低壓開關(guān)操作機(jī)構(gòu)三維可視化仿真技術(shù)的研究

低壓開關(guān)操作機(jī)構(gòu)三維可視化仿真技術(shù)的研究
摘　要ˇ從前處理、計(jì)算分析和后處理3個(gè)方面ˇ介紹了低壓開關(guān)操作機(jī)構(gòu)三維可視化仿真技術(shù)ˇ并以典型的操作機(jī)構(gòu)為例ˇ借助自行開發(fā)的應(yīng)用軟件ˇ對機(jī)構(gòu)在不同參數(shù)情況下的開斷過程進(jìn)行了仿真計(jì)算ˇ
關(guān)鍵詞ˇ開關(guān)ˇ操作機(jī)構(gòu)ˇ三維仿真
中國圖書資料分類法分類號(hào)ˇ　TM561.1
機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的前處理過程
機(jī)構(gòu)計(jì)算的結(jié)果是一些數(shù)據(jù)文件ˇ為了使用戶直觀、明了地獲得機(jī)構(gòu)開斷過程的各種
典型的操作機(jī)構(gòu)ˇ1ˇa所示ˇb為機(jī)構(gòu)的簡化圖ˇ圖中機(jī)構(gòu)處于合閘位置ˇ機(jī)構(gòu)由觸頭支架f、下連桿g、上連桿h、跳扣k、鎖扣m、操作手柄l和拉力彈簧e等部分組成ˇ當(dāng)跳扣k端部被鎖扣m鎖住時(shí)ˇC點(diǎn)成為固定點(diǎn)ˇ桿g、桿h、觸頭支架f及機(jī)架構(gòu)成一個(gè)4連桿機(jī)構(gòu)ˇ轉(zhuǎn)動(dòng)操作手柄lˇ可通過彈簧e改變4連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)ˇ一旦短路電流到來ˇ2ˇˇ引起鎖扣m脫扣ˇ在彈簧e的拉力作用下ˇ跳扣k繞O2軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)ˇC點(diǎn)成為活動(dòng)點(diǎn)ˇ此時(shí)ˇ由于彈簧力的作用ˇ軸B被緊壓在跳扣上ˇ與跳扣一起運(yùn)動(dòng)ˇ動(dòng)、靜觸頭開始分離ˇ在連桿g和連桿h脫離死區(qū)后ˇ連桿和跳扣彼此分離ˇ跳扣k、連桿g、連桿h、觸頭支架f及機(jī)架就變成了一個(gè)5連桿機(jī)構(gòu)ˇ由于5連桿機(jī)構(gòu)具有2個(gè)自由度ˇ觸頭繼續(xù)分?jǐn)唷ν直鸁o關(guān)ˇ
其中　G點(diǎn)為桿件的質(zhì)心ˇA和B分別為桿件的2個(gè)軸ˇAˇˇaxˇayˇ為桿件的質(zhì)心在平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的加速度矢量ˇ和為桿件繞質(zhì)心G轉(zhuǎn)動(dòng)的角加速度和角速度ˇFAˇˇfAxˇfAyˇ和FBˇˇfBxˇfˇByˇ分別為作用在軸A和軸B上的外力矢量ˇI為桿件以質(zhì)心為軸所計(jì)算出的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量ˇM為桿件的質(zhì)量ˇ
假定絞鏈2個(gè)桿件的軸的質(zhì)量為0ˇ并忽略軸與桿件間的摩擦力ˇ則2個(gè)桿件作用在軸上的力ˇ平衡ˇ2個(gè)桿件同軸ˇ互作用的點(diǎn)上的加速度(及速度)也彼此ˇ同ˇb中的軸Aˇ桿f和gˇ及軸Cˇ桿h和桿kˇ均符合上述的定律ˇ圖中的軸Bˇ桿g和桿j或桿g和桿h)也滿足加速度ˇ等條件ˇ但軸B不僅受到來自2個(gè)桿件的作用力ˇ也受到彈簧e對它產(chǎn)生的拉力ˇ式(2)給出了軸B滿足的方程(以桿g和桿jˇ互作用為例)ˇ
對于在平面內(nèi)做自由運(yùn)動(dòng)的剛體上的任一點(diǎn)Pˇ有式(3)
其中　為運(yùn)動(dòng)桿件同x軸的夾角ˇ
給定機(jī)構(gòu)各個(gè)桿件在觸頭分?jǐn)喑跗诘某跏贾怠?個(gè)桿件( 初為3個(gè))和5個(gè)轉(zhuǎn)軸( 初為4個(gè))的受力以及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行分析ˇ根據(jù)以上敘述的運(yùn)動(dòng)定律及約束條件ˇ可以獲得一系列方程ˇ聯(lián)立求解這些方程ˇ就可以確定操作機(jī)構(gòu)在各個(gè)時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的數(shù)據(jù)ˇ
4　結(jié)　論
(1)通過引入三維可視化技術(shù)ˇ可以方便地以交互式圖形方式輸入原始數(shù)據(jù)ˇ使輸入工作直觀而且快速ˇ大幅度減輕了輸入工作量ˇ由于用戶可以隨意、隨時(shí)地改變機(jī)構(gòu)部件的外形及參數(shù)ˇ同時(shí)觀察到因參數(shù)改變而引起的機(jī)構(gòu)外形和開斷過程的變化ˇ因此ˇ提高了機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)效率ˇ保證了所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)運(yùn)行的可靠性ˇ
(2)文章中介紹的對機(jī)構(gòu)的開斷過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)計(jì)算和分析的方法ˇ符合斷路器機(jī)構(gòu)的實(shí)際開斷情況ˇ用這種方法可以獲得機(jī)構(gòu)在每個(gè)時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)ˇ從而為機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的后處理機(jī)構(gòu)開斷過程的三維仿真提供ˇ實(shí)的數(shù)據(jù)ˇ使機(jī)構(gòu)的三維模擬成為可能ˇ
(3)軟件提供的三維仿真和動(dòng)畫的功能ˇ使設(shè)計(jì)者可以更加清楚、直觀地看到操作機(jī)構(gòu)的分?jǐn)噙^程ˇ減少設(shè)計(jì)失誤ˇ降低對低壓電器操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的成本ˇ
作者簡介ˇ張　晉ˇ女ˇ1973年11月生ˇ電氣工程學(xué)院電機(jī)電器及其控制系ˇ博士生ˇ作者單位ˇ西安交通大學(xué)ˇ710049ˇ西安基金ˇ目ˇ國家教育部博士點(diǎn)科研基金資助ˇ目(98069815)ˇ西安交通大學(xué)博士論文基金資助ˇ目(DFXJU1997-15)ˇ