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基于COSMOSMotion


2010年第 12 卷第 6 期 总第 105 期

巢湖学院学报

Journal of Chaohu College

No.6.,Vol.12.2010 General Serial No.105

基于 COSMOSMotion/Works 对运动构件的应力分析
宁小波 邢 刚 蒋全



(巢湖学院物理与电子科学系,安徽 巢湖 238000 )



要:通过在 SolidWorks 软件中使用插件 COSMOSMotion 对运动构件的模拟仿真运动,记

录 下 每 个 运 动 构 件 在 运 动 中 所 受 的 实 时 载 荷 , 将 结 果 输 出 到 COSMOSWorks 。 在 插 件

COSMOSWorks 中对运动构件在受到最大载荷的情况下进行应力有限元分析,从而使所设计
的零部件在实际运动过程中能够满足安全要求。 关键字:COSMOSWorks ;COSMOSMotion ;实时载荷;有限元分析 中图分类号:TH122 文献标识码:A 文章编号:1672-2868(2010 )06-0070-03

1

引言

1 所示的运动机构的各个零部件的实体模型,再
将各个零部件组装成装配体。

运动构件的 应 力 分 析 对 于 机 械 设 备 的 安 全 和可靠性都是非常重要的,但常规的方法是非常 复杂的,有时是非人力所及的。 COSMOSMotion 是

SolidWorks 中提供的用于对运动构件的模拟仿真 运 动 插 件 模 块 ,COSMOSWorks 是 SolidWorks 中
提供 的用于零件 应力有限元 分 析 的 高 效 工 具 软 件 , 作 为 SRAC (StructuralResearch & Analysis

Corporation ) 公司 产 品 , 它 们 具 有 使 用 方 便 、与 SolidWroks 无 缝 集 成 等 特 点 。 使 用 COSMOSWorks 可以在三维设计环境中直接对零
件进行应力分布检查,以找出设计的缺陷和薄弱 环节,提高设计质量及零件的可靠性。 下面以齿 轮传动的运动机构为例,对小齿轮轴在齿轮啮合 过程中的 受到最大载 荷一帧 处 进 行 应 力 分 析 与 研究。
图1 运动机构实体模型图

3

利用插件的对装配体进行运动仿真。

(1 )利用智能运动构件器对运动所需的条件 建立实体模型 进行设计。 在这里,首先将小齿轮轴设定为主动 件,转速为 1200rpm 。 如图 2

2

在 SolidWorks2006 的软件环境下,建立如图

收稿日期:2010-09-05 基金项目:安徽省高等学校优秀青年人才基金项目(项目编号:2009SQRZ137 ) 作者简介:宁小波(1976- ),男,安徽巢湖人。 讲师,硕士,研究方向:机械设计、机电一体化。

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(3)模拟运 动 结 束 后 ,绘 制 出 小 齿 轮 轴 与 平 键之间的力的幅值图,如图 5 。

图2

映射的约束编辑

图5

小齿轮轴与平键之间的力的幅值图

从图中可以看出在时间为 0.072 时, 力的幅 值达到最大,此时的帧数为第 64 帧。 (4 )将结果输出到 COSMOSWorks 中,出现如 下的对话框,如图 6 所示。 预览后即可保存帧范 围,随后关闭对话框。

图3

3D 碰撞编辑

其次,在设计树的碰撞中添加 3D 碰撞,碰撞 的部件分别为小齿轮和大齿轮。 在碰撞条件对话 框中设置如下的参数,见图 3 所示。 最后,在设计树的单作用力中添加一个周期 性力矩,施加于大齿轮的边缘。在力矩条件的图 4 对话框中设置如下的参数。
图6

FEA 对话框

图7 图4 单作用力编辑

运动负载输入对话框

4
(2)开始进 行 仿 真 模 拟 运 动 ,仿 真 持 续 时 间 为 0.01s ,帧数为 90 。

利 用 COSMOSWorks 插 件 对 小 齿 轮 轴

进行应力分析。

COSMOSWorks 是 SolidWorks 外挂的有 限元 71

分析模块。 可以根据模型迅速地进行各种类型的 分析,如静态 分析、频率分 析、热分析、弯 曲 分 析 等 ,并 输 出 多 种 图 解 , 如 应 力 、 应 变 、 形 变 、 位 移 等。 在对数学模型有限元分析之前,必须进行以 下几步设定: (1 )分析类型与选项。 依据分析要求与分析 目的选择分析类型,该例中选为动态分析。 然后 对每种类 型的专题,也 有不同选项 的 属 性 ,其 设 置直接影响了分析效果与输出结果。 (2 )材料设定。 在运行专题前,必须先定义好 指定的分析类型所响应需要的材料属性,在装配 体中,每一个零件可以是不同的材料。 对壳定义 用面属性, 每一个壳体具有不同的材料和厚度。 可用 3 种方式来定义:从 COSMOS/M 材料库中指 定、手工指定材料的属性值和从 CENTOR MATE-

有 限 元 分 析 完 成 后 ,COSMOSWorks 自 动 生 成各种图解。 根据需要定义相应的图解,比如,可 以观看应力 、应变及变形 的动态变 化 动 画 ,得 出 小齿轮轴的应力分布如图 9 所示,同时也可以生 成专题报告, 为检查员或他人提供很好的材料, 而且也可以放于网站上等。

图9

小齿轮轴的应力分布图

RIALL IBRARY (一个插件)中指定。
(3 )载荷与约束。 COSMOSWorks 提供一个智 能对话框来定义负荷和约束,对模型定义工作条件。 (4 )接触 / 缝隙。对于接触分析,正确地设置接 触选项,合理地选择接触类型是顺利进行有限元 分析的关键点,它直接影响到分析结果。 (5 )用二阶 h-element 划分网格。 网格划分质 量的好坏决定了有限元分析结果的准确性,网格 划分越小,计 算精度越 高,单元定义 造 成 的 人 为 影响就越小,但所需的计算机资源和计算时间就 越多。 在 COSMOSWorks 菜单中选择 Import Motion

5

结论

(1 )通过 COSMOSMotion 能够对运动构件进 行仿真运动的模拟,并较全面地记录了每个运动 构件在运动过程中所受的各种载荷。 (2 )COSMOSWorks 在 接 受 来 自 COS-

MOSMotion 的 结 果 后 , 对 小 齿 轮 轴 在 最 大 载 荷
时 进行有限元 分析, 从应 力 分 布 图 可 以 清 楚 看 到 小齿轮轴在 键槽靠右边 的 轴 肩 处 的 应 力 最 大

2.045×105psi , 也 就 是 最 容 易 受 到 破 坏 的 地 方 。
通过 对小齿轮 轴有限元的 分 析 与 研 究 , 为 我 们 在实 际设计中提 供了依据 , 从 而 保 证 了 设 计 的 安全性和可靠性。 (3 )从 齿 轮 运 动 构 件 的 分 析 中 可 以 看 出 ,对 于其他任何工程机械传动构件都可以通过

Load,打开文件装配体,出现如下的对话框,如图 7 所示。 将 Available loads 关于小齿轮轴的所有的载 荷都加入 Selected loads ,点击 OK 。 在装配体的设
计 树 中 打 开 小 齿 轮 轴 的 零 件 图 , 在 COS-

MOSWorks 的 设 计 树 中 可 看 到 命 名 为 Frame-64
的工程,小齿轮轴的材料选用合金钢。 对小齿轮 轴进行网格划分,如图 8 所示:

SolidWorks 软件建立实物造型图,在 通过其配套 插 件 COSMOSMotion 进 行 运 动 过 程 仿 真 , 最 后 通 过 COSMOSWorks 进 行 应 力 分 析 得 出 安 全 设
计要求。 整个过程在工程设计上简单实用,既可 使 三 维 CAD 软 件 的 功 能 得 到 充 分 发 挥 ,又 满 足 了提高 设计效率的 要求 , 具 有 较 强 的 工 程 实 际 应用价值。 致谢 本文研究 获 得 安 徽 省 高 等 学 校 优 秀 青 年 人 才基 金项目和巢 湖学院物 理 与 电 子 科 学 系 省 级 示范实验中心资金的支持,特在此表示感谢! (下转第 76 页)

图8

小齿轮轴网格划分图

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参考文献:

[1] Anne F E ,Clindy M ,M ,Yvonne G D ,et al. Ethylene glycol poisoning : toxicokinetic and analytical factors affecting labora tory diagnosis[J]. Clin Chem ,1998 ,44 : 168-177. [2] Ferrari L A ,Giannuzzi L. Clinical parameters ,postmortem analysis and estimation of lethal dose in victims of a massive in toxication with diethylene glycol[J]. Foren Sci Int ,2005 ,153 (1 ):45-51. [3] Lawrence J F ,Chadha R K ,Lau B P Y ,et al. Simplified routine method for the determination of diethylene glycol in wines by capillary gas chromatography with flame ionization detection[J]. Journal of Chromatography ,1986 ,367 :213- 216. [4] 沈孝英,蔡萍,唐春元,等 . 二甘醇的气相色谱测定法 [J]. 劳动医学,1997 ,14 (4 ):229-231. [5] 俞如英,朱维华 . 毛细管气相色谱法测定药用甘油中乙二醇和二甘醇 [J]. 药物分析杂志,1998 ,18 :200-201. [6] 孙建文,彭志妮 . 气相色谱法测定牙膏中二甘醇的含量 [J]. 理化检验 - 化学分册,2009 ,45 (4 ):446-447.

ANALYSIS OF DIETHYLENE GLYCOL IN TOOTH-PASTES USING MICROWAVE EXTRACTION AND GC/MS
WAN Xin-jun
(Department of Chemistry and Materials Science ,Chaohu College ,Chaohu Anhui 238000 )

Abstract : A rapid and accurate method was developed for the analysis of diethylene glycol in tooth-pastes. Diethylene glycol was extracted from toothpastes and analyzed by GC/MS with microwave extraction. The effects of extraction conditions were investigated and the optimized analytical conditions are as follows : extraction time , solvent and temperature was selected as 20min , ethanol and 120oC , respectively. The method detection limit of is 0.4 mg/ L in range of 1mg/ L~500mg/ L ,relative standard deviation was 3.22% , and the spiked standard recoveries were between 93%~105%. Key words : microwave extraction ; GC/MS ; diethylene glycol ; toothpastes

责任编辑:宏 彬

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(上接第 72 页)
参考文献:

[1] 张晋西,郭学琴编著 .SolidWorks 及 COSMOSMotion 机械仿真设计 [M]. 北京:清华大学出版社,2007. [2] 江洪,陈燎,王智编著 .SolidWorks 有限元分析实例解析 [M]. 北京:机械工业出版社,2007. [3] 郝一舒,李磊 . 基于 COSMOS/Works 的塑料斜齿轮与钢制蜗杆啮合特性研究 [J]. 机械设计,2007 ,(2 ).

ANALYSIS OF STRESS OF MOVING COMPONENTS BASED ON COSMOSMOTION/WORKS
NING Xiao-bo XING Gang JIANG Quan-sheng Anhui 238000 )
(Department of Physics and Electronics of Chaohu University ,Chaohu

Abstract : Through the simulation of the components movement by using the COSMOSMotion in the software SolidWorks ,the instantaneous loads are recorded in the moving process of each of them ,and then they are output into COSMOSWorks. Through finite element analysis of the stress of the moving components in maximum load based on COSMOSWorks ,the design of them can reach the safety demanding in the actual movement. Key words : COSMOSWorks ; COSMOSMotion ; instantaneous loads ; finite element analysis

责任编辑:宏 彬

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