基于SolidWorks/COSMOS Motion的凸輪輪廓線設計

2013-06-08  by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM  來源:仿真在線

凸輪輪廓曲線是凸輪機構設計的關鍵,常用的設計方法有解析法和圖解法。該方法利用SolidWorks繪制凸輪機構實體零件、構建機構裝配體模型,并用Solid Works自帶的COSMOS Motion插件設王凸輪機構運動模型約束和運動參數,通過對凸輪機構進行運動學仿真,最終得到凸輪輪廓線。較之其它設計方琺, 鑲方琺能自動繪制凸輪輪廓線。直觀、簡便,可視性好,具有一定的實際應用價值。

陳忠維 來源:萬方數據
關鍵字:凸輪機構 凸輪輪廓線 COSMOSMotion SolidWorks

凸輪機構是工程上廣泛應用的傳動機構,其設計和應用的關鍵是凸輪輪廓曲線的設計,常用設計方法有解析法和圖解法。實際工程中多采用簡單直觀的作圖法進行設計,但其精度較低,難以準確滿足工程需要,且當尺寸、參數變化時就得重新作圖,無法對設計機構進行運動性能分析;解析法需要大量的數據計算,過程繁瑣且不直觀,有些實際問題難以用解析法來描述,實際工程中不常使用。
   
Solid Works是現今造型仿真方面最流行的三維CAD軟件,具有基于特征進行參數化造型設計的特點,模型的各個特征的幾何形狀與尺寸大小用變量參數來表達,變量參數可以是常數,也可以是代數式。如果定義某個特征的變量參數發生改變,則該特征的幾何形狀或尺寸大小將隨參數改變而改變,通過控制各參數,即可達到控制模型幾何形體的目的。COSMOS Motion是SolidWorks自帶的插件,和SolidWorks無縫對接,直接使用SolidWorks的數據庫,對系統的運動學、動力學和靜力學進行分析和仿真。本文利用SolidWorks繪制基本的凸輪機構實體零件模型,用COSMOS Motion模擬凸輪機構的運行狀況,最終設計得到凸輪輪廓曲線。
   
    1在Solid Works中構造凸輪機構模型
   
    1.1繪制實體零件圖
   
在SolidWorks草圖界面中,點擊"直線"按鈕繪制草圖,再用"拉伸凸臺,基體"工具生成實體零件頂桿和凸輪,分別如圖l和圖2所示。
   

    1.2建立裝配關系
   
在SolidWorks裝配體界面用"插入零部件"工具插入頂桿和凸輪零件,并新建草圖繪制l條通過凸輪的中心點基準軸,使頂桿中心線和基準軸重合,建立如圖3所示的裝配關系。
   

    2在COSMOS Motion中構建運動關系
   
在COSMOS Motion界面打開已建好的裝配體,并添加約束和設置運動參數,為仿真運動關系、求解凸輪輪廓曲線作準備。
   
    2.1添加約束
   
在凸輪機構中,凸輪作旋轉運動,頂桿作往返運動,因此需要對凸輪和頂桿分別添加特定的旋轉副和移動副約束,具體設置如圖4、圖5所示,最后得到如圖6所示的約束關系。
   

    2.2設置運動參數
    
假設凸輪作1 r/s的定速旋轉,頂桿往返運動的位移和時間關系為:y=15xsin(2πt),其中Y為位移,t為時間。因此須在旋轉副和移動副設置相應的運動參數,如圖7、圖8所示。
   

    3運動模型仿真
   
當凸輪以一定方式運動時,特定的凸輪輪廓曲線使頂桿產生相應的運動;反之,當凸輪和頂桿的運動規律確定后,頂桿和凸輪接觸點的相對關系也是一定的,即為凸輪輪廓曲線。COSMOS Motion進行運動學仿真后,就能得到相對運動軌跡,由此求得凸輪輪廓曲線。
   
設置好約束和運動參數后,對模型進行仿真運行,并對仿真結果的軌跡跟蹤進行設置,如圖9所示,"軌跡點元件"欄在圖形區點頂桿面或在Feature Manager設計樹中選擇頂桿,"軌跡點"欄選頂桿圓弧線,"參考元件"欄(相對運動參照)選凸輪外圓線。仿真后COSMOS Motion即能得到頂桿和凸輪接觸點的相對運動軌跡曲線,即凸輪輪廓曲線,如圖10所示。
   

    4結束語
   
用SolidWorks及其自帶COSMOS Motion設計凸輪輪廓曲線,相比其他方法更直觀、簡便,可視性更好,并能自動生成凸輪輪廓曲線,具有一定的實際應用價值。

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