搜索利用運(yùn)動(dòng)仿真解決復(fù)雜凸輪設(shè)計(jì)
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(jì)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(dòng)規(guī)律,而且機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊。基于凸輪的上述優(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(jì)算凸輪的輪廓費(fèi)時(shí)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(jì)。
SOLIDWORKS Motion是一個(gè)虛擬原型機(jī)仿真工具,借助在工業(yè)動(dòng)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(jì)人員在設(shè)計(jì)前期判斷設(shè)計(jì)是否能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。
本文以SOLIDWORKS作為平臺(tái),使用SOLIDWORKS Motion完成凸輪的設(shè)計(jì)。
二、凸輪設(shè)計(jì)
1.凸輪設(shè)計(jì)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?
圖1
2.從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)點(diǎn)的準(zhǔn)備
新建一個(gè)excel,并按下圖填入數(shù)據(jù)。并將其另存為CSV格式。
圖2
3.運(yùn)動(dòng)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(jì)還沒有完成。現(xiàn)在已知從動(dòng)件需要按照?qǐng)D2所示的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)動(dòng),循環(huán)時(shí)間為3秒。將數(shù)據(jù)點(diǎn)用圖表表示如下圖3所示。
圖3
4.運(yùn)動(dòng)分析邊界條件設(shè)定
①.啟動(dòng)SOLIDWORKS Motion插件
如圖4通過選項(xiàng)——>插件——>勾選SOLIDWORKS Motion或者工具——>插件——>勾選SOLIDWORKS Motion啟動(dòng)運(yùn)動(dòng)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(xiàng)和相機(jī)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(dòng)件的運(yùn)動(dòng)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(gè)線性馬達(dá)來驅(qū)動(dòng)從動(dòng)件。
如圖6馬達(dá)的位置選擇從動(dòng)件的頂面,方向向下,運(yùn)動(dòng)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捒颉Ｔ诖藢?duì)話框中設(shè)置值為位移,自變量為時(shí)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?cè)诘?步創(chuàng)建的EXCEL表格并打開。在函數(shù)編制對(duì)話框中確定,在馬達(dá)編輯中確定。
圖5
圖6
③.由于從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)周期是3秒,為了保持同步。拖動(dòng)時(shí)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。
圖7
④.給凸輪添加旋轉(zhuǎn)馬達(dá),使凸輪在從動(dòng)件的一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期中旋轉(zhuǎn)一圈。如圖8,旋轉(zhuǎn)馬達(dá)的位置選擇傳動(dòng)軸的邊線。運(yùn)動(dòng)類型設(shè)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(fù)方向。
圖9
圖10
⑥.設(shè)置運(yùn)動(dòng)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(jì)算,運(yùn)行運(yùn)動(dòng)仿真。
此時(shí)我們會(huì)看到預(yù)期的運(yùn)動(dòng),凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)一圈,從動(dòng)件同時(shí)完成一個(gè)周期的運(yùn)動(dòng)。
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(dòng)件上與凸輪接觸的一點(diǎn)相對(duì)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(cè)量的實(shí)體中選擇從動(dòng)件的頂點(diǎn)及凸輪的圓柱面。確定之后即獲得一個(gè)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(zhuǎn)化為曲線輸入到凸輪中。
我們現(xiàn)在已經(jīng)生成了從動(dòng)件頂點(diǎn)相對(duì)于凸輪的跟蹤路徑,并且也知道這個(gè)跟蹤路徑即為凸輪的輪廓。為了在凸輪中使用這個(gè)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。
圖15
打開凸輪,在設(shè)計(jì)樹中將有一個(gè)曲線,在前視基準(zhǔn)面上繪制草圖,并用轉(zhuǎn)換實(shí)體引用命令,將此曲線引用,接著對(duì)草圖進(jìn)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(shè)計(jì)已經(jīng)完成了。接下來需要驗(yàn)證凸輪的輪廓是否正確。
7.驗(yàn)證凸輪機(jī)構(gòu)
凸輪的輪廓已經(jīng)設(shè)計(jì)完成,接下來我們要驗(yàn)證其是否正確。在當(dāng)前的仿真中,從動(dòng)件是依靠線性馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的。在實(shí)際凸輪機(jī)構(gòu)中應(yīng)當(dāng)是依靠凸輪的輪廓保證從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)。因此在驗(yàn)證的時(shí)候我們需要將加在從動(dòng)件上的線性馬達(dá)去掉,并在從動(dòng)件和凸輪之間添加接觸。
將時(shí)間調(diào)整到0秒的位置,壓縮線性馬達(dá),如圖17。在從動(dòng)件和凸輪之間添加接觸。如圖18。
圖17
圖18
再次運(yùn)行計(jì)算。我們發(fā)現(xiàn)從動(dòng)件基本按照預(yù)期進(jìn)行運(yùn)動(dòng),但是在如圖19的地方發(fā)生了跳躍,這是因?yàn)閺膭?dòng)件只有在重力的作用下保證和凸輪的接觸。
在實(shí)際凸輪機(jī)構(gòu)中,從動(dòng)件上會(huì)受到向下的壓力,因此我們可以忽略這一點(diǎn)。
圖19
三、查看從動(dòng)件在Y方向上的線性位移
如圖20,點(diǎn)擊圖解,選擇位移/速度/加速度——>線性位移——>Y分量。選擇從動(dòng)件的一個(gè)面,確定。其在Y方向的線性位移如圖21.
圖20
圖21
對(duì)比圖3與圖21,我們不難看出,從動(dòng)件是符合我們所規(guī)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的。說明凸輪輪廓的設(shè)計(jì)是合乎設(shè)計(jì)要求的。
四、結(jié)束語
本文利用SOLIDWORKS Motion運(yùn)動(dòng)仿真功能來完成凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真,從而快速直觀的獲得凸輪輪廓。可以大大的降低研發(fā)成本,得到很好的使用效果。
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