有重要意义。为了解决逆止器的研制周期长、试验样机制造成本高等问题,本文把虚拟样机技术应用到逆止器的设计研究中。本文在对接触式楔块逆止器进行理论设计的前提下,采用国外高新软件——三维参数化特征造型软件Pro/E、机械动力学仿真软件ADAMS、有限元分析软件ANSYS协同仿真,对该逆止器进行了研究。首先利用Pro/E软件对其进行了三维参数化建模和装配,并进行了干涉检验,验证了模型的正确性;然后利用ADAMS软件对逆止器进行了实际工况下的动力学研究,得到了正转状态下的阻力矩、逆止状态下楔块所受的楔紧力等数据,为后面的有限元分析提供了必须的边界条件;在此边界条件下,利用ANSYS软件对接触式楔块逆止器的关键零件——楔块进行了有限元静力学分析,校核了其强度,验证了理论设计参数的合理性。本课题所使用的设计方法和体系同样适用于其它机械产品。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 带式输送机逆止器技术的发展
• 1.2.1 电磁闸瓦式制动器
• 1.2.2 带式逆止器
• 1.2.3 棘轮式停止器
• 1.2.4 滚柱式逆止器
• 1.2.5 （非）接触式楔块逆止器
• 1.3 虚拟样机技术概述
• 1.3.1 虚拟样机技术的概念
• 1.3.2 虚拟样机技术的作用
• 1.3.3 虚拟样机技术的形成与发展
• 1.3.4 虚拟样机技术的优势
• 1.3.5 虚拟样机技术的应用
• 1.4 课题的来源与研究意义
• 1.5 论文的研究内容
• 1.6 小结
• 第二章 接触式楔块逆止器的设计
• 2.1 接触式楔块逆止器的设计要求
• 2.2 接触式楔块逆止器的工作过程
• 2.2.1 楔紧过程和楔紧状态
• 2.2.2 分离过程和分离状态
• 2.3 接触式楔块逆止器的楔角及自锁条件
• 2.3.1 楔块逆止器的楔角
• 2.3.2 楔块逆止器的自锁条件
• 2.4 楔块工作面曲线的选择
• 2.5 赫兹（Hertz）接触理论
• 2.6 逆止器结构参数确定
• 2.7 逆止器关键零件的工艺要求
• 2.8 小结
• 第三章 基于PRO/E的接触式楔块逆止器虚拟样机的建立
• 3.1 PRO/E三维参数化设计的特点
• 3.2 接触式楔块逆止器的主要零部件
• 3.3 接触式楔块逆止器零件的参数化特征建模
• 3.4 接触式楔块逆止器的虚拟装配
• 3.4.1 虚拟装配技术概述
• 3.4.2 基于Pro/E接触式楔块逆止器的虚拟装配
• 3.5 小结
• 第四章 基于ADAMS的接触式楔块逆止器动力学仿真分析
• 4.1 ADAMS软件分析计算的理论基础
• 4.1.1 参考标架
• 4.1.2 广义坐标的选择
• 4.1.3 动力学方程的建立
• 4.1.4 动力学方程的求解
• 4.1.5 静力学分析
• 4.1.6 运动学分析
• 4.1.7 初始条件分析
• 4.2 接触式楔块逆止器虚拟样机在ADAMS中的导入
• 4.2.1 Mech/Pro接口模块简介
• 4.2.2 接口与软件的匹配
• 4.2.3 Mech/Pro设计流程
• 4.2.4 ADAMS设计流程
• 4.3 正转工况仿真分析
• 4.4 逆止工况仿真分析
• 4.5 小结
• 第五章 基于有限元方法的楔块与内外圈接触应力分析
• 5.1 有限元理论概述
• 5.1.1 结构有限元分析的基本原理
• 5.1.2 结构有限元分析过程
• 5.2 楔块与内外圈的接触应力分析
• 5.2.1 建立模型并划分网格
• 5.2.2 定义接触对
• 5.2.3 施加约束和载荷并求解
• 5.3 接触式楔块逆止器的性能试验
• N的测试'>5.3.1 逆止力矩M_N的测试
• K的测试'>5.3.2 正转阻力矩M_K的测试
• 5.4 小结
• 结论及展望
• 参数说明
• 参考文献
• 致谢