摘要：通過(guò)UG和ADAMS相結(jié)合，建立隔膜真空泵的虛擬樣機(jī)模型，對(duì)隔膜真空泵進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算，快速準(zhǔn)確的得到隔膜真空泵的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，為隔膜真空泵的設(shè)計(jì)提供有效的理論基礎(chǔ)和方法，為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和優(yōu)化隔膜真空泵提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：隔膜真空泵虛擬樣機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真+

將CAE技術(shù)應(yīng)用到現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程中，是將科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的一種表現(xiàn)形式。在各種CAE技術(shù)中，虛擬樣機(jī)(Virtual Prototype)技術(shù)是計(jì)

算機(jī)輔助工程的一個(gè)分支，它是人們開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品時(shí)，在概念設(shè)計(jì)階段，通過(guò)學(xué)科理論和計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，對(duì)設(shè)計(jì)階段的產(chǎn)品進(jìn)行虛擬性能測(cè)試，達(dá)到提高設(shè)計(jì)性能、降低設(shè)計(jì)成本減少產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間的目的 J。隔膜真空泵，是近年來(lái)發(fā)展比較迅速的抽真空設(shè)備。它以產(chǎn)品占用空間小、設(shè)計(jì)先進(jìn)、工作效率高、耐腐蝕性高和使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)而深受用戶歡迎。隔膜真空泵主要應(yīng)用于醫(yī)療醫(yī)藥產(chǎn)品分析、精細(xì)化工、生化制藥、食品檢驗(yàn)、公安刑偵技術(shù)等領(lǐng)域，是為其精密色譜儀器配套的產(chǎn)品，也是實(shí)驗(yàn)室必備的裝備之一。

本文以CAD軟件建立隔膜真空泵三維模型，用機(jī)械動(dòng)力學(xué)仿真軟件ADAMS建立隔膜真空泵的虛擬樣機(jī)模型，并對(duì)模型進(jìn)行動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)方面的

仿真分析。

1 真空隔膜泵的結(jié)構(gòu)和工作原理

隔膜真空泵的結(jié)構(gòu)和原理如圖1所示。隔膜真空泵的工作原理：主驅(qū)動(dòng)為電機(jī)的圓周運(yùn)動(dòng)，通過(guò)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化成內(nèi)部的隔膜做往復(fù)式直線運(yùn)動(dòng)，從而壓縮、拉伸泵腔內(nèi)的空氣形成真空，在抽氣口處與外界大氣壓產(chǎn)生壓力差，在壓力差的作用下，將氣體吸入泵腔，再?gòu)呐艢饪谂懦?，達(dá)到抽真空的目的。隔膜真空泵無(wú)需任何工作介質(zhì)，不產(chǎn)生任何污染，并且在氣體交換倉(cāng)內(nèi)有過(guò)濾材料，從而保證空氣的潔凈度；由于生產(chǎn)過(guò)程中采用新技術(shù)和新材料，它具有移動(dòng)方便，工作流暢，從而能保證有理想的真空度和較高的排氣量；無(wú)摩擦的膜片運(yùn)動(dòng)，膜片無(wú)摩擦，對(duì)膜片無(wú)損耗；采用特殊處理的膜片，工作壽命長(zhǎng)，連續(xù)工作能達(dá)3 600 h，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕Y(jié)構(gòu)布局，使隔膜真空泵整體的運(yùn)行更穩(wěn)定、可靠，從而保證真正的高效率和低成本運(yùn)行。璽 1 2 3 4 5箍。缸體＼、4一／ t

圖1 隔膜真空泵結(jié)構(gòu)及原理圖

2 真空隔膜泵虛擬樣機(jī)模型的建立

通過(guò)CAD軟件UG建立整體隔膜真空泵三維模型，經(jīng)過(guò)裝配和零件干涉檢查沒(méi)問(wèn)題后，導(dǎo)出Pa．rasolid格式文件，再導(dǎo)入到ADAMS里面，實(shí)現(xiàn)二者

數(shù)據(jù)連接。通過(guò)轉(zhuǎn)換，可建立虛擬樣機(jī)模型，并根據(jù)模型對(duì)應(yīng)的添加相應(yīng)零部件的屬性、運(yùn)動(dòng)副、約束以及驅(qū)動(dòng)等。建立完整的虛擬樣機(jī)模型后，就可以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)方面的仿真計(jì)算，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)仿真和動(dòng)力分析等虛擬分析，輸出虛擬仿真的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，以及樣機(jī)在仿真過(guò)程中隨運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的主要參數(shù)變化曲線，運(yùn)動(dòng)副的受力、力矩等方面的計(jì)算等。從而更加深入地了解和掌握隔膜真空泵的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)等的特性 。

隔膜真空泵的虛擬樣機(jī)模型如圖2所示，模型中

有：6個(gè)剛體(part)，2個(gè)旋轉(zhuǎn)副(revolute)，1個(gè)移動(dòng)副

(translation)，1個(gè)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)(rotational joint motion)。

圖2 隔膜真空泵虛擬樣機(jī)模型

傳統(tǒng)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程有：概念設(shè)計(jì)一詳細(xì)設(shè)

計(jì)一制造物理樣機(jī)一物理樣機(jī)測(cè)試(若出現(xiàn)問(wèn)題，

需要重新修改設(shè)計(jì)，制造新樣機(jī))—— 產(chǎn)品確定，進(jìn)

行量產(chǎn)。這個(gè)過(guò)程不僅難以提高產(chǎn)品品質(zhì)，而且耗

費(fèi)大量時(shí)間和資金。通過(guò)虛擬樣機(jī)技術(shù)，在制造出

物理樣機(jī)之前，就可以進(jìn)行相關(guān)參數(shù)性能的測(cè)試，發(fā)

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現(xiàn)樣機(jī)潛在的問(wèn)題，從而在制造樣機(jī)的過(guò)程中加以

改正；能縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期40％ ～70％ ，節(jié)約大量

的時(shí)間和研發(fā)成本。利用虛擬樣機(jī)技術(shù)，有時(shí)只需

投入傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式10％的費(fèi)用，就可以達(dá)到傳統(tǒng)設(shè)

計(jì)方式90％ 的目標(biāo)。