以閥門(mén)氣動(dòng)執(zhí)行器為研究對(duì)象，運(yùn)用三維設(shè)計(jì)軟件Pro/E構(gòu)建實(shí)體模型，并實(shí)現(xiàn)虛擬裝配。利用Pro/E和ADAMS的接口軟件Mech/Pro，將模型導(dǎo)入到ADAMS/View下并建立完整的虛擬樣機(jī)模型，對(duì)模型進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析。利用ADAMS/View的設(shè)計(jì)研究功能，對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到了使閥門(mén)氣動(dòng)執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)較為平穩(wěn)的活塞桿尺寸參數(shù)。

　　閥門(mén)是流體輸送系統(tǒng)中的控制部件，具有截止、調(diào)節(jié)、導(dǎo)流、防止逆流、穩(wěn)壓、分流或溢流泄壓等功能。閥門(mén)氣動(dòng)執(zhí)行器是利用壓縮空氣驅(qū)動(dòng)閥門(mén)啟閉的裝置。氣動(dòng)執(zhí)行器作為閥門(mén)的配套驅(qū)動(dòng)及控制部分在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門(mén)中有著廣泛的應(yīng)用，同樣在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中占有及其重要的地位。目前國(guó)內(nèi)閥門(mén)技術(shù)水平與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有差距，中小型閥門(mén)企業(yè)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上依靠模仿國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品，缺乏具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)。通過(guò)對(duì)閥門(mén)氣動(dòng)執(zhí)行器的正向設(shè)計(jì)希望能夠?yàn)閲?guó)內(nèi)閥門(mén)行業(yè)添磚加瓦，為閥門(mén)企業(yè)提供一些幫助。

1、氣動(dòng)執(zhí)行器的實(shí)體建模

1.1、建立零件實(shí)體模型

　　針對(duì)某型閥門(mén)氣動(dòng)執(zhí)行器產(chǎn)品，利用Pro/ENGINEER軟件建立實(shí)體模型，圖1為氣動(dòng)執(zhí)行器部分零件圖。

圖1 氣動(dòng)執(zhí)行器部分零件圖

1.2、虛擬裝配

　　總裝配體如圖2所示，使用全局干涉檢查工具，對(duì)裝配干涉進(jìn)行檢查，確保模型裝配正確。

圖2 執(zhí)行器總裝配體

1.3、定義剛體和添加約束

　　裝配完成后，通過(guò)ADAMS與Pro/ENGINEER的無(wú)縫接口軟件Mech/Pro定義剛體和添加部分約束副。

2、氣動(dòng)執(zhí)行器的仿真分析

2.1、模型導(dǎo)入與施加載荷

　　在ADAMS/View中導(dǎo)入模型如圖3所示。

圖3 氣動(dòng)執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

　　閥門(mén)氣動(dòng)執(zhí)行器主要施加的外力包括氣體推動(dòng)活塞的驅(qū)動(dòng)力和閥門(mén)閥桿的反作用力矩。在施加力時(shí)，我們需要選取力作用的構(gòu)件、作用點(diǎn)、力的大小和方向。

2.1.1、驅(qū)動(dòng)力的創(chuàng)建

　　本文所研究的氣動(dòng)執(zhí)行器氣源壓力4.0×10⁵Pa，活塞直徑140mm，活塞桿直徑32mm。

　　根據(jù)雙活塞雙作用串聯(lián)式氣缸的活塞推力計(jì)算公式

　　其中，D為活塞直徑，d為活塞桿直徑，ps為氣源壓力，η1為考慮摩擦阻力影響引入的系數(shù)。

　　計(jì)算得到所需添加的推動(dòng)活塞的驅(qū)動(dòng)力為10189N。

2.1.2、添加阻力矩

　　閥門(mén)閥桿的反作用扭矩方程為

　　其中F為驅(qū)動(dòng)力，η2為傳動(dòng)效率，L為撥叉偏心距，α為撥叉轉(zhuǎn)角。在撥叉軸上添加阻力矩，方向與旋轉(zhuǎn)方向相反。

2.2、驗(yàn)證模型

　　氣動(dòng)執(zhí)行器模型檢驗(yàn)正確，自由度為1，ADAMS將采用動(dòng)力學(xué)分析方法。