基于ADAMS的渦流檢測機構的設計與研究

郭北濤，楊宏偉，張賢

（沈陽化工大學機械與動力工程學院，沈陽 110142）

0 引言

近些年來，國家經濟飛速發展，制造業成為國民經濟的支柱。為了能夠高效率的生產產品，無損檢測技術在制造業占據著越來越重要的地位，制造業對無損檢測機構的需求越來越高，市場上也涌現出一些無損檢測機構。為了使無損檢測機構更進一步機械化和精確化，設計出一種檢測更加高效率的渦流檢測機構[1-2]。

該渦流檢測機構能夠解決渦流檢測線圈和工件之間所需的提高距離的高精度的要求，以更加高效率和高精度地制造生產。通過運用SolidWorks軟件三維建模和ADAMS軟件運動仿真，建立運動仿真機構獲得運動參數，分析仿真結果驗證渦流檢測機構的可行性。

1 渦流檢測機構的設計

在研究渦流檢測機構的過程中，由于該機構的建模較為復雜，在仿真時較難在仿真軟件中直接建模，因此該機構建模采用SolidWorks 軟件進行輔助建模。利用SolidWorks軟件構造出各部分零件的三維模型[3]，然后將各部分零件整體裝配，使各部分操作更加靈活。

此次設計渦流檢測機構是一種輥輪式的檢測機構。電動機通過聯軸器與輥輪軸相連，主動輥輪獲取動力，主動輥輪通過皮帶輪、張緊輪和皮帶組成的皮帶傳動帶動從動輥輪轉動。滑塊在導軌上滑動可控制傳感器探頭在水平方向上的位置；傳感器支架末端設計為一個直槽口與傳感器探頭支架相連，可控制傳感器探頭的上下高度。

圖1 渦流檢測機構三維圖

該渦流檢測機構設計為一種將工件原位檢測改進為工件行進狀態下檢測的機構，使效率和精度更高。通過在兩個從動輥輪支座上加一特定角度的斜塞，使從動輥輪傾斜為一定的角度，工件能夠在轉動的同時行進，完成在行進狀態下檢測。為了進一步地使機構效率和精度更高，從動輥輪傾斜的角度必須是機構最高效檢測的角度，設定斜塞的角度成為最重要的問題。為了解決問題，需要利用虛擬樣機技術ADAMS軟件和SolidWorks軟件聯合仿真[4-5]。

2 ADAMS仿真研究

將SolidWorks軟件中創建好的渦流檢測機構的裝配體保存為Parasolid(*.x_t)格式導入到ADAMS中生成剛性模型[6]，將一些不受仿真影響的零件省略，如螺釘、螺母等。設置模型的單位為MMKS單位制；設置重力為Y軸的負方向，大小為-9.806；將不影響運動的兩個不相交的物體布爾操作，使其成為一個整體。對模型添加固定副、轉動副、耦合副等約束，添加驅動、重力、接觸力和設置摩擦力、速度、材料等參數[7]。

在添加從動輥輪的轉動副前，添加的MARKER點坐標設置Z軸為負的從動輥輪傾斜的角度。在傳感器探頭與被測工件上添加MARKER點，分別是MARKER_55和MARKER_54，測量機構運轉中被測工件與傳感器探頭之間的距離是了解該渦流檢測機構穩定性與高精度的標準。被測工件和傳感器探頭之間的距離測量函數如下：

DY（MARKER_55，MARKER_54）-15

其中：DY表示Y軸坐標之間的被測距離；MARKER_55表示傳感器探頭的中心點；MARKER_54表示被測工件的頂面圓的中心點；15表示被測工件的半徑。

本文設計了三種角度的渦流檢測機構仿真分析比較，分別是斜塞為1.5°、2.0°和2.5°。將三種角度的SolidWorks裝配體模型分別導入到ADAMS軟件中約束仿真，設置仿真時間為1.5 s，仿真總步數為100步[8]，開始仿真并通過后處理得到被測工件和傳感器探頭之間距離的曲線圖。

3 仿真結果分析

虛擬樣機建立完成后，在ADAMS軟件中進行運動交互仿真，查看渦流檢測機構的運行狀態，其目的在于檢查驗證機構的設計是否合理、添加的約束是否正確及相對運動的部件是否相對運動，整個機構運行的狀態是否平穩，檢驗各機構是否有干涉現象的產生等[9]。

在ADAMS軟件中查看后處理的結果，查看機構從動輥輪傾斜角度分別為1.5°、2.0°和2.5°的傳感器探頭與工件之間距離的曲線圖。隨著時間的變化，傳感器探頭與工件之間距離變化如圖3～圖5所示。

圖2 ADAMS對模型的約束

圖3 機構傾斜角度為1.5°的間距圖

圖4 機構傾斜角度為2.0°的間距圖

圖5 機構傾斜角度為2.5°的間距圖

從曲線圖的仿真結果可以看出，渦流檢測機構的各部件工作正常，仿真結果符合設計預期要求，被測工件在主動輥輪和傾斜從動輥輪的帶動下不僅轉動而且是行進狀態，各機構部件約束及參數都是正確的[10]。

曲線圖的橫坐標表示時間的變化，縱坐標表示被測工件隨著時間的變化與傳感器探頭之間的距離變化。從圖3中可知，被測工件的頻率跳動較快，工件在轉動行進中并不穩定；圖4與圖3相比，工件在被測過程中比較穩定，能夠平穩運行，幅值跳動較小。圖5比圖2和圖4曲線幅值比較大，工件在被測過程中不太穩定。綜上而言，圖4的曲線圖是較穩定的，機構從動輥輪在傾斜2.0°時，工件能夠平穩運行，傾斜角度小于2.0°和大于2.0°時工件運行都不穩定。機構從動輥輪在傾斜角度為2.0°時效率最高、檢測精度最高。

4 結論

利用SolidWorks軟件和虛擬樣機技術ADAMS軟件的聯合設計、仿真分析，在機構未被制造之前，對機構進行測試仿真，大大縮短了研發周期并節約了大量的成本。通過SolidWorks軟件對渦流檢測機構進行建模，將模型導入ADAMS軟件仿真分析。仿真結果表明渦流檢測機構滿足設計要求，達到預期的設計要求。機構的從動輥輪傾斜角度在2.0°時，機構運行更加平穩，檢測更加高效率和高精度。整個渦流檢測機構結構簡單，易于制造生產，有一定的應用價值，可以投入應用。