利用運動仿真解決復雜凸輪設計

2017-04-29  by:CAE仿真在線  來源:互聯網

一、背景概述

凸輪機構最大的優點就是:只要適當的設計出凸輪的輪廓曲線,就可以使推桿得到各種預期的運動規律,而且機構簡單緊湊。基于凸輪的上述優點,凸輪機構被廣泛的應用。

然而使用傳統的方法計算凸輪的輪廓費時費力。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計。

SOLIDWORKS Motion是一個虛擬原型機仿真工具,借助在工業動態仿真分析軟件領域占主導地位達25年之久的ADAMS的強力支持,SOLIDWORKS Motion能夠幫助設計人員在設計前期判斷設計是否能達到預期目標。

本文以SOLIDWORKS作為平臺,使用SOLIDWORKS Motion完成凸輪的設計。

二、凸輪設計

1.凸輪設計的模型準備

使用SOLIDWORKS完成如下圖所示裝配體的建模,并添加恰當的配合。

圖1

2.從動件運動數據點的準備

新建一個excel,并按下圖填入數據。并將其另存為CSV格式。

圖2

3.運動條件分析

該機構中凸輪為其核心零件,但是現在它的設計還沒有完成。現在已知從動件需要按照圖2所示的數據點進行運動,循環時間為3秒。將數據點用圖表表示如下圖3所示。

圖3

4.運動分析邊界條件設定

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。

在視項和相機視圖中右鍵并單擊禁用觀閱鍵碼播放。

圖4

②.我們已知從動件的運動需要符合數據點的規律。為了能滿足此要求,我們需要設置一個線性馬達來驅動從動件。

如圖6馬達的位置選擇從動件的頂面,方向向下,運動的模式切換到數據點模式以打開函數編制程序對話框。在此對話框中設置值為位移,自變量為時間,插值類型選擇Akima樣條曲線。

接著點擊輸入數據,找到我們在第3步創建的EXCEL表格并打開。在函數編制對話框中確定,在馬達編輯中確定。

圖5

圖6

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

圖7

④.給凸輪添加旋轉馬達,使凸輪在從動件的一個運動周期中旋轉一圈。如圖8,旋轉馬達的位置選擇傳動軸的邊線。運動類型設置為等速,每分鐘20圈,確定。

圖8

⑤.添加重力,如圖9,方向沿Y軸負方向。

圖9

圖10

⑥.設置運動算例屬性

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到100,并選擇精確接觸。如圖10。

⑦.如圖11,單擊計算,運行運動仿真。

此時我們會看到預期的運動,凸輪轉動一圈,從動件同時完成一個周期的運動。

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。

圖12

圖13

圖14

6.將跟蹤路徑轉化為曲線輸入到凸輪中。

我們現在已經生成了從動件頂點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,我們需要將其轉化為曲線并輸入到凸輪中。

如圖15,在結果圖解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。

圖15

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

圖16

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

7.驗證凸輪機構

凸輪的輪廓已經設計完成,接下來我們要驗證其是否正確。在當前的仿真中,從動件是依靠線性馬達驅動的。在實際凸輪機構中應當是依靠凸輪的輪廓保證從動件的運動。因此在驗證的時候我們需要將加在從動件上的線性馬達去掉,并在從動件和凸輪之間添加接觸。

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

圖17

圖18

再次運行計算。我們發現從動件基本按照預期進行運動,但是在如圖19的地方發生了跳躍,這是因為從動件只有在重力的作用下保證和凸輪的接觸。

在實際凸輪機構中,從動件上會受到向下的壓力,因此我們可以忽略這一點。

圖19

三、查看從動件在Y方向上的線性位移

如圖20,點擊圖解,選擇位移/速度/加速度——>線性位移——>Y分量。選擇從動件的一個面,確定。其在Y方向的線性位移如圖21.

圖20

圖21

對比圖3與圖21,我們不難看出,從動件是符合我們所規定的運動規律的。說明凸輪輪廓的設計是合乎設計要求的。

四、結束語

本文利用SOLIDWORKS Motion運動仿真功能來完成凸輪機構的運動仿真,從而快速直觀的獲得凸輪輪廓。可以大大的降低研發成本,得到很好的使用效果。

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