楊斌+王鵬程

摘 要：研究了solidworks /motion運(yùn)動(dòng)仿真模塊在機(jī)構(gòu)動(dòng)運(yùn)所需的空間及行程、檢查運(yùn)動(dòng)過(guò)程中是否存在干涉等方面的應(yīng)用。在solidworks構(gòu)件目標(biāo)模型，針對(duì)鉛球收集器中的抓取機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，并通過(guò)調(diào)整推桿驅(qū)動(dòng)時(shí)間速度和抓斗驅(qū)動(dòng)力時(shí)間以實(shí)現(xiàn)推桿與抓斗協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)效果，最后以圖表形式輸出構(gòu)件的位移時(shí)間圖，通過(guò)圖表分析確定抓取機(jī)構(gòu)的合理運(yùn)行過(guò)程，為后續(xù)設(shè)備添加液氣壓動(dòng)力系統(tǒng)提供參考。

關(guān)鍵詞：抓取機(jī)構(gòu)；干涉；運(yùn)動(dòng)仿真

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.188

0 引言

傳統(tǒng)上，對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的多采用圖解法、解析法、實(shí)驗(yàn)法等。但隨著計(jì)算機(jī)軟、硬件的發(fā)展，使計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行分析變得十分便捷和經(jīng)濟(jì)，同時(shí)由于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)得到的結(jié)果能夠滿足工程實(shí)踐的要求，其高度的可靠性已經(jīng)成為機(jī)構(gòu)分析過(guò)程中不可缺少的環(huán)節(jié)。充分利用仿真技術(shù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)靜力學(xué)析，能夠?yàn)闄C(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的問(wèn)題提供支撐。

本文先通過(guò)Solidworks建立鉛球抓取機(jī)構(gòu)各零件三維模型及裝配關(guān)系，進(jìn)入 motion模塊建立運(yùn)動(dòng)仿真模型。通過(guò)調(diào)整相關(guān)參數(shù)以達(dá)到理想運(yùn)動(dòng)效果，確定出機(jī)構(gòu)運(yùn)行過(guò)程中所需條件，模擬實(shí)際工作狀態(tài)下各構(gòu)件的位移、速度情況。

1 Solidworks 軟件中motion模塊簡(jiǎn)介[1]

Solidworks /Motion模塊即運(yùn)動(dòng)分析模塊，是基本W(wǎng)indows環(huán)境集參數(shù)化三維實(shí)體建模及裝配、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真、運(yùn)動(dòng)干涉檢查、優(yōu)化設(shè)計(jì)等功能于一體，提供了一個(gè)無(wú)縫的多功能應(yīng)用分析平臺(tái)。SolidWorks /Motion使用運(yùn)動(dòng)分析 精確模擬并分析裝配體的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)合成運(yùn)動(dòng)算例單元的效果（包括力、彈簧、阻尼以及摩擦）。其中在裝配關(guān)系確定后，每個(gè)運(yùn)動(dòng)分析方式可獨(dú)立進(jìn)行，不會(huì)對(duì)裝配關(guān)系產(chǎn)影響，并且跟據(jù)運(yùn)動(dòng)仿真結(jié)果可方便的修改三維實(shí)體，更新裝配和運(yùn)動(dòng)仿真模型。

Solidworks 運(yùn)動(dòng)仿真分析的操作一般步驟可分為3個(gè)階段進(jìn)行：

（1）前處理步驟；創(chuàng)建分析模型，包括零部件三維模型的建立、裝配模型的建立、仿真模型的建立（包括定義運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)、接觸設(shè)置、鍵碼設(shè)置等）。

（2）運(yùn)動(dòng)求解分析過(guò)程；每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)中，程序使用改進(jìn)的Newton-Raphson迭代法進(jìn)行求解。通過(guò)非常小的時(shí)間步長(zhǎng)，根據(jù)零 件的初始狀態(tài)或前一時(shí)間步長(zhǎng)的結(jié)果，軟件可以預(yù)測(cè)一下時(shí)間的狀態(tài)。

（3）后處理步驟。解釋分析結(jié)果并輸出數(shù)據(jù)文件，轉(zhuǎn)化成畫(huà)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)、圖表、力。

2 鉛球抓取機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真分析

2.1 問(wèn)題描述

抓取機(jī)構(gòu)包括抓取推桿上下運(yùn)動(dòng)、抓斗合攏抓取運(yùn)動(dòng)。本實(shí)例主要是通過(guò)設(shè)置合適的各項(xiàng)參數(shù)，以協(xié)調(diào)兩運(yùn)動(dòng)來(lái)完抓取功能。

2.2 機(jī)構(gòu)建模

利用solidworks三維建模功能，分別建立各構(gòu)件三維模型，并在裝配模塊中按配合關(guān)系建機(jī)構(gòu)裝配模型。具體如圖2所示。

2.3 建立運(yùn)動(dòng)仿真模型

關(guān)鍵步驟[2]：

（1）生成一個(gè)運(yùn)動(dòng)算例：新建一個(gè)運(yùn)動(dòng)算例。

（2）添加二個(gè)線性馬達(dá)：馬達(dá)用于驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，并設(shè)定驅(qū)動(dòng)參數(shù)，使推桿以一定速度移動(dòng)。如圖3、4所示。

（3）添加引力：添加一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)重加，確保運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)構(gòu)重加也被計(jì)算在內(nèi)。

（4）添加各機(jī)構(gòu)的重量：機(jī)構(gòu)的重量相對(duì)于支撐添加一個(gè)向下的力。

（5）添加接觸：在抓斗與鉛球之間添加一個(gè)接觸設(shè)置。

（6）設(shè)置仿真時(shí)間23s：將結(jié)束時(shí)間幀拖至?xí)r間軸的23s處。

運(yùn)動(dòng)分析方案創(chuàng)建，檢查關(guān)鍵步驟信息。通過(guò)設(shè)置運(yùn)動(dòng)算例屬性窗口中每秒幀數(shù)來(lái)調(diào)整計(jì)算精確度。

2.4 計(jì)算運(yùn)動(dòng)仿真

單擊計(jì)算運(yùn)動(dòng)算例圖標(biāo)，開(kāi)啟運(yùn)仿真分析過(guò)程。對(duì)兩運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析計(jì)算[3]。計(jì)算完成單擊播放按鈕，以動(dòng)畫(huà)形式觀察兩運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)情況，如發(fā)現(xiàn)推桿上下運(yùn)動(dòng)、抓斗抓取運(yùn)動(dòng)不協(xié)調(diào)，則可通過(guò)設(shè)置推桿驅(qū)動(dòng)時(shí)間速度、抓斗驅(qū)動(dòng)力時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)。

調(diào)整完畢的仿真結(jié)果亦可以通過(guò)圖表的形式繪制出來(lái)。通過(guò)單擊結(jié)果和圖角按鈕計(jì)算結(jié)果并生成表圖表，進(jìn)入選取窗選取推桿和抓斗位移作為y軸、時(shí)間作為x軸，具體仿真結(jié)果，如圖5、6所示。

3 結(jié)束語(yǔ)

從仿真結(jié)果可以看出，推桿的驅(qū)動(dòng)速度與抓斗的驅(qū)動(dòng)力在時(shí)間上是相協(xié)調(diào)的。從初始位置開(kāi)始，經(jīng)過(guò)8s左右，推桿達(dá)到最遠(yuǎn)行程時(shí)，抓斗下降至最低處，同時(shí)進(jìn)行2秒左右的抓取動(dòng)作；隨后推桿和抓斗回程。在整個(gè)過(guò)程中，抓斗和推桿實(shí)現(xiàn)空載快速進(jìn)程，負(fù)載慢速回程，整個(gè)動(dòng)作和諧連貫。通過(guò)運(yùn)動(dòng)仿真可以確定機(jī)構(gòu)動(dòng)運(yùn)所需的空間及行程、檢查運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不存在干涉等現(xiàn)象。

本例通過(guò)利用運(yùn)動(dòng)仿真中動(dòng)畫(huà)功能，初步觀察鉛球收集機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)中各機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)調(diào)整相關(guān)參數(shù)以達(dá)到理想運(yùn)動(dòng)效果，確定出機(jī)構(gòu)運(yùn)行過(guò)程中所需條件。最后以圖表形式輸出構(gòu)件的位移時(shí)間圖，為該機(jī)構(gòu)后續(xù)添加液氣壓系統(tǒng)以及該機(jī)構(gòu)的最終應(yīng)用提供了理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳超祥，胡其登. Solidworks Mothion 運(yùn)動(dòng)仿真教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

[2]寇會(huì)民，劉春東，姚家祥，常兆麒.基于SolidWorks Motion的壓床機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真分析[J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015（30）：64-65.

[3]李大磊，丁天濤，程建民，李寧.基于SolidWorks Motion的空間擺動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2011，33（22）：70-71.

基金項(xiàng)目：遙控鉛球運(yùn)送車設(shè)計(jì)（EKY2010002）

作者簡(jiǎn)介：楊斌（1970-），男，天津人，碩士，副教授，主要研究方向：自動(dòng)化。