RecurDyn 成功案例:多体动力学仿真在咖啡胶囊机容量提升设计中的应用

  • 研究产品:咖啡胶囊机

  • 分析目的: 在不提高总体成本和能耗的前提下,将容量提高25%


容量是自动包装机的重要特性之一,面对市场竞争,要求包装机容量大、可靠性高、尺寸小、成本低。OPEM欧佩姆的设计师们不断通过新的设计方案,使公司产品保持竞争力。本项目涉及到咖啡胶囊机的优化,其目标是在不影响机器总体结构、零件尺寸和功率的情况下,将容量提高25%。在功率不增加的情况下提升容量,需要优化凸轮和受控电动驱动器的运动规律,通过执行器运动规律的优化,达到了容量提升的设计目标。通过RecurDyn模型考虑链式机构零件间的多处复杂接触传力关系,进行了大量的多柔体动力学仿真,以检查优化后的运动规律对系统动态行为的影响


仿真过程

设计并优化了运动规律,以保证连续性和尽可能低的加速度,通过仿真验证了在指定瞬间所能达到的位移,运动规律适用于所有配备机器的理想电机;

利用整机多刚体模型检查运动规律是否正确、同步,并测量所需的功率,进而选择合适的电机;

通过F-Flex柔性体考虑密封胶囊薄膜的结构;

采用多柔体模型,即使结构在动态条件下发生变形,也能确定刀具和胶囊的位置;

仿真得到各子系统与主机架联接约束条件下的动态反作用力;

多柔体模型得到用于有限元结构评估(强度和疲劳)的载荷。



关键分析技术

  • 多刚体动力学是一种用于优化运动规律和计算功率需求的快速方法。可以实现短时间内的多次迭代。

  • 运用柔体动力学检查所有的物体(工具、胶囊和薄膜)在恶劣的动态条件下是否处于预期(或要求)的位置。

  •     数以百计的非线性接触被用来描述刀具胶囊薄膜之间的相互作用

RecurDyn工具包

  •  RecurDyn/Professional

  •   RecurDyn/FFlex

  •   RecurDyn/Chain


面临的工程问题

  • 市场要求包装机器具有更大的容量,更高的稳定性以及更小的尺寸.

  • 必须保证机器在成本上具有竞争力

  • 利用大量接触实现复杂的链条机构

  • 结构优化需要进行大量的仿真分析,因为优化运动规律(凸轮和受控电力驱动器)是实现更高容量而不增加能耗和动态负载的关键



解决方案

刚体动力学计算非常快速,可快速检验运动规律的正确性,进而优化运动规律、确认功率,多次迭代执行所需时间短。

模型中采用大量的柔性零部件,验证动态情况刀具胶囊和薄膜的预期位置。刀具、胶囊和薄膜之间通过数百个非线性触精确地描述其相互间的传力关系。

基于RecurDyn Chain工具包建立链条非常方便,计算含大量接触的链传动非常快速。



仿真结果

  • 将咖啡胶囊机的容量提高了25%

  • 新运动规律的得到了设计与验证

  • 简化了主机架结构



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