基于虚拟设计的硬度检测设备研制

　　1 引 言

　　目前检测设备在设计过程中仍存在一些影响检测性能的因素, 主要涉及到设备的结构、动力传递和控制方法等。机械系统分析软件 ADAMS 集建模、求解和可视化技术于一体,能有效分析和比较多种参数方案, 试验台结构优化分析和控制过程在 ADAMS软件中得到实现。ADAMS能有效地分析设备测试的动态过程, 用交互分析产生的数值分析结果来评价设备的性能, 为了更加真实地符合实际情况, 理论分析用来完成检验产生的数值结果。

　　本文将提出一种基于虚拟设计的硬度检测设备研究, 以进一步提高它的自动化能力与可靠性。目前它已经投入实际使用中, 并取得了良好的检测效果。

　　2 硬度检测设备原理

　　目前在工程上对材料的硬度检测极为普遍, 比如一辆汽车有上百种零件要测定硬度, 一架喷气式客机有上千的零件要测定硬度。硬度是材料抵抗残余变形和反破坏的能力。设计该检测设备台主要用于对设备核心零件的硬度检测。某些零件因承受扭力和弯曲力要求耐疲劳, 同时又要有良好的耐磨性。然而, 热处理工艺参数难以控制,造成产品质量不稳定而引发事故。对它们的硬度检测至关重要, 本检测设备以检测汽车轮毂硬度为研究对象, 完成由机械核心部分的检测装置设计。

　　它的结构设计如图 1 所示。其原理为: 标准工件置于升降台后, 将其升至探头附近指定位置进行试验初始化设置。将待测工件置于升降台, 升至测试位置并开始检测工件。若工件合格, 打标系统在工件外圈打上标记后升台自动复位; 若不合格, 打标系统不工作, 升降台保持原位不动, 待手动调节按钮复位。

　　3 基于 ADAMS 的优化设计

　　升降台推动工件至传感器附近时, 工件跟传感器必定发生接触碰撞。为了有效保护传感器, 检测设备需要设置缓冲装置 ( 本检测装置设置了几个均匀分布的弹簧) ,既能实现气缸推力能推动升降台上升, 又保证跟传感器接触时不会过于激烈, 并且在检测过程中保持稳定状态。为此需要找出一种力与缓冲弹簧的合理优化结果, 更好地保证检测设备正常工作及提高传感器的寿命。工件与传感器采用接触设置, 接触分析是特殊的动力学仿真问题, 其拓扑结构是时变的。碰撞力的作用时间很短, 同时又是急剧变化的, 很难确定其变化规律。图 2分析了工件与传感器碰撞过程。它符合动量定理与动量矩定理。

　　碰撞过程忽略重力, 碰撞后两者一起运动, 则碰撞为:

　　其中工件接触前速度v1

　　满足:

　　碰撞后最大压缩量为 δmax, 由动能定理可知: