贺国军:基于LS-DYNA的平行分度凸轮机构的应力分析
第三章 凸轮材料属性及各参数
根据从动件的运动规律来确定满足工况需要的材料，在ANSYS/LS-DYNA中，对不同的材料，是通过定义不同的弹性模量、泊松比、密度等参数来表征的。在选择材料时应注意：相同金属材料比不同金属材料的粘着倾向大，单相材料、塑性材料比多相材料、脆性材料的粘着倾向大。禁忌的材料匹配是：非淬硬钢-青铜、非淬硬钢、尼龙及积层热压树脂；淬硬钢-硬青铜；淬硬镍钢-淬硬镍钢。
3.1 凸轮参数设置
由于数据均从VB中获得，所以为了建模的方便，本文一律采用国际单位制。考虑到凸轮的适用环境，凸轮选合金结构钢，弹性模量E取200?10pa，泊松比V取0.28,密度DENS取7850
Kg/m3 ，从动件选碳素工具钢，弹性模量E取210?10 pa，泊松比V取0.25,密度DENS取
997850Kg/m3。 具体的凸轮参数见表3-1：
名称 中心距 凸轮转速 分度转位 凸轮头数 滚子总数 滚子半径 滚子高度 凸轮分度转角 最大压力角 安装相位角 代号 c n i h z r b cf amax cp 值 0.1 100 4 2 h*i 0.01 2*r 180 50.4786 145.973 单位 m 转/分 个 个 个 m m 度 度 度 名称 转盘厚度 转盘节圆半径 转盘半径 转盘中心半径 凸轮总长 凸轮轴外半径 凸轮轴半径 单片凸轮厚度 凸轮叶片间距离 数据行数 代号 a1 rp rz1 rz2 ht hr1 hr hl hh hs 值 0.015 0.046 rp+0.012 0.02 0.09 0.035 rz2 0.015 0.035 181 单位 m m m m m m m m m 行 表3-1 平行分度凸轮各参数 本文采用GUI方式和APDL方式两种方式来完成整个模型的建立和分析，用户可以根据任何需要而任意更改上表中的任何值，从而改变凸轮的尺寸大小和基本参数，这对今后类似的凸轮建模提供了极大的方便，节省了大量的重复建模时间，且便于同业人士之间的交流和相互提高。
打开ANSYS/LS-DYNA程序，在按钮
下，分别定义表3-1中的参数。
3.2 *vread命令读取数据
从VB中得到的是一系列构成凸轮轮廓曲线的坐标值，在ANSYS中只有通过读取数据的方式获得这些值，ANSYS中的参数模块对数组定义及数据的读取提供了非常方便快捷的方法，而且效率很高。此处用命令*dim定义数组，用*vread命令读取数据，大致方法是：根据数据源（此处VB计算得出的数据以文本文档的格式保存，如 shuju.txt）的数量及规格，通过*dim（或相应的GUI方式，在按钮令如下：
*dim，xx,,181,8 ！在ANSYS程序中，定义空白数组。
*vread,xx(1,1),shuju,txt,,ijk,8,181 ！从外部文件（VB得到的数据文件）中读取数据。 (8f30.5)
其中，(8f30.5)必须得有，括弧中8代表数组列数，f代表浮点数，30代表数据源中每个数据
下进行）定义与之一一对应的数组，然后通过*vread命令读入，完整的APDL命
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2009届 机械设计制造及其自动化专业毕业设计（论文）
的宽度，5代表小数位数，*vread不能直接在命令窗口中执行，只能通过创建宏或嵌套宏的方式执行。因为VB中的数据是以mm为单位，所以需要将其换成m,通过以下命令流实现： *dim,xx2,,181,8 *do,i,1,181 *do,ii,1,8
xx2(i,ii)=xx(i,ii)/1000 *enddo *enddo
转换过程的结果示意图，图3-2，图3-3：
图3-2 读取数据后的结果
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图3-3 数据换算后的结果 至此，材料属性定义、参数定义、数据读取完成。
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第四章 建模及划分有限元网格
平行分度凸轮机构由工作台、凸轮叶片、凸轮轴、转盘和滚子组成，为了简化模型，降低计算时间，本文中不考虑工作台，把凸轮叶片和凸轮轴通过布尔运算成一个整体，把转盘和滚子通过布尔运算成一个整体。
4.1 建立工作轮廓曲线
读取完毕后，就可利用这组数据来构建凸轮的工作轮廓曲线，总的来说，ANSYS的建模功能是不强大的，但通过APDL的方式建模却可提高精度和建模效率。绘制凸轮的工作轮廓曲线主要用到的命令是*DO（循环指令）和K（描关键点指令），BSPLIN（画样条曲线指令）三个指令的结合，具体如下：
*do,j,0,hs-1,1 !此处表示循环181次
k,1+j,xx2(1+j,1),-xx2(1+j,2) ! xx2为换算后的数组 *enddo ksel,,,,1,hs
bsplin,all ! 画样条曲线，构建与1号滚子接触的轮廓曲线，如图4-1， lplot
用同样的方法画与2号滚子接触的工作轮廓曲线图4-2，然后构建凸轮基圆，删去多余的线条即可得到凸轮工作轮廓曲线如图4-3：
图4-1 部分工作轮廓曲线 图4-2 部分工作轮廓曲线 图4-3 工作轮廓曲线 画好轮廓曲线后，按钮结果分别如图4-4，图4-5。
，选中工作轮廓曲线，由线生成面，然后拉伸，
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图4-4由线生成面 图4-5 由面生成体 4.2 凸轮安装及整个模型的建立
凸轮的安装角为：由安装相位角cp=145.973，计算凸轮镜像角度，在第三象限中建立一个与Y轴成该角度的工作平面，镜像凸轮即可得另一片凸轮，然后绘制凸轮轴，转盘和滚子，最后通过布尔运算即得整个凸轮模型。
由于刚建立好的平行分度凸轮机构不是在初始接触位置，所以还需要根据凸轮的参数，通过公式
D=180-cp-arcsin(rp·sin?10/R10)= 17.0213315 （2-13）
计算凸轮需旋转的角度。
（2-13）中，D为凸轮旋转的角度，cp为安装相位角，rp转盘节圆半径，?10为转盘的基准起始位置角，R10为凸轮的基准起始向径。算得凸轮旋转角度D后，将其旋转到初始接触位置，最终建立平行分度凸轮机构，如图4-6：
图4-6 ANSYS建立的平行分度凸轮机构 4.3 定义材料属性 在ANSYS/LS-DYNA有限元分析中，选用SOLID164单元，该单元是由8节点组成的单元，具有X、Y、Z三个方向的平移自由度，但SOLID164单元不具有转动自由度，为了模拟凸轮的旋转运动，
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