利用運(yùn)動仿真解決復(fù)雜凸輪設(shè)計

2017-04-29 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

一、背景概述

凸輪機(jī)構(gòu)最大的優(yōu)點(diǎn)就是:只要適當(dāng)?shù)脑O(shè)計出凸輪的輪廓曲線,就可以使推桿得到各種預(yù)期的運(yùn)動規(guī)律,而且機(jī)構(gòu)簡單緊湊?；谕馆喌纳鲜鰞?yōu)點(diǎn),凸輪機(jī)構(gòu)被廣泛的應(yīng)用。

然而使用傳統(tǒng)的方法計算凸輪的輪廓費(fèi)時費(fèi)力。那么如何快速并且精確的得到凸輪的輪廓呢?我們可以借助SOLIDWORKS Motion來幫助我們快速完成凸輪的設(shè)計。

SOLIDWORKS Motion是一個虛擬原型機(jī)仿真工具,借助在工業(yè)動態(tài)仿真分析軟件領(lǐng)域占主導(dǎo)地位達(dá)25年之久的ADAMS的強(qiáng)力支持,SOLIDWORKS Motion能夠幫助設(shè)計人員在設(shè)計前期判斷設(shè)計是否能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

本文以SOLIDWORKS作為平臺,使用SOLIDWORKS Motion完成凸輪的設(shè)計。

二、凸輪設(shè)計

1.凸輪設(shè)計的模型準(zhǔn)備

使用SOLIDWORKS完成如下圖所示裝配體的建模,并添加恰當(dāng)?shù)呐浜稀?

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圖1

2.從動件運(yùn)動數(shù)據(jù)點(diǎn)的準(zhǔn)備

新建一個excel,并按下圖填入數(shù)據(jù)。并將其另存為CSV格式。

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圖2

3.運(yùn)動條件分析

該機(jī)構(gòu)中凸輪為其核心零件,但是現(xiàn)在它的設(shè)計還沒有完成?，F(xiàn)在已知從動件需要按照圖2所示的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)動,循環(huán)時間為3秒。將數(shù)據(jù)點(diǎn)用圖表表示如下圖3所示。

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圖3

4.運(yùn)動分析邊界條件設(shè)定

①.啟動SOLIDWORKS Motion插件

如圖4通過選項——>插件——>勾選SOLIDWORKS Motion或者工具——>插件——>勾選SOLIDWORKS Motion啟動運(yùn)動仿真分析

如圖5切換到Motion study視圖,并將分析模式切換到Motion分析。

在視項和相機(jī)視圖中右鍵并單擊禁用觀閱鍵碼播放。

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圖4

②.我們已知從動件的運(yùn)動需要符合數(shù)據(jù)點(diǎn)的規(guī)律。為了能滿足此要求,我們需要設(shè)置一個線性馬達(dá)來驅(qū)動從動件。

如圖6馬達(dá)的位置選擇從動件的頂面,方向向下,運(yùn)動的模式切換到數(shù)據(jù)點(diǎn)模式以打開函數(shù)編制程序?qū)υ捒?。在此對話框中設(shè)置值為位移,自變量為時間,插值類型選擇Akima樣條曲線。

接著點(diǎn)擊輸入數(shù)據(jù),找到我們在第3步創(chuàng)建的EXCEL表格并打開。在函數(shù)編制對話框中確定,在馬達(dá)編輯中確定。

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圖5

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圖6

③.由于從動件的運(yùn)動周期是3秒,為了保持同步。拖動時間欄的關(guān)鍵幀到3秒,將仿真的周期設(shè)置為3秒,如圖7。

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圖7

④.給凸輪添加旋轉(zhuǎn)馬達(dá),使凸輪在從動件的一個運(yùn)動周期中旋轉(zhuǎn)一圈。如圖8,旋轉(zhuǎn)馬達(dá)的位置選擇傳動軸的邊線。運(yùn)動類型設(shè)置為等速,每分鐘20圈,確定。

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圖8

⑤.添加重力,如圖9,方向沿Y軸負(fù)方向。

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圖9

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圖10

⑥.設(shè)置運(yùn)動算例屬性

為了使獲取的凸輪的輪廓精度更高,我們需要提高每秒幀數(shù)到100,并選擇精確接觸。如圖10。

⑦.如圖11,單擊計算,運(yùn)行運(yùn)動仿真。

此時我們會看到預(yù)期的運(yùn)動,凸輪轉(zhuǎn)動一圈,從動件同時完成一個周期的運(yùn)動。

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圖11

5.獲取凸輪輪廓

為了獲取凸輪的輪廓,我們只需找到從動件上與凸輪接觸的一點(diǎn)相對于凸輪的跟蹤路徑。此跟蹤路徑即為凸輪的輪廓。

如圖12和13,14所示,單擊結(jié)果和圖解,選擇位移/速度/加速度——>跟蹤路徑。在要測量的實體中選擇從動件的頂點(diǎn)及凸輪的圓柱面。確定之后即獲得一個跟蹤路徑,此路徑即為凸輪的輪廓。

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圖12

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圖13

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圖14

6.將跟蹤路徑轉(zhuǎn)化為曲線輸入到凸輪中。

我們現(xiàn)在已經(jīng)生成了從動件頂點(diǎn)相對于凸輪的跟蹤路徑,并且也知道這個跟蹤路徑即為凸輪的輪廓。為了在凸輪中使用這個跟蹤路徑,我們需要將其轉(zhuǎn)化為曲線并輸入到凸輪中。

如圖15,在結(jié)果圖解1上右鍵——>從跟蹤路徑生成曲線——>在參考零件中從路徑生成曲線。

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圖15

打開凸輪,在設(shè)計樹中將有一個曲線,在前視基準(zhǔn)面上繪制草圖,并用轉(zhuǎn)換實體引用命令,將此曲線引用,接著對草圖進(jìn)行拉伸。如圖16

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圖16

切換到裝配體中,重建模型。這是凸輪的設(shè)計已經(jīng)完成了。接下來需要驗證凸輪的輪廓是否正確。

7.驗證凸輪機(jī)構(gòu)

凸輪的輪廓已經(jīng)設(shè)計完成,接下來我們要驗證其是否正確。在當(dāng)前的仿真中,從動件是依靠線性馬達(dá)驅(qū)動的。在實際凸輪機(jī)構(gòu)中應(yīng)當(dāng)是依靠凸輪的輪廓保證從動件的運(yùn)動。因此在驗證的時候我們需要將加在從動件上的線性馬達(dá)去掉,并在從動件和凸輪之間添加接觸。

將時間調(diào)整到0秒的位置,壓縮線性馬達(dá),如圖17。在從動件和凸輪之間添加接觸。如圖18。