光电仪器设计早期的仿真验证

光学仪器需要实现精确的运动控制和间隙控制，通过光学元件的旋转运动控制凸轮筒，旋转运动经凸轮从动件转化为直线运动，从而借助光学镜头外壳的线性运动调节光学放大率。在设计早期阶段通过RecurDyn仿真验证了仪器平滑运动、精确缩放控制的有效性，给出了关键结构件凸轮上的应力和疲劳耐久结果，确定了执行机构的最小扭矩。

Customer Challenges面临的挑战

• 设计早期需验证凸轮设计是否能达到预期的要求。

• 需要准确地预测凸轮轮廓相应的关键部件应力。

• 执行机构的扭矩需要最小化。

• 需考虑系统各部件动力学行为所涉及的接触、摩擦效应。

• 凸轮从动件的运动必须平稳，无抖动，以实现精确运动。

Solutions解决方案

• 创建含凸轮从动件机构的多体模型，通过动力学仿真确认设计是否满足精确运动的要求。

• 采用强大的接触算法进行快速、精确地接触仿真。

• 采用多柔体动力学仿真验证不同凸轮轮廓所对应的动态应力。

• 通过动态仿真，确定目标运动的最佳扭矩。

Process流程

① 建立光学仪器的MFBD模型。

② 将凸轮运动的扭矩降至最低。

③ 跟踪凸轮筒及光学镜头外壳关于旋转角度的路径/运动轮廓。

④ 计算不同凸轮轮廓对应的凸轮筒及其它零件的应力。

⑤ 优化凸轮型线，保证运动更加平稳。

⑥ 预测执行机构所需的扭矩，以确定必要的电机功率。

Key Technologies for Analysis关键技术

-   基于MFBD技术的机构运动与结构变形耦合分析技术。

-   易用的接触建模技术，方便定义并仿真各种凸轮轮廓相关的接触。

-   精确的MBD求解器，可准确仿真系统的驱动扭矩。

 Outcomes效果

-   在凸轮设计早期精确仿真验证了光学仪器的运动特征。

-   通过仿真确保凸轮轮廓及从动件区域的应力处于许可范围。

-   通过仿真验证确定了最小化的驱动扭矩。

-   RecurDyn仿真结果与后续的物理样机测试结果高度吻合。