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        某鏈?zhǔn)轿淦骶彌_裝置的動(dòng)力學(xué)仿真研究

        2016-07-05 08:27:07符立華臺(tái)州科技職業(yè)學(xué)院浙江臺(tái)州318020
        科技傳播 2016年12期
        關(guān)鍵詞:后坐力

        符立華臺(tái)州科技職業(yè)學(xué)院,浙江臺(tái)州 318020

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        某鏈?zhǔn)轿淦骶彌_裝置的動(dòng)力學(xué)仿真研究

        符立華
        臺(tái)州科技職業(yè)學(xué)院,浙江臺(tái)州318020

        摘要運(yùn)用多剛體動(dòng)力學(xué)相關(guān)的理論和虛擬樣機(jī)建模技術(shù),在ADAMS軟件中建立某型號(hào)鏈?zhǔn)脚趽舭l(fā)循環(huán)過(guò)程的多剛體動(dòng)力學(xué)仿真模型,對(duì)比分析緩沖裝置關(guān)鍵參數(shù)對(duì)整個(gè)武器系統(tǒng)工作特性的影響規(guī)律,并得到一個(gè)比較合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)方案,一定程度上減小了該鏈?zhǔn)轿淦鞯暮笞秃笞灰啤?/p>

        關(guān)鍵詞鏈?zhǔn)脚?;?dòng)力學(xué)仿真;后坐力;后坐位移

        動(dòng)力學(xué)仿真技術(shù)現(xiàn)在已成為機(jī)械系統(tǒng)分析、研究、設(shè)計(jì)中不可缺少的重要手段,在降低系統(tǒng)的研制成本、縮短產(chǎn)品試驗(yàn)周期方面起著越來(lái)越重要的作用。ADAMS軟件是美國(guó)MSC公司開(kāi)發(fā)的,它通過(guò)特定的方式創(chuàng)建完全參數(shù)化的幾何模型,對(duì)建立的虛擬幾何模型進(jìn)行靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,最后輸出位移、速度、加速度和反作用力等曲線[1]。

        ADAMS仿真軟件能夠非常有效的縮短武器系統(tǒng)的研發(fā)周期,對(duì)于制造費(fèi)用和實(shí)驗(yàn)費(fèi)用都非常昂貴的鏈?zhǔn)脚冢珹DAMS仿真研究的優(yōu)點(diǎn)更加的突出。

        1 建立動(dòng)力學(xué)仿真模型

        該鏈?zhǔn)脚谂谏砭彌_方式采用的是環(huán)形彈簧緩沖。由于環(huán)形彈簧的數(shù)量比較多,而且是非常復(fù)雜的圓錐面之間的相互接觸,假如對(duì)每個(gè)面之間的相互接觸都進(jìn)行定義,勢(shì)必會(huì)大大降低ADAMS軟件仿真分析的速度,同時(shí)由于環(huán)形彈簧在卸載時(shí)和加載時(shí)工作特點(diǎn)的不同,它們的剛度也是不一樣的,因此,在用ADAMS軟件進(jìn)行仿真的時(shí)侯,有必要對(duì)該彈簧的工作過(guò)程進(jìn)行一定的簡(jiǎn)化。環(huán)形彈簧在加載和卸載時(shí)的軸向變形與受力之間的關(guān)系可以近似用線性關(guān)系進(jìn)行表達(dá),環(huán)形彈簧在加載時(shí)和卸載時(shí)的剛度k1、k2可用式(1)表示:

        式中:n表示環(huán)形簧圓錐接觸面的對(duì)數(shù);A1表示彈簧外圓環(huán)的橫截面積;A2表示彈簧內(nèi)圓環(huán)的橫截面積;E表示彈簧材料的楊氏模量;R01表示彈簧外圓環(huán)截面的半徑;R02表示內(nèi)圓環(huán)截面的半徑;ρ表示摩擦角;β表示圓錐角。

        根據(jù)本仿真研究的鏈?zhǔn)脚诘墓ぷ魈匦?,最后選定彈簧的摩擦角為14°,圓錐角為9°。再把選定的參數(shù)通過(guò)公式(1)進(jìn)行計(jì)算可得K1=4K2。

        施加完載荷、驅(qū)動(dòng)、約束并且對(duì)鏈?zhǔn)脚谂诠苓M(jìn)行必要的處理后,建立的ADAMS動(dòng)力學(xué)仿真模型如圖1所示。

        2 結(jié)果分析

        2.1槍身后坐運(yùn)動(dòng)特性

        射擊過(guò)程中該鏈?zhǔn)脚诘暮笞灰魄€和后坐力特性曲線如圖2所示。

        圖1 鏈?zhǔn)脚趧?dòng)力學(xué)仿真模型

        圖2 后坐位移、后坐力特性曲線

        對(duì)圖2的曲線進(jìn)行分析可以得到,第一發(fā)子彈的后坐位移和后坐力比后面四發(fā)子彈要小一些,這是因?yàn)閷?duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真時(shí)的開(kāi)始位置和后面每發(fā)彈的循環(huán)開(kāi)始位置是不同的,并且此時(shí)武器系統(tǒng)還沒(méi)有達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài),不是本文研究的重點(diǎn),因此,對(duì)第一發(fā)子彈引起的后坐位移和后坐力不作對(duì)比分析。在t=0.12 s 時(shí),單邊后坐力大小是5 086N,這是第一次出現(xiàn)極大值,此時(shí)整個(gè)武器系統(tǒng)搭載的平臺(tái)受到的后坐力大小是10 172N;在t=0.15 s 時(shí),前沖的單邊作用力為1 675N,此時(shí)整個(gè)武器系統(tǒng)搭載的平臺(tái)受到的前沖力大小是3 350N。在t=1.12 s 時(shí),系統(tǒng)的后坐位移為20.45mm,這是第一次出現(xiàn)后坐極大值,在t=0.14 s時(shí),系統(tǒng)的前沖位移為13.38mm,這是第一次出現(xiàn)前沖極大值。

        該鏈?zhǔn)脚诓捎铆h(huán)形彈簧緩沖器作為緩沖裝置。對(duì)本文研究鏈?zhǔn)轿淦骱笞秃笞灰朴绊懽畲蟮沫h(huán)形彈簧結(jié)構(gòu)參數(shù)有直線剛度K、預(yù)壓力P、加載剛度和卸載剛度之比C,本文通過(guò)控制變量法,對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行了大量的對(duì)比分析。

        3 改進(jìn)方案結(jié)果分析

        為了進(jìn)行有效的對(duì)比分析,文中采用控制變量法的方法。文章中所有的對(duì)比分析數(shù)據(jù)都是在射擊速度為600發(fā)/分鐘,仿真時(shí)間為0.5s的射擊工況下對(duì)比各個(gè)參數(shù)對(duì)鏈?zhǔn)轿淦骱笞秃笞灰频挠绊懱匦?。文章在?jīng)過(guò)大量ADAMS動(dòng)力學(xué)仿真以后,對(duì)每一個(gè)仿真得到的曲線進(jìn)行對(duì)比分析,最后選定一組最優(yōu)環(huán)形彈簧結(jié)構(gòu)參數(shù),此時(shí)鏈?zhǔn)轿淦鞯暮笞闆r的得到了明顯的改善。最后確定的最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)是:環(huán)形彈簧加載時(shí)的彈簧剛度K1為170N/mm;卸載時(shí)的彈簧剛度K2為28.3N/mm;彈簧預(yù)壓力P為500N。對(duì)采用最優(yōu)環(huán)形彈簧的系統(tǒng)進(jìn)行仿真,得到的后坐力和后坐位移仿真結(jié)果如圖3所示。

        圖3 最優(yōu)方案后坐位移、后坐力特性曲線

        分析圖3的曲線可以得到,在系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定后,鏈?zhǔn)轿淦鞯膯芜吅笞ψ畲笾禐? 900N,前沖的最大位移為9.53mm,后坐的最大位移為21.35mm,。而采用最初方案時(shí),在系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定后,鏈?zhǔn)轿淦鞯膯芜吅笞ψ畲笾禐?0 158N,前沖的最大位移為13.38mm,后坐的最大位移為20.45mm。對(duì)比這兩個(gè)方案的結(jié)果可以得出,采用改進(jìn)方案后,系統(tǒng)單邊最大后坐力減小了2 258N,后坐位移最大值增加了0.92mm,前沖位移最大值降低了3.84mm??梢钥闯觯畲蠛笞Φ玫搅嗣黠@的降低,雖然后坐位移最大值有所增加,但仿真結(jié)果顯示,這個(gè)后坐位移仍然能夠滿足武器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。同時(shí)鏈?zhǔn)轿淦鞯那昂罂傮w位移值降低了2.92mm,這在一定程度上能夠提高鏈?zhǔn)轿淦鞯纳鋼舴€(wěn)定性。

        4 結(jié)論

        本文是基于ADAMS的鏈?zhǔn)脚谶\(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及緩沖裝置進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真,對(duì)研究該鏈?zhǔn)脚诰彌_裝置對(duì)后坐力和后坐位移影響規(guī)律有很大的參考價(jià)值,并提出了一個(gè)相對(duì)合理的緩沖裝置參數(shù)方案,很大程度上縮短了該鏈?zhǔn)脚诘难邪l(fā)周期。

        參考文獻(xiàn)

        [1]郭衛(wèi)東.虛擬樣機(jī)技術(shù)與ADAMS應(yīng)用實(shí)例教程[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2008.

        [2]何志強(qiáng),黃守仁,李載弘.航空自動(dòng)武器設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版利,1990.

        [3]張英會(huì).彈簧[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1982:280-310.

        [4]曾晉春,楊國(guó)來(lái),王曉峰.某火炮自動(dòng)機(jī)虛擬樣機(jī)建模與仿真[J].火炮發(fā)射與控制學(xué)報(bào),2008(1):42-45.

        [5]王寶元,梁世瑞,周發(fā)明.火炮自動(dòng)機(jī)平面運(yùn)動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)多體系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)分析[J].火炮發(fā)射與控制學(xué)報(bào),2000(3):13-15.

        中圖分類號(hào)TP39

        文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

        文章編號(hào)1674-6708(2016)165-0225-02

        作者簡(jiǎn)介:符立華,臺(tái)州科技職業(yè)學(xué)院。

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