搜索關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)的壓縮彈簧動(dòng)畫(huà)制作
2013-05-23 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來(lái)源:仿真在線
作者: 張彥富 來(lái)源: 萬(wàn)方數(shù)據(jù)
關(guān)鍵字: 關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì) 彈贊 凸輪機(jī)構(gòu) 動(dòng)畫(huà)制作 SolidWorks
用常規(guī)方法很難實(shí)現(xiàn)彈黃等非剛性零件變形的動(dòng)畫(huà)制作。介紹了兩端并緊磨平彈獲的造型方法,用掃描曲面的邊線為掃描路徑建立彈黃模型,該彈黃的高度取決于作為生成曲面路徑草圖中直線的長(zhǎng)度。利用草圖的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)來(lái)改變決定彈簧高度的直線的長(zhǎng)度,實(shí)現(xiàn)了彈黃的動(dòng)頤制作。用這種方法完成了彈資封閉型凸輪機(jī)構(gòu)中動(dòng)畫(huà)制作。
用常規(guī)方法很難實(shí)現(xiàn)彈簧等非剛性物體變形的動(dòng)畫(huà)制作。文獻(xiàn)采用SolidWorks中VBA接口介紹了由圓弧和直線構(gòu)成輪廓的彈簧封閉型凸輪機(jī)構(gòu)動(dòng)畫(huà)制作方法。這里采用基于關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì),可以實(shí)現(xiàn)任意形狀凸輪機(jī)構(gòu)彈簧變形的動(dòng)畫(huà)制作。
在三維設(shè)計(jì)軟件中,是彈簧截面輪廓沿著螺旋曲線掃描而成。彈簧變形整個(gè)過(guò)程中要求圈數(shù)保持不變,而有效圈數(shù)部分的高度變化,螺距隨著高度改變。因此制作彈簧變形動(dòng)畫(huà)的關(guān)鍵是改變螺旋線的高度。在SolidWorks中,可以采用關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)方法改變彈簧高度來(lái)實(shí)現(xiàn)彈簧動(dòng)畫(huà)。
1兩端并緊彈簧造型
在前視基準(zhǔn)面中分別建立草圖1和草圖2,如圖1所示。草圖1中的直線一個(gè)端點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn),設(shè)里水平約束,其長(zhǎng)度為彈簧中徑的二分之一,可以用尺寸標(biāo)注約束其長(zhǎng)度。草圖2中的直線的一個(gè)端點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn),設(shè)置豎直約束,其長(zhǎng)度為彈簧自由狀態(tài)下有效長(zhǎng)度值,但不要標(biāo)注尺寸。建立掃描曲面特征,以草圖1為輪廓,草圖2為路徑,在選項(xiàng)的方向扭轉(zhuǎn)類(lèi)型中選擇沿路徑扭轉(zhuǎn).度數(shù)為彈簧有效圈數(shù)乘以360°.如圖2所示。
在上視基準(zhǔn)面上繪制圓形草圖3,以草圖3建立螺旋彗夕渦狀線1,圈數(shù)為彈簧并緊圈數(shù),螺距為壓并高度除以并緊圈數(shù),旋轉(zhuǎn)方向選擇逆時(shí)針。
以草圖2中點(diǎn)2(不在坐標(biāo)原點(diǎn)的端點(diǎn))為參考點(diǎn)和上視基準(zhǔn)面為參考,以點(diǎn)和平行平面方式建立基準(zhǔn)面1。在基準(zhǔn)面1上繪制圓形草圖4。以草圖4建立螺旋線/渦狀線2,圈數(shù)和螺距同螺旋線/渦狀線1,旋轉(zhuǎn)方向選擇順時(shí)針。
由螺旋線/渦狀線1,2和螺旋曲面邊線建立組合曲線。為了不影響視覺(jué)效果,將綠旋曲面隱藏。在前視基準(zhǔn)面上繪制一圈形草圖5,圓心位于螺旋線邊線上。以草圖5為輪廓,組合曲線為路徑,建立實(shí)體掃描特征,生成彈簧實(shí)體。
最后建立彈簧兩端磨平特征。分別以上視基準(zhǔn)面和基準(zhǔn)面1為參考,距離為參數(shù)建立兩基準(zhǔn)平面,在此基準(zhǔn)平面上繪制草圖,用拉伸切除來(lái)完成彈簧兩端磨平特征。
2關(guān)聯(lián)約束條件設(shè)置
以彈簧封閉型彈簧機(jī)構(gòu)為例來(lái)說(shuō)明基于關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)進(jìn)行彈簧動(dòng)畫(huà)模擬方法。凸輪機(jī)構(gòu)如圖3所示,在凸輪繞著固定軸旋轉(zhuǎn)時(shí),推動(dòng)推桿作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng),彈簧保證推桿與凸輪接觸。
在SolidWorks中對(duì)組成該機(jī)構(gòu)的所有零件進(jìn)行建模,其中凸輪輪廓形狀由樣條曲線圍成,因此該方法可以對(duì)凸輪輪廓任意形狀進(jìn)行動(dòng)畫(huà)模擬。按照?qǐng)D3所示的裝配關(guān)系進(jìn)行裝配,其中固定軸和導(dǎo)向軸套位置不動(dòng),凸輪與固定軸、推桿與導(dǎo)向軸套為同軸配合,推桿與凸輪輪廓為凸輪推桿配合。先設(shè)置彈簧軸線與推桿為同軸心配合,彈簧中靠近上視基準(zhǔn)面的磨平端面與導(dǎo)向軸套接觸面為共面配合。
為了實(shí)現(xiàn)彈簧變形動(dòng)畫(huà)模擬,關(guān)鍵是改變彈簧建模中控制彈簧有效長(zhǎng)度部分中草圖2的直線長(zhǎng)度。這可以通過(guò)關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
為了實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì),首先在裝配體環(huán)境中選擇推桿,單擊裝配體工具欄上的"編輯零件"按鈕,選擇推桿擋圈的端面,以平行距離建立參考基準(zhǔn)面,此段距離與建立彈簧端面磨平時(shí)建立參考基準(zhǔn)面的距離相等,如圖4所示。退出編輯零件,選擇彈簧,再進(jìn)人編輯零件,從彈簧特征樹(shù)中選擇曲面-掃描1/草圖2,右鍵單擊,從菜單中選擇編輯草圖.選擇草圖2直線中不與原點(diǎn)重合的端點(diǎn),從工具欄中單擊添加幾何關(guān)系,再?gòu)奶卣鳂?shù)中選擇推桿中的基準(zhǔn)面1,對(duì)二者建立重合的幾何關(guān)系,完成關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)中的關(guān)系設(shè)置,如圖5所示。這樣,當(dāng)推桿沿軸線運(yùn)動(dòng)時(shí),影響彈簧有效圈數(shù)部分的草圖2中的直線長(zhǎng)度就會(huì)隨著改變,通過(guò)模型重建,從而實(shí)現(xiàn)彈簧變形動(dòng)畫(huà)。
3動(dòng)畫(huà)模擬
設(shè)置好各零件間約束關(guān)系后,在SolidWorks中有兩種方式實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫(huà)模擬。
一是利用模擬工具實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫(huà)模擬。將旋轉(zhuǎn)馬達(dá)加在凸輪內(nèi)孔圓柱面上,設(shè)置好旋轉(zhuǎn)方向和速度,計(jì)算模擬。計(jì)算完畢后,通過(guò)動(dòng)畫(huà)控制器上的保存按鈕將動(dòng)畫(huà)保存為avi影片。
二是利用Animator動(dòng)畫(huà)插件來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于本例而言,設(shè)置凸輪和固定軸之間的右視基準(zhǔn)面成一定角度配合關(guān)系。然后在動(dòng)畫(huà)中改變?cè)摻嵌戎?從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)構(gòu)的動(dòng)畫(huà)模擬,如圖6所示。
4結(jié)論
用掃描法生成螺旋曲面,利用其邊線為掃描路徑建立彈簧模型,該彈簧的高度取決于作為路徑草圖中直線的長(zhǎng)度,改變?cè)撝本€的長(zhǎng)度就可以實(shí)現(xiàn)彈簧的伸縮。利用草圖的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)來(lái)改變決定彈簧高度的直線的長(zhǎng)度,實(shí)現(xiàn)了壓縮彈簧的動(dòng)畫(huà)制作。該方法稍加改變就可以實(shí)現(xiàn)拉伸彈簧的動(dòng)畫(huà)制作。
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