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重庆三峡学院毕业设计（论文）
题目 基于LS-DYNA的平行分度凸轮机构的应力分析
专 业 机械设计制造及其自动化 年 级 2005 级 学生姓名 贺 国 军 学生学号 200515140126 指导教师 何晶昌 职称 讲师
完成毕业设计（论文）时间 2008 年 12 月
目 录
第一章 绪论 …………………………………………………………………1 1.1平行分度凸轮机构的来源及其优缺点…………………………………1 1.2 本论文的设计思路………………………………………………………2 1.3 平行分度凸轮机构的应用及发展趋势…………………………………2 1.4 本论文研究的内容………………………………………………………2 第二章 平行分度凸轮机构的载荷计算………………………………………3 2.1 转盘的运动规律计算……………………………………………………3 2.2 主、从动件的负载转矩计算……………………………………………5 第三章 凸轮材料属性及各参数………………………………………………8 3.1 凸轮参数设置…………………………………………………………8 3.2 *vread命令读取数据……………………………………………………8 第四章 建模及划分有限元网格………………………………………………11 4.1 建立工作轮廓曲线……………………………………………………11 4.2 凸轮安装及整个模型的建立…………………………………………12 4.3 定义材料属性…………………………………………………………12 4.4 划分有限元网格………………………………………………………13 第五章 施加载荷………………………………………………………………15 5.1创建PART………………………………………………………………15 5.2 定义接触………………………………………………………………15 5.3施加载荷………………………………………………………………17 5.4设置求解选项…………………………………………………………18 第六章 结果分析 ……………………………………………………………19 6.1 通用后处理器/POST1中滚子的受力分析 …………………………19 6.2 通用后处理器/POST1中凸轮的受力分析 …………………………21 6.3 时间历程处理器/POST26中节点的受力分析………………………23 第七章 结论 …………………………………………………………………25 7.1 小结 …………………………………………………………………25 第八章 APDL方式建模及处理………………………………………………26 8.1 宏程序shuju1.mac ……………………………………………………26 8.2 宏程序yundong.mac ………………………………………………26 8.3 命令流文件 …………………………………………………………26 致谢 …………………………………………………………………………34 参考文献 ……………………………………………………………………35 英文摘要………………………………………………………………………36
基于LS-DYNA的平行分度凸轮机构的应力分析
贺国军
重庆三峡学院应用技术学院系机械设计制造及其自动化专业2005级 重庆万州 404000
摘要 本文主要论述了平行分度凸轮机构的设计过程，并根据所选择的改进正弦加速度运动
规律计算了凸轮机构的载荷。通过ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件，完成了ANSYS/LS-DYNA与VB的数据接口，成功导入了平行分度凸轮机构轮廓曲线的坐标值，正确建立了平行分度凸轮机构的有限元模型，并通过采用ANSYS/LS-DYNA软件中的参数模块，将从动件运动规律和载荷分别计算得出具体的数值并绘制成曲线图。
本文采用通用有限元分析的方法，对平行分度凸轮机构进行了正确的有限元分析，并采用POST1和POST26两个后处理器对有限元分析结果进行了定点定位的分析，得出了平行分度凸轮机构的最大应力状态和最大应力值。
此外，本文通过两种方式建模和分析，重点介绍了GUI方式的分析过程和方法，简要阐述了APDL方式建模和分析，并给出了相应的分析命令流文件。
通过ANSYS/LS-DYNA的分析，得出平行分度凸轮机构接触强度的薄弱环节在凸轮轮廓面，最大应力出现在凸轮轮廓面的棱边上；用ANSYS/LS-DYNA对平行分度凸轮机构进行应力分析，为平行分度凸轮机构的强度设计提供了理论参考；采用APDL建模，实现了以更改凸轮基本参数而任意更改凸轮大小和以更换VB数据源而任意设计凸轮运动规律的模块化建模，大大提高了分析的效率。
关键词：平行凸轮机构 APDL参数建模 应力分析 数组 曲线载荷 函数加载
2009届 机械设计制造及其自动化专业毕业设计（论文）
第一章 绪论
1.1平行分度凸轮机构的来源及其优缺点
平行分度凸轮机构，如图1-1所示，最早诞生于美国，1961年美国第一次公布了外接平行分度凸轮机构的专利，随后由美国商业凸轮公司（Commercial Cam and Machine Co.）和菲固索公司（Ferguson Machine Co.）试制。上世纪七十年代初，日本著名机构学家牧野洋教授研究并发表了关于外接平行分度凸轮机构的论文，并编入《自动机械机构学》一书。1979年前后，他又同前田隆发表了关于内接和直动式平行分度凸轮机构的研究论文。同时日本的东芝精机、大塚、三共、椿本等凸轮专业公司纷纷投入外接、内接和直动平行分度凸轮机构的系列化生产。从1983年起，西北轻工业学院的彭国勋开始研究平行分度凸轮机构，目前该机构在我国的应用还比较少(特别在数控刀架上)，而日本、韩国和我国台湾的数控车床刀架，普遍采用液压马达驱动，用平行共轭分度凸轮机构进行分度和预定位。
平行分度凸轮机构是使从动件作预期规律运动的高副机构，其主要的优点是：从动件的运动规律可以任意拟定，只要设计了相应的凸轮轮廓曲线，就可以使从动件按拟定的规律运动，此外，与圆柱凸轮机构相比，它具有输入输出轴平行、刚性好、分度数多、分度精度高、传动转矩大、运动平稳、易于制造等优点，既可以采用内啮合，也可以采用外啮合，与齿轮传动配合可产生多种形式的传动方案，满足多种应用场合的使用要求。其主要的缺点是：设计过程复杂，设计质量不易保证，在凸轮接触处难以保证良好的润滑，凸轮叶片和滚子容易磨损，寿命不长，不能有过大的传动力，高速凸轮机构的动力特性较为复杂，难以计算等等。鉴于此，为保证凸轮良好的传动性能，更加广泛的为各行各业服务，这就需要根据实际工况需求对凸轮工作轮廓曲线进行精确设计，以及准确的受力分析和寿命分析，来对凸轮机构的设计进行综合考虑。
图1-1 平行分度凸轮机构 第 1 页 共40页
贺国军:基于LS-DYNA的平行分度凸轮机构的应力分析
1.2 本论文的设计思路
平行分度凸轮机构的工作轮廓曲线的设计，必须满足精确的‘转位—停歇—转位’工程需要，且转盘在转位的过程中具有一定的运动规律，所以凸轮工作轮廓曲线的精确设计是相当重要的。本文采用VB 软件计算的构成凸轮轮廓曲线的各动态点的坐标值，在ANSYS/LS-DYNA的前处理器中分别采用GUI鼠标操作和APDL参数化两种方式进行建模及受力分析。LS-DYNA软件最早是由美国JOHN HALLQUIST发布的，直到ANSYS公司购买了LS-DYNA的使用权，才形成了ANSYS/LS-DYNA产品，ANSYS/LS-DYNA继承了ANSYS中强大的建模功能，尤其近几年来，APDL的开发已相当成熟，在前处理的建模过程中，极为方便，大大提高了设计效率。
1.3 平行分度凸轮机构的应用及发展趋势
凸轮机构广泛应用于食品机械、填充机械、药品机械、封罐封盖机械、灌装机械、输送机构、冲床自动送料机构、玻璃机械、陶瓷机械、烟草机械、化工机械、电子设备，数控机床加工中心，旋转定位及直线定位间歇机构中。
近年来，计算机辅助设计为人们提供了极大的方便，为人们的设计工作节省了大量的时间，凸轮轮廓曲线的设计达到了相当精确的地步，凸轮的应用越来越广泛，尤其是平行分度凸轮的应用更为人们所追崇，这是因为平行分度凸轮机构，占据空间较小，具有多用性和灵活性，且能满足用户的任意运动规律，因此随着凸轮轮廓曲线的设计精度的提高和有限元分析软件对凸轮的受力分析、寿命分析的深入，平行分度凸轮机构将向高精度，高承载能力，高适用性能等方向发展。
1.4 本论文研究的内容
在进行平行分度凸轮机构强度设计时，如果用赫兹理论校核滚子和凸轮轮廓面间的接触强度，存在下述的困难：其一凸轮轮廓曲线的曲率半径计算十分复杂，其二凸轮在哪个运动状态时接触应力最大难以确定，再就是当平行分度凸轮与超过两个滚子同时接触时，属超静定问题，计算滚子与平行分度凸轮在接触处的法向力非常困难。鉴于此，本文通过利用ANSYS/LS-DYNA软件，建立了改进正弦加速运动规律的平行分度凸轮机构模型，并采用通用有限元的分析思路，对凸轮机构进行了划分网格、加载、求解、POST1通用后处理器和POST26时间历程后处理器对计算结果进行了分析，为其他凸轮机构模型的建立和有限元分析，提供了良好的思路和方法。
通过本论文的研究，将提高平行分度凸轮机构的设计效率和设计精度。通过对平行分度凸轮机构的有限元分析，确定平行分度凸轮机构在实际工况下的受力情况，达到定量计算和评价平行分度凸轮机构的寿命和接触强度，改进平行分度凸轮机构的目的。
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