MBS技术专题丨优化凸轮铰链设计，厨房电器开门更省力
关于凸轮铰链
凸轮铰链常用于许多电器 (比如烤箱、冰箱、微波炉等)门的开闭过程。凸轮铰链需要保证电器门在开启或关闭过程中可以在任何位置停留，同时操纵力应尽可能小。为了实现这一目标，许多家电制造商采用试错的方法对凸轮型线进行修正。
本文提供了一种全新的方法对凸轮型线进行优化设计，通过Altair® MotionSolve® 和 Altair® HyperStudy® 对烤箱的铰链运动过程进行多体动力学仿真分析和优化，使得操纵力较原始设计大幅降低，为家电门的设计提供参考依据。
学习目标
如何使用参数化曲线二维接触
使用 HyperStudy 优化铰链形状
烤箱模型
多体动力学模型
建模过程
步骤1：导入CAD数据
步骤2：在模型上添加铰链连接；
步骤3：在箱体和铰链之间添加阻尼器；
K= 1 N/mm C= 0.01 N.s/mm；
步骤4：通过 HyperMesh 导入凸轮点；
“Create Points using Coordinates”
步骤5：增加凸轮运行轨迹线：
“Create Curve from Points/Nodes”
步骤6：增加销轮曲线；
X,Y,Z=[0.0*sin(2*pi*(0:1:0.01)),12.5*sin(2*pi*(0:1:0.01)),12.5*cos(2*pi*(0:1:0.01))]
步骤7：定义凸轮和销曲线之间的2D接触；
步骤8：定义运动驱动；
Displacement = `STEP(Time,0,0,3,90D)`
步骤9：增加门铰链的力矩和角度输出；
`{j_Door.TX}`, `{j_Door.TY}`, `{j_Door.TZ}`, `{j_Door.AZ}`
结果读取
力和力矩
优化
设计变量：Y 蓝球的Y坐标
目标：力矩曲线尽可能接近0
HyperStudy 操作步骤
步骤1：从MotionView 应用中程序启动 HyperStudy；
步骤2：定义12个点（点14到点25）的y坐标作为设计变量；
步骤3：定义变量；
据标称值定义上下限；
下限：5、10、15、30、40、50和60mm；
上限：限制在82mm。
步骤4：以门铰链节点的扭矩Z为数据源；
步骤5：将扭矩曲线的均方根(RMS)作为输出响应- RMS (ds_torque)，优化目标是使转矩曲线均方根最小；
步骤6：添加优化研究；
GRMS (Global Response Search Method)需要选择的优化方法；
计算次数= 750。
GRSM 是一种基于响应面的方法；
在每次迭代过程中，基于响应面的优化生成一些设计；
额外的设计是全局生成的，以确保本地搜索能力和全局搜索能力处于平衡；
响应面是自适应更新与新生成的设计。
优化结果
717迭代完成目标值
优化前 RMS = 10620.57
优化后 RMS = 681.19
初始
优化
新形状
总结
本文对烤箱的铰链运动过程进行多体动力学仿真分析、优化并确定凸轮运动线形，使得烤箱门的操纵力大幅降低，为本体结构设计提供依据。
