摘要：通过UG和ADAMS相结合，建立隔膜真空泵的虚拟样机模型，对隔膜真空泵进行运动学和动力学仿真计算，快速准确的得到隔膜真空泵的各项技术参数，为隔膜真空泵的设计提供有效的理论基础和方法，为进一步开发和优化隔膜真空泵提供了依据。

关键词：隔膜真空泵虚拟样机运动学和动力学仿真+

将CAE技术应用到现代工业生产的过程中，是将科学技术转化为生产力的一种表现形式。在各种CAE技术中，虚拟样机(Virtual Prototype)技术是计

算机辅助工程的一个分支，它是人们开发新产品时，在概念设计阶段，通过学科理论和计算机语言，对设计阶段的产品进行虚拟性能测试，达到提高设计性能、降低设计成本减少产品开发时间的目的 J。隔膜真空泵，是近年来发展比较迅速的抽真空设备。它以产品占用空间小、设计先进、工作效率高、耐腐蚀性高和使用寿命长等特点而深受用户欢迎。隔膜真空泵主要应用于医疗医药产品分析、精细化工、生化制药、食品检验、公安刑侦技术等领域，是为其精密色谱仪器配套的产品，也是实验室必备的装备之一。

本文以CAD软件建立隔膜真空泵三维模型，用机械动力学仿真软件ADAMS建立隔膜真空泵的虚拟样机模型，并对模型进行动力学和运动学方面的

仿真分析。

1 真空隔膜泵的结构和工作原理

隔膜真空泵的结构和原理如图1所示。隔膜真空泵的工作原理：主驱动为电机的圆周运动，通过曲柄滑块机构转化成内部的隔膜做往复式直线运动，从而压缩、拉伸泵腔内的空气形成真空，在抽气口处与外界大气压产生压力差，在压力差的作用下，将气体吸入泵腔，再从排气口排出，达到抽真空的目的。隔膜真空泵无需任何工作介质，不产生任何污染，并且在气体交换仓内有过滤材料，从而保证空气的洁净度；由于生产过程中采用新技术和新材料，它具有移动方便，工作流畅，从而能保证有理想的真空度和较高的排气量；无摩擦的膜片运动，膜片无摩擦，对膜片无损耗；采用特殊处理的膜片，工作寿命长，连续工作能达3 600 h，通过合理的设计和严谨的结构布局，使隔膜真空泵整体的运行更稳定、可靠，从而保证真正的高效率和低成本运行。玺 1 2 3 4 5箍。缸体＼、4一／ t

图1 隔膜真空泵结构及原理图

2 真空隔膜泵虚拟样机模型的建立

通过CAD软件UG建立整体隔膜真空泵三维模型，经过装配和零件干涉检查没问题后，导出Pa．rasolid格式文件，再导入到ADAMS里面，实现二者

数据连接。通过转换，可建立虚拟样机模型，并根据模型对应的添加相应零部件的属性、运动副、约束以及驱动等。建立完整的虚拟样机模型后，就可以对整个系统进行运动学和动力学方面的仿真计算，实现运动仿真和动力分析等虚拟分析，输出虚拟仿真的运动过程，以及样机在仿真过程中随运动而产生的主要参数变化曲线，运动副的受力、力矩等方面的计算等。从而更加深入地了解和掌握隔膜真空泵的运动学和动力学等的特性 。

隔膜真空泵的虚拟样机模型如图2所示，模型中

有：6个刚体(part)，2个旋转副(revolute)，1个移动副

(translation)，1个旋转驱动(rotational joint motion)。

图2 隔膜真空泵虚拟样机模型

传统的产品开发过程有：概念设计一详细设

计一制造物理样机一物理样机测试(若出现问题，

需要重新修改设计，制造新样机)—— 产品确定，进

行量产。这个过程不仅难以提高产品品质，而且耗

费大量时间和资金。通过虚拟样机技术，在制造出

物理样机之前，就可以进行相关参数性能的测试，发

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现样机潜在的问题，从而在制造样机的过程中加以

改正；能缩短产品开发周期40％ ～70％ ，节约大量

的时间和研发成本。利用虚拟样机技术，有时只需

投入传统设计方式10％的费用，就可以达到传统设

计方式90％ 的目标。