姜岳健

(巴陵石化廣播電視大學, 湖南 岳陽 414003)

基于SolidWorks Motion運動仿真跟蹤路徑的應(yīng)用*

姜岳健

(巴陵石化廣播電視大學, 湖南 岳陽 414003)

通過SolidWorks Motion運動仿真工具對未定義凸輪機構(gòu)從動件進行基于“時間/位移”系列數(shù)據(jù)點運動的反向驅(qū)動操作，生成跟蹤路徑，最終生成盤形凸輪輪廓曲線。并對新生成的凸輪機構(gòu)進行實際運動仿真，驗證了凸輪模型的準確性。

SolidWorks Motion；凸輪機構(gòu)；跟蹤路徑

0 引 言

SolidWorks是當今三維CAD軟件的代表，具有強大的基于特征的參數(shù)化實體建模、裝配設(shè)計、工程圖設(shè)計、裝配動畫、運動仿真和有限元分析等功能。SolidWorks Motion是SolidWorks自帶的虛擬原型機仿真工具插件，能夠利用計算機對設(shè)計裝配好的機構(gòu)進行運動學和動力學狀態(tài)的仿真模擬，分析機構(gòu)中相對運動零件的位移、速度、加速度、作用力、反作用力和力矩、動量、能量等參數(shù)并根據(jù)需要生成相應(yīng)圖解結(jié)果?！案櫬窂健弊鳛椤拔灰?速度/加速度”圖解結(jié)果中的子類別，可圖形化顯示運動零件某點跟隨其它參考零部件運動的路徑，且“跟蹤路徑”還具有被復制到參考零件文件特征中生成二維輪廓曲線的功能[1]。利用此功能可生成一些表面輪廓復雜、“草圖”工具難以創(chuàng)建的模型。筆者以“凸輪機構(gòu)”為例研究了如何在SolidWorksMotion中建立凸輪機構(gòu)模擬運動分析，生成凸輪運動跟蹤路徑從而創(chuàng)建盤型凸輪曲線輪廓、最終得到精確盤形凸輪實體模型的方法。

1 SolidWorks中凸輪機構(gòu)的建立

凸輪機構(gòu)由凸輪、從動件和機架組成，凸輪作為主動件作連續(xù)等速轉(zhuǎn)動或移動；從動件按預定規(guī)律作往復移動或擺動；機架是安裝各機構(gòu)的基體[2]。

在SolidWorks中分別創(chuàng)建機架、尖頂從動件、未定義凸輪(用帶有軸孔的圓柱輪臨時替代)、凸輪軸、軸承基體五個零件。新建裝配體，插入五個零件，調(diào)整好零件之間的空間位置關(guān)系。由于除機架、軸承基體外，其它零件都是運動部件，因此將機架、軸承基體設(shè)為“固定零件”，其它均設(shè)為“浮動零件”。

對相互連接的零件建立正確“配合”以約束零件的相對運動。如在軸承基體與凸輪軸建立“鉸鏈配合”等。最后建立的凸輪機構(gòu)如圖1所示。

圖1 凸輪機構(gòu)

2 運動仿真生成凸輪輪廓曲線

利用凸輪廓線設(shè)計方法的反轉(zhuǎn)法原理，即在設(shè)計凸輪廓線時，當凸輪和從動件的運動規(guī)律一定時，從動件相對凸輪作反轉(zhuǎn)運動，同時又在其導軌內(nèi)作預期的導軌運動；凸輪旋轉(zhuǎn)一周，從動件尖頂點作復合運動運行的軌跡就是凸輪廓線[3]。從動件的往復運動規(guī)律可調(diào)用如Excel圖1所示的系列“時間/位移”數(shù)據(jù)點表示，從圖1可知從動件運動周期時間為3 s。

圖1 從動件“時間/位移”數(shù)據(jù)表

2.1 設(shè)置運動參數(shù)

新建“運動算例”，進入“Motion分析”，在凸輪軸的圓柱面上定義驅(qū)動凸輪的勻速“旋轉(zhuǎn)馬達”，角速度為20 r/min。在從動件的頂部面上定義驅(qū)動從動件的“線性馬達”，由于SolidWorksMotion可以基于表格數(shù)據(jù)或輸入STEP等函數(shù)的方式創(chuàng)建運動軌跡，因此選擇“數(shù)據(jù)點”導入圖1中CSV文件，選擇“插值類型”，通過自帶的樣條函數(shù)自動實現(xiàn)曲線擬合，來定義從動件運動規(guī)律。在從動件豎向方向添加“引力”，設(shè)置算例時間為3 s，模型仿真時，各運動部件剛好完成一個周期的運動。

2.2 生成用于定義凸輪廓的跟蹤路徑

在“結(jié)果和圖解”中，定義子類型為“跟蹤路徑”，選擇跟蹤點為從動件的尖頂點，未定義凸輪圓柱面為參考零部件。運行算例仿真，得到如圖2所示的定義凸輪廓的跟蹤路徑。

圖2 跟蹤路徑 圖3 凸輪實體模型

2.3 建立盤形凸輪實體模型

凸輪廓的跟蹤路徑可復制到參考零部件中，打開未定義凸輪零件，曲線已作為一個新的特征插入到零件中，由于曲線特征并不是實體輪廓曲線，須通過在Front基準面上新建草圖，應(yīng)用“轉(zhuǎn)換實體引用”命令將曲線和未定義凸輪的圓柱外側(cè)邊線投影到草圖平面，選“拉伸凸臺/基體”命令最終生成盤形凸輪實體模型，如圖3所示。

3 凸輪實體模型的驗證

對更新的凸輪機構(gòu)進行實際運動仿真分析，在從動件與凸輪間添加“實體接觸”，賦予“Steel (Greasy)”材質(zhì)，移去從動件前面所加的驅(qū)動馬達，運行仿真，生成從動件豎直位移的圖解，如圖4所示。對比圖1從動件住復運動“時間/位移”數(shù)據(jù)點所生成的Excel圖表，如圖5所示，兩個圖解有相同的形狀和幅值，這表明生成的凸輪實體模型是非常精確的。

圖4 生成的圖解 圖 5 Excel圖表

4 結(jié) 語

在凸輪機構(gòu)從動件運動規(guī)律確定的條件下，通過一個運動周期的系列位移離散數(shù)據(jù)點，在SolidWorksMotion形成所需的運動來驅(qū)動從動件，利用反向的操作，由從動件的運動來生成凸輪輪廓跟蹤路徑，進而生成精確的凸輪實體模型是高效可行的。

[1] 陳超祥，胡其登.SolidWorks Motion運動仿真[M].北京:機械工業(yè)出版社,2013.

[2] 趙興洲.應(yīng)用機械基礎(chǔ)[M].北京:電力出版社,2004.

[3] 成大先.機械設(shè)計手冊[M].北京:化學工業(yè)出版社,2010.

Application of Tracking Path of Motion Simulation Based on SolidWorks

JIANG Yue-Jian

(BalingPetrochmicalRadioandTelevisionUniversity,YueyangHunan414003)

The reverse drive operation of series data point motion of the "time / displacement" for undefined follower cam mechanism is made through SolidWorks Motion simulation . The tracking path is generated, eventually curve outline of disc cam is got. The actual motion simulationn is done for new cam mechanism and verify the accuracy of the cam model.

SolidWorks Motion；cam mechanism ；tracking path

2014-01-24

姜岳健(1970-)，男,湖南岳陽人，講師，主要從事 CAD/CAM、計算機培訓和研究工作。

TH132.47

A

1007-4414(2014)02-0187-02